周辺機器と接続するためのシリアルバス規格

パソコンの接続端子（シリアルバス規格）

シリアルバス規格というと難しく感じますが、USBやThunderboltといった接続インターフェースです。周辺機器と接続するために必要な規格です。ここでは、これらの規格を使ったパソコンが装備している端子を紹介をします。最も使用頻度の高い規格といえばUSBでしょう。

パソコンと周辺機器は、シリアルバス規格によってデータ交換を行なっています。バス (bus) というのは「データが伝送される経路」のことで、イメージで例えるなら「道」です。よく「バス幅」という表現がありますが、「バス幅が広い」といったら「道幅が広い」ということで、「データが行き来しやすく高速」と捉えることができます。

シリアルというのは、連続（シリアル）方式のデータ伝送のことです。CPUの高クロックに対応したインターフェースで、1本の伝送線で連続して転送するのが特徴です。シリアルに関しては、HDD仕様規格にあるSerial ATA（SATA）解説をみてください。

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USB （Universal Serial Bus）

USB端子のシリーズ USBは、周辺機器を接続するためのシリアルバス規格。USB 規格にはバージョンがあるが、互換性があるので特に気にしなくても使える。ただし、スピードや備わっている機能に関しては後方互換となる。（つまり通信は可能だが、古いバージョンは新しいバージョンの機能や速度が利用できない。新しいバージョンなら、以前の古いバージョンをカバーできる。）

なお、USB3.1からコネクタに「Type-C端子」が登場したので、旧バージョンのUSBと接続する場合は、従来のAコネクタとType-Cを変換するコネクタが必要となることもある。

USBのバージョンごとの転送速度（理論値）

規格（バージョン）	モード名	転送速度 - 理論値	備考
USB 1.0	Low-Speed	1.5Mbps （0.1875 MB/s）	「8bit=1Byte」
USB 1.1	Full-Speed	12Mbps （1.5 MB/s）	「8bit=1Byte」
USB 2.0	High-Speed	480Mbps （60 MB/s）	「8bit=1Byte」
USB 3.0	SuperSpeed	5Gbps （500 MB/s）※注1	「10bit=1Byte」ピン数が増加、青色を推奨
USB 3.1 （Gen1）	SuperSpeed	5Gbps （500 MB/s）※注1	「10bit=1Byte」
USB 3.1 （Gen2）	SuperSpeed ＋	10Gbps （1000 MB/s）※注1	「10bit=1Byte」
USB 3.2	2017年9月発表	最大20Gbps	USB 3.1 の2レーン対応
USB 4	2019年発表予定	40Gbps	Thunderbolt 3ベース

※パソコンに使われる単位の解説はこちら【bitやByte、転送速度の表記】
※理論値とは計算上の速度であり、実測値では理論値ほどの速度は出ていないのが実情。
※注1 ： USB 2.0までMB/sは、「8bit=1Byte」で計算。しかし、USB 3.0規格では、8bitが10bitに変換され「10bit=1Byte」で計算される。（5Gbpsは、625 MB/sではなく500 MB/sとなる。）

付加機能：Power Share USB （電源オフUSBチャージ機能）とは

画像Power Share USB USB端子がPowerShare USB仕様だと、パソコンの電源が入っていなくても、ここのUSB端子から周辺機器を充電することができる。携帯電話やオーディオプレイヤーなどUSB経由で充電をする機会が増えた現在では便利な機能。ノートパソコンであれば、持ち運んでUSB充電器の代役にもなる。 Power Share USB対応であれば、USBマークの横に「稲妻」やら「バッテリー」やらのマークが印字されている。（例：DELLパソコン）。他社では、「電源オフUSBチャージ機能」と呼んでおり、呼称に決まりはない。

ただし、USBから給電する外付けHDDとの接続ではPC電源を切ってもドライブが動いたままになるので要注意。なお、Power Share USBが不要であれば、BIOS（UEFI）にて休止設定をすればよい。また、機能しないならBIOS設定で機能オフになっている可能性がある。

主流となっている、シリアルバス規格の解説

USB 2.0

USB2.0は、理論値480Mbps(60MB/s）の転送速度。USB1.1から転送速度を上げたのでHigh Speedと呼ばれる。USB 1.1の転送速度は理論値12Mbpsであり、USB2.0ではその40倍。

パソコンの電源が入ったまま、ケーブルを抜き差しできる「ホットプラグ」に対応。 USB 2.0端子から供給できる電流は500mA （供給電圧は5V ）。最大伝送距離は5mとされる。後方互換でUSB 1.1の周辺機器も接続可能。ただし、USB 2.0の速度を出すにはUSB 2.0対応機器が必要。

USB補助電源ケーブル

USB 2.0端子から供給できる電流は500mAであるが、ミニノートのような省電力仕様のパソコンでは、独自の仕様で供給電流を抑えている場合がある。モーター駆動であるHDDでは500mAに近い電源を必要とするため、そういったPCと接続するなら、USB補助電源ケーブルを使う。デスクトップPCとの接続であれば、まず必要ない。

Mini-USBとMicro-USB （USB2.0の補助規格）

ケータイやデジカメ等の小型機器向けに、小型化されたUSBコネクタが登場した。初期はMini USBで、後期にはさらに小型化したMicro USBが登場。後者が市場のメインとなっている。Micro USBには、ラッチ（ロックする爪）が付いており抜け落ちにくい工夫されている。

どちらも転送する信号規格や電源供給は通常のUSB2.0と同じであるが、抜き差しの耐久性に違いがある。Mini USB（主流のBタイプ）は5000回、Micro-USBでは1万回の抜き差しに耐える。

※Micro USBのコネクタには「Micro-A」と「Micro-B」の2つのタイプがあり、写真のはMicro-B。

USB 3.0

USB3.0は理論値5Gbps（625MB/s ※8bitから10bitに変換されるため厳密には500MB/s）の転送速度。理論上、USB2.0の10倍近くの速度で、SuperSpeed USBと呼ばれる。
パソコンの電源が入ったまま、ケーブルを抜き差しできる「ホットプラグ」に対応。 USB 3.0端子から供給できる電流は900mA（USB2.0の1.8倍、供給電圧は5V ）。最大伝送距離は3mとされる。

USB1.1／2.0と区別しやすいようにコネクタ部分が青色であることが多い。USB1.1／2.0と互換性を持つが、USB 3.0の速度を出すにはUSB 3.0対応機器が必要。USB3.0ハブで複数に介しても速度は低下しない。

Micro-USB3.0（USB3.0の補助規格）

この写真は小型機器向けで使われる、Micro-USB3.0端子とケーブル。USB2.0のMicro-USBケーブルも使えるが、その場合パフォーマンスはUSB2.0のままとなる。

USB 3.1 （Gen1 と Gen2 がある）

USB 3.1 Type-Cコネクタ
USB Type-C（上）
Aコネクタ（下）

USB 3.1 では、供給できる電流は5A（USB3.0の約5.5倍）、電圧が20V（USB3.0の4倍）。つまり100Wの給電能力を持つ。（USB3.0では4.5W）。この給電能力の向上で、ほとんどのUSB3.1対応周辺機器が「ACアダプタ不要」となる。

コネクタでは新しく「USB Type-C」が新調されたが、従来の「Aコネクタも」使われている。コネクタの違いは、変換コネクタを使えば接続が可能。USB3.0以下のバージョンと通信互換があるが、後方互換のため速度や機能は各バージョンに準ずる。

USB 3.1 では、転送速度の異なるタイプが2つある。 Gen1（速度5Gbps）と、Gen2（速度10Gbps）である。速度以外はどちらも、USB 3.1の持つ機能が共通である。

USB3.1 - Gen1

理論値5Gbpsの転送速度。機能はGen2と同じ。
SuperSpeed（Gen1）と呼ばれ、数値上ではUSB 3.0と同じ速度である。

USB3.1 - Gen2

理論値10Gbpsの転送速度。SuperSpeed + と呼ばれる。
数値上では、USB 3.0の2倍の速度になる。

Thunderbolt

Thunderbolt はインテルがアップルと共同開発したもので、データ転送PCI Expressと、映像出力Display Port の技術が使われている。全二重通信（双方向）のため、ダウンとアップを同時に転送しても快適な通信となる。銅線ケーブル接続が主流だが、光ファイバーを使うことで数十メートル長まで延ばせる。 1端子で周辺機器を最大6台までデイジーチェーン接続できる。（例えば、PC ⇒ モニタ ⇒ 外付けHDD ⇒ 外付けHDDといった数珠つなぎになる。PCと一台一台別々に接続する必要がない。

Mini DisplayPort
と同じコネクタなのは
Thunderbolt 2まで

Thunderbolt 2まで

Thunderbolt は、双方向（上りと下り）でそれぞれ10Gbpsの転送速度。
Thunderbolt 2では、双方向でそれぞれ20Gbpsの転送速度。

Thunderbolt 2 までのコネクタ形状は、モニタ出力でも使われるMini DisplayPort。
※Thunderbolt ケーブルはMini DisplayPortケーブルとして使えるが、Mini DisplayPortケーブルをThunderbolt 用には使えない。Thunderbolt 端子から供給できる電源は10Wとなっている。（銅線ケーブルの場合）

Thunderbolt 3 では、USB Type-C

Thunderbolt 3 （USB Type-Cを採用）

Thunderbolt 3規格は、USB Type-Cコネクタが採用されており、旧規格とコネクタが異なる。通信プロトコルにUSB3.1が追加された。双方向でそれぞれ40Gbpsの転送速度。供給できる電源は15W（銅線ケーブルの場合）。

USBのコネクタ形状と、付加機能

USB端子にはアルファベット名でコネクタに名前がついている。従来より使われているAコネクタ、そのデバイス側であるBコネクタ、そして近年はあらゆるインターフェースをUSB Type-Cで共通化する動きがある。

Aコネクタと Bコネクタ

Aコネクタ形状とBコネクタ PCに挿す方（ホスト側）に使われるのがAコネクタで、周辺機器に挿す方（デバイス側）ではBコネクタが使われる。初期の策定からあるため、「通常サイズ」で通っている。それぞれType-A、Type-Bとも言う。

USB2.0とUSB3.0 / 3.1では、ピンの数が違うもののAコネクタとして形状が共通している。しかしBコネクタの形状が異なる。USB3.0 / 3.1の周辺機器に「USB2.0のBコネクタ」を接続することは可能だが、速度はUSB2.0のままとなる。一方、USB3.0 / 3.1のBコネクタは段差のある形状なので、USB2.0の周辺機器に接続することは物理的にできない。 ※ちなみに、周辺機器側（デバイス側）もAコネクタという例もある。

小型化されたBコネクタ　※補助規格

Bコネクタでは小型機器向けに、小型化された補助規格がある。さらに小さいMicro-USBが普及してからはMini-USBは使われない傾向にある。Micro-USBはMini-USBよりも抜き挿しの耐久性が高い。

無論、小型化されたAコネクタも初期には存在していたが、抜き挿しの耐久性が低いことから「小型化されたBコネクタ」に取って代わられた。つまり小型版に際しては、「ホスト側のAコネクタ、デバイス側のBコネクタ」という関係が崩壊している。

USB Type-C コネクタ

USB3.1に合わせて登場したUSB Type-Cではホスト側（PC側）もデバイス側（周辺機器）も同じ形状で、しかもコネクタに上下の決まりはなく、どちらの向きでも挿し込むことができる。USB3.1以降では「USB Type-Cコネクタ」か「従来のAコネクタ」が使われる。

注意が必要なのは、USB Type-Cはただのコネクタ形状であり、どのインターフェースに対応するのかは、使用するPCの仕様次第である。つまり「USB Type-Cだから○○が使える」という認識はできない。

USB Type-C登場の背景には、使われなくなった古い規格のケーブルの産業廃棄物問題がある。そこで、全ての電子機器で共通化可能な通信コネクタとして普及が進められている。コネクタが一致すれば必ず使えるわけではなく、各々に対応規格の把握が必要となるため、取り扱いは複雑化している。

USB Type-CのAlt Mode（オルトモード）で、別規格の信号を扱う

USB Type-CはUSB 3.1で制定された新しいコネクタだが、あくまでコネクタ形状とケーブルの規格であり、USB 3.1以外でも使われる。USB Type-CにはAltモードという機能があり、USB Type-Cの帯域を利用して、HDMI、DisplayPortやThunderbolt 3などの異なる規格の信号も転送できる。ただしUSB Type-Cとはただのコネクタ形状なので、どの規格を転送できるのかは、USB Type-Cを装備している機器の対応をチェックする必要がある。

USB Type-CのAlt Mode これはUSB Type-C端子がAltモードに対応している例。Display Port 入力にUSB Type-C端子を採用しているディスプレイ製品である。USB3.1の機能と併用すれば、ケーブル1本で「映像、音声、USB信号」を転送できる。さらにUSB Power Delivery（USB PD）に対応しているため給電機能もある。

USB Power Delivery（USB PD）

USB Power Delivery（USB PD）のイメージ USB Type-Cで策定されたUSB Power Delivery（USB PD）とは、USB電力拡張規格。ホスト側（プライマリ）からACアダプタの電力を得て、数珠つなぎ式でUSB PD対応周辺機器へ電源供給ができる。

図のように例えばACアダプタの100Wからスタートして、「パソコン→外部モニタ→プリンター→外付けHDD～」というように対応機器を数珠つなぎにしている。順に電力消費をしていって、「電力不足になるまで繋いでいける」というもの。

規格では最大20V・5A（100W）まで電源供給できるが、使用しているACアダプタの容量に依存する。数珠つなぎには、使用するケーブル内に認識用チップ（E-Marker）が組み込まれている必要がある。

なお説明補足だが、USB Type-C端子というのはあくまで「コネクタ形状」の規格であり、「USB接続以外で何に対応するのか」は各機器次第である。USB Type-CによるThunderbolt 3やDisplay Port 規格なども、その端子自体が対応していなければならない。USB PDもこれと同様である。

備考：レガシーポート（廃止傾向にあるシリアル規格）

レガシーポートとは、定義はないが次世代規格の登場によって、その役割をとって代わられた端子たち。レガシーポートと認定される定義はないが、市場の傾向を見てなんとなく判断。互換性を持った後続規格がなかった端子は、ここで分けてまとめた。

eSATA 端子（External Serial ATA）

eSATA 端子は、「内蔵型HDDやSSD、光学ドライブ」に使われるSATA規格をそのまま外部用に転用したもの。eSATA（External Serial ATA）は、直訳すると「外部SATA」。
eSATAは内ノイズ対策のシールドを強化し、内部SATAよりも抜けにくいコネクタ形状、抜き差し回数の上限を上げるなどの改良がある。

eSATA 端子を使うことで信号の変換が必要ないので、SATA規格のスピードをそのまま生かせる。そのため、ストレージ次第ではUSB3.0よりも速い場合がある。（転送速度はSATA機器次第で、SATA1.0規格で150MB/s、SATA2.0～2.6では300MB/sの速）

AHCIが可能なパソコンであれば、電源が入ったままケーブルを抜き差しできる「ホットプラグ」にも対応。eSATAからの電源供給はできないので、ACアダプタかUSB端子の接続で供給する必要がある。最大伝送距離は2mとされる。

「USB2.0端子と兼用のeSATA端子」を持つPCもあった。

eSATA と、PC内部のSATAコネクタの違い

USB2.0/esataコンボ
内部用のSATAケーブルとeSATAケーブルとは、コネクタ形状が異なる。eSATAはI 字型コネクタ、内部用SATAはL字型コネクタ。抜き差しできる回数（コネクタの耐久性）はI 字型コネクタのeSATAで5000回、L字型コネクタの内部用SATAで50回とされる。ケーブルは最長2mまで。

IEEE1394a 端子
6ピン

IEEE1394a 端子
4ピン

IEEE1394端子

SCSI規格の次世代にあたる。IEEE1394には、転送速度の違いでIEEE1394aとIEEE1394bがある。普及の都合上、IEEE1394というとIEEE1394aのことを指す場合が多い。

IEEE1394a 端子

転送速度は理論値400Mbps（50MB/s）。数値上ではUSB2.0よりも若干遅いが、USB2.0とは違いCPUに負担をかけずに転送できるため、実効速度は同じくらいといわれる。パソコンの電源が入ったまま、ケーブルを抜き差しできる「ホットプラグ」に対応。最大で63台の機器をディジーチェーン接続が可能。（周辺機器を数珠状に接続する）。6ピンタイプでは1.5Aの電源供給が可能。4ピンタイプは電源供給はなし。最大伝送距離は4.5mとされる。

旧型ビデオカメラではこのIEEE1394の採用が多い。オーディオ業界で呼ばれる「DV端子」、Apple社が呼ぶ「Firewire 400」、ソニーが呼ぶ「i.Link」はこのIEEE1394のことを意味する。

IEEE1394b 端子

IEEE1394bはIEEE 1394aの改良版であり、転送速度はIEEE1394aの2倍で800Mbps（100MB/s）。「FireWire（ファイヤーワイヤー）800」とも呼ばれる。最大伝送距離は4.5mとされる。

PS/2 端子

IBMのパソコンシリーズ「IBM PS/2」から採用された端子。一般的には「紫にキーボード、緑にマウス」を接続する。キーボード用とマウス用をひとつのPS/2コネクタに統合されているものもある。
他には、バーコードリーダーなど古い事務用機器の接続などにも使われた。役割がUSBに置き換わられたので、廃止するマザーボードが多く、レガシーポートとなった。

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