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パソコンのインターフェース(拡張スロット編)

拡張スロット~PCI Express スロットについて

拡張スロットに拡張カードを搭載することでパフォーマンスアップができます。代表的な拡張スロットはPCI Express 規格で、グラフィックカードなどの拡張カードを搭載します。

オンボード機能が不満なら、拡張スロットを使う

パソコンそのものが持っている機能には、具体的にはマザーボードが実装する機能になりますが、直に付いている端子やサウンドコントローラ、ネットワークコントローラなどが挙げられます。また、Nehalem(開発コードClarkdale)以降のCPUではグラフィック機能を内蔵しています。これらのようにすでに備わっている機能のことを「オンボード機能」といいます。

オンボード端子
マザーボードに直付されているオンボード端子や、直付されているチップによるオンボード機能。
オンボード機能を取り外すことはできませんが、もっと高度な機能にしたい場合は、拡張スロットに拡張カードを搭載することでパフォーマンスアップができます。(その際、自動でオンボード機能は停止する)。また、オンボードで実装されていない機能を拡張カードで追加することができます。

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PCI Express スロット

、拡張スロットのパネル面
拡張スロットの代表格が、PCI Express スロット(略してPCIe)。規格が策定されたのは2002年。

PCI Expressは伝送路(レーン)
PCI Expressは伝送路(レーン)を複数束ねていく構成になっています。1レーンである「PCI Express × 1」からレーンを束ねて行き、「 × 4、× 8、× 16」のスロットがあります。レーン数が多いほど高速転送が可能になります。

PCI Express × 1
PCI Expressは伝送路(レーン)を複数束ねていく構造なので、レーン数の少ない拡張カードであれば、レーン数の多いスロットに搭載することができます。その逆はサイズが合わないので物理的に無理ですね。
つまり、PCI Express × 1の拡張カードであれば、どこのスロットにも挿せます。 (規格上では、このような使い方ができるようになっている)。

拡張スロットのパネル
パソコン背面から拡張スロットのパネル面が確認できます。拡張性の高いパソコンほど装備しているスロット数が多いですが、その分、筐体も大きくなります。

PCI Express ×1のUSB3.0拡張カードと、PCI Express × 16
拡張カードの例。PCI Express ×1のUSB3.0拡張カードと、PCI Express × 16のグラフィックカード。
差し込み部分の切り欠き位置は共通で、レーン数が多いほど差し込み部分も長くなります。

PCI Express × 16 スロット

PCI Express × 16 スロットでは、転送速度を何よりも要求する「グラフィックカード」が搭載されます。イレギュラーな例として、PCI Express × 1など少ないレース数のグラフィックカードが存在しますが、転送速度に不利があるためほとんど使われません。

PCI Express × 16 スロットから給電できるのは75W
ローエンド・グラフィックカードを搭載している様子。PCI Express × 16 スロットから給電できるのは75Wあたりなので、ローエンドのグラフィックカードなら補助電源はいらない。

PCI Express × 16 スロットからの給電
ハイエンド・グラフィックカードはサイズが大きく、厚みもあるので2スロット占有します。PCI Express × 16 スロットからの給電では賄えないので、電源ユニットのPCI Express電源コネクタから補助電源を供給します。
補助電源を忘れると、PC起動時に激しいビープ音が鳴って起動しない。

PCI Express × 16を含む3スロット分
ハイエンド・グラフィックカードでは、パソコンの背面から見ると2スロット占有しているものの、内部をみるとその厚みから、PCI Express × 16を含む3スロット分を覆ってしまうことがしばしば。この写真では、PCI Express × 1が2スロット分、使えなくなっている。

PCI Express × 1 スロット

グラフィックカード以外の拡張カードでは、PCI Express × 1 スロットが使われることが多く、× 4、× 8よりも使用頻度の高いスロットです。「× 4、× 8 を装備するのに、× 1 がない」というパソコンはほとんどないと思われます。

USB3.0拡張カード
PCI Express × 1用の「USB3.0拡張カード」を搭載している例。

パソコンに、新機能を追加
パソコン背面のパネルにUSB3.0端子が追加されます。このように、もともとその機能を持っていなかったパソコンに、新機能を追加することができます。

その他の拡張スロット

PCI Express規格の転用として、Mini PCI ExpressスロットとmSATA(Mini SATA)スロットがあります。両者ともコネクタ部分が共通ですが、信号形式は異なっています。

Mini PCI Expressスロット

Mini PCI Express
Mini PCI Expressスロットでは、主にハーフサイズのワイヤレスLANカードが搭載されます。
いわばPCI Expressスロットの小型版。PCI-Express Mini Card スロットとも呼ばれます。

mSATA(Mini SATA)スロット

mSATA SSD~ISRT
mSATA(Mini SATA)スロットでは、主にmSATA SSDが搭載されます。ストレージであるSSDが配線不要で搭載できるメリットがあります。Mini PCI Expressスロットと端子形状が同じですが、信号形式は異なっています。拡張カードを搭載するときは確認が必要です。

M.2

M.2のSSD主にノート向けだが、PCI Express ネイティブ接続のM.2規格のスロットは、mSATAの後継として開発されたスロット。伝送方式には「PCI Express 3.0、SATA 3.0、USB 3.0」の互換性を持っている。

接続インターフェースがSATA3.0規格では「転送速度600MB/s」までのボトルネックがあったが、M.2によってSSDの性能を引き出せる環境となった。

旧式の拡張スロット

AGP(Accelerated Graphics Port)とPCI
PCI Expressスロットがメインとなる前まで使われていた拡張スロットには、AGPスロットとPCIバス・スロットがあります。AGPスロットにはグラフィックカード、PCIバス・スロットにはインターフェースカードなどが搭載されました。

AGP(Accelerated Graphics Port)~グラフィックカード用のスロット

後継規格のPCI Expressが実用化されるまで主流だった、AGPスロット。
グラフィックカード用として使われました。初登場は1997年ごろで、バージョンがAGP 3.0までリリースされましたが、転送速度の限界に達したため、2005年ごろにはPCI Express規格へほぼ置き換えられました。

AGPと切り欠き位置が異なる
PCI Express × 16対応グラフィックカードでは、AGPと切り欠き位置が異なるので、誤って搭載するミスはない。

PCIバス・スロット(Peripheral Component Interconnect)

PCI Express規格以前に使われていた、グラフィックカード以外の拡張カードで使われてきた拡張スロット。登場したのは1992年ごろで、2003年にはPCI 3.0までバージョンアップ。PCI拡張カードが市場でしばらく出回っていた経緯があり、PCI Expressが主流になっても並行して実装されていました。なお、当サイトのDELLパソコンレビューでは、2011年ごろから見かけなくなりました。PCI の立場は、PCI Express×1を中心に代わられています。

SCSI拡張カード
PCIバス規格のSCSI拡張カード。PCI Express規格とは切り欠き位置が異なる。

拡張スロットの転送速度

PCI Expressは伝送路(レーン数)を束ねていく構成なので、PCI Express × 1の転送速度をレーン数の分だけ倍にしていけば、「 × 4、 × 8、 × 16」の転送速度が割り出せます。バージョンが上がることで転送速度が向上しており、世代ごとのGen◯と呼ばれます。※GENというのはGenerationの略。

旧式の規格 転送速度 備考
PCI(32bit/33MHz) 133MB/s PCIやAGPはPCI Express以前からある拡張スロット。2005年ごろから淘汰され始めた。
PCI(64bit/66MHz) 533MB/s
AGP 1X 266MB/s
AGP 2X 533MB/s
AGP 4X 1,066MB/s
AGP 8X 2,133MB/s
PCI Express 規格 転送速度(片方向) 備考
Gen1 PCI Express ×1(ver 1.1) 250MB/s 2002年に策定。2005年ごろにはAGPに代わる立場となる。
WindowsではVistaから正式対応。
PCI Express ×16(ver 1.1) 4,000MB/s
Gen2 PCI Express 2.0 ×1 500MB/s 2007年~2008年ごろ登場。
PCI Express 2.0 ×16 8,000MB/s
Gen3 PCI Express 3.0 ×1 1,000MB/s 2012年ごろ登場。
PCI Express 3.0 ×16 16,000MB/s

PCI Expressの世代ごとの互換性

世代ごとに転送速度が向上し、歓迎されるのはグラフィックカードの分野になります。その速度を出すためにはその世代に対応するグラフィックカードが必要になります。速度は別として、PCI Express自体の互換性は保たれています。(例えば、PCI Express 2.0規格/Gen2のグラフィックカードを、PCI Express 1.1規格/Gen1のスロットに搭載しても、規格上では動作するようになっている。)

なお、 内蔵チューナーカード、サウンドカードなどの拡張カードでは、一定の速度があればいいわけで、高速化のメリットはないです。

片方向と双方向の転送

上記の表ではPCI Expressの転送速度を片方向の場合で記載しています。双方向の表記では数が倍になります。(PCI Express 2.0規格PCI Express 2.0規格/Gen2の場合、X1の片方向で500MB/s、双方向で1GB/sとなる)

ノートパソコン編 Express Cardスロット

一部のノートパソコンには拡張機能としてExpress Cardスロットが装備されています。Express CardスロットにExpress Cardを差し込むことで、機能拡張することができます。例えば、「購入したにはIEEE1394が付いていなかった。」「USB端子がもっとほしい。」となったら、Express Card規格のインターフェース・カードを購入すれば増設できるのです。インターフェース・カード以外にも、ワンセグチューナーやワイヤレス通信など種類は様々で、機能を拡張することができます。

Express Card/34スロット
写真左のノートはサイズ幅34ミリのExpress Card/34スロットを装備。写真右のノートはサイズ幅54ミリでL字型のExpress Card/54スロットを装備。Express Card/54では54ミリと34ミリの両カードが使えますが、Express Card/34スロットは34ミリのみとなります。(※写真にあるスカスカのカードは防塵用のダミーカード)

Express Cardは、USB 2.0とPCI Express規格をベースに作られています。似たような拡張カードに「PCカード」がありますが、PCカードはPCI規格をベースに作られているため、Express Cardと互換性がありません。

Express Card/54
Express Card/34カードと、Express Card/54カード。

旧規格 PCカード、CardBusについて

PCカードの写真

カード型インターフェース バス規格 bit数 カード部の厚み
PCカード
※古くはPCMCIAカードと呼ばれた
※PCカードスロットにCardBusは使えない
ISAがベース 16 bit Type I (3.3mm)
Type II (5mm)
Type III (10.5mm)
CardBus
※PCカードとの互換性を持つ
PCIがベース 32 bit

Express Card以前に使われていた規格は、PCカードおよびCardBusです。
ISAがベース(16bit)の PC カード。その後継で登場したのがPCIがベース(32bit)のCardBusです。

CardBusではPCカードと互換性を持っていたため、市場ではPCカードの総称で通っている場合がありますが、厳密にはバス規格が違うため別物です。※CardBusであれば、意識せずともPCカードが使えたので、そのままPCカードと呼んできたのでしょう。

USB 2.0とPCI Express規格をベースに作られているExpress Cardとは、互換性がありません。カード購入の際は注意しましょう。

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