DELL(デル)パソコン購入レビュー
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HDDの仕様規格(インターフェース)

HDDの仕様規格では、ATA(Advanced Technology Attachment)がベースとなっている。外付けHDDではUSB接続、IEEE1394接続などがあるが、いずれもATAから変換された形で使われている。光学ドライブも同様。

インターフェースの種類~SATA(Serial ATA)が主流

現在、HDDに使われるインターフェースは、SATA(Serial ATA)が主流。それ以前の規格ではIDE(パラレルATA / PATA)が使われていた。SATAとIDEとは端子が異なり、またケーブルの違いですぐ判断できる。

SATAとPATAのインターフェース
SATAおよび、IDEのHDD。

SATAコネクタ、IDEコネクタ
マザーボードのSATAコネクタおよび、IDEコネクタ。SATAコネクタには「SATA2.0」と「SATA3.0」のようにバージョンがあり、コネクタ形状が同じでも転送速度が異なる

IDEとSATAのデータ転送方式の違いを理解する

IDEとSATAの転送の違いを図解それぞれ、データ転送の方式が異なる。SATAは単線で連続(シリアル)転送だが、従来のIDEは同時並行(パラレル)の転送である。

IDE(パラレルATA / PATA)

古いパソコンはIDE
2000年初期ごろまで、メインであったのはIDEである。平行(パラレル)方式の転送なのでPATA(パラレルATA)とも呼ばれる。幅広のIDEケーブルで接続。これは複数の伝送線をひとまとめにしたケーブルで、平行してデータを転送する。CPUの動作周波数(クロック数)が低かった頃は、この方法だとクロックあたりの転送力が高く、メリットがあった。

しかし、CPUが高クロック化してくると、平行方式ではノイズの影響があり、転送速度にずれが生じる。つまり高クロックCPUでは同期をとることが難しくなり、平行方式が適さない時代となった。また、複数の伝送線をひとまとめにしているためケーブル幅が広く、パソコン内部のエアーフローの妨げにもなった。

Serial ATA(SATA)

HDDをSATAで接続
IDEから世代交代したのが、Serial ATA(SATA)である。CPUの高クロックに対応したインターフェースがSATAで、シリアル(連続)方式を用いる。単線なので効率悪そうにも感じるが、現在のCPUが高クロックなので、高速で転送できる。パラレル方式のように同期をとる必要がないので、高速に任せて安定して転送できる。また、SATAケーブルは細いので、パソコン内部の送風冷却の妨げにならない。

AHCIとは~SATA2.0の機能を有効化するホストコントローラ

IDEとSATAとは本来互換性がない。しかし、どちらも使えるパソコンがあるのは、IDE互換モードで動いているからである。ただし、IDE互換モードのままではSATA 2.0で拡張された機能を使うことができない。

SATA 2.0で拡張された機能を利用するには、IDE互換モードからネイティブモードにしなくてはならない。それがAHCI(Advanced Host Controller Interface)モードであり、SATAの機能を引き出すためのホストコントローラ。

パソコンが対応しているなら、BIOS画面からIDEおよびAHCIモードの切り替えができる。IDE機器のない環境であればSATA環境を引き出すためにAHCIモードに切り替えましょう。 (メーカーパソコンならもう切り替わっているかもしれません)。AHCIモードであればSATA 2.0以降の機能がネイティブとなる。例えば、パソコンを起動したままeSATAケーブルを抜き差しできるホットプラグに対応できる。NCQも有効になる。

NCQ(ネイティブ・コマンド・キューイング)で、高速アクセス

SATA2.0以降、NCQ(ネイティブ・コマンド・キューイング)に対応可能となった。単純にいうと高速アクセスが可能なシステム。HDDでは、虫食い状態になったスペースに記録と消去を繰り返しており、1ファイルのデータがバラバラに記録されている状態。そのため1つのファイルを読み出すにも、分散されたデータを拾い集めていることになっている。 分散されているデータを読み込む時、通常では最短距離で行われているのではなく、読む順番が決まっている。そのため、遠回りすることはしばしば。しかし、NCQに対応していると順番通りではなく、効率がいい順番で読むことができる。

NCQを図解
図で解説。あるファイルは1~4のデータで構成されているとする。 非NCQでは決められた順番で読まれるので、1→2→3→4の順で読む。結果、図の例ではディスクを約2回転半させている。非NCQでは近い場所から読むわけではないので、多く回転させてアクセスしなくてはならず、時間がかかるうえHDDにも負担がかかる。回転数が多いということは発熱が多く、理論上、寿命も短いことになる。

次はNCQ対応のHDD。近いところからアクセスするので効率よく3→2→4→1の順に読む。決められた順番は一旦無視して、読み込んでから順番を組み直している。図の例ではディスクが1回転で済む。NCQ対応だと最低限の回転で済み、読み出しが速く快適になる。駆動の負担が少なくHDDを長持ちさせられる。なお、NCQを有効にするには対応HDDはもちろん、OSやBIOS、チップセットなどがAHCIに対応していなければならない。

SATAケーブルの品質について

SATAケーブル
SATAのバージョンが上がって高速化しても、SATAケーブルは共通。 しかしSATA3.0 (6Gbps)はSATA2.0 (3Gbps)の2倍の速度のため、粗悪なケーブルを利用すると通信品質が悪くなる場合がある。許容範囲であれば速度及びデータ内容の保証がされるが、範囲外の粗悪ケーブルだと本来の速度が出せない場合がある。また、ケーブルが長いほど理論上、信号の減衰は大きくなる。

バージョンと転送速度

IDEはUltra ATA/100(転送速度 100MB/s)で市場が留まる。以降、Ultra ATA/133(133MB/s)で転送速度がアップしたが、2003年頃にはSATA(SATA 1.0 ※150MB/s)への移行期であったため普及しなかった。

SATAに世代交代してからはバージョンが上がると転送速度が向上したり、付加機能が追加されていく。HDDはモーター駆動であるため、なかなか高速化は難しいと捉えがちだが、外部キャッシュに収まるような小容量ファイルは転送高速化の恩恵を受けやすいので若干のHDD高速化は望める。

市場ではSATA 3.0(600MB/s)でストップ。2013年頃より、コンパクトにSATAおよびPCI Express接続が可能な「M.2スロット」の登場により、次世代のSATA Expressはほとんど流通せず失敗に終わっている。M.2はカードスロットなので、2.5インチや3.5インチドライブのシェアも減りつつある。

IDE
(PATA)
Ultra ATA/33 (33MB/sの転送速度)
Ultra ATA/66 (66MB/sの転送速度)
Ultra ATA/100 (100MB/sの転送速度)
Ultra ATA/133 (133MB/sの転送速度)
SATA
(Serial ATA)

SATA 1.0

  • 1.5Gbps転送(150MB/sの転送速度)
  • シンプルなSATAケーブルで高速転送を実現

SATA 2.0 (バージョン2.5、2.6)

  • 3Gbps転送(300MB/sの転送速度)
    ストレージは1byteを8bitではなく10bit計算なので、300MB/s
    ゆえに、SATA300という呼び方もある。
  • NCQ(ネイティブ・コマンド・キューイング)対応
  • AHCIが規格化(SATA2.0の機能を有効化するホストコントローラ)
    ※SATA2.0以降の機能を使うにはパソコンがAHCIモードに対応している必要がある
  • 最大伝送距離:1m

SATA 3.0

  • 6Gbps転送(600MB/sの転送速度)。
    ストレージは1byteを8bitではなく10bit計算なので、600MB/s
    ゆえに、SATA600という呼び方もある。
  • NCQ(ネイティブ・コマンド・キューイング)の最適化
  • 電力管理能力の向上と低消費電力
  • HDDとSSDの接続をそれぞれ識別する
  • 最大伝送距離:1m

ケーブルの芯数に変更はないので、従来のSATAケーブルで問題ない。

SATA Express
※ほとんど流通せず失敗に終わる

  • 2011年8月10日に規格が発表された
  • PCI Expressを用い、X1なら最大転送速度 8Gbpsを実現予定
  • SATAコネクタで共通化することで、SATA Express製品とSATA製品の両対応ができる
  • 「M.2スロット」の登場により、SATA Expressはほとんど流通せず失敗に終わっている。

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