自作PC「歴代ストレージインターフェース(速度/スピード)一覧」のご紹介
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| PC/コンピューターバス規格一覧のご紹介 | |
| 全般 | システムバス フロントサイドバス バックサイドバス Daisy chain 制御バス Bus contention Bus mastering Network on a chip Plug and play |
| 規格 | SS-50 bus S-100 bus Multibus Unibus VAXBI MBus STD Bus SMBus Q-Bus Europe Card Bus ISA STEbus Zorro II Zorro III CAMAC FASTBUS LPC HP Precision Bus EISA VME VXI VXS NuBus TURBOchannel MCA SBus VLB HP GSC bus InfiniBand Ethernet UPA PCI PCI Extended (PCI-X) PXI PCI Express (PCIe) AGP Compute Express Link (CXL) Direct Media Interface (DMI) RapidIO Intel QuickPath Interconnect NVLink HyperTransport Infinity Fabric Intel Ultra Path Interconnect Coherent Accelerator Processor Interface (CAPI) SpaceWire |
| ストレージ | ST-506 ESDI IPI SMD Parallel ATA (PATA) SSA DSSI HIPPI Serial ATA (SATA) SCSI Parallel SAS Fibre Channel SATAe PCI Express (AHCI / NVMe) |
| 周辺 | Apple Desktop Bus Atari SIO DCB Commodore bus HP-IL HIL MIDI RS-232 RS-422 RS-423 RS-485 Lightning DMX512-A IEEE-488 (GPIB) IEEE-1284 (parallel port) UNI/O 1-Wire I²C (ACCESS.bus, PMBus, SMBus) I3C SPI D²B Parallel SCSI Profibus IEEE 1394 (FireWire) USB Camera Link 拡張PCIe Thunderbolt |
| オーディオ | ADAT Lightpipe AES3 Intel HD Audio I²S MADI McASP S/PDIF TOSLINK |
| ポータブル | PC Card ExpressCard |
| 埋め込み | Multidrop bus CoreConnect AMBA (AXI) Wishbone SLIMbus |
| 「歴代ストレージインターフェース(速度/スピード)一覧」のご紹介 | |||
| テクノロジー | レート | 年 | |
| テレタイプ モデル 33 紙テープ | 80 bit/s | 10 B/s | 1963 |
| TRS-80 Model 1 Level 1 BASIC カセット テープ インターフェイス |
250 bit/s | 32 B/s | 1977 |
| C2N Commodore Datasette 1530 カセット テープ インターフェイス |
300 bit/s | 15 B/s | 1977 |
| Apple 2 カセット テープ インターフェイス | 1.5 kbit/s | 200 B/s | 1977 |
| Amstrad CPC テープ | 2.0 kbit/s | 250 B/s | 1984 |
| Single Density 8-inch FM フロッピー ディスク コントローラ (160 KB) |
250 kbit/s | 31 KB/s | 1973 |
| Single Density 5.25-inch FM フロッピー ディスク コントローラ (180 KB) |
125 kbit/s | 15.5 KB/s | 1978 |
| High Density MFM フロッピー ディスク コントローラ (1.2 MB/1.44 MB) |
250 kbit/s | 31 KB/s | 1984 |
| CD コントローラー (1×) | 1.171 Mbit/s | 0.146 MB/s | 1988 |
| MFM ハードディスク | 5 Mbit/s | 0.625 MB/s | 1980 |
| RLL ハードディスク | 7.5 Mbit/s | 0.937 MB/s | |
| DVD コントローラー (1×) | 11.1 Mbit/s | 1.32 MB/s | |
| ESDI | 24 Mbit/s | 3 MB/s | |
| ATA PIO Mode 0 | 26.4 Mbit/s | 3.3 MB/s | 1986 |
| HD DVD コントローラー (1×) | 36 Mbit/s | 4.5 MB/s | |
| Blu-ray コントローラー (1×) | 36 Mbit/s | 4.5 MB/s | |
| SCSI (Narrow SCSI) (5 MHz) | 40 Mbit/s | 5 MB/s | 1986 |
| ATA PIO Mode 1 | 41.6 Mbit/s | 5.2 MB/s | 1994 |
| ATA PIO Mode 2 | 66.4 Mbit/s | 8.3 MB/s | 1994 |
| Fast SCSI (8 bits/10 MHz) | 80 Mbit/s | 10 MB/s | |
| ATA PIO Mode 3 | 88.8 Mbit/s | 11.1 MB/s | 1996 |
| AoE over Fast Ethernet | 100 Mbit/s | 11.9 MB/s | 2009 |
| iSCSI over Fast Ethernet | 100 Mbit/s | 11.9 MB/s | 2004 |
| ATA PIO Mode 4 | 133.3 Mbit/s | 16.7 MB/s | 1996 |
| Fast Wide SCSI (16 bits/10 MHz) | 160 Mbit/s | 20 MB/s | |
| Ultra SCSI (Fast-20 SCSI) (8 bits/20 MHz) | 160 Mbit/s | 20 MB/s | |
| SD (High Speed) | 200 Mbit/s | 25 MB/s | |
| Ultra DMA ATA 33 | 264 Mbit/s | 33 MB/s | 1998 |
| Ultra Wide SCSI (16 bits/20 MHz) | 320 Mbit/s | 40 MB/s | |
| Ultra-2 SCSI 40 (Fast-40 SCSI) (8 bits/40 MHz) |
320 Mbit/s | 40 MB/s | |
| SDHC/SDXC/SDUC (UHS-I Full Duplex) | 400 Mbit/s | 50 MB/s | |
| Ultra DMA ATA 66 | 533.6 Mbit/s | 66.7 MB/s | 2000 |
| Blu-ray Controller (16×) | 576 Mbit/s | 72 MB/s | |
| Ultra-2 wide SCSI (16 bits/40 MHz) | 640 Mbit/s | 80 MB/s | |
| Serial Storage Architecture SSA | 640 Mbit/s | 80 MB/s | 1990 |
| Ultra DMA ATA 100 | 800 Mbit/s | 100 MB/s | 2002 |
| Fibre Channel 1GFC (1.0625 GHz) | 850 Mbit/s | 103.23 MB/s | 1997 |
| AoE over gigabit Ethernet, jumbo frames | 1 Gbit/s | 124.2 MB/s | 2009 |
| iSCSI over gigabit Ethernet, jumbo frames | 1 Gbit/s | 123.9 MB/s | 2004 |
| Ultra DMA ATA 133 | 1.064 Gbit/s | 133 MB/s | 2005 |
| SDHC/SDXC/SDUC (UHS-II 全二重) | 1.25 Gbit/s | 156 MB/s | |
| Ultra-3 SCSI (Ultra 160 SCSI; Fast-80 Wide SCSI) (16 bits/40 MHz DDR) |
1.28 Gbit/s | 160 MB/s | |
| SATA revision 1.0 | 1.500 Gbit/s | 150 MB/s | 2003 |
| Fibre Channel 2GFC (2.125 GHz) | 1.700 Gbit/s | 206.5 MB/s | 2001 |
| Ultra-320 SCSI (Ultra4 SCSI) (16 bits/80 MHz DDR) |
2.560 Gbit/s | 320 MB/s | |
| Serial Attached SCSI (SAS) SAS-1 | 3 Gbit/s | 300 MB/s | 2004 |
| SATA Revision 2.0 | 3 Gbit/s | 300 MB/s | 2004 |
| SDHC/SDXC/SDUC (UHS-III 全二重) | 2.5 Gbit/s | 312 MB/s | |
| Fibre Channel 4GFC (4.25 GHz) | 3.4 Gbit/s | 413 MB/s | 2004 |
| Serial Attached SCSI (SAS) SAS-2 | 6 Gbit/s | 600 MB/s | 2009 |
| SATA Revision 3.0 | 6 Gbit/s | 600 MB/s | 2008 |
| Fibre Channel 8GFC (8.50 GHz) | 6.8 Gbit/s | 826 MB/s | 2005 |
| SDHC/SDXC/SDUC (SD Express) | 7.9 Gbit/s | 985 MB/s | |
| AoE over 10GbE | 10 Gbit/s | 1.242 GB/s | 2009 |
| iSCSI over 10GbE | 10 Gbit/s | 1.239 GB/s | 2004 |
| FCoE over 10GbE | 10 Gbit/s | 1.206 GB/s | 2009 |
| Serial Attached SCSI (SAS) SAS-3 | 12 Gbit/s | 1.2 GB/s | 2013 |
| Fibre Channel 16GFC (14.025 GHz) | 13.6 Gbit/s | 1.652 GB/s | 2011 |
| SATA Express | 16 Gbit/s | 2 GB/s | 2013 |
| Serial Attached SCSI (SAS) SAS-4 | 22.5 Gbit/s | 2.4 GB/s | 2017 |
| UFS (version 3.0) | 23.2 Gbit/s | 2.9 GB/s | 2018 |
| Fibre Channel 32GFC (28.05 GHz) | 26.424 Gbit/s | 3.303 GB/s | 2016 |
| NVMe (M.2 U.2/ PCI Express 3.0 ×4 link) | 32 Gbit/s | 3.938 GB/s | 2013 |
| iSCSI over InfiniBand 4× | 32 Gbit/s | 4 GB/s | 2007 |
| NVMe (M.2 U.2/ PCI Express 4.0 ×4 link) | 64 Gbit/s | 7.876 GB/s | 2017 |
| iSCSI over 100G Ethernet | 100 Gbit/s | 12.392 GB/s | 2010 |
| FCoE over 100G Ethernet | 100 Gbit/s | 12.064 GB/s | 2010 |
| NVMe (M.2, U.2, U.3 EDSFF/ PCI Express 5.0 ×4 link) |
128 Gbit/s | 15.754 GB/s | 2019 |
IDE（Integrated Device / Drive Electronics）アイディーイー
IDEは、Compaq(HPに買収)が中心となって開発したHDDのインターフェース規格。現在のIDEは、これをもとに、ANSIで標準化した内蔵デバイス用の汎用インターフェースで、正式名称をATAとも言いますが、一般的にはATAも含めてIDEと呼んでいます。
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始まりは、Compaqの開発したローカルな規格
HDDの接続に欠かせなかったATA/IDEは、もともとは、Compaqが自社のPC用(最初に搭載したのはPortable III)に開発したローカルな規格でした。だが、その高性能ぶりが受けて、各社が次々に追従。
ANSIの標準規格に認定される
1988年には、標準化を推進するCAM(Common Access Method)委員会が結成され、正式なATA規格を策定。後に、ANSI(American National Standards Institute)の標準規格として認定されることになります。
初期のディスクアダプター
ST506を代表とする初期のディスクアダプターは、ディスクコントローラの機能までになっており(FDDのコントローラも同じ)、インタフェース上では、デバイスレベルの信号をやり取りする方式でした。
これに対し、ディスクコントローラをドライブ側に持たせ、現在のホストアダプタとコントローラのインターフェースというスタイルを採ったのがIDEです。
IDEの仕様
電気的には、96ピンのISAバスからHDDに不要な信号を省略した40ピン仕様が基本になっており、一つのホストが2台のHDDをコントロールします。
現在一般に使われているのは、その後のさまざまな拡張が盛り込まれたもので、2ホスト4デバイスに対応。大容量ドライブをサポートするためのLBAやディスクドライブ以外のデバイスをサポートするための拡張プロトコルATAPI(AT Attachment Packet Interface)、高速転送を行なうためのUltraDMA(Ultra ATA)などの機能をサポートしています。
2000年代、IDE系からSerial ATAへと徐々に移行
2000年代前半からHDDのインターフェースはIDE系からSerial ATAへと徐々に移行し、IDE対応HDDの新製品がリリースされることもなくなっていきます。
現在では旧型のIDE HDDを現行のPCで利用するためのインターフェース拡張カードやUSB-IDE変換アダプターで採用されています。
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SCSI（Small Computer System Interface）スカジー
ANSI(American National Standards Institute:米国規格協会)で標準化された汎用インターフェース規格。コンシューマ向けのPCではSerialATAが一般化する前の時代まで高速HDDや光学ドライブなどのインターフェースとして用いられてきました。
SCSIは、Shugart Associatesが開発したSASI(Shugart Associates System Interface)というHDDインターフェースをもとに、ANSIで標準化された汎用インターフェースです。
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1986年、SCSI-1を規定
1986年にリリースされた最初の規格(SCSI-1)では、コマンド転送に使われている基本的な転送モードである非同期転送モードと、一般的なデータ転送に使われている同期転送モードを規定します。
前者は、タイミングを取り合いながら転送する方法で、オーバーヘッドが大きく、転送速度は最大で約1.5MB/sに制限されます。後者は、あらかじめタイミングクロックと応答を待たずに先送りできるクロック数を決めておき、その範囲内で連続転送を行なうモードで、最初の規格では、200ns(5MHz)のクロックを採用。最大5MB/sの転送速度でした。
SCSI-2（Small Computer System Interface-2）スカジーツー
バス幅と同期転送のタイミングが拡張されたSCSIの上位規格。バスは従来の8bitに加え、16bitや32bitを追加。タイミングクロックは、半分の100nsに短縮したFast-10が加わり、前者はWide SCSI後者は、Fast SCSIと呼ばれていました。
転送速度は8bitバス(いわゆるNarrow SCSI)なら10MB/s、16bitのWide SCSIは20MB/s。
SCSI-3（Small Computer System Interface-3）スカジースリー
この規格からSCSIは、さまざまな物理層とプロトコルを統合する規格に改められ、これまでのパラレル仕様のSCSIは、SPI(SCSI-3 Parallel Interface)として発展していくことに。
このSPIの拡張規格として1996年に承認されたFast-20は、タイミングを半分の50nsに縮めた高速版で、一般にはUltra SCSIと呼ばれていました。
SPI-2について
SPI-2では、バスにLVD(LowVoltageDifferential:低電圧の平衡型)インターフェイスが新たに加わり、LVD上でクロックをさらに半分(25ns)にしたFast-40を規定。一般にUltra2 SCSIと呼ばれているタイプで、最大転送速度は8bitバスで40MB/s、16bitバスで80MB/s。
SPI-3について
SPI-3では、クロックの両エッジを使って転送するDT(Double Transition)を追加。Ultra2 SCSIと同じクロックで、転送速度が2倍に向上するこのモードをFast-80と言う。一般にはUltra3 SCSI 16bitバスのWide SCSI版は、Ultra 160 SCSIと呼ばれているタイプ。
SPI-4について
SPI-4ではクロックを半分の12.5nsに短縮したFast-160モードが、SPI-5ではさらに半分の6.25nsに短縮したFast-320モードが追加されます(いずれもDT)。16bitのWide SCSIの転送速度から、それぞれUltra 320 SCSI、Ultra 640 SCSIと呼ばれていました。
Serial ATAシリアルエーティーエー
シリアルインターフェースを使ったATA規格。「Serial ATA Working Group」が2000年に発表、2001年に最初の規格をリリース。従来のATAは、16bitのデータ線を持つパラレル転送方式のインターフェースで、物理的には、制御線やグランドを含む40ピンのインターフェースとして設計されています。
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Serial ATAの仕様
Serial ATAは、これをシリアル転送方式に改めたもので、信号用の7ピン(Serial ATA Signal)と給電用の15ピン(Serial ATA Power)という、シンプルでコンパクトな仕様。基本的には、内蔵デバイスの接続を想定したインターフェースですが、ケーブル長は1mと、パラレル時代の約2倍に延長されています。
仕様が同じなら、バス幅が広いほど高速に転送できますが、信号線が多くなると、信号線間の同期や干渉の問題があるため、転送クロックを上げるのが難しくなってしまいます。
シリアル化はインターフェースを極限までシンプルにする代わりに、クロックを上げて高速化を狙うアプローチ。転送サイクルは第1世代の「SerialATA/1500」で1.5GHz。Ultra ATA/133の66MHzから大きく性能を向上させています。
実際の転送は8bitを10bitに符号化して送るため20%のロスが出ますが、それでも1.2Gbps(150MB/s)の広帯域。第2世代の「SerialATA/3000」では2倍の3GHzで駆動し、2.4Gbps(300MB/s)に拡張されています。
従来のATAとの互換性について
ハードウェア的には、従来のATAとはまったく互換性がなのですが、規格には、ソフトウェア(BIOSやデバイスドライバ)で従来のATAをエミュレートする仕様も盛り込まれており、エミュレートモードでは、これまでどおりのデバイス制御が可能になっています。
Serial ATA II シリアルエーティーエーツー
Serial ATAは、APT Technologies、Dell、IBM、Intel、Maxtor(Seagateに買収)、Quantum(Maxtorに買収)、Seagateの7社を中心に運営された「Serial ATA Working Group」が2001年に正式リリースしたシリアルインターフェースを利用するATA規格。
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SATA-IOが規格を管理、推進する「Serial ATAII」
コア規格の策定後、Serial ATA WGは、Serial ATA II WGに名を変え、拡張規格の策定に着手します。現在は2004年に設立された「Serial ATA International Organization(SATA-IO)」が規格を管理、推進しています。
ATA-IO「Serial ATA2.5」をリリース
Serial ATA II WGは、転送速度をSerial ATA標準の2倍となる3Gbpsに高速化した仕様をはじめとする拡張機能を追加した。「Serial ATA II」の名は、一時は高速版規格の代名詞として使われることもありましたが、ATA-IOでは市場の混乱を避けるため、「Serial ATA II」は特定の規格や追加機能を指す名称ではないとする声明を出すとともに、コア規格と6個の拡張機能を統合した「Serial ATA2.5」をリリースします。
Serial ATA(SATA) Revision 3.0
2009年5月にSerial ATA International Organization(SATA-IO)が策定を完了した、Serial ATAの規格。転送速度がSerial ATA IIの2倍となる6Gbps(実効速度600MB/s)に引き上げられています。
Serial ATA 3.0の性能を引き出すには対応したケーブルが必要
コネクタ形状はこれまでのSerial ATAと同じ。ただし、Serial ATA Revision 3.0の性能を引き出すためには、6Gbps転送に対応したケーブルが必要になります。
そのため、3Gbpsまでしか対応していないケーブルを使用した場合は転送速度が低下する可能性があります。
Serial ATA 3.0の強化点
そのほかの強化点は、帯域を保証(アイソクロナス転送)したNCQストリーミングコマンドの追加、NCQコマンドによるパフォーマンスの最適化、LIFコネクタのサポート、INCIT SATA8-ACS規格準拠によるHDDとSSDの識別に対応などが挙げられます。
「SATA 3.0」「Serial ATA III」「Serial ATA 3.0」などと表記される場合がありますが、SATA-IOによる正式な表記は「SerialATA(SATA) Revision 3.0」及び「SATA 6Gb/s」であり、前者の表記は通称。
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現在、自作PCにおいてはHDDやコストパフォーマンスを優先した2.5インチタイプのSSDで多く採用されていますが、速度向上の著しいSSDでは上位製品を中心にNVMeインターフェースを採用する例が増えています。
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