拡張ボード – metoree本番管理

拡張ボードとは

拡張ボードとは、パソコンやCPUボードに接続して新たな機能を実現したり、機能を強化したりする場合に使用されるボードのことです。

また、機器に組み込むワンチップマイコンが搭載されているメインの基板に対して同様の理由で増設する基板のことを拡張ボードと呼ぶこともあります。

市販されているパソコンやCPUボードは、世の中の一般的なニーズに合わせて仕様が決められているため、それを超える使い方はできません。装備された機能だけでは対応できない場合があります。拡張ボードは、この様な場合に有用です。

拡張ボードの使用用途

パソコンやCPUボードに使われる拡張ボードは、CPUが搭載されたマザーボード上に直接差し込んで使用することが一般的です。このマザーボード上のインターフェースとして従来はPCIバスが使われていましたが、現在では、PCI expressという高速化されたバスインターフェースに切り替えられています。

拡張ボードの種類は非常に多様で入出力を拡張するためのI/Oボード、イーサネット接続のためのLANボード、USB端子を増設するためのUSB増設ボード、グラフィックの描画性能を高速化するためのグラフィックボード、音声出力を強化するためのサウンドボード、更には、PCでテレビ放送を受信するためのテレビチューナボードなどもあります。

拡張ボードの原理

一般的に拡張ボードを接続するためのPCIバスもしくはPCI expressがマザーボード上の空きスロットとして用意されているのは、デスクトップ型PCのみです。ノートPCは物理的にこのスロットを用意することが困難であることから基本的に拡張ボードを装着することはできません。

拡張ボードはハードウェアのみでは役に立ちません。汎用的なUSB増設ボードなどを除いて、デバイスドライバおよび拡張ボードによってはユーティリティアプリケーションもペアで使用する必要があります。

1. USB増設ボード

拡張ボードの中で良く使われるのがUSB増設ボードです。購入時、PCに装備されているUSBポートはTYPE-Aと言われる標準的なサイズのものが一般的です。

しかし、数に限りがあり、USBポート経由で様々な周辺デバイスを接続すると不足することがあります。TYPE-Aを更に拡張ボードで増設する使い方が効果的です。

加えて、最近ではTYPE-Cと言われるUSBコネクタが良く使われます。上下いずれの向きで差し込んでも大丈夫なタイプであり、かつコンパクトであることから好んで使われます。このTPY-Cを用意するために増設ボードを使用することもあります。

2. IO拡張ボード

特殊な拡張ボードとして、IO拡張ボードがあります。製品によって、周辺の温度や湿度などのアナログ情報を取得しこれをA/D変換した後にCPUに入力するタイプの拡張ボードです。

拡張ボードのその他情報

1. PCI

高速バス規格の1つで、「Peripheral Component Interconnect」の略称です。拡張スロットだけではなく、コンピュータのない部分バスとしても使用されている規格です。バス速度は33MHzと66MHzの2種類ありますが、通常使用される32ビットPCIでは33MHzが標準です。

2. PCI Express

PCI Expressは2002年に規格化されたPCIに代わる規格として汎用インターコネクト技術です。2019年に32Gbpsの通信速度を実現する規格が規定されており、現在も高速化の規格が検討されています。PCI Expressを持つインタフェースは増加しており、航空や車載分野にも使用されている規格です。

PCIバスの転送速度を上昇させるためにクロックの高速化やバス幅の拡張が検討されていました。しかし、クロックの高速化ではデータ線上のデータとクロックの同期ができるボード開発が難しい等の課題がありました。そこで新たに開発された規格がPCI Expressです。

参考文献
https://jpn.nec.com/fc/fcpro_series/option/op_board.html
https://note.cman.jp/pci/
https://jp.misumi-ec.com/vona2/el_control/E1600000000/E1603000000/E1603010000/
https://time-space.kddi.com/ict-keywords/20190116/2549