マザーボードとは何ですか? 定義、コンポーネント、および機能

コンピュータのマザーボードは、通常、マシンのシャーシ内で最大のプリント回路基板です。 電力を分配し、中央処理装置 (CPU)、ランダム アクセス メモリ (RAM)、およびコンピュータのハードウェアのその他のコンポーネント間の通信を容易にします。 マザーボードには幅広い種類があり、それぞれがコンピューターの特定のモデルおよびサイズと互換性を持つように設計されています。

さまざまな種類のプロセッサとメモリは、特定の種類のマザーボードで最適に機能するように設計されているため、すべての種類の CPU とメモリと互換性のあるマザーボードを見つけるのは困難です。 一方、ハードドライブは一般的にさまざまなマザーボードと互換性があり、ほとんどのブランドやタイプで使用できます。

コンピュータのマザーボードはコンピュータ ケースの内部にあり、コンピュータのほとんどの要素と周辺機器の接続点となります。 タワー型コンピューターに関しては、タワーの右側または左側にマザーボードがあることを探すかもし​​れません。 回路基板が最も重要です。

パーソナル コンピューターの初期のマザーボードには、実際のコンポーネントが比較的少数しか含まれていませんでした。 最初の IBM PC マザーボードには、CPU といくつかのカード ポートのみが搭載されていました。 ユーザーは、フロッピー ドライブ用のメモリやコントローラなどのさまざまなコンポーネントを提供されたスロットに挿入しました。

コンパックは、IBM が作成した設計に基づいていないマザーボードを利用した最初の企業となりました。 新アーキテクチャではIntel製CPUを採用した。 Compaq の売上が軌道に乗り始めると、業界内の数社がこれは危険な行動であると考えていたにもかかわらず、他の企業もすぐに追随しました。

しかし、1990 年代までに、インテルはパーソナル コンピューターのマザーボード市場で圧倒的なシェアを獲得しました。 Asus、Gigabyte Technology、Micro-Star International (MSI) は、この業界で最も影響力のある 3 社です。 しかし、現在では Asus が地球最大のマザーボード メーカーであるにもかかわらず、Intel は依然として世界のベスト 10 マザーボード メーカーの 1 つです。

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マザーボードとは何か、またその機能を理解するには、まずそのさまざまな種類と仕様を調べる必要があります。

これらのマザーボードは、物理的寸法 (数百分の 1 ミリメートル単位で測定できる) が大きいため、小型デスクトップのカテゴリに分類されるコンピュータでは適切に動作しません。 物理サイズが大きくなると、新しいハードウェア ドライバーをインストールすることが難しくなります。

これらのマザーボードの電源接続は、それぞれ 6 本の突起を持つソケットとプラグの形式になっています。 これらの電源接続を認識するのが難しいため、ユーザーが接続して操作しようとすると問題が発生することがよくあります。 1980 年代にこの種のマザーボードが大流行し、2000 年代になっても製造され続けました。

ATX は、Intel が 1990 年代に作成した AT マザーボードの拡張バージョンです。 名前は「拡張された先端技術」を意味し、「advanced technology」の頭文字をとったものです。 AT とは異なり、はるかにコンパクトで、関連コンポーネントの交換が可能です。 接続要素は大幅な進歩と発展を遂げてきました。

これらのマザーボードの長さと幅もミリメートルで測定すると 244 mm です (サイズの測定基準はメーカーによって異なります)。 このマザーボードには、標準 ATX ボードよりもポートとスロットが少なくなっています。

過剰な接続やその後のアップグレード (RAM、追加の GPU、またはその他の Peripheral Component Interconnect (PCI) カードの追加など) を望まないユーザーは、他のマザーボードよりもこの種のマザーボードに適しています。

このマザーボードは、244 mm x 244 mm に対応できる十分なスペースがあれば、どのような場合でも取り付けることができます。 Standard ATX または eXTENDED ATX マザーボードと互換性のある大型のケースにも取り付けることができます。

このマザーボードの寸法は 344 ミリメートル × 330 ミリメートルです (寸法はメーカーによって異なります)。 このマザーボードはシングルまたはツイン CPU 構成をサポートし、最大 8 つの RAM スロットを備えています。

さらに、より多くの PCIe (e は Express を表します) と PCI スロットを備えており、幅広いアプリケーション向けに PCI カードを追加するために使用できます。 ワークステーションとサーバーの両方がこのソフトウェアを使用できます。 すべての eATX マザーボードには十分なスペースがあり、エアフローとさまざまなコンポーネントの取り付けに十分なスペースが提供されているため、デスクトップ コンピューターに最適です。

これらの ATX フォーム ファクター メインボードは、対応する ATX フォーム ファクターほどの人気はありません。 これらは、ATX ファミリ内で最もコンパクトと考えられているものです。 占有スペースを最小限に抑え、価格も最小限に抑えるように設計されています。 Flex ATX は、Intel が 1999 年から 2000 年にかけて開発した mini ATX を改良したものです。 マザーボードの規格です。

以前のバージョンと比較して、これには 2 つの重要な機能強化があります。 最初の変更は、出力ポートと入力ポートがデバイスの背面に移動されたことであり、2 番目の変更は、ライザー カードの追加であり、これによりデバイスにスロットが追加され、コンポーネントの取り付けが容易になります。

これらの機能の一部は AT マザーボードに実装されています。 このボードの主な欠点は、高速グラフィック ポート (AGP) ポートがないため、PCI への接続が直接行われることです。 新しいロープロファイル拡張 (NLX) ボードでは、これらのマザーボードに存在する問題が解決されています。

BTX と略されるバランス テクノロジー拡張は、消費電力の増加を必要とし、その結果、より多くの熱を放出する新興テクノロジーの要件を満たすために開発された戦略です。 2000 年代半ば、インテルは低電力 CPU に集中するため、将来の BTX ボードの生産を中止しました。

一般的なマザーボードと比較してサイズが小さいため、これらのボードは Pico と呼ばれます。 BTX の上半分は共有されていますが、2 つの拡張スロットがサポートされています。 その際立った特徴はハーフハイトまたはライザー カードであり、デジタル アプリケーションのニーズを満たすように設計されています。

情報技術拡張 (ITX) マザーボードには通常サイズのバージョンがないことに注意することが重要です。 その代わりに、マザーボードは以前のバージョンよりもコンパクトな形に小型化されました。 2000年代に開発されたもので、大きさは17×17センチメートル。

消費電力の削減と冷却機能の高速化により、主にスモール フォーム ファクター (SFF) のコンピュータで使用されます。 ファンの騒音が比較的低いため、システム全体のパフォーマンスが向上するため、ホーム シアター システムでの使用に最も推奨されるマザーボードです。

「Intel 5×5」という名前は、現在 Mini-STX として知られているマザーボードに最初に付けられました。これは、拡張されたミニ ソケット テクノロジーの略です。 2015 年に導入されましたが、マザーボードの寸法は 147 ミリメートル x 140 ミリメートルです。 これは、長さ 5.8 インチ、幅 5.5 インチに変換されます。 したがって、5×5 という名前はかなり誤解を招きます。

Mini-STX ボードは前後に 7 ミリメートル長く、やや長方形の形状になっています。 これは、Next Unit of Computing (NUC) や mini-ITX などの他の小型フォーム ファクター ボードの形状が正方形であるのとは対照的です。

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コンピュータの電源を入れると、電源装置からマザーボードに電力が供給され、コンピュータが使用できるようになります。 データはデータ バスを介してチップセット コンポーネント間で転送され、サウスブリッジ セクションとノースブリッジ セクション間を移動します。

CPU、RAM、または PCIe へのデータ接続は、ノースブリッジ コンポーネントを通じて行われます。 RAM によって実行される操作は、RAM が CPU への入力の送信を開始した後、出力されているものとして CPU によって初めて「解釈」されます。 PCIe に書き込まれた後、データは、使用しているカードの種類に応じて拡張カードにコピーまたは移動されます。

基本入出力システム (BIOS)、ユニバーサル シリアル バス (USB)、シリアル アドバンスト テクノロジ アタッチメント (SATA)、および PCI バスへのデータ接続は、サウスブリッジ コンポーネントによって管理されます。 BIOS に送信される信号によってコンピューターが起動でき、SATA に送信されるデータによって光学ドライブ、ハードディスク、ソリッド ステート ドライブが「起動」されます。 ビデオ カード、ネットワーク カード、およびサウンド カードは、SATA に保存されている情報から電力を受け取ります。

残りのコンポーネントは電気信号を介して相互作用し、電気信号がハブとして機能します。 これらのデータ バスは、マイクロチップのノースブリッジまたはサウスブリッジ要素を経由して、CPU、RAM、PCI、PCIe などの他のコンポーネントに分岐します。

バスを介して送信される情報は、プログラミング言語 (1 および 0) を使用してエンコードされます。 信号がコンポーネントの 1 つからマザーボードに送信されると、マザーボードはその信号を処理し、他のコンポーネントが理解できる言語に翻訳します。 今日のほとんどのコンピューティング システムでは、これらすべてが一瞬のうちに行われ、入力と出力の間に遅延はほとんどありません。

マザーボードの主要なコンポーネントは次のとおりです。

コンピューターのマザーボードには、ユーザーが外部マウスとキーボードを接続できるようにする 2 つの個別のコネクタが必要です。 これらのコネクタは、コンピュータへの命令の送信と応答の受信を担当します。 キーボードとマウスのコネクタは PS/2 と USB の 2 つあります。 パーソナル システム/2 (PS/2) ポートは、6 つのピンを含むミニ DIN プラグで、マウスまたはキーボードを IBM 互換コンピュータに接続します。 他のコンピュータは、USB ポートを使用してマウスまたはキーボードを接続します。

USB は、コンピュータを電話などの他のデバイスに接続するコンピュータ インターフェイスです。 USB ポートは、ユーザーがプリンタ、スキャナ、ペン ドライブなどの外部周辺機器をコンピュータに接続できるようにするマザーボードの重要な部分です。 さらに、ユーザーはデバイスとコンピューター間でデータを転送できます。 USB ポートを使用すると、システムを再起動せずに周辺機器を接続できます。 USB の種類には、USB-A、USB-B、USB-mini、micro-USB、USB-C、USB-3 などがあります。

中央処理装置 (CPU) は一般にコンピューターの頭脳と呼ばれます。 CPUはコンピュータのすべての機能を制御します。 CPU はさまざまなフォーム ファクターで利用でき、それぞれの CPU にはマザーボード上の特定のスロットが必要です。 CPU には 1 つまたは複数のコアを含めることができます。 単一コアを備えた CPU は一度に 1 つのタスクのみを実行できますが、複数のコアを備えた CPU は複数のタスクを同時に実行できます。

RAM スロットは、ランダム アクセス メモリ (RAM) をマザーボードに接続します。 RAM を使用すると、コンピュータは CPU によってアクセスされるファイルやプログラムを一時的に保存できます。 RAM 容量が大きいコンピュータでは、より大きなファイルやプログラムを保持して処理できるため、パフォーマンスが向上します。 ただし、RAM の内容はコンピュータをシャットダウンすると消去されます。 通常、コンピュータには 2 つの RAM スロットがあります。 ただし、一部のコンピュータでは、使用可能なメモリを増やすために、マザーボードに最大 4 つの RAM スロットが搭載されています。

BIOS にはマザーボードのファームウェアが含まれています。 これは、コンピュータの電源を入れたときに何をするかについての説明で構成されています。 ハードウェア コンポーネントの初期化とコンピュータのオペレーティング システムのロードを担当します。 また、BIOS を使用すると、コンピュータのオペレーティング システムがマウスやキーボードなどの入出力デバイスと対話し、応答できるようになります。

一部のマザーボードでは、レガシー BIOS が最新の拡張可能ファームウェア インターフェイス (EFI) または統合拡張可能ファームウェア インターフェイス (UEFI) に置き換えられます。 UEFI と EFI を使用すると、コンピューターの起動が速くなり、より多くの診断および修復ツールが提供され、オペレーティング システムとコンピューター コンポーネント間のより効率的なインターフェイスが提供されます。

コンピューターのチップセットは、コンピューターのハードウェアおよびバスが CPU およびその他のコンポーネントとどのように対話するかを制御します。 チップセットは、ユーザーがマザーボードに追加できるメモリの量と、マザーボードに搭載できるコネクタの種類も決定します。

最初のタイプのチップセットはノースブリッジ チップセットです。 ノースブリッジは、CPU がコンポーネントと通信する速度を管理します。 また、プロセッサ、AGP ビデオ スロット、RAM も制御します。

2 番目のタイプのチップセットはサウスブリッジ チップセットです。 サウスブリッジ チップセットは、プロセッサと USB ポートやサウンド カードなどの拡張ポート間の通信を含む、コンピュータに接続されている残りのコンポーネントを制御します。

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コンポーネント間を電流が流れるときに発生する熱により、コンピューターの動作が遅くなることがあります。 過剰な熱が蓄積するのを放置すると、コンピューターのコンポーネントが損傷する可能性があります。 したがって、コンピュータは低温に保たれた方がパフォーマンスが向上します。 冷却ファンは空気の流れを増やし、コンピューターから熱を取り除くのに役立ちます。 ビデオ アダプター カードなどの一部の要素には、専用の冷却ファンが付いています。

アダプタ カードはマザーボードに統合されており、コンピュータの機能を強化します。 例としては、サウンド アダプタやビデオ アダプタなどがあります。 拡張スロットを使用すると、互換性のあるアダプター カードを取り付けることができます。 拡張スロットの例には、ペリフェラル コンポーネント インターコネクト (PCI) スロット、AGP スロット (ビデオ カードの挿入を可能にする)、PCI Express シリアル バス スロット、PCI 拡張スロットなどがあります。

CMOS バッテリーは、すべてのコンピューターのマザーボードに搭載されている小さな丸いバッテリーです。 相補型金属酸化物半導体 (CMOS) チップに電力を供給します。 CMOS チップは、電源がオフの場合でも BIOS 情報とコンピューター設定を保存します。 CMOS バッテリーにより、ユーザーはコンピューターの電源を入れるたびに、起動順序、日付、時刻の設定などの BIOS 構成をリセットする必要がなくなります。

ストレージ ドライブはデータを永続的に保存するか、メディア ディスクからデータを取得します。 ストレージ デバイスは、ハード ドライブとしてコンピュータにインストールすることも、USB ポートを介してコンピュータに接続できるリムーバブル ドライブにインストールすることもできます。 ハードディスク ドライブ (HDD) またはソリッド ステート ドライブ (SSD) は、コンピュータの主要なストレージ ドライブです。 SSD を搭載したコンピューターは、HDD よりもはるかに高速にタスクを実行し、パフォーマンスが向上します。 ユーザーは、コンパクト ディスクなどの光学ドライブを使用して情報を保存することもできます。

フロント パネル コネクタは、ケース前面の発光ダイオード (LED) ライトをハード ドライブ、電源ボタン、リセット ボタン、およびテスト用の内部スピーカーに接続します。 一部の USB デバイスやオーディオ デバイスには LED ライトも付いています。

これらのフロント パネル コネクタは通常、マザーボード上の小さなピンに差し込まれます。 ピンはグループ化され色分けされていますが、そのレイアウト構造はマザーボードのモデルによって異なります。

電源コネクタは、コンピュータが意図したとおりに機能するように電力を供給します。 電源コネクタには 20 ピンがあり、110 V AC 電源を +/-12 ボルト、+/-5 ボルト、および 3.3 ボルトの直流 (DC) 電源に変換します。

マザーボードの 7 つの機能は次のとおりです。

マザーボードの BIOS コンポーネントは、オペレーティング システムがキーボードやマウスなどの入出力デバイスと適切に対話して命令を処理できるようにします。 これにより、コンピュータに送信されたデータが期待どおりに移動し、意図した目的を実行できるようになります。 また、USB ポートを介したデータ フローも管理し、デバイス間のデータ転送を可能にします。 さらに、プロセッサが RAM の情報にアクセスできるようになり、効率が向上します。

マザーボードは、すべてのコンピューター接続を接続することで、消費者の時間、エネルギー、お金を節約します。 マザーボードは、メーカーがコンピューターの機能を保証するために必要なすべてのコンポーネントを接続できるプラットフォームを提供します。 したがって、さまざまな部品を手動で組み立てたり接続したりする必要がないため、消費者の時間とエネルギーが節約されます。 さらに、消費者は追加の輸送費やその他の諸費用を負担する必要があるため、個々のコンポーネントを収集すると費用がかかる可能性があります。

マザーボードは、電力を最適に供給および分配します。 コンピューターが機能するには電力が必要です。 マザーボードには、コンピュータを電源に接続し、コンピュータが使用できる電力の形式に変換する電源コネクタ プラグがあります。 その後、マザーボードは、電流がさまざまなシステム コンポーネントに最適に分配されるようにします。

マザーボードには、各要素に必要な電力が確実に供給されるように、事前定義された接続を備えた集積回路テクノロジーが搭載されています。 さらに、この回路により消費エネルギーが確実に削減され、コンピュータがエネルギー効率の高いマシンになります。

マザーボードにより、さまざまなコンポーネント間の通信が容易になります。 コンピューターが特定の命令セットを処理するには、タスクを完了するために複数のコンポーネントが通信して連携する必要がある場合があります。 このようなシナリオでは、マザーボードはその回路テクノロジーに依存して、これらのコンポーネント間の通信を可能にします。 マザーボードは、コンピューターのオペレーティング システムと対話するために、CPU、BIOS、拡張ポート、USB ポートなどのコンポーネントの一部に依存する場合もあります。

マザーボードはコンピューターの機能を向上させます。 マザーボードはコンピューターの機能を変えることがよくあります。 たとえば、コンピュータの出力を強化できる内蔵サウンドやビデオ機能などの追加機能が備わっています。 マザーボードを使用すると、ユーザーはプリンタなどの周辺機器を接続できるため、コンピュータがドキュメントの印刷などの追加タスクを実行できるようになります。 さらに、ユーザーはメモリスロットやハードディスクなどの工場で製造されたマザーボード部品を拡張およびアップグレードして、コンピュータの機能を高めることができます。

優れたマザーボードはコンピュータ全体の信頼性を高めます。 高品質のマザーボードは、コンポーネントが動作するための安定した基盤を提供します。 優れたマザーボードには適切な冷却機能があり、集積回路テクノロジが適切に設定されています。 これらの要素により、各要素が期待どおりに機能し、他のコンポーネントと通信できるようにすることで、コンピュータのハードウェアを効率的に制御できるようになります。 信頼性の高いコンピュータはタスクを効率的に実行するため、ユーザー エクスペリエンスが向上します。

マザーボードにより、作業の重複が軽減され、コンピュータ ユーザーの作業が簡素化されます。 従来のコンピューターには BIOS がプリインストールされていますが、最新のコンピューターには EFI と UEFI がプリインストールされています。 BIOS、EFI、および UEFI を使用すると、ユーザーが基本設定、時刻、日付を再構成しなくてもコンピュータを起動できます。 また、オペレーティング システムもメモリにロードされます。 したがって、これらのマザーボード コンポーネントにより、ユーザーは他の生産的なタスクに集中できるようになります。

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マザーボードはコンピューティング システムにとって非常に重要な部分であるため、Raspberry Pi のような小型モデルにもマザーボードが搭載されています。 これらは、他の部分 (CPU、ドライバー、ポートなど) が相互に通信できるようにすることで、コンピューターの動作全体を駆動します。 強力なマザーボードは製造と交換に費用がかかり、PC の最も耐久性のあるコンポーネントの 1 つです。

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テクニカルライター