キーボード, マウス, ディスプレイ, プリンター, Webカメラ, スピーカー, 外付けストレージなど、パソコン本体に接続して機能を追加・拡張する機器全般を指し、入力・出力・記憶・ネットワークなど様々な役割があります。これらを組み合わせることで、作業効率や利便性、エンターテイメント性を高めることができます。
入出力インターフェース
入出力インターフェースとは、コンピュータ本体とキーボード、マウス、プリンタ、ディスプレイなどの周辺機器を接続し、データをやり取りするための規格（コネクタ形状、ケーブル、通信方式）の総称で、シリアル（USBなど）とパラレル（旧式）に大別され、現代では高速なシリアル方式が主流となっています。これには、RS-232C、USB、IEEE1394（FireWire）、HDMI、DisplayPortなどの具体的な規格が含まれ、データを直列（1ビットずつ）または並列（複数ビット同時）に転送します。
主な入出力インターフェースの例
- USB：PCとほぼ全ての周辺機器を接続する汎用シリアル規格。Type-Cは上下の区別がない。
- HDMI / DisplayPort：映像・音声信号をデジタルで送るシリアル規格。テレビやモニター接続に。
- IEEE1394 (FireWire)：高速なデータ転送に対応し、デジタルビデオカメラなどに使われたシリアル規格。
- RS-232C：モデムや古いプリンタなどで使われたシリアル規格。
- SCSI / IDE：HDD接続に使われたパラレル規格。現在はシリアル（SATAなど）に置き換わっている。
転送方式による分類
- シリアルインターフェース：1本の線で1ビットずつ直列にデータを送る。ケーブルが細く、高速化が進んでいる（例: USB, HDMI, DisplayPort）。
- パラレルインターフェース：複数（8ビットなど）の線で同時に並列にデータを送る。制御が難しく高速化に限界があり、シリアル化が進んだ（例: SCSI, IDE, パラレルポート）。
その他の種類
- 無線インターフェース：:Wi-Fi、Bluetoothなど、ケーブルを使わずに無線で接続する方式。
- バスパワー：:USBなどを介してPCから周辺機器へ電源を供給する方式。
- ホットプラグ：:電源ONのまま機器の抜き差しができる機能（USBなど）。
組み込みシステム
組み込みシステムは、家電、自動車、産業機器などの特定の機能を制御するために内部に組み込まれた、マイクロコンピュータ（マイコン）、センサー、アクチュエータ、専用ソフト（ファームウェア）からなるコンピュータシステムです。家電なら洗濯機や冷蔵庫、自動車ではECU（電子制御ユニット）が代表例で、高性能・高信頼性・省電力が求められます。
概要と特徴
- 定義: 特定の目的（洗濯、走行制御など）のために専用化されたコンピュータ。
- 構成要素: ハードウェア（CPU/MPU/MCU、センサー、メモリ）と、それを動かす専用ソフトウェア（OSレスまたはリアルタイムOS）。
- 主な特徴:
- 専用性: 特定の機器専用に設計・最適化されている。
- リアルタイム性: 危険回避や操作に対して即座に反応する必要がある。
- 高い信頼性: 故障や不具合が人命や製品の安全に関わるため、高い品質が要求される。
- リソース制限: PC等と比較してコスト、サイズ、消費電力の制約が厳しい。
関連用語を下記に整理します。
| 名称 | 概要 |
|---|---|
| IoT （Internet of Things） | 家電、自動車、産業機器などの「モノ」をインターネットに接続し、データの収集・分析や相互通信を行う技術です。遠隔操作、状態把握、自動化により、家庭の利便性向上や企業の効率化、業務自動化に寄与する。 |
| SoC （System on a Chip） | CPU、GPU、メモリ、通信モジュールなど、電子機器の動作に必要な主要機能を1つの半導体チップ上に実装した技術です。スマートフォン、家電、自動車の頭脳として機能し、小型化、低消費電力、低コストを実現します。 |
| SiP （System in Package） | CPU、メモリ、センサーなど機能の異なる複数の半導体チップ（ダイ）を1つのパッケージ内に封止し、高密度に実装する技術です。1つのチップに機能を集約するSoCと異なり、個別のチップを積層・連結するため、短期間かつ低コストで高性能・小型化を実現でき、携帯機器や通信デバイスで広く採用されています。 |
組み込みシステムで利用される装置
組み込み機器では、周囲の環境を観測して、温度・湿度・圧力・傾きなどの様々な情報を取得します。このような情報の取得にはセンサを使用します。下記に代表的なセンサを整理します。
| 名称 | 概要 |
|---|---|
| 光学センサ | 光の強さ、波長、方向を検出し、それを電気信号（電圧や電流）に変換するデバイスの総称です。可視光のほか、赤外線や紫外線も利用し、投光素子（LEDなど）と受光素子（フォトダイオードなど）を組み合わせて、物体の有無、距離、色、位置などを非接触で高精度に検知します。 |
| 温度センサ | 熱（物体、液体、気体）を物理的・電気的な変化（抵抗や電圧）に変換して温度を測定する機器です。主に、直接触れる「接触式（熱電対、測温抵抗体、サーミスタなど）」と、触れない「非接触式（放射温度センサ）」に分類され、工業用から家庭用まで幅広い用途で温度監視・制御に利用されます。 |
| 加速度センサ | 物体に生じる直線的な動き（加速度）、振動、重力を利用した傾き、または衝撃を検知するデバイスです。主にMEMS技術を用いた超小型センサーがスマホ、自動車、ゲーム機、IoT機器などで姿勢制御や動きの検知に幅広く利用されており、3軸（XYZ）検出が一般的です。 |
| ジャイロセンサ | 物体が回転する速度を検出する慣性センサです。コリオリ力を利用して1秒間あたりの回転角度を測定し、スマホの画面回転、手ブレ補正、ゲームのコントローラー操作、ドローンの姿勢制御などに利用されています。 |
| 磁気センサ | 磁石や電流が発生させる磁界（磁力）の強さ、方向、変化を検知し、電気信号に変換する部品です。非接触で回転数、位置、角度、開閉などを高精度に検出できるため、スマートフォン（コンパス・開閉）、自動車（ABS）、家電、産業機器などの幅広い分野で使用されています。 |
| 超音波センサ | 人間の耳には聞こえない高い周波数の音波（超音波）を発信し、物体に当たって戻ってくる反射波の時間を測定して、非接触で距離や存在を検出するデバイスです。透明体や光沢のある物体、色の影響を受けず、油やほこりにも強いため、自動車のバックソナー、工場の製品検知・レベル測定など、幅広い産業分野で使用されています。 |
| ひずみセンサ | 物体が力などによって変形（伸び縮み）した量（ひずみ）を検出し、それを電気信号に変換するセンサーで、ひずみゲージ式センサーが一般的です。物質が変形すると電気抵抗値が変化する原理を利用し、荷重計、圧力センサー、加速度センサーなど、さまざまな計測に応用され、航空機から体重計まで幅広い分野で使われています。 |
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