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自作パソコンの基礎知識

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パソコン を 自作する前に知っておきたい基礎知識

自作パソコンの醍醐味は 使用環境によって パソコン のスペックを自在に変更できるところで、性能 , ・省電力・静音性・見た目 など 市販の PC よりも 目的に特化した仕様のモデルを構成できる。

円高だった 2010年前後は 自作PC のメリットにコストも含まれていたが、世界的な半導体不足もあって 現在の為替レートでは 自作PC に以前のようなコスパはなく、同等スペックであれば HP や DELL など グローバルメーカーの 製品 が安価な場合もある。

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パソコン の基本構成

パソコンの 基本的な構成は CPUメモリマザーボード電源ユニットストレージケース で、基本構成以外に モニタ ・ キーボード ・ マウス などの周辺機器 と OS が必要になる。

構成のポイント
・CPU と マザーボード のソケット一致
・マザーボード の メモリ スロットの規格に合った メモリ
・CPU や 搭載する HDD など総合的な消費電力を供給できる 電源ユニット
・マザーボード のフォームファクタに見合った ケース
バルクとリテール
バルク品
業者間で 取引される製品。
リテール品
一般消費者向け(市販向け)の製品。
バルク品はリテール品と比較して安価だが 簡易包装で メーカー保証 や 日本語の取扱説明書などがない場合が多い。

CPU

自作 パソコン の基礎知識 CPUCPU ( Central Processor Unit ) は 中央処理装置 ( 中央演算処理装置 ) と和訳される パソコンの頭脳に相当する部分で、CPU の性能によって パソコン の処理速度は大きく異なってくる。

パソコン 向けの CPU では  Intel ( インテル ) と AMD ( エーエムディ ) の 2 大メーカーが製品を供給しており「 性能のインテル 」「 コストパのエーエムディ 」と言われ、市販の PC にはインテル製の CPU を搭載しているものが多く  AMD の CPU は 自作派に根強い人気がある。

CPU の性能は ベンチマークテストなどで比較することができるが、実際の使用感は CPU の性能だけではなく メモリ や ストレージなどのトータルスペックで左右される。
コア と スレッド

CPU のコアは CPU の頭脳に相当する部分で 近年は 複数のコアを搭載した CPU が主流になっており、各コアに 処理を分散することで効率化を図っている。

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CPU が実行する処理の最小単位は スレッド ( Thread ) で、現在は Intel / AMD のCPU は 1のコアで 同時に 複数のスレッドを同時に処理する SMT (Simultaneous Multi Threading ) が採用されており「 8コア 16 スレッド 」のように表記される。
動作クロックと ターボ機能

動作周波数 ( クロック ) は 高いほど 多くの処理を同一時間内に行えるが、動作クロックに比例して 発熱量 と 消費電力も増加するため、動作クロックの高いパソコンは 相応の 電源ユニット と冷却装置が必要になる。

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ターボ機能は シングルスレッドのアプリケーション利用時に 1部の コアに負荷が集中している場合に 空いているコアの動作を停止して 負荷が集中しているコアの動作クロックを一時的に上昇させる技術で、インテルは ターボ・ブースト・テクノロジー 、 AMD は ターボコア・テクノロジー が使用されている。
ターボ機能は オーバークロックのように 全てのコアが上限まで上がるのではなく、設定された総発熱量の範囲内で効率化を図る。
TDP ( 最大放熱量 )

TDP ( Thermal Design Power ) は CPU の最大出力時の消費電力で、TDP の値が大きければ 多くの電力を消費し 放熱量が増加するため 相応の電力供給 と 冷却が必要になる。

市販の PC では表記されていない項目だが 自作の際には 電源ユニット や ケース の冷却などを考える指標になる。
キャッシュ

キャッシュは CPU の情報伝達経路で発生する遅延対策として 転送効率を向上させるために実装されている手段。

グラフィック機能

CPU が 描画処理を行う GPU を実装している場合は マザーボード内蔵の グラフィック機能を使用できるが、グラフィック機能を実装していない CPU は 別途 グラフィックカード が必要。

マザーボード

自作 パソコン の基礎知識 supply0011マザーボード ( MB ) は システムボード や メインボード とも呼ばれる CPU や メモリなどを設置するパソコンの基盤で、CPU ソケット ・ フォームファクタ ・ PCI スロット などのほか ストレージに M.2 を使用する場合は M.2 スロットの確認も必要。

ソケット
CPU を固定する部分をソケットスロットといい CPU のモデルによって対応しているソケットの形状が異なるため、使用する CPU をサポートした 製品を選択する。

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ソケットは CPU の設計 ( マイクロアーキテクチャ ) が大きく変わるたびに 形状が変化する傾向があり、仕様書の パッケージ対応ソケットに表記されている。

AMD のソケットは一部 下位互換をサポートしているが、基本的に ソケットは互換性がないため インテル CPU 対応AMD CPU 対応 という表記で マザーボード を選ぶと CPU が搭載できない可能性がある。
AMD のように 同じソケット ( AM4 )でも サポートしている CPU が 限定される場合がある。
随分昔の話だが Socket 7 という形状のソケットは 当時主流だった Intel のPentium が採用しただけでなく、AMD の K6 という CPU も Socket 7 の互換 CPU だったので、マザーボード を交換せずに CPU だけ換装することが可能だったが、インテルの Pentium Pro ,  AMD の K6 – 2 の頃から専用のソケットが採用され 現在に至っている。
フォームファクタ

マザーボード には ATX / MicroATX ( M-ATX ) / Mini ITX など サイズの規格があり フォームファクタと呼ばれる。

フォームファクタは 大きさだけでなく 拡張性 や 基本性能 が異なるので、使用する PCケース や 制作する PC のスペックを考慮して選定する。
メモリ スロット

メモリ モジュールは SIMM から DIMM に変わり 現在の マザーボードは ほぼ DIMM スロットを搭載している。

メモリ スロットの数は MB のモデルによって異なる。

自作 パソコン の基礎知識 DDR3

DIMM は DRAM を搭載した メモリのことで、DRAM には 複数の仕様があり 対応している メモリ 以外は 物理的に互換性がないため、DDR3 を DDR4 の メモリスロットに挿すことはできない。

メモリ の最大搭載容量は マザーボード によって異なるが、32bit OS は マザーボード の最大容量に関係なく利用できるサイズは 4GBが上限になり、64bit OS は Windows の場合は エディションによって異なり Home で 最大 128GB、Pro は 2TB まで利用できるが、一般的な MB は ハイエンドモデルでも 最大 128GB のものが多い。
グラフィック機能

内蔵グラフィックは CPU が実装している グラフィックス機能の出力をサポートするもので、MB に HDMI や Display Port などの 映像出力ポートがある。

CPU のグラフィック機能を利用する場合は MB が 内蔵グラフィック を実装しているか要確認。

メインメモリ

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ランダムアクセスメモリ ( RAM ) は CPU が直接アクセスする パソコンの主記憶装置 ( メインメモリ ) で、SSD や HDD よりも高速なアクセスが可能だが 現在普及している ダイナミック・ランダム・アクセス・ メモリ ( DRAM ) は 一定時間が経過すると データが消えてしまうという特徴がある。

メモリは PC4-25600 ( DDR4-3200 ) のような形で表記されることが多く、PC4-25600 は モジュールの規格で PC4 ( DDR4 )  転送速度 25600 MB/s を表し、DDR4-3200 がチップの規格で クロック速度が 3200 MT/s ( バスクロック 800MHz ) を表している。

DDR3 と DDR4 に互換性はないが、DDR4 2666 までサポートしている マザーボード のソケットに DDR4 3400 の メモリ は下位互換 として ( 本来の性能は発揮できないが ) 搭載可能。

アプリケーションや OS によって消費される メモリ量が 搭載している メモリサイズ を上回った場合は、仮想 メモリ としてメインメモリ に蓄積されているデータの 一部 が SSD / HDD に 退避 ( スワップアウト ) し アクセススピードが 低下するため、パソコンを快適に操作するには 十分な メインメモリ を確保しておいた方がよく、既存の パソコンを高速化させるには メインメモリ の増設が最も簡単な物理的手段になる。
ECC

メモリの仕様に表記されている ECC ( Error Check and Correct memory ) は メモリ のエラーチェック機能で Non-ECC は メモリにエラーチェック機能がない。

CL – キャスレイテンシ

CAS レイテンシ は 指示を受けてから開始するまでの時間のことで、同じメモリクロックの場合は CL の値が高ければ遅いということになるが、レイテンシはCAS レイテンシ を メモリクロック で 除算した値のため CAS レイテンシ だけで メモリ性能は判断できない。

Dual Channel

Dual Channel に対応した マザーボード では 同一規格 ・同一ロットの メモリ を 2 枚 使用することで メモリ のデータ転送速度を 2倍 に引き上げることが可能で、単純に 2 GBのメモリを 1枚 搭載するより 1 GB のメモリを 2枚  Dual Channel として搭載して方が 同じサイズでもパフォーマンスが向上する。

ストレージ

主記憶装置 ( メイン メモリ  ) に対して 補助記憶装置と呼ばれるのが ソリッドステートドライブ ( SSD ) や ハードディスクドライブ ( HDD )などのストレージで OS を含めたデータを 保存する。

ストレージ のパーテーションを管理している MBR ( Master Boot Record ) は 32bit の制約により 2.2 TB までしか管理できず ( 2 TB の壁 ) 、 2 TB を超えるディスクは パーティションスタイルを GPT ( GUID Partition Table ) にする必要があり、起動ディスクとして利用する場合は マザーボード の UEFI サポートと 64Bit OS の環境が必須。
SSD

Home-Built-PC-006SSD は フラッシュ メモリ ( 半導体 メモリ ) が使用されているため 衝撃 や 振動に強く、シークタイムがないので HDD と比較して データへのアクセス速度が飛躍的に向上する。

2.5 インチの SSD は SATA 接続の NAND 型 フラッシュメモリで、SSD の黎明期には 書き換えの上限回数 や 記録方式 ( SLC / MLC / TLC ) が 話題になったが、近年は メモリセルに 3ビットのデータを記録する 安価な TLC のネックだった 速度 や 耐久性 が 技術向上により改善され 、SSD の大容量化もあって TLC を採用した製品が普及している。

M.2

SSD には SATA 接続のモデルと PCIe で接続するモデルがあり、PCIe に接続するモデルは 通信プロトコルに NVMe ( Non-Volatile Memory Express ) が採用され M.2 での接続になる。

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M.2 は mSATA の後継になる SSD を接続するインターフェイスの規格で MB の M.2ソケットに設置する。

 M.2 SSD の 現行モデルは NVMe を採用した PCIe 接続の製品が多いが、M.2 でも SATA 接続 の製品もある。
HDD

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ハードディスクドライブ ( HDD ) は  プラッタ(磁気ディスク)という円盤部分をモーターで回転させ 磁気ヘッドが プラッタ上を往復することで データの読み書きを行っており、プラッタの回転数がアクセススピードの目安になり 1 分間の回転数 を rpmという単位で表している。

HDD は SSD よりも 容量単価が低いため、データ保存用の 大容量 ストレージ として利用されることが多い。

SSD の黎明期には 通常の HDD にフラッシュ メモリを搭載し、フラッシュ メモリ をキャッシュ ( 一時的な記憶域 ) として使用することで  HDD のボトルネックであるシークタイムを軽減する ハイブリットHDD ( SSHD )も存在したが、SSD の容量単価が低くなり 現在は販売されていない。

電源ユニット

sl01電源ユニット は 家庭用の AC 電力 ( 交流 ) を DC 電力 ( 直流 ) に変換して電圧を下げており、変換時に電力を消費するため 変換率 が 電源ユニットの性能を測る目安になる。

80 PLUS は PC 用 電源ユニットの 電力変換効率に関する規格で、80 PLUS の認証を受けている製品は 電力変換効率が 80%以上 が保証されている。

電力効率が良いのは 負荷率 50% 前後なので 電源ユニットの容量は 消費電力の 2 倍 が理想的で、12V 1 系統 の出力が高いほど安定性が向上する。
表記されている電源容量だけで判断するのではなく スペック表に記載されている 12V に流れる電流 ( A ) から電力 ( W ) を算出して確認する。
GIGABYTE 500W → 12V x 36A = 432W
Corsair  850W → 12V x 70A = 840W
12V の電力と 定格出力は ほぼ同じ数値になるが 製品によっては 定格出力 620W と表記していても 実質的に 400W 程度の電源ユニットもある。

光学ドライブ

drive光学ドライブ ( オプティカルドライブ ) は DVD / Blu-ray などの 光ディスク を再生する 5インチドライブで、以前はリカバリメディア や アプリケーションが CD や DVD で 配布されていたため 必須のパーツだったが、現在は ダウンロード や USB メモリなどに変わり 光学ドライブ の使用機会は減少し、ノートPC をはじめ 自作用の PC ケースも 5インチベイの非搭載モデルが増えている。

PC ケース

co02PC ケースは 静音性・冷却性・メンテナンス性・剛性 などに 特徴があり、耐久性のあるスチール製 と 熱伝導率の高いアルミ製 がある。

ケースは 大きさによってフルタワー・ミドルタワー ・ミニタワー・マイクロタワー・スリム など呼称が変わるが、区分けに明確な定義はないので 名称にこだわらず 構成に適した サイズを選定する。

選定のポイント
・MB のフォームファクタに適した大きさ
・内部のエアフロー
・ドライブベイの数
・電源ユニットの位置
・フロントパネルのインターフェイス
・デザイン
・組み立てやすさ や 裏配線の可否
・CPU クーラーに 簡易水冷を使用する場合は ラジエーターの設置位置
スリム ケース など 小型のケース はエアフロー ( 空気の流れ ) が悪く ケース 内に熱が籠もりやすいため 自作ビギナーには不向き。

Operating System ( OS )

自作PC を作成したら 利用可能な状態にするため OS のインストールが必要で、Windows 10 / 11 は 無料でインストール可能だが プロダクトキーを購入して ライセンス認証が必要で、Ubuntu / Debian などの Linux は 無償で利用できる。

32ビット と 64ビット ( アーキテクチャ )

OS には 32bit と 64bit があり 32 bit は 2の32乗 ( 約42億 )、64 bit は 2 の64乗 ( 約1844京6744兆737億 ) の情報量を 1度に処理でき、32 bit に比べ 64 bit は格段に処理能力が高くなる。

グラフィックカード

自作 パソコン の基礎知識 Graphicグラフィックカード(グラフィックボード)は 映像信号の入出力を扱うパーツで、NVIDIA のGeForce 、ATI  ( 現 AMD ) の RADEON が グラフィックの 二大ブランドになっている。

GPU ( Graphics Processing Unit ) は 本来 画像処理を行うプロセッサだが、処理能力が高く グラフィックス以外のタスクを並列処理できる GPGPU  ( General-purpose computing on graphics processing units ) が開発されてからは 高負荷な処理が必要なアプリケーションで活用されるようになった。
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CPU クーラー

CPU は 高温になるため 熱を吸収する ヒートシンク と ヒートシンクを冷却するファン を搭載した CPU クーラーを使用して 冷却する。

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CPU を購入すると リテール品の CPU クーラーが付属していることが多いが、TDP ( 最大消費電力 ) の高い CPU や オーバークロック時には 冷却効果を高めるため 大型の CPUクーラー や 水冷タイプの CPU クーラーを使用する。

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水冷の場合は ラジエーターの設置場所 や サイズ、大型の空冷の場合は 他のパーツとの干渉 や ケース内に収まるかなどの確認が必要。

エアフロー

パソコン を稼働させると 各パーツが発熱し ケース内部の温度が上昇するため、ケース背面のファンで 内部の熱せられた空気を 排気している。

エアフローは ケース内の 空気の流れ で、吸気 と 排気 のバランスを考慮して ケースファン を配置する。
吸気よりも排気が多いと ケース 内部は 負圧 になり、ケースの隙間から外気が内部に流入してくるため、ケース内に ホコリが積もりやすい。
一方、排気よりも吸気が多いと ケース 内部は 正圧 になり、ケース の隙間から内部の空気が外に流出するため 負圧に比べ ケース 内部のホコリの量は格段に違いが出てくる。
 ケース 内部を正圧にする場合は 吸気 と 排気のバランスに注意が必要で、一般的には負圧が推奨されている。
ケースファンの リブ有リブ無 は ネジ止めをする穴が 筒状 か 筒状でないかの違いで、リブ有りは固定するネジも長く ファンをしっかりと固定でき、リブ無しはテーパーネジで手軽に固定できる。

豆知識

単位

パソコン のスペックで使用される最も一般的な単位は「 情報の大きさ 」を表す「 バイト 」で「 B 」と表記され、文字コード シフトJIS では 半角英数 1文字のデータ量が 1B  , 全角は 2Bになる。

データの最小単位は「ビット」で 1B = 8Bit 。
1000B = 1KB(キロバイト)
1000KB = 1MB(メガバイト)
1000MB = 1GB(ギガバイト)
1000GB = 1TB(テラバイト)
1000TB = 1PB(ペタバイト)
1000PB = 1EB(エクサバイト)

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