シリアルATA
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シリアルATA（SATA、Serial ATA、シリアルエーティーエー、エスエーティーエー[1]、エスアタ[2]、サタ[2]）とは、コンピュータにハードディスク、SSDや光学ドライブを接続する為のインタフェース規格である。2010年時点において、SCSIやパラレルATAに代わって主流となっている記録ドライブの接続インタフェース規格である。
英語ではセイタまたはセタと発音する[3]。
概要
中心規格として、半二重1.5Gb/s・3 Gb/s・6 Gb/sのデータ転送速度を持つ3つの規格があり、いずれの製品も互換性がある。異なる規格の製品を接続した場合、低い性能に合わせて機能する。ただし、通常の内部機器用、外部機器用、小型機器用でそれぞれコネクタが異なり、物理的に接続できない。
3つの規格は、一般にそれぞれ「シリアルATA 1・2・3」(Serial ATA I/II/III) とも呼ばれるが、これは公式な規格名称ではない。製品名称や宣伝における表記では、 規格と性能は必ずしも一致しないことや[4]、規格番号と性能数値を混同しうることから、このような通称を用いるべきではないとされ、「SATA 6Gb/s」のような表記が求められている[5]。一方、規格仕様書自体を具体的に指したいときは、「Serial ATA Revision 3.0」のように表記する。
経緯
旧規格であるATA（パラレルATA）はデータを複数の信号線に分割して転送するという原理上、クロックスキュー（伝送経路間に起きる信号のずれ）が発生する。分割されたデータを再結合するにはクロックスキューを許容して全ての経路でデータが到着するのを待つ時間が必要である。転送速度を向上させる場合は待ち時間を短くしなくてはならないが、ゼロにはできないため限界が見えてきた。更なる転送速度向上のため、信号を分割せず一つの経路で転送する規格として誕生した。
シリアルATA ワーキンググループが2000年2月に発足。2000年11月にSerial ATA Revision 1.0が発表された。この時に、2007年頃（第三世代、後のSerial ATA Revision 3.0）までの大まかな開発予定も示された。なお、最初はUltra SATA/1500の名で規格が発表された[6]。
シリアルATA 2 ワーキンググループ (Serial ATA II Working Group) の発足は2002年2月。「シリアルATA 2」(Serial ATA II) という間違った通称はこの組織名に由来する。本来はあくまで組織名であって、規格や技術を指す言葉ではなかった[5]。後にSerial ATA International Organization (SATA-IO) へと改名。
また、シリアルATA 2という表記は当初、商品性能表記での混乱などもあり、特定の機能であるNCQや転送速度3 Gb/sを表す名前だという誤解があった[4]。実際には、機能と速度が別々の規格となっており特定部分のみを採用した製品も可能である[4]。2005年にはこのような誤解を避けるため、従前の規格を単一規格にまとめたSerial ATA Revision 2.5が発表された[4]。
パラレルATA (ATAPI, IDE) との違い
従前の主流であったパラレルATAとの比較では、以下のような違いがある。
パラレルATAとは：シリアルATAが登場して以降、旧来のパラレル通信を行うATA規格を区別するレトロニムであり、正規の規格名称ではない。しかし本項では可読性向上の便宜を図るため、シリアルATA登場以前の規格を「パラレルATA」と表記する。シリアルATA登場以前の規格は単にATAと称されていたが、ここではそれらを指して「パラレルATA」と記述していることに留意が必要。
- 信号経路のシリアル化。
- ホットスワップ[注釈 1]への対応[4]。
- 通信速度向上。UDMA6の133.3 MB/sから150 MB/sに。
- ケーブル長が最大45.7 cmから1 mに[4]（外付け用の規格eSATAでは2 m）。
- 信号の伝送に使用する電圧がパラレルATAの5 Vから0.5 Vに低減すると共に、USBなどに使われているLVDS技術を使用している。これにより消費電力と信号の干渉の低減、ケーブル長の延長を実現している。
- 従来は80芯40ピンコネクターのフラットケーブルであったものを7ピンのケーブルとした。これによりケーブルの取り回しを容易にするとともに、コンピュータ内部のエアフローを改善し、配線の混雑を減らす[4]。コネクタ部も新しくなったため、パラレルATA規格とシリアルATA規格の物理的な接続に互換性はない。例えばパラレルATAインターフェースのマザーボードにシリアルATAのドライブは使用できず、その逆も不可である。
- マスタースレーブ接続の概念の廃止。1本のケーブルに1台のデバイスを接続するようになった。2003年以前に設計された、従来のパラレルATAのマスタースレーブ接続を想定しているOSでは誤動作を起こす可能性があるが、インタフェースの違いをチップセットが吸収できる場合が多い（パラレルATAのエミュレートモードやデバイスドライバでカバーしている）。
- USBと同様に、シリアルATA規格ではホストコントローラのレジスタインタフェースは規格の範囲外である。ホストコントローラのAHCI規格はシリアルATAの規格範囲外である。パラレルATAでも明示的にレジスタインタフェースが規定されていたわけではないが、規格内の「タスクファイル」がそのまま実際のレジスタと見做すことができる実装がほとんどであるため問題にならなかった。
- リンクレイヤでは、パラレルATAの機能をほぼ同等に備える。そのためパラレルATAのレジスタインタフェースをエミュレートするホストコントローラを比較的容易に実装できる。インテルのICH（I/O コントローラー・ハブ）などは実際にそのように実装されている。
- 電源及び信号コネクタの物理寸法と配置が規格化されているので、ドライブのメーカを問わず共通のバックプレーンにケーブルを介すことなく直接着脱できる。
Advanced Host Controller Interface
Advanced Host Controller Interface (AHCI) は、Serial ATA Revision 2.0 と密接な関連を持つものの、ホストコントローラーの規格であり、シリアルATA規格に含まれるものではない。
シリアルATA対応のホストコントローラーのなかには、動作モードにこの"AHCI"の他、IDEエミュレーションモード（"IDE"あるいは"PATA"などと表記）を持つものがあり、これら動作モード設定においてサポートするオペレーティングシステムやデバイスドライバとの整合性を図る必要がある物が多い[注釈 2]。
プロトコル
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リビジョン
Serial ATA Revision 1.0 (1.5 Gbit/s, 150 MB/s, Serial ATA-150)
Serial ATA Revision 1.0a
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2003年1月7日にリリース
Serial ATA Revision 2.0 (3 Gbit/s, 300 MB/s, Serial ATA-300)
Serial ATA Revision 1.0aを基に拡張したもの。Serial ATA Revision 1.0a策定後から2004年頃までにとりまとめられた技術的な拡張全体を指す。
- 物理転送速度 - 半二重3 Gb/s
- 実効転送速度 - 半二重2.4 Gb/s (300 MB/s)
- インターフェイス名 - Second generation
- NCQ (Native Command Queuing) やマルチポート等の概念を入れる
- 15ピン電源端子にアクティブLEDやスピンアップ制御機能をオプション扱いで盛り込む
- インタフェース仕様の統一の為、AHCIが規格化された。ATAエミュレートが不要な為性能も向上する。
Serial ATA Revision 2.5
2005年8月23日付 SATA-IO、シリアルATAのRevision 2.5仕様を策定
- SATA 1.0aとSATA 2.0の拡張仕様を統合
Serial ATA Revision 2.6
2007年3月5日付 SATA-IO、シリアルATAのRevision 2.6仕様を策定
- 小型フォームファクタ用スリムドライブ向けのスリムケーブルとコネクタ[4]
- 1.8インチHDD向けのMicro SATAコネクタ[4]
- Mini SATAの内蔵/外付けマルチレーンケーブルとコネクタ[4]
- 複雑なワークロード環境のデータに対するネイティブコマンドキューイング (NCQ) の優先度の強化[4]
- NCQのアンロードの強化[4]
Serial ATA Revision 3.0 (6 Gbit/s, 600 MB/s, Serial ATA-600)
2008年8月18日付 SATA-IO 発表、2009年5月27日策定完了[8][9]。米マーベル社からSerial ATA Revision 3.0コントローラチップが出荷されており、マザーボードやインタフェースカードに搭載、販売されている。パソコン向けチップセットにおけるサポート（機能の内蔵）は、AMDが890GXのサウスブリッジのSB850へSerial ATA Revision 3.0コントローラを実装し、インテルはSandy Bridgeに対応するチップセット6x世代から実装した。
- 物理転送速度 - 半二重6 Gb/s (750 MB/s)
- 実効転送速度 - 半二重4.8 Gb/s (600 MB/s)
- インターフェイス名 - Third generation
- 電力管理能力の向上
- アイソクロナス転送（帯域保証）によるNCQ (Native Command Queuing) ストリーミングコマンドの追加（オーディオや動画等の広帯域データ転送向け）
- NCQコマンドのホストコントローラ処理や管理強化によるパフォーマンスの最適化
- 1.8インチドライブ向け小型LIF (Low Insertion Force) コネクタのサポート
- ノートPC用7mmスリム光学ドライブ向けコネクタのサポート
- INCITS ATA8-ACS 規格適合（HDDとSSDの識別が可能となる）
- 低コスト・低消費電力の方向性を継続
Serial ATA Revision 3.1
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Serial ATA Revision 3.2 (16 Gbit/s, 1969 MB/s)
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Serial ATA Revision 3.3
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ケーブル、コネクタ、ポート
コネクタとケーブルはSATAとパラレルATAを比較した時に最も顕著に異なる箇所である。PATAとは異なり、主にデスクトップやサーバーコンピューター用に使用される3.5インチの記憶装置と、ノートパソコンなどの小型パソコンに使用される2.5インチの記憶装置で同じコネクタが使用される。[10]
microSATAコネクタは1.8インチの記憶装置のほか、DVDやBlu-rayなどの小型デバイスにて使用される。[11]
外部装置用にはeSATAコネクタが指定される。この場合SATAドライブはSASコントローラに接続されネイティブSASディスクと同じケーブルで通信できるが、SATAコントローラではSASディスクを処理はできない。
マザーボードなどが備えるSATAポートは誤って抜けないようにロックやクリップのついたデータケーブルを使用。一部のケーブルは接続を容易にするためにL字型のコネクタとなっている場合がある。
データ用
| ピン | 接続順 | 機能 | |
|---|---|---|---|
| 1 | 1st | GND | |
| 2 | 2nd | A+（転送） | |
| 3 | 2nd | A−（転送） | |
| 4 | 1st | GND | |
| 5 | 2nd | B−（受信） | |
| 6 | 2nd | B+（受信） | |
| 7 | 1st | GND | |
| — | N/C（カギ部） | ||
SATA規格は、7本の導線（3つのGNDと4本2対データ線）と両端に8 mm幅のコネクタを持つデータケーブルを定義している。
SATAケーブルの長さは最大1 mで、1つのマザーボードソケットを1つの記憶装置に接続できる。PATAのリボンケーブルでは、1つのマザーボードソケットを1つまたは2つのハードドライブに接続し、40本または80本の導線で長さ45.7 cmに制限されている。このため、SATAケーブルはPATAケーブルに比べて取り付け易く、空冷の障害となりにくい。なお、PATAに比べ偶発的に抜けやすくなるが、これについてはロック機能を持ったケーブルを使用することで回避できる。
-
7ピンSATAケーブル（上向きL字型コネクタ） -
3.5インチHDDのSATAのポート。左がデータ用、右が電源。長いピンはGNDであり、先に接触するようになっている。 -
完全にシールドされたSATA3.0ケーブルの断面図
電源
標準コネクター
各電圧は3ピンで構成され、1ピン当たり1.5 Aを供給できる。
| ピン | 接続順 | 機能 | |
|---|---|---|---|
| — | N/C（カギ部） | ||
| 1 | 3 | 3.3 V | |
| 2 | 3 | ||
| 3 | 2 | ||
| 4 | 1 | GND | |
| 5 | 2 | ||
| 6 | 2 | ||
| 7 | 2 | 5 V | |
| 8 | 3 | ||
| 9 | 3 | ||
| 10 | 2 | GND | |
| 11 | 3 | アクティブLED/スピンアップ制御 （サポートドライブのみ） | |
| 12 | 1 | GND | |
| 13 | 2 | 12 V | |
| 14 | 3 | ||
| 15 | 3 | ||
このコネクターは3.3 V給電を備えていない[13][要検証]。
スリムコネクター
ノートPCの光学ドライブなど向けに、Serial ATA Revision 2.6 で規格化。
| ピン | 機能 | |
|---|---|---|
| — | N/C（カギ部） | |
| 1 | デバイス存在 | |
| 2 | 5 V | |
| 3 | ||
| 4 | 診断用 | |
| 5 | GND | |
| 6 | ||
マイクロコネクター
1.8インチHDDなど向けに、Serial ATA Revision 2.6 で規格化。なお、データ用のマイクロコネクターもあり、データ用の標準コネクターに似ているが、少しだけ薄い。
| ピン | 機能 | |
|---|---|---|
| 1 | 3.3 V | |
| 2 | ||
| 3 | GND | |
| 4 | ||
| 5 | 5 V | |
| 6 | ||
| 7 | 予約 | |
| — | N/C（カギ部） | |
| 8 | ベンダー依存 | |
| 9 | ||
eSATA
External Serial ATAの略称。Serial ATA Revision 1.0aの拡張規格で、字の綴りから「イーサタ」等とも呼ばれる。外付けドライブ向けに定義されたもの。
- 誤接続を防ぐ為、eSATAのコネクター形状はシリアルATAのコネクター形状とは違うものになっている
- 接続ケーブルの長さは最大2 m
- ホスト（コンピュータ）の電源を入れたまま、接続ケーブルを抜き差し出来るホットスワップ[注釈 1]に対応
- eSATA外部用コネクターとケーブルは規格上、5000回以上の抜き差しに耐えること、となっている（SATA内部用コネクターは、規格上は50回以上となっている）
- eSATA (3 Gb/s) はUSB 2.0接続の5倍以上の速度で通信可能、eSATA (6 Gb/s) はUSB 3.0と同程度
- コネクタ中央の台座部分がUSBコネクタと同じサイズであり、またeSATAもUSBも端子がコネクタの片面にしかついていないことを利用して、片面にUSB用の端子を、もう片面にeSATA用の端子を実装することで、USBケーブルとeSATAケーブルの両方を排他利用して接続できる、コンボコネクタと呼ばれるものも存在し、一部のマザーボードやUSBとeSATAの両方に対応する外付けハードディスクなどで採用されている
- なお、コネクタの厚みはUSBケーブルの方が厚くなっており、横幅はeSATAケーブルの方が長くなっているため、逆差しをすることはできなくなっている
- eSATA接続ケーブルはシングルシールドの短距離ケーブルか、デュアルシールドの長距離ケーブルのいずれかであり、必ず平衡型のフィーダー線接続でなくてはならない。線を束ねて「ラウンドケーブル」と称するケーブルはeSATAの規格外であり、高速転送時にエラーが多発するなど問題が多い（フィーダー線を丸く加工した物は問題ない）。
- SATA-eSATA変換において、いずれがホストアダプター側となっても良い。例えば、SATA-eSATA変換アダプタ間をeSATAケーブルで結んだ物はそのままSATAケーブルとみなして使用できる。外部エンクロージャーや、ハードディスクを裸で使用する場合に、この様なケーブルトポロジーは便利である。
- 専用のブートROMを搭載したeSATA対応マザーボード又はホストバスアダプタと対応したハードドライブを組み合わせることで、マルチブート環境の構築も簡単に行える。LinuxなどのUNIX系OSのみならず、Windowsのインストールも可能であることに加え、信号変換に伴う転送速度のロスも全く発生せず、AHCIやNCQを含むSATAが持つメリットを最大限に享受することができる。このため、USB 3.0などの後継規格が普及した現在においても、複数のOSを切り替えて使用するユーザーの間では、根強い人気がある。
eSATAp
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Pre-standard implementations
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Mini-SATA (mSATA)
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SFF-8784 connector
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SATA Express
2011年8月10日付 SATA-IO 発表。内部インターフェースとしてPCIeを、ソフトウェア基盤としてSATAを用いることでコストを抑え、従来のアプリケーション資産と互換性を保ちつつ、規格上の最大転送速度 8 Gbps (1 GB/s)（X1接続）および16 Gbps (2 GB/s)（X2接続）を実現。新たなデバイス側およびマザーボード側コネクタ規格も制定することで、高速なSATA Express 製品と従来のSATA製品への両対応を可能。2本のSATAケーブルと特殊端子を使用している。
2019年現在、SATA Express を搭載しているマザーボードはほとんどなく、M.2に移行している[14][出典無効]。
M.2 (NGFF)
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U.2 (SFF-8639)
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他の接続規格との比較
| 通称ないしは略記 | 保証されている帯域幅 (Mbit/s) | 最大転送速度 (MByte/s)[注釈 4] | 最大ケーブル長 (m) | 電源供給 | チャンネル毎の最大デバイス数 |
|---|---|---|---|---|---|
| SATA 3.0 | 6,000 | 600[15] | 1 | No | 1[注釈 5] |
| SATA 2.0 | 3,000 | 300[15] | |||
| SATA 1.0 | 1,500 | 150[15] | 1 | ||
| eSATA | 6,000 | 600[15] | 2 with eSATA HBA[注釈 6] | 1[注釈 5] | |
| eSATAp | 5 V/12 V[16] | ||||
| PATA 133 | 1,064 | 133.5 | 0.46 (18 in) | No | 2 |
| SAS 3.0 | 12,000 | 1200[15] | 10 | No | 128[注釈 7] |
| SAS 2.0 | 6,000 | 600[15] | |||
| SAS-1.0 | 3,000 | 300[15] | |||
| FireWire 3200 | 3,144 | 393 | 100[注釈 8] | 15 W, 12–25 V | 63 [注釈 9] |
| FireWire 800 | 786 | 98.25 | 100[注釈 10] | ||
| FireWire 400 | 393 | 49.13 | 4.5[注釈 10][注釈 11] | ||
| USB 3.2 | 20,000 | 2,500 | 2 | 4.5 W, 5 V | 127[注釈 9][17] |
| USB 3.1 Gen2 | 10,000 | 1,250 | 2 | ||
| USB 3.0 | 4,000 | 400[15] | 3[17] | ||
| USB 2.0 | 480 | 60 | 5[注釈 12] | 2.5 W, 5 V | |
| USB 1.0 | 12 | 1.5 | 3 | Yes | |
| SCSI Ultra-640 | 5,120 | 640 | 12 | No | 15[注釈 13] |
| SCSI Ultra-320 | 2,560 | 320 | |||
| Fibre Channel over optic fiber | 10,520 | 2,000 | 2 – 50,000 | No | 126[注釈 14] |
| Fibre Channel over copper cable | 4,000 | 400 | 12 | ||
| InfiniBand Quad Rate | 10,000 | 1,000 | No | ||
| Thunderbolt 3 | 40,000 | 5,000 | 2 | 100 W (20 V) | Many |
| Thunderbolt 2 | 20,000 | 2,500 | 3 | 10 W | Many |
| Thunderbolt (Light Peak) | 10,000 | 1,250 | 3,100 | 10 W[注釈 17] | Many |
脚注
注釈
- ^ a b 実際にホットスワップを使用するには、ストレージ、ケーブル、コネクター、ホストバスアダプタ（SATAコントローラー、チップセット）、BIOS、デバイスドライバー、OSの全てが対応している事が必須である。
- ^ コントローラーがマザーボードに内蔵の場合、BIOS画面で設定する。
- ^ ケーブル上では1byte(8bit)のデータが10bitに符号化されるため、実際の転送速度は1.5 Gb/s x (8bit / 10bit) = 1.2 Gb/s = 150 MB/sとなる。以降の規格も計算方法は同じ。
- ^ 8b/10bエンコード前の生のビットレート
- ^ a b ポートマルチプライヤを使用した場合は1チャンネル（ポート）に15台の機器を接続することができる（ただし2006年11月現在で6台以上をサポートした製品は存在していない）。
- ^ パッシブアダプターでは1 m
- ^ SAS Expanderを用いる事により1チャンネル（ポート）に65000台超の機器を接続することができる。
- ^ 特別なケーブルを用いた場合。通常のケーブルで数珠つなぎ(ディジーチェーン)する場合は72 mまで。
- ^ a b ハブを用いた場合
- ^ a b “FireWire Developer Note: FireWire Concepts”. Apple Developer Connection. 2009年7月13日閲覧。
- ^ 16 cables can be daisy chained up to 72 m
- ^ USB hubs can be daisy chained up to 25 m
- ^ ホストバスアダプタによって増やされる
- ^ スイッチングにより16,777,216個
- ^ point to pointの場合
- ^ switched fabricの場合
- ^ 2012年製品化の銅線では最大10 W
出典
- ^ デジタル大辞泉. “SATA”. コトバンク. 2018年9月29日閲覧。
- ^ a b IT用語がわかる辞典. “SATA”. コトバンク. 2018年9月29日閲覧。
- ^ https://en.wiktionary.org/wiki/SATA
- ^ a b c d e f g h i j k l 大原雄介 (2009年6月30日). “Serial ATA 3.0編その2”. 大原雄介の最新インターフェイス動向. Impress Watch. 2013年7月3日閲覧。
- ^ a b Serial ATA International Organization. “SATA Naming Guidelines”. 2013年7月3日閲覧。
- ^ “News：ATAの転送速度が1.5Gbpsに──Ultra SATA/1500の仕様が決定”. ITmedia (2000年11月24日). 2013年7月3日閲覧。
- ^ “SATA-PATA変換アダプタを介してATAPIデバイスが動かないワケ”. 伊勢雅英のIT見聞録. PC Watch. 2009年2月11日閲覧。
- ^ “The Path from 3Gb/s to SATA 6Gb/s: How to Migrate Current Designs to the SATA Revision 3.0 Specification” (pdf) (2009年). 2009年12月2日閲覧。
- ^ “Serial ATA 3.0編その1”. PC Watch 2012年8月14日閲覧。
- ^ “Can I install a laptop 2.5" SATA drive on a desktop without any adapters?”. superuser.com (2009年). 2013年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年12月4日閲覧。
- ^ “Get ready for mini-SATA”. The Tech Report (2009年9月21日). 2009年9月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年1月26日閲覧。
- ^ “Serial ATA (SATA) pinout diagram”. pinoutsguide.com (2013年12月16日). 2014年2月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年4月2日閲覧。
- ^ “Hardware issues”. 2009年12月2日閲覧。
- ^ “どう違う？｢SATA Express｣と｢M.2｣の違いについて”. 2019年2月22日閲覧。
- ^ a b c d e f g h Technologies That Use 8b/10b Encoding[出典無効]
- ^ “eSATAp Application”. Delock.de. 2010年1月26日閲覧。
- ^ a b Frenzel, Louis E. (2008年9月25日). “USB 3.0 Protocol Analyzer Jumpstarts 4.8-Gbit/s I/O Projects”. Electronic Design. 2009年7月3日閲覧。
- ^ Minich, Makia (2007年6月19日). “Infiniband Based Cable Comparison” (PDF). 2008年2月11日閲覧。
- ^ Feldman, Michael (2007年7月17日). “Optical Cables Light Up InfiniBand”. HPCwire (Tabor Publications & Events): p. 1 2014年1月14日閲覧。
関連項目
- ハードディスクドライブ
- ニアラインストレージ
- 光学ドライブ
- SCSI (Small Computer System Interface)
- ST-506
- ESDI
- ATA
- Serial Attached SCSI
- 平衡接続
- 転送速度
- ポートマルチプライヤ
- Non Scratch SATA
外部リンク
| 主要項目 | |
|---|---|
| コンピュータバス規格 |
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| ストレージバス規格 | |
| ペリフェラルバス規格 | |
| オーディオ規格 | |
| コンピュータバス規格 （ポータブル） | |
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| ビークルバス | |
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