ACPI（ACPI: エーシーピーアイ）

2025年10月15日

ACPI（ACPI: エーシーピーアイ）

英語表記: Advanced Configuration and Power Interface

概要

ACPIは、パーソナルコンピュータ（PC）において、オペレーティングシステム（OS）がハードウェアの構成（Configuration）と電源管理（Power Management）を一元的に制御するための業界標準規格です。従来のBIOS任せだったハードウェア管理をOSが主導できるようにすることで、より高度な省電力機能や柔軟な「デバイス検出と構成」を実現しました。私たちが普段使っているPCが、スリープから瞬時に復帰したり、新しいUSB機器を挿しただけで動作したりするのは、まさにこのACPIのおかげなのです。

ACPIは、このタキソノミにおける「ハードウェアとソフトウェアの関係」を劇的に改善しました。特に「デバイスドライバとI/O制御」の領域において、OSがデバイスの状態を詳細に把握し、必要なリソースを動的に割り当てたり、不要なデバイスの電源を切ったりすることを可能にしています。

詳細解説

ACPIが生まれた背景と目的

ACPIが登場する以前、PCのハードウェア管理、特に電源管理はAPM（Advanced Power Management）という規格で行われていました。しかし、APMではハードウェア制御の主導権がBIOS側にあり、OSができる制御は非常に限定的でした。例えば、スリープ状態からの復帰時間や、特定のデバイスだけ電源を切るといった細かな制御は難しかったのです。

そこで、Intel、Microsoft、Toshibaなどが中心となり、1996年にACPIが策定されました。ACPIの最大の目的は、ハードウェア管理の主導権をOS側に移譲することです。これにより、OSはシステムの稼働状況やユーザーの操作に応じて、最も効率的な電源管理戦略を選択できるようになりました。

デバイス検出と構成における役割

ACPIは、「デバイス検出と構成」のプロセスにおいて、不可欠な役割を果たします。

ハードウェア構成情報の提供:
ACPIの中核をなすのは「ACPIテーブル」と呼ばれるデータ群です。このテーブルには、システム内のすべてのデバイス情報、それらのデバイスが使用できるリソース（IRQ、DMA、I/Oポートアドレスなど）、そしてそれらを制御するための専用のプログラムコード（ACPI Machine Language: AML）が記述されています。OSは起動時にこのテーブルを読み込むことで、PCにどのような部品が、どこに、どのように接続されているかを正確に把握できます。これは、デバイスを自動的に見つけ出し（検出）、適切に動作させるためにリソースを割り当てる（構成）ための設計図のようなものです。
OS主導のリソース管理:
ACPI以前は、リソースの割り当てはBIOSが静的に行うか、ユーザーが手動で行う必要がありました。しかし、ACPIでは、OSがテーブル情報に基づき、デバイスドライバを通じて動的にリソースを管理します。例えば、新しいデバイスが接続された際（PnP: Plug and Play）、OSはACPIの仕組みを使って、既存のデバイスと競合しないように空いているリソースを瞬時に探し出し、割り当てます。これにより、リソースの競合（コンフリクト）が大幅に減少し、PCの安定性が向上しました。これは本当に素晴らしい進化だと思います。
電源ステートの提供:
ACPIは、システム全体の電源状態を細かく定義しています。最も有名なのは、以下の6つのグローバルステート（G0～G3）と、さらに詳細なスリープステート（S0～S5）です。
- S0 (Working): 通常の動作状態。
- S3 (Suspend to RAM / Sleep): メモリに電力だけ供給し、CPUやその他のデバイスの電源を切る状態。高速な復帰が可能。
- S4 (Suspend to Disk / Hibernate): メモリの内容をストレージに保存し、システム全体の電源を切る状態。
- S5 (Soft Off): シャットダウン状態。

OSは、これらのステートを切り替えることで、電力効率を最大化します。これは「デバイスドライバとI/O制御」の観点から見ると、OSがハードウェアのI/Oを停止させたり、再開させたりする権限を持っていることを意味します。

ハードウェアとソフトウェアの関係における重要性

ACPIは、ハードウェアとソフトウェアの間の「通訳者」であり、「管理者」です。ソフトウェア（OS）が「このデバイスを休ませて」と指示を出せば、ACPIの仕組みがそれを解釈し、ハードウェアレベルでの電力制御を実行します。この標準化されたインターフェースのおかげで、OS開発者は個々のハードウェアの複雑な仕様を気にすることなく、統一的な方法でデバイスを構成・制御できるようになったのです。

具体例・活用シーン

1. ノートPCのスリープ復帰

私たちがノートPCの蓋を閉じたとき、PCは自動的にS3ステート（スリープ）に入ります。そして蓋を開けると、数秒でデスクトップ画面が復帰します。これは、OSがACPIを通じて「今すぐS3ステートに移行せよ」という指示を出し、復帰時には「S0ステートに戻り、すべてのデバイスドライバを再初期化せよ」と指示しているためです。ACPIがなければ、この高速なスタンバイ/復帰機能は実現できませんでした。

2. USBデバイスのプラグアンドプレイ（PnP）

ACPIはPnP機能を大幅に強化しました。例えば、新しいUSBマウスをPCに接続したとします。OSは、ACPIの仕組みを通じて、この新しいデバイスが接続されたことを検知します（デバイス検出）。そして、ACPIテーブルの情報や現在のシステムリソースの空き状況を参照し、このマウスにI/Oリソースを割り当て、適切なデバイスドライバをロードします（デバイス構成）。ユーザーは再起動することなく、すぐにマウスを使い始められます。これは、従来のPCでは考えられなかった利便性ですね。

3. アナロジー：PCの設備管理部長

ACPIを、巨大なオフィスビル（PCシステム）の設備管理部長に例えてみましょう。

社長（OS）：「今夜は残業する部署（デバイス）は少ないから、サーバー室と経理部以外は照明と空調を最小限に抑えてくれ（S3ステートへの移行指示）」
設備管理部長（ACPI）：社長の指示を受け取り、ビルの設計図（ACPIテーブル）を確認します。そして、各フロア（デバイス）の電力メーターや配線（I/Oリソース）を直接操作し、指示通りに電力を絞ります。
朝、社長が復帰（S0ステートへの復帰）：部長はすぐに必要な部署の電源をフルに戻し、新しい部署（デバイス）が追加されたら、既存の配線と競合しないように電力とネットワークの接続（リソース構成）を瞬時に割り当てます。

この部長がいるおかげで、社長（OS）はビルの詳細な配線図を暗記する必要がなくなり、省エネと効率的な「デバイス検出と構成」を両立できるようになったわけです。この「OS主導」の管理体制こそが、ACPIの最も重要なポイントなのです。

資格試験向けチェックポイント

ACPIは、特に基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、「ハードウェアとソフトウェアの関係」および「デバイスの構成」に関する出題で頻出するテーマです。

APMとの対比: ACPIはAPMの後継規格であり、最も重要な違いは「OS主導の電源管理」を実現した点です。従来のBIOS任せ（APM）ではなく、OSが電力制御の主導権を持つことを必ず覚えておきましょう。
PnP機能の強化: ACPIは、デバイスの自動検出とリソース（IRQ、DMAなど）の動的な割り当てを可能にし、プラグアンドプレイ（PnP）を実用的なレベルに引き上げました。デバイス構成の自動化の文脈でよく問われます。
電源ステート（Sステート）: S0（動作中）、S3（スリープ/メモリ電源維持）、S4（休止状態/ディスクに保存）、S5（シャットダウン）の各ステートの定義と、それぞれの特徴（特にS3とS4の違い）は頻出項目です。
ACPIテーブルの役割: OSがハードウェア構成情報を取得するためのデータ構造（テーブル）が存在し、これがデバイス検出の基盤となっていることを理解しておきましょう。
文脈の確認: 問題文で「OSが電源管理を行う規格」「デバイスドライバがI/O制御を柔軟に行うための基盤」といったキーワードが出たら、ACPIを疑ってください。これは、私たちが今見ている「デバイスドライバとI/O制御」の文脈そのものです。