アシンクロナス

2025年10月14日

アシンクロナス

英語表記: Asynchronous

概要

アシンクロナス（Asynchronous）とは、コンピュータの構成要素におけるバス転送方式の一つであり、データ転送を行う際に、共通のクロック信号に頼らずにタイミングを合わせる方式のことです。日本語では「非同期転送方式」と呼ばれています。これは、特にバスに接続されたデバイス間で動作速度に大きな違いがある場合に非常に有効な手段なんですよ。共通の時計（クロック）を使わず、転送元と転送先が互いに準備完了を伝え合いながらデータをやり取りするのが最大の特徴だと覚えておくと理解しやすいでしょう。

詳細解説

バス転送におけるアシンクロナスの必要性

私たちが今学んでいる「アシンクロナス」は、コンピュータの構成要素の中でも、特にCPUと周辺機器を繋ぐバス構造におけるバス転送方式として非常に重要な役割を果たしています。

バス構造において、データ転送を行うデバイス（例えば、高速で動作するCPUやメモリ）と、比較的低速で動作する周辺機器（例えば、キーボードや古いストレージ）が混在することは珍しくありません。もし、すべてのデバイスが高速なCPUのクロックに合わせようとすると、低速なデバイスはデータを準備しきれず、転送エラーが発生してしまいます。逆に、低速なデバイスに合わせて転送速度を落としてしまうと、せっかくのCPUの性能が活かせません。

アシンクロナス転送方式は、この速度の不均衡という大きな課題を解決するために考案されました。共通のクロック信号によって転送のタイミングを強制する同期方式（シンクロナス）とは異なり、非同期方式では、転送のタイミングを個々のデバイスの準備状況に応じて柔軟に決定できるのです。

ハンドシェイク方式による動作原理

アシンクロナス転送の核となる仕組みは、「ハンドシェイク（Handshake：握手）」と呼ばれる制御手順です。このハンドシェイクを実現するために、バス構造の中でも特に制御バスが重要な役割を果たします。

動作は非常にシンプルで、まるで人と人が確認し合いながら作業を進めるようです。

要求（REQ: Request）信号: データを送りたい側（転送元）が、データバスにデータをセットした後、「今からデータを送りますよ、準備はいいですか？」という信号（転送要求信号）を制御バスを通じて転送先へ送ります。
確認（ACK: Acknowledge）信号: データを受け取る側（転送先）は、そのデータを受信し終えたら、「受け取りましたよ、次のデータをどうぞ」という信号（転送確認応答信号）を制御バスを通じて転送元へ返します。

転送元は、このACK信号を受け取るまで次のデータを送るのを待機します。これにより、低速なデバイスであっても、確実にデータを処理し終える時間的余裕が生まれます。クロック信号のように決まったリズムに縛られることなく、転送のたびに相手の準備を確認するため、非常に信頼性が高い転送が実現できるのです。

この方式の素晴らしい点は、転送時間がデバイスの能力に依存するため、高速なデバイス同士であれば高速に、低速なデバイスが相手であれば低速に、自動的に転送速度が適応されるところです。ただし、REQとACKの信号をやり取りするオーバーヘッド（手間）が発生するため、シンクロナス方式に比べると、最高速度は出にくいというトレードオフがあることも忘れてはいけませんね。

バス転送方式における位置づけ

このアシンクロナス方式は、コンピュータの構成要素の根幹であるバス構造において、異なる速度のデバイス群を協調させる「接着剤」のような役割を担っています。特に、初期のPC/AT互換機のISAバスなど、速度差が激しい環境では必須の技術でした。現代においても、USBやシリアル通信など、速度保証よりも信頼性や柔軟性が重視される多くのインターフェースで、この非同期の概念が応用されています。バス転送方式を学ぶ上で、同期（シンクロナス）と非同期（アシンクロナス）の違いを理解することは、コンピュータがどのようにして多様な部品を統合しているのかを理解する第一歩なのです。

具体例・活用シーン

アシンクロナス転送の概念は、日常生活における「手渡し」や「確認作業」と非常に似ています。

1. 郵便配達員と受取人のアナロジー

同期転送が、決められた時刻（クロック）に玄関に荷物を置いていく「宅配ボックス」のようなものだとしましょう。受取人が家にいようがいまいが関係なく、時間が来たら転送（配達）が完了します。

一方、アシンクロナス転送は、「対面での郵便配達」に例えられます。

配達員（転送元）: 荷物（データ）を持って玄関先に立ち、「荷物が届きました！」（REQ信号）と声をかけます。
受取人（転送先）: 受取人は、寝ていたり、お風呂に入っていたりして、すぐに出られないかもしれません。しかし、準備ができたら玄関に出て、ハンコを押して荷物を受け取ります。
受領確認: 受取人はハンコを押すことで、「確かに受け取りました」（ACK信号）という意思表示を配達員に伝えます。
配達完了: 配達員は、この確認を得るまでは次の配達先（次のデータ転送）へは進みません。

受取人が高齢で動作がゆっくりでも、あるいは若い人で素早く対応できても、配達員は必ず受取人の準備が整うのを待つため、荷物が失われることはありません。これがアシンクロナス転送が持つ「信頼性の高さ」と「柔軟な速度適応」の仕組みなのです。コンピュータ内部の低速なデバイスも、この受取人と同じように、自分のペースでデータを処理できるわけです。

2. コンピュータ内部の適用例

初期の周辺機器接続: 特に古い規格のI/Oデバイス（入出力装置）は、CPUの動作速度よりも圧倒的に遅いため、アシンクロナス方式が採用されていました。これにより、CPUは高速に動作しながらも、必要に応じて低速デバイスとのやり取りを確実に行うことができました。
シリアル通信: RS-232Cや初期のUSB通信など、長距離や外部との通信では、クロック信号を正確に同期させることが難しいため、データそのものに開始ビットや停止ビットを付加して非同期でタイミングを取る手法が広く使われています。これもアシンクロナスの考え方の応用です。

このように、アシンクロナスは、速度やタイミングがバラバラな世界を、確実な「握手」によって繋ぎ合わせる、非常に実用的な転送方式だと言えますね。

資格試験向けチェックポイント

IT系の資格試験、特にITパスポート試験や基本情報技術者試験では、「バス転送方式」の理解は必須項目です。アシンクロナスに関しては、その定義と同期方式（シンクロナス）との対比が頻出します。

試験対策のヒント

対比を明確にする: 試験で最も問われるのは、シンクロナス（同期）とアシンクロナス（非同期）の比較です。「クロックを使うのはどっち？」「ハンドシェイクを使うのはどっち？」という質問形式で出題されます。
- シンクロナス：共通のクロック信号で制御。転送速度は速いが、すべてのデバイスが同じ速度で動く必要がある。
- アシンクロナス：クロック信号を使わず、REQ/ACK信号で制御。転送速度は柔軟だが、制御のためのオーバーヘッドがある。
制御バスの役割を理解する: アシンクロナス転送では、データバス、アドレスバスに加えて、転送要求（REQ）や確認応答（ACK）といった信号をやり取りするために制御バスが必須となります。この制御信号のやり取りこそが非同期転送の肝だと認識しておきましょう。
「情報不足」の概念: アシンクロナス転送は、データを受信側が処理し終えるまで待つため、転送元のCPUはアイドル状態（待機状態）になってしまう可能性があります。この非効率性をどう解消するか（例：DMA転送など）といった、関連技術との連携も応用レベルでは問われることがあります。アシンクロナスは、シンプルで確実な転送方式ですが、システムの全体効率を考える上では、さらに一歩進んだ知識が必要になります。