こんばんは！本日は原点に返りコンピューターの情報の最小単位ビットについて調べてみました。普段はパソコンを使ってていて意識をしてなかったですが調べてみました。
情報のビットとは？
コンピュータが取り扱う情報の最小単位はbitと呼ばれます。binary digit(2進数)を略した言葉になります。このコンピュータが取り扱う情報を明確に定義した人が「クロード・シャノン(1916～2001)」というアメリカの数学者です。
生活するうえで最も少ない変化は「YES/NO」「男/女」「前/後」のような2通りの変化です。こちらはbitで表すことが出来ます。１bitは０か１かの2通りになります。
情報のバイトとは？
bitだと表せる情報は2通りだけになります。しかし普段生活する上では「信号機の赤黄青の3通り」、「じゃんけんではグーチョキパーの3通り」、「サイコロは１～６までの6通り」など2通りだけでは表せない様々な情報があります。
そのため多くの情報を扱うために8ビットを1セットとして1byteとして表すようになりました。8bit=1byteになります。8ビットで表せる単位は00000000～11111111で256通りの変化を表せます。0と1だけを並べたパターンは全体で１つの数値を表すことが出来ます。これを2進数と呼びます。
下記のように2進数は０から２５５までの情報を表すことが出来ます。
2進数の8ビットが全部0の場合 0
2進数の8ビットが全部1の場合 255
10進数の151を2進数で表す場合は下記のようになります。
2進数の8ビットを151で表す場合 255
2進数の00000000～11111111という数値は10進数では0～255に相当します。人間が10進数で入力した情報であってもコンピュータ内部では全て2進数で取り扱われています。
その他の単位
ビットやバイト以上の単位は、キロバイト、メガバイト、ギガバイトというように単位によって呼び方も変わってきます。詳細な計算がしたい場合はバイト換算サイトなどで確認が出来ます。
- 1bit(ビット)
- 1byte(バイト) = 8bit
- 1KB(キロバイト) = 1024byte
- 1MB(メガバイト) = 1000KB
- 1GB(ギガバイト) = 1000MB
- 1TB(テラバイト) ＝ 1000GB
- 1PB(ペタバイト) ＝ 1000TB
ペタバイトの上は、エクサバイト、ゼタバイト、ヨタバイトという呼び方になります。コンピュータの処理能力があがるにつれて年々バイト数も増加していきます。
パソコンの処理能力について
現在のコンピュータには32ビットCPUなどが搭載されています。情報を取り扱うための電線を32本装備しています。そのため8ビット×4個＝32ビットなので1バイト＝8ビットの情報を同時に４つ処理が出来ます。32ビットをまとめて使うと・・・
000000000000000000000000000000 ～ 11111111111111111111111111111111までの約40億通りの変化を処理することが出来ます。さらに64ビットCPUになれば約1800京通りの変化を処理できます。京の単位になると天文学的な数値となってしまいます。
コードや符号化とは？
コンピュータ(computer)は英和辞典などで計算すると「電子計算機」を訳されます。ですが現在のコンピュータはただ数値を計算するだけでなく、「文字」「音声」「画像」「動画」などあらゆる情報を取り扱うことが可能です。
なぜ、そうなっているかというとコンピュータ内部であらゆる「情報」を「数値」で表して「処理」しているからです。人の感覚では画像や文字に見える情報も、コンピュータ内部では何らか数値に置き換えて処理をしています。
本来数値ではない情報を数値に置き換えたものを「コード(Code、符号)」と呼びます。どのような数値に置き換えるか決定する作業を「符号化」と呼びます。符号化することで数値を人が認識できる情報に置き換えることが出来ます。
色を数値に表したものを「色コード」、文字を数値に表したものを「文字コード」と呼びます。
また音声のようなアナログ情報をビットに分解して数値で表現する方法を「デジタル化」と呼びます。滑らかに変化する音声のアナログ情報を一定時間間隔でサンプリング(その時点の値を読み取ること)することによって実現されます。
上記のように音域を細かい間隔で値を記録をしてデジタル化することで滑らかに聞こえるようになります。
音声の周波数が40kHzでサンプリングする場合は1秒間に40000回の値を読み取っていることになります。Hz(ヘルツ)は1秒間に1回の変化を意味する単位になります。これによってデジタルに符号化された情報を元のアナログ情報に復元が可能となります。
なぜそのように音声が滑らかに聞こえるかというと、人間の耳は音声の変化を精密に認識できるような聴覚を持っておりません。したがって人間の耳には音声が滑らかに聞こえるようになります。とても聴覚の鋭い人がいたとすると生音声に比べてコンピュータで再生した音声に違和感を感じる人いるかもしれません。
コンピュータのビット・バイトについて調べた備忘録
かんたんにですが、今回調べた情報をまとめてみました。
- クロード・シャノンという数学者が情報を定義した
- 情報の最小単位はbit
- 8bit = 1byte としてまとめられる
- 情報の単位は ビット、バイト、キロバイト、メガ、ギガ、テラ、ペタ、エクサ、ゼタ、ヨタ
- コンピュータは「文字」「音声」「画像」「動画」などあらゆる情報を取り扱うことが可能
- 音声のようなアナログ情報をビットに分解して数値で表現する方法を「デジタル化」という
- 滑らかに変化する音声のアナログ情報を一定時間間隔でその時点の値を読み取ることをサンプリングという
普段意識することがなくても、ビットや2進数の考え方を知っていると色々繋がってきますので少しずつ覚えていきたいと思います。それではー
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