コンピュータが情報を扱う仕組み【1ビット】とは

コンピュータが情報を扱う仕組みについて説明します。プログラミングの本質を理解するために大切な基礎知識ですので、しっかり覚えましょう。

コンピュータは電気信号の組み合わせで情報を扱っている

さて、なぜコンピュータは計算したり情報を保存したりすることができるのでしょうか?

簡単に言えば、電気信号を利用し「0」と「1」の状態を組み合わせ、様々なパターンを作り出すことで、情報を保存したり扱ったりすることができるようになります。

電源がオンのときは「1」オフのときは「0」

電池と豆電球で明かりをつける理科の実験をイメージしてみてください。電源がオンの状態であれば、電気が通って明かりがつきます。電源がオフの状態であれば、電気が通らず明かりはつきません。

それでは次に、電源がオンの状態を数字の1、電源がオフの状態を数字の0で表してみましょう。

電球が1つの場合、オンとオフの2パターンの状態が考えられます。

電球1つで2つの状態を表すことができる
  • 「1」…1個の電球が点灯している状態
  • 「0」…1個の電球が消えている状態
point!! この電球1個で表せる情報の量を1ビットと呼ぶので覚えておきましょう。

電球が1つ増えると情報のパターンは2倍になる

それでは、電球が2つある場合はどうでしょう。つまり2ビットだと、何パターンの状態を表すことができるのでしょうか?

電球2つで4つの状態を表すことができる
  • 「00」…2つの電球が消えている状態
  • 「01」…右側の電球だけ点灯している状態
  • 「10」…左側の電球だけ点灯している状態
  • 「11」…両方の電球が点灯している状態

合計4パターンの状態を表すことができました。

電球(ビット数)が増えれば表現できるパターンも増える

1個の電球で2個のパターンがつくれるので、2個の電球だと

2✕2=4

合計4パターンの情報を表すことができます。

3個の電球であれば、

2✕2✕2=8

合計8パターンの情報を表すことができます。

4個の電球があれば、

2✕2✕2✕2=16

合計16パターンの情報を表すことができます。

電球が7個あれば英字を表現できる

この電気のオンとオフを組み合わせた表現方法を、デジタル表現といいます。

前の説明で、電球が4個あると16パターンの情報を表現できることがわかりましたね。それでは、英字を表現する時に必要な電球の数はいくつでしょうか?

英字を表すのに必要な電球の数は?

英字にはAからZまで、26個のアルファベットがあります。さらに英字には大文字と小文字があるので大小合わせると全部で52個。さらに「!」「?」「&」などの記号も含めて英字を表現するには、およそ70個ほどの文字数が必要です。これを電球で表現するためには何個の電球が必要でしょうか。6ビット=64個の情報量だと少し足りないですね。なので7ビット=128個で表現することになります。つまり英字を表現する時に必要な電球の数は7ビット、全部で128個の電球が必要だということです。

このように、特定のパターンで文字を表した情報を文字コードと呼びます。

7ビットで英字を表す文字コードをASCIIコード(アスキーコード)と呼びますが、これ以外にも日本語を扱うSJIS(エスジス)やUTF-8(ユーティーエフエイト)が現在では有名です。

関連記事 「文字化けの原因って何?文字コードを知ろう」

文字コードには対応表があり、対応表と照らし合わせることで、文字として人間が解釈できるようになるのです。

コンピュータが情報を扱う仕組みまとめ

デジタル表現まとめ
  • コンピュータはすべての情報を電気信号のオンとオフで表す。
  • オンを「1」オフを「0」と表す。
  • 1ビットは2パターンの情報を表す。

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