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。
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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。
- 「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
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？
- 「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。
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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
- 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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