2進数

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情報量の最小単位：ビット

計算機の世界では、あらゆる情報を０と１の数字の組み合わせで表します。文字や画像、音声など、私たちが普段目にしたり耳にしたりするあらゆる情報は、計算機の中では０と１の並び方で表現されているのです。この０か１のどちらか一方を表す最小の単位を「ビット」と言います。ビットは、情報を表すための最も基本的な単位であり、計算機が情報を理解するための根本的な要素です。ちょうど、物の長さを測るのに「メートル」という単位を使うように、情報量の最小単位として「ビット」が使われます。では、この０と１は計算機の中でどのように扱われているのでしょうか。具体的な例として、電気のオンとオフで考えてみましょう。電気が流れている状態を１、流れていない状態を０と対応させることで、計算機は情報を処理しています。スイッチのオンとオフのように、二者択一で表現できるものを１ビットで表すことができます。コインの裏表も同様に、表を１、裏を０とすれば、１ビットで表現できます。他にも、信号機の赤と青、ドアの開閉、右左のどちらか一方といった二者択一で表現できる事柄はすべて１ビットで表すことができるのです。このように、ビットは計算機が情報を処理する上で欠かせない、最も基本的な単位なのです。たくさんのビットを組み合わせることで、複雑な情報も表現できるようになります。８つのビットが集まると１バイトになり、さらに大きな単位としてキロバイト、メガバイト、ギガバイトといった単位も使われます。これらの単位については、また別の機会に詳しく説明しましょう。

ハードウエア

コンピュータと二進数の世界

二進数とは、数を表す一つの方法で、０と１の二つの数字だけを使います。私たちが普段使っているのは十進数です。十進数は、０から９までの十個の数字を使います。たとえば、１２３という数字は、１が百の位、２が十の位、３が一の位を表しています。一の位は１０の０乗、十の位は１０の１乗、百の位は１０の２乗で、それぞれの位を１０倍していくことで数を表しています。これに対して二進数は、それぞれの位を２倍していくことで数を表します。一の位は２の０乗、十の位ならぬ二の位は２の１乗、四の位は２の２乗、八の位は２の３乗と続きます。たとえば、二進数で１０１１と表すと、右から順に一の位が１、二の位が１、四の位が０、八の位が１です。これを十進数に変換するには、それぞれの位に数字を掛けて足し合わせます。つまり、１×１＋１×２＋０×４＋１×８を計算すると、１＋２＋０＋８で１１になります。つまり二進数の１０１１は、十進数でいう１１と同じ数を表しているのです。日常生活では十進数のほうが便利ですが、コンピュータの世界では二進数が基本となっています。これは、コンピュータが電子回路でできており、電圧の高低、つまりスイッチのオンとオフの二つの状態しか判別できないという仕組みに由来しています。このオンとオフをそれぞれ１と０に対応させることで、コンピュータは情報を処理しているのです。つまり、二進数はコンピュータにとって最も自然で扱いやすい表現方法なのです。人間には理解しづらいこともありますが、コンピュータにとっては二進数こそが最も基本的な数の表現方法なのです。