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デジタルデータと2進数

ジタルとは、アナログを数値化したもので、デジタルデータはつまるところ数値のみの情報を記録したものでした。デジタルデータの長所は前述のとおりですが、本項ではその数値化の中身についてもう少し詳しく解説したいと思います。

まず、「数値」とはいったいどういうことかピンとこない方が多数だと思いますし、そもそも普段の生活のなかで接する音楽や映像が数値で成り立っているということが、にわかには信じられないかもしれません。

「数値から音声や映像が出来ている?」という疑問は、順を追って説明しますので、ここでも深く考えないようにしてください。デジタルデータは「数値に置き換えている」という解釈をしてください。

さて、デジタルデータの中身は数値であるといって、多くの方は実際に使っている0~9までの10種類数字で成り立つ 10進数 を思い浮かべることと思います。

私たちが普段使っている数字は10種類の数字を用いて「10」を基数として位が上がります。このため「10進数」と呼ばれていますが、デジタルデータの数値は10進数ではありません。

デジタルデータの中身は、

2進数

という数法で成り立っています。2進数とはその名のとおり、2種類の数字のみで数を表現します。具体的には、

数を「0」と「1」のみで表現する

方法です。0と1のみでどのように表現するのかというと、10進数は「10」を基数として位が上がりましたが、2進数は「2」で位があがり「10(イチゼロ)」となります。

つまり、0と1の2種類しかなく、0、1、10、11、100、101、110、111、・・・ という具合に増えて行きます。下表のとおり、私たちが普段使っている10進数と比較するとよくわかります。

10進数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2進数 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010

このように、2進数では大きい数になると桁数が膨大なものになります。(10進数と2進数の変換方法は、2進数と10進数と16進数 で詳しく解説しますので、ここでは割愛します)

さて、ではなぜ「2進数」なのでしょうか? 10進数ではダメなのでしょうか?

そもそもの疑問である「データを数値に置き換える」というのはどういうことかを考えるときに、2進数でなくてはならない理由を知ると理解の糸口が見つかります。

まず、デジタルデータを再生する機器やパソコンは、「ただの機械」であるということを思い出してみてください。いくら高性能なパソコンであっても所詮は計算機です。

私たち人間のように感情もなければ、言葉も理解できないただの機械です。したがって、そもそも数字自体が理解できるはずはない のです。人間の脳のように柔軟な思考や神秘的な可能性を秘めているわけではありません。わかるとすれば、

電流の「ON(流れている)」と「OFF(流れていない)」しか判断できない

わけです。これでもうおわかりのように、

電流のONとOFFに数字の0と1を対応させているだけ

なのです。こう考えれば、データが2進数で出来ている意味も理解しやすいのではないでしょうか? ただの機械であるパソコンやデジタル機器は、つまるところ、電流が「流れている」か「流れていない」かしか理解できないというわけです。(厳密にいうとONとOFFだけではありません。例えば2ボルト以上を「1」、未満を「0」などとする場合もあります)

パソコンはあまり賢くないんじゃないかと思われるかもしれませんが、決してそんなことはありません。後述しますが、超高速で2進数を処理することができますし、2種類の数字しかない2進数は扱う桁数が膨大なものになるということが想像できると思います。

さて、デジタルデータの中身が2種類の数字、0と1のみで成り立っているということを踏まえて、もう一度、デジタルデータのメリットをおさらいしておきましょう。

デジタルデータのメリットは、処理や加工が容易で、通信も容易に行え、さらには劣化しないというものでした。それはデータの中身である 数字 を処理するだけでよいからです。

さらにもう少し踏み込んで解説すると、

データを細分化することができ、細分化したまま通信することができる

ということが可能になります。つまり、大きい容量のデータをいくつもの小さい単位に分割して、その小さい単位のまま バラバラのルート で通信することができ、通信先で再構築(小さい単位を結合しもとのデータに戻す)することが可能になるのです。これは、インターネットのスムーズな通信を支える基本的な仕組みでもあります。

携帯メールでよく耳にする「パケット通信」とは、データを パケット という小さい単位に分割して、その単位でいくらやり取りしたかという情報のことです。(詳しくは、データ伝送 で解説します)

また、地上波デジタル放送は、1つのチャンネルが13の セグメント という単位に分割されて送信されます。ハイビジョン放送には12セグメントを使い、残りの1セグメント(ワンセグ)が移動体向けに使われています。細分化されたデータの「単位」については、その他の単位 で詳しく解説します。

このように、デジタルデータは2つの数字のみで成り立っており、基本的にパソコンはデジタルデータ、つまりは2進数しか処理することができません。パソコンもただの計算機といわれることがありますが、その理由がこれです。

便利で様々な用途や可能性を持つパソコンやインターネットが、もとをたどればただの2つの数字から成り立っていると考えると面白い反面、技術の凄さを実感してしまいます。

補足ですが、パソコンを学習するときに2進数・10進数と並んで、よく 16進数 が扱われます。2進数での4桁をまとめたものが「16進数」です。2進数・10進数・16進数については、2進数と10進数と16進数 で詳しく解説します。

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参考文献・ウェブサイト

当ページの作成にあたり、以下の文献およびウェブサイトを参考にさせていただきました。

n進数について
http://net-newbie.com/tcpip/radix.html

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