今回はデジタルデータについての超入門です。
初心者向けの内容なのか？と思う人もいるかもしれません。でも知っておくと携帯電話会社や電器屋との会話などでの理解がより深まると思います。
１．「デジタル」の雰囲気
みなさんの中にはデジタルと聞いたとたんに、「もういいです。」と感じる人がいるかもしれません。
でも、実はそんなに複雑なことではありません。(知ってるからでしょ？というツッコミは置いておいて)
厳密なものの言い方ではありませんが、「数えられるもの」がデジタル的なものだと思ってもらうのがいいような気がします。こう言われると随分と簡単な気がしないでしょうか？
例えば、「１，２，３，…」という整数、１本２本と数えられる鉛筆、１個２個と数えられるブロックのようなものがデジタル的ということです。
ちなみに世の中には「デジタル」の対になる言葉として「アナログ」があります。
先程書いたデジタル的なものとの対比で表現すれば「数えられないもの」がアナログ的なものだと思うことにしましょう。
例えば、円周率のパイ(π=3.141…)、鉛筆の重さ(5.33289689… g)、指を伸ばしたときの間隔(15.2868952…. cm)がアナログ的ということです。これはどれだけ沢山の数字を並べてたとしても正確に表現できません。
２．スマホやパソコン内の数字
いきなり「スマホやパソコン内のデジタル」いうタイトルにすると概念が広くなりすぎるので、まずはスマホやパソコンの中で「数字をどう表現しているか」だけに絞って話を進めさせてください。
パソコンの「コン」はコンピューターのコンです。つまり何はともあれパソコンは「計算機」ということです。計算機なので、まずはどのように数字を表現しているかということから説明しようと思います。
なお、パソコンはデジタル機器の仲間なので、その内部で扱う数字も勿論デジタル的に表現されています。
昔は人手等の他のエネルギー源を使うのも有りでしたが、今やコンピューターは電気がないと何の役にも立たない物体です。
そして電気は「電圧が何ボルト？」とか「電流が何アンペア？」というとアナログ的な世界に入ってしまいます。これをデジタル的な世界として取り扱うには「電圧がかかってる？」とか「電流が流れてる？」という表現を使います。
実は電圧がかかっていれば電流は流れますし、電圧がかかっていなければ電流は流れません。電圧と電流を別に考えてもあまり意味がないので、ここでは電圧だけ考えることにしましょう。
本題に戻ると、コンピューターの中では「電圧がかかっている」「電圧がかかっていない」という２つの状態だけがあるということです。便宜的に電圧がかかっていない状態を「０」ゼロとし、電圧がかかっている状態を「１」イチとします。
但し、これだけでは「０＋０＝０」「０＋１＝１」「１＋０＝１」しか正しく計算できまぜん。自分で計算したほうがよっぽどマシです。どうすればいいでしょうか？
わたしたち自身の計算方法を再確認してみましょう。わたしたちの数字は０から９の１０種の数字しかありませんが、９より大きな数字も表現できています。その表現方法は「桁数を増やす」です。つまり、０から９までは一桁しか使いませんが、９の次は二桁使って１０を表現します。更に９９の次になると三桁使って１００を表現するということです。
これと同じことをコンピューターの中でやっています。コンピューターの数字は０と１の２種の数字を使います。１以上の数字を表現するには２桁使って１０（「じゅう」とは読みません。「いちぜろ」です）とします。その次の数字は１１（いちいち）ですが、この次の数字は三桁使って１００（いちぜろぜろ）となります。
簡潔に表現すれば、わたしたちは１０進数を使いますが、コンピューターは２進数を使います。下に１０進数の数字と２進数の数字の対応を示します。
１０進数 ２進数
０ ０
１ １
２ １０
３ １１
４ １００
５ １０１
６ １１０
７ １１１
８ １０００
９ １００１
１０ １０１０
これを見ると分かるように２進数は１０進数に比べると、同じ数値を表すときに必要な桁数が随分多くなります。
コンピューター自身が見るなら桁数が多くなっても問題ありませんが、人がコンピューターの動きを確認するために２進数の数値を見るのは大変です。ですので、人が見るときには、桁数を減らしつつ、分かり易いように１６進数を使うことが多いです。もちろん普通のユーザーが１６進数の数値を見ることはまずありません。一部の専門家やプログラマーたちは見ることがあります。
突然１６進数が出てきましたが、これには理由があります。１６進数を使うと、２進数の４桁分を、ちょうど１桁でぴったり表現することができるのです。
１６進数では、０から９の後ろにＡからＦの６つのアルファベットを使います。では、先程の一覧に１６進数も加えましょう。蛇足ですが、１６進数のアルファベットは大文字でも小文字でも構いません。但し混在することはないと思います。
１０進数 ２進数 １６進数
０ ０ ０
１ １ １
２ １０ ２
３ １１ ３
４ １００ ４
５ １０１ ５
６ １１０ ６
７ １１１ ７
８ １０００ ８
９ １００１ ９
１０ １０１０ Ａ
１１ １０１１ Ｂ
１２ １１００ Ｃ
１３ １１０１ Ｄ
１４ １１１０ Ｅ
１５ １１１１ Ｆ
１６ １００００ １０
このように１０進数の１６は、２進数では１００００、１６進数では１０と表現することができます。
なお、２進数の１桁分のことを「ビット」といいます。上の例で言えば、１０進数の１５は、２進数では１１１１と４桁です。このことは「(１０進数の)１５は４ビットで表現できる」ともいえます。
現在の多くのパソコンやスマホで扱っている２進数の桁数は３２桁、又は６４桁です。これも「ビット」を使うと、「現在のコンピューターの多くは３２ビット、又は６４ビットです」と(大体)言い換えられます。
３．ギガとか、メガとか
携帯電話会社にスマホの契約をしにいくと、「月々のデータ使用量(又は通信量)が何ギガ」とか「スマホのメモリが何ギガ」という言葉を耳にします。
せっかくデジタルの数値の話をしているので、ここで説明するのがいいかもしれません。
先程の言葉をもう少し正確に表現すると、次のようになります。
- 月々のデータ通信量が何ギガバイト
- スマホのメモリが何ギガバイト
ポイントは「ギガバイト」という部分です。これがどんな単位なのか簡単に話をします。
基本になるのは「バイト」という単位です。「B」(大文字のB)だけで表すこともあります。実は前節の最後に話をした「ビット」と関連しています。
現在の定義は １バイト＝８ビット (２進数８桁) です。
なぜ２進数８桁で「バイト」という単位を作ったのか？と思うかもしれません。
これは、２進数で８桁あると256通りの１と０の組み合わせが作れるので、これだけの数があればアルファベットの大文字小文字(52文字)、数字(10文字)、そして主な記号に割り当てることができること。更に16進数でちょうど２桁分であることも関係しているのではないかと思います。
とりあえず定義ですので、１バイト＝８ビット ということでお願いします。
次に説明するのは「ギガ」です。これは実はシリーズものになっていて、「キロ、メガ、ギガ、テラ、…」というように続きます。
感覚的には数字の「万、億、兆、…」と似ています。「万、億、兆、…」の場合は１万倍ずつ変わっていきますが、「キロ、メガ、ギガ、テラ、…」の場合は１０００倍ずつ変わります。
具体的には次の通りです。
キロ (k)：1,000
メガ (M)：1,000,000
ギガ (G)：1,000,000,000
テラ (T)：1,000,000,000,000
但し、デジタル的な量を表すときには少し変わることがあります。
どういうことかというと、先程からコンピューターは２進数を使っているという話をしていますよね？実はコンピューターの中に入っている半導体上の部品の数も２進数的な数と相性がいいんです。
そして、２の10乗という、何となくキリのいい数字が偶然にも(?) 1024 という1000に近い数値になっています。
なので、コンピューター関連のものでは次のように定義している場合もあります。
キロ (k)：1,024
メガ (M)：1,024 ✕ 1024
ギガ (G)：1,024 ✕ 1024 ✕ 1024
テラ (T)：1,024 ✕ 1024 ✕ 1024 ✕ 1024
なので、１kB (キロバイト) なら 1024B (バイト) かもしれないし、1000B (バイト)かもしれません。説明をよく見て、どの定義を使用しているか確認した方がいいかもしれません。
キロやメガならこの差は誤差だと思えるかもしれませんが、テラになるとその差は10%程度ですから…。ちなみに現状テラの単位をよく聞くのはハードディスクドライブ(HDD)ですね。だんだん容量が大きくなっていて、今や20TB近くのHDDも売られているようです。
話を元に戻しましょう。１ギガバイト (GB) というのは、上記のように10億バイト (又は10億＋α バイト)のことです。
１GBは、メールなどの文字データをやり取りするだけなら気が遠くなるほど沢山のデータ量です。でも、写真のような画像ファイルなら２００－３００個やりとりをすると到達するくらいのデータ量です。更に高画質の動画ならすぐに消費してしまう程度だと思います。
但し、スマホの契約で出てくる月々のデータ消費量というのは携帯電話会社のネットワークを利用してインターネットとデータをやり取りしている場合だけカウントされるものです。Wi-Fiを使って自宅や外出先でインターネットとデータをやり取りしている場合にはカウントされないので、みなさんがインターネットを使う場所や接続方法をよく考えて月々のデータ容量を選択するようにしてください。
今回は、デジタルデータの世界の超入門ということで、数値だけの説明になってしまいました。今後も他のデジタルデータを紹介できればと考えています。
それでは今回の話はこれでおしまいです。