コンピュータが扱うデータについて解説

このページではコンピュータが扱うデータについて解説します。

コンピュータ内部で扱われるデータ

コンピュータを使うと本当にいろんなことができますよね。例えばネットも見れますし動画や画像を見ることもできます。またワードやエクセルなどで自分でドキュメントを作成することも可能です。さらにはゲームもできます。

これらを実現しているコンピュータですが、実はコンピュータ内部で扱われるデータは「１」と「０」だけなんです。もっと正確に言うと電気信号の強弱を「１」と「０」と解釈して処理が行われています。

例えばいろんなデータを記憶してくれるメモリは各セル（セルとは電荷を溜める回路みたいなものです）の電荷の溜まり具合によってデータを記憶しているだけです。電荷が溜まっているセルを「１」、溜まっていないセルを「０」として扱い、それがたくさん集まって多くのデータを記憶しています。

「１」と「０」から無限の情報を表現する仕組み

「１」と「０」からほぼ無限の情報を表現できる理由は下記の二つにあります。

• 複数の「１」と「０」をまとめて扱う
• データの捉え方を変える

この二つによってコンピュータはほぼ無限の情報を表現しているのです。一つ一つ解説していきます。

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複数の「１」と「０」をまとめて扱う

コンピュータが扱えるデータは「１」と「０」の２種類のみです。でもこのデータを複数まとめて扱うことで多くの情報を表現可能になります。

前述のとおりメモリの場合はセルの電荷の溜まり具合で情報を記憶しています。

一つのセルだけだと下の図のように、電荷が溜まっている場合と溜まっていない場合とで２種類の情報しか表現できません。

ここで２つのセルをまとめて一つのデータとして見てみましょう。

そうすると下の図のように４種類の情報を表現できるようになりました。

３つのセルをまとめると８種類の情報が表現できます。

つまり、データ１つだと２種類の情報しか表現できませんでしたが、まとめて扱うことで「２のセル数乗」分の情報を表現することが可能にできるようになります。

ここまで情報という曖昧な言葉を使っていましたが、今度は馴染みのある数で考えていきましょう。電荷が溜まっているセルを「１」、溜まっていないセルを「０」に置き換えて数字の羅列として表してみます。

例えばセルが３つの場合、各セルを「１」「０」に置き換えると下記のようになります。

８種類の「１」と「０」から構成される数ができましたね。このように「１」と「０」の二つの数字からのみで表現される数は２進数と呼ばれます。

さらにこの２進数を下記のルールで馴染みにある１０進数に変換してみましょう。

同様にして変換することで、３つの「１」「０」の情報を下記のように８つの数字で表現することができます。

ここで注目していただきたいのは変換方法ではなく、１つのセルだと「１」と「０」の２種類しか表現できなかったけど３つのセルだと「０」から「７」の８種類の情報、もっと具体的に言うと８種類の数が表現できるようになった点です。

つまり複数の「１」と「０」をまとめることで多くの情報を表現できるようになったのです。

先程の例では３つをまとめただけですが、例えば８個をまとめて扱うと２５６種類の数を表現することが可能です（途中略しています）。

さらに３２個をまとめて扱うことで４２９４９６７２９６種類の数を表現することもできます。

このような感じで、データ１つでは「１」「０」の２種類の情報しか表現できませんが、複数まとめて扱うことで非常に多くの情報を表現できるようになります。

データの捉え方を変える

「１」と「０」からほぼ無限の情報を表現できる理由の２つ目は「データの捉え方を変える」です。

１つの例ですが、２進数には「２の補数表現」というものがあって、その場合、最も左の数字が、その２進数が「正の値」か「負の値」の値かを表現しています。具体的には、最も左の数字が「１」であればその２進数は「正の値」、「０」であれば「負の値」を表現していることになります。

なので、例えば２進数「１０１１１００１」は、符号なしの値として捉えれば１０進数の「１８５」とも受け取れるし、符号ありの値として捉えれば１０進数の「ー７１」とも受け取ることができるんです。

つまり、同じデータであっても、データの捉え方を変えることで違う情報として表現することが可能です。

これは数の話だけではありません。例えば下記の２進数は１０進数で考えると「７５」です。

しかし、これを文字として捉えると「K」になるんです。アスキーコードというものがあって、各文字に対して値が割り振られており、捉え方によっては文字として情報を表現したり、数として表現することができます。

さらに下記の２進数を見てみましょう。

これは符号なしの数として扱えば１０進数で「１１２８８９５１」となります。もしこれを色として捉えれば、下のような色として扱うことができます。

画像は画素という小さな点の集まりであり、その画素はRGBの３つの色の組み合わせで表現されることが多いです。さらに各RGBの色はそれぞれ８桁の２進数（１０進数だと０−２５５の値）で表現されるので、上記の２進数だとそれぞれRGBは下記で表現されます。

つまり、元々は「１」と「０」の値であるにも関わらず、それらを複数でまとめて扱い、さらにその値の捉え方によって同じデータであっても数でも表現できるし、画像の一つの画素として扱うこともできるんです。

さらに、上記の２進数のデータをカラーではなくモノクロ画像の画素として扱うこともできます。その場合は３つの画素の値を表しているとデータを捉えることができます。

こんな感じで、データの捉え方を変えるだけで多くの情報を表すことが可能です。

以上をまとめると、もともとコンピュータ内部では「１」と「０」の２つの情報しか扱えませんが、

• 複数の「１」と「０」をまとめて扱う
• データの捉え方を変える

によりほぼ無限の情報を表現することができます。

情報量（データ量）の単位

続いてよく使用される情報量（データ量）の単位について解説します。

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ビット

コンピュータ内部で扱われるデータの最小単位のことを「ビット」と呼びます。ここまで解説してきたように、コンピュータではデータをまとめたり捉え方を変えることでほぼ無限に情報を表現することが可能ですが、その基となるのは「１」or「０」のみを表現できるデータです。そのデータの単位が「ビット」です。英語で書くと「bit」になります。

この「ビット」は特にコンピュータやハードウェアを理解したり扱ったりする上で非常に重要なキーワードになりますので覚えておきましょう！

ビットという言葉がよく使われるのは下記のような分野です。

１ビットでは２つの情報のみを表現することができます。「１」と「０」のみですね。しかし、前述のとおり、複数のビットをまとめることで多くの情報を表現できます。

例えば２ビットでは４つ、３ビットでは８つ、というように２のビット数乗分の情報が表現できます。

バイト

このビットを８つまとめたデータを「バイト」と呼びます。英語で書くと「byte」です。つまり１バイトは８ビットです。さらに１バイトは２５６種類の情報を表現可能です。

このバイトもコンピュータを扱う上で重要ですし、特にソフトウェアを理解したり作成したり（プログラミング）する上で重要なキーワードになります。

バイトという言葉がよく使われるのは下記のような分野です。

bit も byte も両方イニシャルが “b” なので、略す場合は、ビットは小文字で “b”、バイトは大文字で “B” と区別して使用されます。

キロ・メガ・ギガ・テラ

これらも最近はよく聞くようになった言葉だと思います。特にバイトと一緒に使用される機会が多い言葉ですね。

一番馴染み深いのは「キロ（K）」だと思います。例えば体重の場合「50Kg」みたいに記載されますよね？これは「50000g」と同じ重さです。つまり「キロ（K）」は g の１０００倍を表していることになります。もうちょっと一般的に書くと、元となる単位を１０００倍する表記になります。

データの容量においても同様の考え方で使用されます。しかしデータ容量の場合は「キロ（K）」は１０２４倍を表します。つまり「KB」は元となる単位であるバイトを１０２４倍していることを表しています。

この１０２４は２の１０乗という値で、コンピュータは２のN乗の値を扱うのが得意なので、このように中途半端な値にも思える１０２４という値が用いられています。ちょっと最初は戸惑うかもしれませんが、使っていると慣れてきます。

他のメガやギガ、テラにおいても元となる単位であるバイトを２のN乗する表記になります。具体的には下記のようになります。

それぞれが 1024 倍されていっている様子が分かると思います。大きな数字もこれらの単位を用いることで、直感的にどれくらいの値が分かるので覚えておくと便利です。

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まとめ

このページではコンピュータが扱うデータについて解説しました。コンピュータ内部で扱われるデータは「１」と「０」のみですが、この「データをまとめて扱う」「データの捉え方を変える」ことでほぼ無限の情報を表現することが可能です。

またデータの単位としてはビットやバイトなど様々なものがありますので、これらも合わせて覚えておきましょう！