【デジタルデータ】コンピュータの脳内は、0か1？「2進数とデータ量と色」について

コンピュータの思考回路、デジタルデータの基本「2進数」と「データ量」について、お伝えします。

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コンピュータは「0」と「1」で判断している！？
2進数と「データ量とその単位」
2進数と「色」
2進数と「10進数と16進数」の対応表

コンピュータは「0」と「1」で判断している！？

私たちが小学校で習う算数は、1、2、3、…8、9、10と、10通りの数字で1桁増える「10進数」というものです。それに対して、コンピュータは（基本）「2進数」を使います。
2進数ですから、0と1の2通り（2種類）の数字を使います。
この「0」と「1」、コンピュータは、電流の「ON」と「OFF」で認識しています。「ON」か「OFF」の組合せ（電圧の強弱）で、様々なデータを認識しています。

2進数の1桁目は、0と1の2通り。最小単位の1ビット（bit）です。2桁目は、00、01、10、11の4通り。更に1桁増えて、3桁で8通り（以下の図を参照）。
1桁では2通りのデータを認識でき、2桁では4通りのデータを認識できます。この桁数と認識できるデータ量ですが、２の「桁数」乗が認識できるデータ量になります。なので8桁では、2の8乗で256通りのデータを認識できることになります。

2進数と「データ量とその単位」

2進数では、8桁（8bit＝2の8乗＝256通り）を、１かたまりのデータとして1Byte（バイト）としています。また、データ量の単位として、10の10乗Byteを1かたまりとして、1024Byte＝1MB（メガバイト）と単位が上がります。

更に、1024MBで1GB（ギガバイト）、1024GBで1TB（テラバイト）と単位が上がっていきます。ここまでくると、とてつもなく膨大なデータ量を認識できる事になります。
英数字を「1Byte」文字、日本語を「2Byte」文字と呼びますが、英数字は英文字26文字と数字などを足しても、256通りの中で収まりますが、日本語は、ひらがな50文字や常用漢字4000文字以上など、256通りでは収まらないので、2Byte（256×256＝65,536通り）文字と呼ばれています。

2進数と「色」

コンピュータは様々なデータを2進数で表していますが、「色」も2進数で表されています。画像加工のデザインソフト「フォトショップ」のカラーモードで8bitチャンネルがありますが、8bit（1Byte）で表す、0〜255までの、256通り（階調）のデータが扱えます。フォトショップのレベル補正などの機能で設定できる256階調は、この8bitで表現できる階調になっています。

「イラストレーター」などのデザインソフトでも同様ですが、RGBの各色にそれぞれ8bit（256階調）を割り当て、その掛け合わせで色を表現しているので、256×256×256＝16,777,216（約1,670万色）をディスプレイ上で表すことができているわけです。

人間の目は、約1000万色を見分け、一見視で4,000色程度を認識すると言われていますので、ディスプレイ上の1ピクセルの小さな点が、それぞれ1,670万色以上を表現できるディスプレイは、実質的にフルカラーを表現できているということになります。

2進数と「10進数と16進数」の対応表

2進数に対して、10進数と16進数の変換後の対応表は、以下のようになります。

2進数	10進数	16進数
0	0	0
1	1	1
10	2	2
11	3	3
100	4	4
101	5	5
110	6	6
111	7	7
1000	8	8
1001	9	9
1010	10	A
1011	11	B
1100	12	C
1101	13	D
1110	14	E
1111	15	F

以上、2進数とデータ量と色の話でした。
パソコンに入っている、小さな基盤を見ていると、ONかOFFの組み合わせが複雑に入り組んだ電気回路が、この中にあるんだなぁなどと想像しながら見てしまいます。

私たちが日常使っているコンピュータですが、一昔前まではプログラミングなど一部の専門的な知識を持つ人の道具でした。
　1995年に、コンピュータを動かすOS（基本システム）としてWindows95が、Microsoft社から発売され、画面上のウィンドウを開いたり閉じたり、ボタンやアイコンをクリックすることで、専門知識がなくても、誰にでもコンピュータが操作できるようになりました。コンビニでもパソコン専門誌が売られ、ますますパソコンが一般人の道具となりました。初めは、何で？この画面上の○や×をクリックするだけで動くんだろう？と不思議で、言葉を理解していないコンピュータが、どうやって動作しているんだろう？アナログな人間の考えを、デジタルな機械が、どうやって解釈しているんだろう？と思っていました。
　あれから20年以上が過ぎ、スマホやPCで文字を入力したり、メールを送ったり、写真を撮ったり、画面上で絵を描いたり、音楽を作ったり…。パソコンオタクなんて言葉も全く聞かなくなり、今では何の疑問も持たず、当たり前のようにパソコンを操作しデジタルデータを利用しています。AI技術などの発展で、更に日常生活に溶け込んでくる、様々なデジタルな技術ですが、そのデジタルデータの基本単位は、今も昔も変わりません。