ディジタルとアナログ（ビット・バイト・2進数）【ITパスポート講座】

2020年2月9日2025年4月25日

この記事で学ぶこと

ビットとバイト
補助単位
2進数

今回はITパスポートで取り扱うディジタルとアナログに関する内容を学習しましょう。

キュー

んー・・・このおんぼろテレビなかなか叩いても治らんなぁ

モナ

たたけば治るって発想がそもそもアナログだニャ・・・

くろん

ところでそのアナログってどういう意味にゃ？

1. ディジタルとアナログ
2. ディジタルとアナログの例題
3. ディジタルとアナログ・まとめ

ディジタルとアナログ

ディジタルとアナログはよく耳にする言葉です。

これらの名前が着く代表的な物にディジタル時計・アナログ時計があります。

ディジタル時計は断続的に10時1分、10時2分・・・と表示され、見やすいですが今難病なのかはわかりません（秒単位で表示される製品もありますが・・・）

アナログ時計は秒針が連続的に回っているため、今何時かも詳細に把握できます。

キュー

今何時！？

モナ

そうねだいたいね～

ビットとバイト

コンピュータは電気の供給を元に動いています。

そのため、情報の表現方法はONの状態かOFFの状態かの2パターンしか存在しません。

これがディジタル的表現とされており、コンピュータの中ではこのONとOFFのみを用いてすべてを表現しています。

ここでは分かりやすいように、ONを1、OFFを0としましょう。そしてこの1か0を表す情報量をビットと呼びます。

つまり、1ビットで表現できる情報は1か0の2パターンのみです。

では、2ビットあったら何パターン表現できるか考えてみましょう。

モナ

左の列が1桁目、上の行が2桁目だニャ

	0	1
0	00	01
1	10	11

上記のとおり4パターンとなります。3ビットの場合も考えてみましょう。

キュー

今度は左の列が1桁目と2桁目やで

	0	1
00	000	001
01	010	011
10	100	101
11	110	111

以上より、8パターンとなります。このように、ビット数が増えていくと表現できる数値も増えます。

1ビットの時に2パターン、2ビットの時に4パターン、3ビットの時に8パターンと、1ビット増えるごとに表現できるパターンは2倍になっていることが分かります。

このことから、nビットの時のパターンは\(2^n\)パターンあることが分かります。

また、8ビットごとにまとめたものを1バイトと表現します。

Advice

1バイトで表現できる情報量は\(2^n=256\)です。

補助単位について

コンピュータの世界では膨大な数を扱います。例えば「100,000,000,000バイト」と言われてもなかなかピンときません。

そこで補助単位を用いれば、「100G（ギガ）バイト」と表現できます。

くろん

よく某携帯会社のCMでもギガバイト～とか耳にするにゃ。

また、記憶デバイスを持ったことがあるならUSBメモリやSDカードの容量として〇〇MB～のような単位が表記されているのを見たことある方も多いと思われます。

このMやGが補助単位で、膨大な桁のデータを表現しやすくなります。。

特に頻出単位は表にまとめたので、あわせて覚えてしまいましょう。

アルファベット	読み	数値
p	ピコ	\(10^{-12}\)=0.000000000001
n	ナノ	\(10^{-9}\)=0.000000001
μ	マイクロ	\(10^{-6}\)=0.000001
m	ミリ	\(10^{-3}\)=0.001
k	キロ	\(10^3\)=1,000
M	メガ	\(10^6\)=1,000,000
G	ギガ	\(10^9\)=1,000,000,000
T	テラ	\(10^{12}\)=1,000,000,000,000

2進数について

ビット表現のように、0と1の羅列で表現されているものを2進数と呼びます。

コンピュータ工学を学習する上で2進数を知り、変換できるようになることはほぼ必須です。

ただ、進数変換に関してはそれだけで解説がかなり長くなってしまうので、以下のページを読んで学習していってください。

しかくのいろは

[情報処理技術者試験]2進数・10進数・16進数の意味と進数変換の方法

https://www.sikaku-no-iroha.co.jp/information-technology-examination/decimal-system

試験でも頻出の2進数・10進数・16進数について、概要や変換の仕方を詳しく解説しています。

くろん

ところでこの表現、どこかで見たような・・・

キュー

カンがええな、IPアドレスのところですでに一度見てるはずや

参考までに、私たちが普段使っているのはほぼ10進数です。時間は60進数や24進数と言った見方もできます。

ディジタルとアナログの例題

実際に例題を解いて問題に慣れていきましょう。

問1

A～Zの26種類の文字を表現する文字コードに最小限必要なビット数は幾つか。(H.30春/問75)

ア：4
イ：5
ウ：6
エ：7

（ログイン後回答すると、ここに前回の正誤情報が表示されます）

問1の正解を表示

イ

問1の解説を表示

A～Zを表現するには、少なくとも26パターンが必要があります。

nビットで表現できるパターンは\(2^n\)パターンでした。

4ビットの場合、\(2^4\)=16パターン

5ビットの場合、\(2^5\)=32パターン

以上より、最低限必要なビット数は5なので「イ」が正解です。

問2

二つの2進数01011010との01101011を加算して得られる2進数はどれか。ここで，2進数は値が正の8ビットで表現するものとする。(H.29春/問72)

ア：00110001
イ：01111011
ウ：10000100
エ：11000101

（ログイン後回答すると、ここに前回の正誤情報が表示されます）

問2の正解を表示

エ

問2の解説を表示

2進数同士の加算も10進数同様、筆算で解けます。

いったん10進数に戻してから計算して2進数に戻す方法もあるので、しっくりくる方法で計算しましょう。

01011010(2)
=\(2^6+2^4+2^3+2^1\)
=64+16+8+2
=90(10)

01101011(2)
=\(2^6+2^5+2^3+2^1+2^0\)
=64+32+8+2+1
=107(10)

90+107=197(10)

197(10)=11000101(2)

いずれでも11000101となり、正解は「エ」です。

問3

2進数1011と2進数101を乗算した結果の2進数はどれか。(H.28秋/問91)

ア：1111
イ：10000
ウ：101111
エ：110111

（ログイン後回答すると、ここに前回の正誤情報が表示されます）

問3の正解を表示

エ

問3の解説を表示

乗算も加算同様、筆算で求められます。

しっくりこない場合は10進数に変換してから計算しましょう。

1011(2)
=\(2^3+2^1+2^0\)
=11(10)

101(2)
=\(2^2+2^0\)
=5(10)

11×5=55(10)

55(10)=110111(2)

いずれでも110111となり、正解は「エ」です。

問4

情報の表現方法に関する次の記述中のa～cに入れる字句の組合せはどれか。

情報を，連続する可変な物理量(長さ，角度，電圧など)で表したものをaデータといい，離散的な数値で表したものをbデータという。音楽や楽曲などの配布に利用されるCDは，情報をcデータとして格納する光ディスク媒体の一つである。(R.3/問89)

	a	b	c
ア	アナログ	ディジタル	アナログ
イ	アナログ	ディジタル	ディジタル
ウ	ディジタル	アナログ	アナログ
エ	ディジタル	アナログ	ディジタル