01：コンピュータの仕組み

前回はコンピュータについて、概要をご説明しました。コンピュータで情報を覚える部分を記憶装置（記憶喪失では、ありません：笑）と言うのでした。

それでは、コンピュータはどうやって情報を記憶しているのでしょうか？。

私たちは脳みそで情報を記憶しています。違うという意見もあるようですが、とりあえず「そういうこと」にします。その記憶は、感覚記憶、短期記憶、長期記憶の3つに分類されるそうです。

（画像URL:illust-AC 様）

一方で、コンピュータは（一部を除き）記憶装置と呼ばれる機械で情報を記憶します。

人間の長期記憶に相当するのが、外部記憶装置（HDDなど）。短期記憶に相当するのが、メモリと考えて頂ければ、わかり易いかもしれません。

人間が脳みそに情報を記憶する仕組みは、まだ良くわかっていないそうです。ですがコンピュータが情報を記憶する仕組みは、意外と単純です。

コンピュータは機械です。機械にとって最もわかりやすいのは、電気が流れているか、流れていないか（ONとOFF)ですよね。だからコンピュータでは、電気のON/OFFで情報を記憶する仕組みとなっているのです。

具体的には

• 電気が流れている＝情報がある＝ON＝1
• 電気が流れていない＝情報なし＝OFF＝0

といった感じで、全ての情報を1か0かで記憶しています。

ところで、みなさんは2進数を覚えているでしょうか？。2進数・・・はるか昔、算数の時間に習った事がある気がしますが・・・あまり馴染みがない事だと思います（汗）。

私たちがよく使う10進数では
0⇒1⇒2⇒3⇒4⇒5⇒6⇒7⇒8⇒9⇒繰り上がって10
というように、9の次が1と0をくっつけた記号10（ジュウ）になります。

0から9の10個の記号をつかって数値を表すので、10進数といいます。

一方、2進数では
0⇒1⇒繰り上がって10⇒11⇒繰り上がって100
といった感じで、1と0の2つだけを使って数値を表します。1の次（10進数の2）は繰り上がって10（ジュウではありません。イチゼロと読みます）になります。

この2進数が、電気のON/OFFと相性が良かったため、現代のコンピュータは2進数をつかって情報を記憶・計算しているのです。

（画像URL:illust-AC　様）

ちなみに前回紹介した初期のコンピュータであるENIACは、なんと10進数を使って情報を記憶し、計算していたそうです。そのため回路が複雑になり、とても沢山の真空管(17,468本)を使いました。

その後に作られたEDSAC（エドサック）では、2進数で情報を記憶するようになりました。これにより、大幅に真空管の本数を減らすこと（3000本）に成功したのです。（参考：Webで学ぶ情報処理概論　様）

2進数はコンピュータと、とても相性が良い考え方なのです。

 

ところで、いろいろな物には数え方がありますよね。船はイッソウ、人参はイッポン、体重はキログラム、長さはセンチメートル。私の体重は・・・内緒（笑）。

そして数え方（単位）は、一定の単位で繰り上がります。例えば長さでは、10mm（ミリメートル）を1cm（センチメートル）、100cmを1m（メートル）というように、単位が繰り上がっていきます。

コンピュータでは、2進数の1か0かという1つの値（ONかOFFかを示す最小限の値）を1ビット（bit）といいます。ビットの事を「情報の記録単位＝情報量」などともいいます。どのくらい情報を記録できるかを表す単位という事ですね。

• 0・・・これは1ビットの情報
• 10・・・これは2ビットの情報
• 01010101・・・これは8ビットの情報

そして、ビットが8つ集まっている（8bit）ことを1バイト（1byte＝8ビット）といいます。

• バイトが1024個集まったものを1キロバイト（K）
• キロが1024個集まったものを1メガバイト（M）
• メガが1024個集まったものを1ギガバイト（G）

といいます。

１bit＜１byte（＝8bit）＜１K（＝1024byte）＜１M（＝1024K）＜１G（＝1024M）＜１T（＝1024G）・・・・

ちなみにギガの上はテラ（T）、テラの上は坊主・・・ではなくてペタ（P）。ペタの上はエクサ（EX）、エクサの上はゼタ（Z)、ゼタの上はヨタ（Y)です。（参考：Wiki  ヨタ記事　様）

電気屋さんで売られているCDやDVDに700MBなどと書かれているのを、ご覧になった事があるでしょうか？。あの事です。情報を覚えられる量（単位）の事なんですね。そのCDに、どのくらい音楽や映像が記録できるかを示しているのです。

（画像URL:photo-AC 様）

繰り上がりが1000単位ではなく、1024単位になっている事が面白いですよね。
（注：電気屋さんで売られているCDの容量は、厳密には700MB=1024×700KBではありません）

 

ところで2進数の世界で扱える情報の量は、どの程度なのでしょか？。2進数には1と0しかありません。1ビットで表せる数（情報量）は、0か1の2つという事になります。

では2ビットでは、いくつまでかぞえる事ができるでしょうか？。0と1と2の3つでしょうか？。・・・いいえ、違います。

• 00：０
• 01：１
• 10：２
• 11：３

の4つまで数えることが、できます。情報量は4という事です。

では3ビットでは？。・・・・答えは

• 000：０
• 001：１
• 010：２
• 011：３
• 100：４
• 101：５
• 110：６
• 111：７

の8つまで数えることができます。

だから、あなたの手の指が5本（5bit）あるなら、片手でかぞえられる数は0から5までの6つではなく、32個にもなります。両手の指10本なら1024個もの数（情報）をかぞえられます。

ちなみにCPUの種類には、32ビットとか64ビットと呼ばれるものがあります。あれは、そのCPUが「メモリなどから、一度に読み書きできる情報量」が32ビットだよという意味なのです。

前回、メモリは情報を蓄えておく場所だと説明しましたよね。そのメモリとCPUが情報を読み書きする単位（大きさ）が、1回あたり32ビットずつか、64ビットずつかという事なのです。

リンゴの木がメモリだとして、そこからリンゴをもぎ取る時、あなたが両手をつかって2個ずつリンゴを取れるのなら、あなたは2ビットCPUという事になります（笑）。

（画像URL：illust-AC　様）

必ずではありませんが、一般的にビット数が大きなCPUほど、1回の処理で沢山の情報をメモリと読み書きできますので、性能が高い事になります。

 

・2進数

1と0だけで数をかぞえる方法。10進数はよく使いますが、2進数は馴染みがないですよね。

・情報量

どのくらい記憶できるかという単位の事。ビット、バイト、キロバイト、メガバイト、ギガバイトなどと数えます。

・XXbit　CPU

32bit CPUとか64bit CPUと呼ばれるものです。メモリとCPUが、一度にどのくらいの量の情報を読み書きできるかを指しています。普通はbit数が大きいCPUの方が、性能が高い事になります。え、私？・・・私は手足を入れても4bit CPUですね・・・（笑）。

• コンピュータは、2進数で計算したり記憶する
• ビットの事を情報量と言う。ビット、バイト、キロバイト、メガバイトなどと数える
• 2進数と情報量。5ビットでは32個もの数を扱う事ができる

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