コンピュータが動く仕組み【2進数・10進数を理解する】




コンピュータが動く仕組み【2進数・10進数を理解する】

コンピュータが動く仕組みを知る為には、2進数を知る事でより理解が深まります。

コンピュータのエネルギー源は電気です。

コンピュータの中の電気が枯渇してしまう(バッテリー切れ)と、コンピュータの電源は落ちます。

この電気2進数の相性は抜群なのです。

小・中学生の頃に、

  • 10進数
  • 2進数

それぞれについて学習したと思います。

10進数は、我々が地球で生活する際に定着しており、10進数の使用には慣れていますが、2進数はなかなか意識する事がありません。

しかし、コンピュータの世界では2進数を採用しています。

この記事では、

  • 10進数について
  • 2進数について
  • 何故、コンピュータは2進数を採用するのか

について説明していきます。

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10進数

10進数

10進数が定着した理由には諸説あるのですが、その1つに、「人間の指が両手で10本あるから」というものがあります。

10進数とは,
0123456789
と,9まで数えると、次の数字(この場合、9の次は10)からは桁(けた)上がりするので、10進数10で桁が進む数)と呼ばれているのです。

10進数で使われる記号(数字を表すマーク)は,0910種類です。

2進数

2進数

2進数は、2基数として表現した数値です。

要は、01だけをつかって数を表す方法です。

0から始まり

  • 次は・・・1(イチ)
  • 1(イチ)の次は・・・10(イチ・ゼロ) ➡ (ジュウではありません)
  • 10(イチ・ゼロ)の次は・・・11(イチ・イチ) ➡ (ジュウイチではありません)
  • 11(イチ・イチ)の次は・・・100(イチ・ゼロ・ゼロ) ➡ (ヒャクではありません)

このように、01と続き、次の数字からは桁(けた)上がりするので、2進数と呼ばれているのです。

2進数の数値の増え方のイラストです。

2進数から10進数への変換

進法(進数)が違っても、それぞれの数字に変換できます。

今回は、2進数から10進数へ変換してみましょう。

まず、理解をしやすくするために10進数で考えてみます。

423円は、

  • 100円硬貨 4
  • 10 円硬貨 2
  • 1 円硬貨 3

10進数

10進数の各桁には、それぞれ

  • 10^2
  • 10^1
  • 10^0

の重みがあるからです(この10を「基数」といいます)。

X ^ 0 = 1
Xの0乗は1です。

10進数の各桁に10倍の重みがあるように、2進数の各桁にもそれぞれ2倍の重みがあります。2進数の「基数」は2です。

2進数

つまり、2進数1101は、
1 × 81 × 40 × 21 × 11310進数) となります。

10101101の10進数

2進数から10進数への変換

何故、コンピュータは2進数を採用するのか

何故、コンピュータは2進数を採用するのか

コンピュータはIC(Integrated Circuit:集積回路)と呼ばれる電子部品から構成されています。

  • 計算を行うプロセッサー
  • 情報を記録するメモリー

これらの実体はICです。

ICは,黒いボディーに何本もの銀色のピンが付いた「ムカデ」のような形状をしています。

個々のピンに電気で情報(データやプログラム)が与えられることで,コンピュータが動作するわけです。

IC


IC(Integrated Circuit:集積回路)
出典:cetronic

では,

  1. 電気を使って
  2. ICの黒いボディーに付いた個々の銀色のピンに
  3. どのようにして、情報(データやプログラム)を与えるのでしょうか
電気を表す単位として

  • 電圧・・・ボルト(V)
  • 電流・・・アンペア(A)
  • 電力・・・ワット(W)

等々があります。

一般家庭だと、100(V)の電圧電気が流れています。

正解は、

  • 電気が流れている = 2進数1
  • 電気が流れていない = 2進数0

電気の有無を2進数で表し、情報(データやプログラム)を与えているのです。

ICは,銀色の1本のピンで

  • 0 (V) = 電気が流れている
  • 5 (V)(5(V)より低圧の電気の場合もある) = 電気が流れていない

2種類の電気しか取り扱えないようになっています。

  • 0 (V)・・・2進数0
  • 5 (V)・・・2進数1

それぞれを表していると考えれば,ICの銀色の1本のピンで2進数1桁を表すことができます。

コンピュータ・2進数

もしも8本のピンで1を表すなら,00000001という8桁の2進数にします。

次回は、IC2進数電気の情報を受取り、どのように処理するのか見ていきます。