命令とデータの表現方法

ビット

　　コンピュータ内では，全ての命令やデータが 0 と 1 の組合せで表現されます．その 0 や 1 の一つずつをビット（ bit ）と呼びます．例えば，8 つの 0 と 1 で構成されるデータ，
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01001111			
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のビット長は 8 ビットであるといいます．記憶装置に記憶可能な量（記憶容量）もビットを使用して表現されますが，ビットのままですと，大きな容量の場合，その量を表すために非常に大きな数値を必要とします．そこで，以下に示すような単位が使用されます．
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1 バイト（ B，byte ）　 8 ビット
1 キロバイト（ KB ）　　1024（ = 2¹⁰ ）バイト
1 メガバイト（ MB ）　　1024（ = 2¹⁰ ）キロバイト
1 ギガバイト（ GB ）　　1024（ = 2¹⁰ ）メガバイト
1 テラバイト（ TB ）　　1024（ = 2¹⁰ ）ギガバイト			
```
　　データを転送する速度にもビットが使用されます．1 秒間に 1 ビット転送する速度を bps（ bit per second，bit / s，ビット／秒）とし，kbps（キロビット／秒），mbps（メガビット／秒），gbps（ギガビット／秒）などの単位が使用されます．
文字，音声，画像

　　コンピュータ内において使用できるのは 0 と 1 だけですので，当然，数値は 2 進数で表現されます．普段の生活で使用している 10 進数の表現方法とは多少異なりますが，似たような表現方法になります（「情報の表現」参照）．しかし，文字の場合は，かなり異なってきます．一般に，1 バイト（ 8 ビット），または，2 バイト（ 16 ビット）を使用して 1 文字を表現します．1 バイトでは，256 種類の文字しか表現できませんので，日本語の場合は，2 バイト（ 65536 種類の文字を表現可能）を使用します．一つのビットの並びをある文字に対応させるわけですが，その規則を文字コードと呼びます．文字コードには，下に示すようにいくつかの種類があります．一般に，ある文字コードで記述された文字を，他の文字コードの体系内で読むためには，文字コードの変換が必要です．
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ASCII コード 　   8 ビットコード（「ASCII コード」参照）
ShiftｰJIS コード  16 ビットコード
utf-8 コード      16 ビットコード			
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　　音声は，本来，空気の粗密波です．そのままでは，遠方へ伝達できませんので上図のような電気信号に変換されます．しかし，このような連続信号を直接コンピュータで扱うことはできません．そこで，音声信号の Δｔ時間（サンプリング間隔）毎の値（ a_n，a_n+1，a_n+2，・・・）を 16 ビット（ 2 バイト）の数値として表し，それらの値の時系列として音声を表現します．

　　では，どのようなサンプリング間隔でデータを記録すればよいのでしょうか．サンプリング定理によりますと，ある波形が含む最大周波数を f Hz としたとき，1 / 2f 秒より短い間隔で記録すれば，記録されたデータから元の波形を復元できます．人間の最大可聴周波数は 20 kHz ですので，サンプリング間隔を 1 / (2 * 20000) 秒（この逆数がサンプリング周波数）以下にすればよいことになります．実際，CD のサンプリング周波数（サンプリング間隔の逆数）は 44.1 kHz になっています．電話で話すと相手の声が多少変わって聞こえるのは，電話の場合，サンプリング周波数が 8 kHz ですので，元のデータを完全には復元できないことが原因です．

　　40 kHz でサンプリングした場合，1 秒間に 40000 個のデータを記録することになります．各データは 2 バイト（ B ）で表されていますので，1 秒間に約 80 KB，1 分間で約 4.8 MB のデータ，ステレオですとこの 2 倍，約 9.6 MB のデータが必要になります．コンピュータ内では，1 つの数字が 4 又は 8 バイト，1 文字が 1 又は 2 バイトで表され，文庫本 1 冊が 400 字詰め原稿用紙 500 枚（ 200000 文字）としたとき，約 400 KB であることを比較すると，如何に膨大なデータ量かが分かると思います．このように，そのままでは余りにもデータサイズが大きくなりますので，圧縮して利用する場合も多くあります．例えば，MP3 という圧縮形式では，CD の音質をほぼ維持したまま，1 / 10 程度のサイズまで圧縮可能です．

　　画像は，基本的に，点（画素，ピクセル）の集まりとして表現されます．1 つの画素は，R(赤)，G(緑)，B（青）の強さ，及び，透明度を各 8 ビット（ 1 バイト）の情報として持っています．つまり，1 つの画素を表すためには，4 バイト必要になります．ディスプレイの解像度を 1024 × 768 とすると，１画面を表すのに（ 1024 × 768 × 4 ）バイト = 3 MB 必要になります．このように，画像も大きなデータ量となりますので，JPEG（ JPG ）や GIF といった方法で，圧縮して使用する場合が多くなります．

　　動画になると，そのデータ量は更に増加します．動画は，1 秒間に 15 ～ 30 枚の画像を連続して表示することによって作成されます．1 画像の大きさが 3 MB であり，1 秒間に 30 枚の画像を表示するとすれば，1 秒間に 90 MB，1 分間に 5.27 GB のデータ量となります．勿論，圧縮して保存されますが，それでもかなりの容量を必要とすることに注意してください．