コンピューターと二進法について

二進法とは0と1で表現される記数法で1の次に繰り上がりを行います。基数を2としてある桁の数に基数とその桁数の大きさ分だけ累乗させたものを掛け合わせるとその桁の十進法での数が求まります。ただし桁数の大きさは0から始まります。
十進法に例えると12345という5桁の数について1桁目の数を求めるには5×10^0で5と求まり、4桁目の数を求めるには2×10^3で2000と求まります。この数のすべての大きさを求めるにはそれぞれの桁の数を求めて足し合わせれば導出できます。
二進法では1001で表された数は1×2^0+0×2^1+0×2^2+1×2^3で十進法で9と求まります。

十進法と二進法を対比させると以下のようになります。
十進法　　　　　二進法
0　　　　　　　　0
1　　　　　　　　1
2　　　　　　　　10
3　　　　　　　　11
4　　　　　　　　100
5　　　　　　　　101
6　　　　　　　　110
7　　　　　　　　111
8　　　　　　　　1000
9　　　　　　　　1001
10　　　　　　　 1010



コンピューターは情報を二進法に変換して処理を行っています。何故二進法を用いるかというのは、計算処理の際に半導体を用いるためです。半導体は電流を流す導体と電流を流さない絶縁体の中間的な電気抵抗を持つ物質です。大雑把に言えばこの性質を利用してある条件で電流が流れる流れない、つまりスイッチがONとOFFの二通りの単純な状態を判別させることができます。二通りの状態を扱うだけですので単純で制御もしやすく閾値の判別も楽でノイズにも強い利点があります。また、コンピューターは常に電源が入った状態で動きますので半導体のような物質で制御するのが都合が良いです。
スイッチが入った状態を1、スイッチが切れた状態を0としてこの二通りのパターンを用いて情報を処理するので、コンピューターの情報処理では二進法が用いられます。

8bitをまとめて1Byteとも表現します。
これは情報を処理する際に一度に8bitごとに処理していたためこの表現が用いられる用になりました。
現在でもCPUの設計でもその影響は残っており8の倍数の処理を行うCPUが登場しています。


前回の記事でも言及しましたがSSDの記憶素子も二進法で表した情報を用います。

・SLC型では一つの記憶素子に1bitの情報を記憶します。
　1bitは二進法で1桁の情報を表しますので0と1の２通りを記憶します。

・MLC型では2bitの情報を記憶します。
　これは二進法では2桁の情報を表しますので00、01、10 、11の4通りを記憶します。

・TLC型は3bitですので二進法で3桁の情報を表しますので以下の8通りの記憶を行います。
　000 001 010 011
　100 101 110 111

・QLC型では4bitですので二進法で4桁の情報を表しますので以下の16通りの記憶を行います。
　0000 0001 0010 0011
　0100 0101 0110 0111
　1000 1001 1010 1011
　1100 1101 1110 1111