ビット(bit)とは？ビットによる文字表現や画像、音のデジタル化を解説

ビット(bit)とは何か説明する。

bitの略語元となっている、binary digit (2進数)に関しても合わせて解説。

ASCIIコードによる文字表現や画像、音がどのようにビット表現され、デジタル化されているかも合わせて説明する。

ビット（bit）とは？

ビットとは、情報の最小単位のことを指す。

また、binary digit (2進数)を略した言葉でもある。

そもそも「情報」とは？

情報の最小単位というが、そもそも「情報」とはなんだろうか？

「情報はなぜビットなのか」という本で、情報理論を確立した米国のクロード・シャノンによる情報の定義が紹介されている。

「変化するパターンの中から選択できるもの」とはなんだろう？

本で取り上げている情報の例として、天気は晴れ、曇り、雨、雪の4通りに変化する。

道路の信号は青、黄色、赤の3通りに変化する。

といったように変化するパターンが情報となる。

最小単位とは？

ではパターンの最小単位はいくつか？

YES・NO、左・右といった、２通りになる。

なので二通りの変化が「情報の最小単位」と言える。

どのようにコンピュータに適用した？

ではどのようにこのビットの概念がコンピュータに適用したのか？

それはコンピュータの作りに関係する。

コンピュータは電子回路の集まりであり、それぞれの回路に電流が流れているか流れていないかのみ認識することができる。

つまり

• 電流が流れている＝１
• 電流が流れていない＝０

というふうに置き換えることで、ビット（情報の最小単位）を当てはめることが可能になった。

これにより、電線一本につき1ビットの情報を伝えられるようになった。

この仕組みがたくさん集まった場所がCPU (Central Processing Unit)であり、パソコンを動かすのに中心的な役割を果たしている。

CPUについては詳しくは下記に書いた。

パソコンのCPUとは。構造や論理演算について図解で説明

パソコンのCPU (Central Processing Unit)について説明する。 パッケージやダイなどのCPUの構造から、制御装置、演算装置、メインメモリ間での命令の実行手順（命令のフェッチ、デ ...

続きを見る

情報の基本単位はバイト（byte）

ビットは「情報の最小単位」であると見てきたが、情報の基本単位はバイトとなる。

1バイト＝8ビットとなる。

基本単位とは？

8ビットで一つの情報を表すことができるため、1バイトは基本単位と言われる。

例えば、二進数「00000000」→10進数「0」といった形で、8桁の2進数で人間がよく使う10進数や文字に変換することができる。

下記は10進数、２進数、文字の対応表の一部になる。これらのコード表をＡＳＣＩＩコード表（アスキーコード）という。

２進数	10進数	文字
01000001	65	A
01000010	66	B
01000011	67	C

この文章の一番下にアスキーコードをまとめた。

なぜ1バイトは8ビットなの？

Qiitaの「1バイトが8bitに定まったのは2008年」より参照する。

処理する文字が英語の大文字小文字や特殊記号など増えてくるのに従って、6ビットでは足りなくなってきました。英語大文字+英語小文字＋数字を表現するだけで26+26+10=62パターン必要です。62パターンを表現するには、6ビット必要となります。さらに、プラスやマイナス等の特殊記号を表現させるために、最低でも7ビット必要となります。ASCII文字コード

7bitで1バイトでも良いのですが、通信用のパリティビットを表現させたりするために、プラス1ビットを追加した8ビットが1バイトとなりました。

1バイトが8bitに定まったのは2008年

つまり

1. 英語大文字+英語小文字＋数字を一通りビットで表現するためには、最低でも7ビットのセットは必要だった
2. パリティビット（データを通信した時にデータがしっかり送られたか確認するための手段）の手段を取るため、もう1ビットを追加した

この二つによって、1ビット＝8ビットになったと言われる。

二進数とは？

ビットはbinary digit (2進数)の略だと書いたが、2進数とはなにか？

２進数とは「０」と「１」の2つの数字のみが使われ、1の次に位が上がる数字の表現方法。

馴染み深い10進数は「０」から「９」の数字を使い、10の時に位が上がる。

下記に２進数と10進数を比較する。

2進数	10進数
0	0
1	1
10	2
11	3
100	4
101	5
110	6
111	7
1000	8
1001	9
1010	10
1011	11
1100	12
1101	13
1110	14
1111	15
10000	16
10001	17
10010	18
10011	19
10100	20

このようにコンピューターでは普段使っている10進数以外のn進数を利用することで、計算を行っている。

こういったn進数は離散数学の分野で扱われる。

n進数・基数変換について説明。コンピュータで使われるn進数とは

普段私たちは 0 - 9 までの数字を使う「10進数」という数の体系を使っている。 これに対しコンピューターが計算する時には「2進数」「16進数」などといった、少し違った形で計算をしている。 この2進 ...

続きを見る

ビットパターンの情報表現

ここからはビットによってできる情報表現について解説していく。

ビットによってテキストや画像、音声まで表現することができる。

テキストの表現

8ビットで文字を表現することができたが、繋げることでメッセージを作ることができる。

例えば「Japan」をビットパターンで表現すると、下記のようになる。

色の表現

RGBと呼ばれる色コードはビットパターンが使われている。

RGBはRed, Green, Blueの略で、それぞれの赤・緑・青の濃度を00000000(0) ~ 11111111(255)の8ビットで表している。

• rgb(0, 0, 0)　黒
• rgb(255, 0, 0)　赤
• rgb(0, 255, 0)　緑
• rgb(0, 0, 255)　青
• rgb(255, 255, 255)　白

画像の表現

デジタル画像は、一つ一つの点（ピクセル）が集まったものということができる。

一つ一つのピクセルに色の情報がつくことで、デジタル画像として表現することができる。

音声の表現

音声はコード化することで、アナログからデジタルに変換することができる。

まずはマイクによって音（空気の振動）を電気のアナログ信号に変換する。

アナログからデジタル化するために、アナログ信号を一定間隔で区切る。（サンプリングという）

サンプリングした波形に対して、数値に変換する。

数値化した数字をさらに2進数に変換する。

このプロセスによって、音をビットで表すことができる。

コンピュータの全体像

コンピュータの全体像を知ると、よりビットについての理解が深まる。

こちらにコンピューターサイエンスの全体像についてまとめた。

Screen-Shot-2021-06-11-at-11.45.16

続きを見る

ASCIIコード一覧

ASCIIコードは、American Standards Association（米国国家規格協会）によって制定された文字コード。

数字と文字の対応表のようなもの。

１０進数	２進数	文字	省略なし
0	00000000	NUL	ｎｕｌｌ
1	00000001	SOH	ｓｔａｒｔ　ｏｆ　ｈｅａｄｉｎｇ
2	00000010	STX	ｓｔａｒｔ　ｏｆ　ｔｅｘｔ
3	00000011	ETX	ｅｎｄ　ｏｆ　ｔｅｘｔ
4	00000100	EOT	ｅｎｄ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
5	00000101	ENQ	ｅｎｑｕｉｒｙ
6	00000110	ACK	ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ
7	00000111	BEL	ｂｅｌｌ
8	00001000	BS	ｂａｃｋｓｐａｃｅ
9	00001001	TAB	ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｔａｂ
10	00001010	LF	ＮＬ　ｌｉｎｅ　ｆｅｅｄ、ｎｅｗ　ｌｉｎｅ
11	00001011	VT	ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｔａｂ
12	00001100	FF	ＮＰ　ｆｏｒｍ　ｆｅｅｄ、ｎｅｗ　ｐａｇｅ
13	00001101	CR	ｃａｒｒｉａｇｅ　ｒｅｔｕｒｎ
14	00001110	SO	ｓｈｉｆｔ　ｏｕｔ
15	00001111	SI	ｓｈｉｆｔ　ｉｎ
16	00010000	DLE	ｄａｔａ　ｌｉｎｋ　ｅｓｃａｐｅ
17	00010001	DC1	ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　１
18	00010010	DC2	ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　２
19	00010011	DC3	ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　３
20	00010100	DC4	ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　４
21	00010101	NAK	ｎｅｇａｔｉｖｅ　ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ
22	00010110	SYN	ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｉｄｌｅ
23	00010111	ETB	ｅｎｄ　ｏｆ　ｔｒａｎｓ．ｂｌｏｃｋ
24	00011000	CAN	ｃａｎｃｅｌ
25	00011001	EM	ｅｎｄ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ
26	00011010	SUB	ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ
27	00011011	ESC	ｅｓｃａｐｅ
28	00011100	FS	ｆｉｌｅ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ
29	00011101	GS	ｇｒｏｕｐ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ
30	00011110	RS	ｒｅｃｏｒｄ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ
31	00011111	US	ｕｎｉｔ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ
32	00100000	Space
33	00100001	!
34	00100010	"
35	00100011	#
36	00100100	$
37	00100101	%
38	00100110	&
39	00100111	'
40	00101000	(
41	00101001	)
42	00101010	*
43	00101011	+
44	00101100	,
45	00101101	-
46	00101110	.
47	00101111	/
48	00110000	0
49	00110001	1
50	00110010	2
51	00110011	3
52	00110100	4
53	00110101	5
54	00110110	6
55	00110111	7
56	00111000	8
57	00111001	9
58	00111010	:
59	00111011	;
60	00111100	<
61	00111101	=
62	00111110	>
63	00111111	?
64	01000000	@
65	01000001	A
66	01000010	B
67	01000011	C
68	01000100	D
69	01000101	E
70	01000110	F
71	01000111	G
72	01001000	H
73	01001001	I
74	01001010	J
75	01001011	K
76	01001100	L
77	01001101	M
78	01001110	N
79	01001111	O
80	01010000	P
81	01010001	Q
82	01010010	R
83	01010011	S
84	01010100	T
85	01010101	U
86	01010110	V
87	01010111	W
88	01011000	X
89	01011001	Y
90	01011010	Z
91	01011011	[
92	01011100	\
93	01011101	]
94	01011110	^
95	01011111	_
96	01100000	`
97	01100001	a
98	01100010	b
99	01100011	c
100	01100100	d
101	01100101	e
102	01100110	f
103	01100111	g
104	01101000	h
105	01101001	i
106	01101010	j
107	01101011	k
108	01101100	l
109	01101101	m
110	01101110	n
111	01101111	o
112	01110000	p
113	01110001	q
114	01110010	r
115	01110011	s
116	01110100	t
117	01110101	u
118	01110110	v
119	01110111	w
120	01111000	x
121	01111001	y
122	01111010	z
123	01111011	{
124	01111100	|
125	01111101	}
126	01111110	~
127	01111111	DEL
128	10000000
129	10000001
130	10000010
131	10000011
132	10000100
133	10000101
134	10000110
135	10000111
136	10001000
137	10001001
138	10001010
139	10001011
140	10001100
141	10001101
142	10001110
143	10001111
144	10010000
145	10010001
146	10010010
147	10010011
148	10010100
149	10010101
150	10010110
151	10010111
152	10011000
153	10011001
154	10011010
155	10011011
156	10011100
157	10011101
158	10011110
159	10011111
160	10100000
161	10100001	｡
162	10100010	｢
163	10100011	｣
164	10100100	､
165	10100101	･
166	10100110	ｦ
167	10100111	ｧ
168	10101000	ィ
169	10101001	ゥ
170	10101010	ェ
171	10101011	ォ
172	10101100	ャ
173	10101101	ュ
174	10101110	ョ
175	10101111	ッ
176	10110000	-
177	10110001	ｱ
178	10110010	ｲ
179	10110011	ｳ
180	10110100	ｴ
181	10110101	ｵ
182	10110110	ｶ
183	10110111	ｷ
184	10111000	ｸ
185	10111001	ｹ
186	10111010	ｺ
187	10111011	ｻ
188	10111100	ｼ
189	10111101	ｽ
190	10111110	ｾ
191	10111111	ｿ
192	11000000	ﾀ
193	11000001	ﾁ
194	11000010	ﾂ
195	11000011	ﾃ
196	11000100	ﾄ
197	11000101	ﾅ
198	11000110	ﾆ
199	11000111	ﾇ
200	11001000	ﾈ
201	11001001	ﾉ
202	11001010	ﾊ
203	11001011	ﾋ
204	11001100	ﾌ
205	11001101	ﾍ
206	11001110	ﾎ
207	11001111	ﾏ
208	11010000	ﾐ
209	11010001	ﾑ
210	11010010	ﾒ
211	11010011	ﾓ
212	11010100	ﾔ
213	11010101	ﾕ
214	11010110	ﾖ
215	11010111	ﾗ
216	11011000	ﾘ
217	11011001	ﾙ
218	11011010	ﾚ
219	11011011	ﾛ
220	11011100	ﾜ
221	11011101	ﾝ
222	11011110	゛
223	11011111	゜
224	11100000
225	11100001
226	11100010
227	11100011
228	11100100
229	11100101
230	11100110
231	11100111
232	11101000
233	11101001
234	11101010
235	11101011
236	11101100
237	11101101
238	11101110
239	11101111
240	11110000
241	11110001
242	11110010
243	11110011
244	11110100
245	11110101
246	11110110
247	11110111
248	11111000
249	11111001
250	11111010
251	11111011
252	11111100
253	11111101
254	11111110
255	11111111