二つの状態で表す：デジタルの考え方

デジタルの回路が、情報を二つの状態の組み合わせで表す考え方を説明する。連続的な変化との違い、二つの状態を区別するしきい値、雑音に強い理由、二進法とビット、文字や画像を数で表す考え方、論理ゲートとのつながりを扱う。

アナログとデジタル

私たちのまわりの音や光、温度は、連続して変わる量である。連続して変わる量を、そのまま電気の信号で扱う方式を、アナログと呼ぶ。これに対して、情報を、とびとびの値の組み合わせで表す方式を、デジタルと呼ぶ。

現在の計算機は、ほとんどがデジタルである。このページでは、デジタルの考え方と、なぜ半導体の回路に向くのかを見ていく。

二つの状態で表す

デジタルの回路では、情報を、二つの状態だけで表すことが多い。たとえば、電圧が高い状態と、低い状態である。スイッチが入っているか、切れているか、と言い換えてもよい。

トランジスタは、スイッチとして使える。そのため、二つの状態を作ったり、保ったりするのに、とても向いている。

しきい値で区別する

実際の電圧は、きっちり二つの値になるわけではない。まわりの雑音で、少し揺らぐ。そこで、境目になる電圧（しきい値）を決める。しきい値より高ければ、高い状態、低ければ、低い状態と、見なす。

この区別のおかげで、電圧が多少揺らいでも、状態を間違えにくい。これが、デジタルの回路が、雑音に強い理由である。信号を次の回路へ送るたびに、きれいな高低の値に整え直せるので、劣化が積み重ならない。

二進法と、ビット

二つの状態だけで、数を表す方法が、二進法である。日常で使う十進法では、一つの桁で、十種類の数字を使う。二進法では、一つの桁で、二種類だけを使う。桁を増やすと、大きな数も表せる。

二進法の一つの桁を、ビットと呼ぶ。ビットを並べれば、並べた数だけ、組み合わせが増える。ビットが多いほど、たくさんの種類を区別できる。

数で、何でも表す

二つの状態の組み合わせで、数を表せるので、あらゆる情報を、数に直して扱える。文字は、一つずつの文字に、決まった数を割り当てる。画像は、画面を細かい点に区切り、点ごとの明るさと色を数にする。音は、時間で区切って、音の大きさを数にする。

こうして数にしてしまえば、保存、コピー、通信が、劣化なく行える。

論理ゲートへ

二つの状態を使って、「かつ」「または」「ではない」といった、判断をする回路が、論理ゲートである。論理ゲートを組み合わせると、足し算などの計算もできる。この組み合わせが、プロセッサーの基になる。詳しくは、回路の分野で学ぶ。

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