「基礎知識」 コンピュータで使われるデータ単位bit、byteって？

今回はコンピュータのデータ単位についてです。ゲームハードやWindows OSで32bitとか64bitとかたまに聞きますよね。その事についてまとめてみました。
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▼この記事の目次

1. bit (ビット)
2. byte (バイト)
3. 「その他」コンピュータで扱う単位
4. この記事のまとめ

bit (ビット)

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bitとはコンピュータで扱うデータの最小単位となります。1と0で表すデータの事で、パソコンの画像、文字、ソフトウェアなどの全てのデータは元を辿ると1と0だけの数字なのです。
コンピュータは1のtrue (真/ON) と、0のfalse (偽/OFF) という2進法で計算しているのですが、この1または0と返す一つの動作を1bitと表します。データの記憶領域の事を指して呼んだりもします。

わかりやすく1がON、2がOFFと書きましたが、もう少し砕いて解説すると電圧の高低でHighレベル (高) なら1、Lowレベル (低) 0 を返しています。それが1ビットの流れです。

つまり1つのbitは1か0のどちらかを選択出来ます。これが2bit (1～2列) 、3bit (1～3列) 、4bit (1～4列)・・・ とだんたんデータ単位が増えていくと、組み合わせの幅が広がっていきます。

1bitなら「1、0」の2通りですが、2bitなら「10、01、00、11」の4通りになり、3bitなら「100、101、110、111、000、001、010、011」になり、4bitあたりからパターンを一つずつ把握するのも面倒になってきます。

ではこのbit数によるパターンをどうやって求めるかというと累乗で求めます。4bitの場合は2の4乗で16通りです。2の4乗というのは2を4回掛けるという意味です。(2x2x2x2=16)
なので4bitだと16通りの表現が可能という事になります。

▼bit数によってどの位のパターンの処理が出来るのか一覧にしてみました。

ちなみにファミコンは8bit、スーパーファミコンは16bit、プレステ2は124bit、そしてプレステ3になって64bit、プレステ4も64bitです。そしてなぜ、プレステ3からbit数が下がっているのでしょう？

OSやゲームのbit数に関しては筆者自身だいたいの把握になりますが、16bit以上は数えきれない位のパターン処理が可能なので多ければ良いという訳でもないようです。

bit数のデータ容量はあくまでもインフラ (ここでは道路としておきましょう) なので、ある程度まで大きくなったインフラではその道を通るデータ (車) の量・質・種類の方が重要になってくるのです。多分。

bitの由来

bitといえば英単語としてのbitです。bitはごくわずか・ほんの少しというようなニュアンスで使われています。

英単語としての意味も多少含まれているかもしれませんが、binary digit (2進数) を略したのがbitの由来だと言われています。

byte (バイト)

byteというデータ単位があります。こちらはbitの一つ上の単位で256通りもの表現をする事が出来可能です。
ん？256通りって上の表にありましたね。

そうですbyteとは8bitの事を指します。8つのbitを集めて1byteという大きさのデータ単位です。1bitという単位はデータとして扱うのには小さすぎるので1byteとしてまとめているわけです。

基本パソコンで扱われているデータはbyteかそれ以上の単位です。試しにフォルダやファイルデータ

byteはBと略される事もあるらしいですが、bitの略がbなので書くのは簡単ですしbyteでいいと思います。

「なぜ、8bit？」 1バイト言語・2バイト言語

そこでなぜ「1byte ＝ 8bit？」 なのかと疑問が出てきますよね。コンピュータの発祥は米国なので、当然ですが基準はアルファベットとなります。 そして半角英数の1文字分を表現する時に必要なデータ量が8bitです。
試しにパソコンでメモ帳を作って「a」とだけ書き込み保存します。そのメモ帳のプロパティを見るとサイズの所に「1バイト」と表示されています。

この8bitは1960年代にIBM社が発売したパソコンが始まりと言われていますが、それが引き継がれていって今に至るといいます。昔は今のようにお決まりの8bitではなくて5bitや7bitとかも使われていたのだとか。

そして日本語は1文字2byteで表現できます。例外はあるようですが、基本は全角文字の1文字あたりのデータ量は2byteなのです。先ほどのメモ帳のように「あ」と1文字だけ入力し保存してプロパティを見ると「2バイト」と表示されています。

このように1byteで表現できる自然言語を「1バイト言語」、2byteで表現できる自然言語を「2バイト言語」とコンピュータの世界ではそう呼んでいます。

1バイト言語 / シングルバイト文化圏

英語、フランス語、ドイツ語

2バイト言語 / ダブルバイト文化圏

日本語、中国語、韓国語

「その他」コンピュータで扱う単位

bit、byteがどういったものなのかを覚えたついでにbyteよりも大きな単位も見ていきましょう。各単位ともに1024倍で次の単位になります。なぜ1024という数値になるのかというとコンピュータは2進数なので2の10乗で1024倍なのです。

また、1024倍にしたもう一つの理由がコンピュータ以外の世界では一般的に10進数が使われています。そして2進数では2の9乗の数値が512で、次の2の10乗がちょうどきりが良く1024となり10進数で見たきりがいい数1000と近い数値のためにそうなったとも言われていますし、HDDの中身の計算は2進数、10進数両方の側面があるからというのもあります。

なおKBは1024ですが、kを小文字でkB ＝ 1000 と区別する事もあります。

単位一覧

• 「KB (キロバイト)」… 1KB ＝ 1024byte
• 「MB (メガバイト)」… 1MB ＝ 1024KB
• 「GB (ギガバイト)」… 1GB ＝ 1024MB
• 「TB (テラバイト)」… 1TB ＝ 1024GB

GB、TB以上の単位は現状で現実的に使う機会はないと思います。

通信速度で使われている単位

一方通信速度で扱われているデータの単位では「Mbps」「Gbps」などです。モバイル通信速度の話題になるとよく使われている単位ですね。

1bps ＝ 1秒間に何bitのデータ量を転送できるか
これはネット通信で送る事ができるデータ量を表す単位で、最小の単位だと「bps」で「bits per second ＝ 1秒ごとのbit数」 という意味になります。なので「1bps / 読み…ビーピーエス」だと1秒間に1bitのデータを伝達できるという事です。

「Kbps」だと「Kiro bite per second」の略で読みは「キロ・ビーピーエス」という事になります。こちらは1秒間に何キロbit転送できるかという事になります。

こちらも2進法による計算方法と10進法による計算方法と二通りありますが2進法で見てみましょう。

「転送速度」データ単位

• 「Kbps (キロ・ビーピーエス)」… 1Kbps ＝ 1024bps
• 「Mbps (メガ・ビーピーエス)」… 1Mbps ＝ 1024Kbps
• 「Gbps (ギガ・ビーピーエス)」… 1Gbps ＝ 1024Mbps
• 「Tbps (テラ・ビーピーエス)」… 1Tbps ＝ 1024Gbps

この記事のまとめ

今回これらの単位をまとめたのは、プログラミングでbit単位で操作するというビット演算子なるものがあったからです。次回はJavaの演算子について記事にしたいと思います。