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1 話の流れ Bit 化 化 化のその先 まとめ 埼 学 学部情報システム 学科 准教授後藤祐 Bit? コンピュータ関連の記録や通信の話には byte( バイト ) や bit( ビット ) が良く登場する ハードディスクレコーダー : 容量 TB DVD, Blue-ray Disk: 容量 5GB USB フラッシュメモリ : 容量 0GB ipad Air: 3GB モデル NTT フレッツ光 : ダウンロード Gbps(G bit/ 秒 ) Wifi ( 無線 LAN): 5Mbps これらは全く違うものなのになぜみんな bit を使っているの? 3 ハードディスクドライブ 出典 :Cylinder Head Sector.svg, 磁性体 ( 磁 の性質を持つ物体 ) を塗った円盤をいくつも重ねることで構成されている 円盤上には同 円状にトラックと呼ばれる列があり 各トラックごとにデータが保存されている 円盤上のデータはヘッドと呼ばれる部品で書き込み 読み込みが われる 読み込みはヘッドの下にある部分が進 向と同じにN 極 S 極となのか逆なのかを調べることで われる 書き込みはヘッドの下のN 極 S 極を電気的に変更 ( 反転 ) することで われる 光ディスク (CD DVD BD) 光ディスク (Compact Disc, Digital Versatile Disc, Blue-ray Disc など ) は レーザの反射の有無によりデータを表現する 円盤上には渦巻状にトラックが配置されており トラックごとにデータが保存されている フラッシュメモリ フラッシュメモリは 通電していなくてもメモリ上の記録を残しておけるので 不揮発メモリ 以下の図のような回路が設置されており フローティングゲートに電 が貯まっているか いないかでデータを保存している 出典 :CompactDisc, 進 向 出典 :USB flash drive, コントロールゲートフローティングゲート - ディスク上にはレーザを反射させないピット レーザを反射させるランドが設置されており これで反射を制御する ピット ランド レーザ 5 コントロールゲート ソース ドレインに電圧をかけることで 絶縁膜を超えて 電 をフローティングゲートに貯めたり 追い出したりする ソース 絶縁膜 - ドレイン 6

2 光ファイバーによる通信 レーザ光が全反射するように作られた光ファイバーを利 して レーザの点滅を遠い距離に送る Bit: Binary Digit 観測している対象の状態が ハードディスクドライブ :N 極 S 極か S 極 N 極 光ディスク : 反射するか しないか フラッシュメモリ : 電 が溜まっているか いないか 光ファイバー : 点灯しているか していないか 状態数が であるものは実現しやすい 状態の切り替えが容易 コンピュータで扱うデータを状態数 の組み合わせで表現する (byte は bit の集まり 多くは byte = bit) 出典 :Laser in fibre, いろいろなデータをどうやって表現するの? 7 Binary digit = 進数 0 進数は0になったら桁あがり 進数はになったら桁上がり 0 進数 進数 進数 進数 両 で 03 まで数える 分の で 進数を表現 : 指を伸ばす 曲げる 進数 進数 両 の指で 03 までの数を数えることができる 0 分の年齢を数えてみよう 年齢表 例 私は今年 37なので3ととの指を伸ばすと年齢になる (3 + + = 37) = 3までは で数えることができる 数字 (0 進数 ) は bit の列 ( 進数 ) で表現できた

3 化 あるから発 する もの を通信や記録に都合の良いように記号に割り当てることを化 (coding) と う 字の化 単純に考えると 字 数字 (0 進数 ) 進数と割り付けると簡単に化できる 本語 英語 化 字 A B C D E F G H I 0 進数 進数 字 J K L N M O P Q R 0 進数 数字 声 進数 字 S T U V W X Y Z 0 進数 画像 00 進数 分のイニシャルを指で表現しよう 私の名前を英語表記にすると Yuichi Goto イニシャルは Y G なので先ほどのに合わせると以下のようになる グー & パーで表現 (/) 次の動物を英語でなんというでしょう? グー & パーで答えよ C (000) グー グー グー パー パー A (0000) グー グー グー グー パー Y (00) G (00) T (000) パー グー パー グー グー 5 出典 :Cat03, 6 グー & パーで表現 (/) 次の動物を英語でなんというでしょう? グー & パーで答えよ グー & パーで表現 (/) 次の動物を英語でなんというでしょう? グー & パーで答えよ D (0000) グー グー パー グー グー O (0) グー パー パー パー パー G (00) グー グー パー パー パー 出典 :Hippopotamus - 0, 7 出典 :7weeks old,

4 図の化 動画の化 画像を連続で表 すると動画になる の化 ( サンプリング + 化 ) 化は簡単? の波形を単位時間ごとに区切り波の さと 向によって数値化する 数値化したものを 進数表現にする でたらめにやるなら簡単 実際に使えるようにするとなるとそんなに簡単ではない 標準化 圧縮 効率 通信路化 暗号化 出典 :Signal Sampling, 標準化 送信者 ( 化した ) と受信者 ( 復号化したひと : 情報 ) がともに同じ化 法を使 しなければならない 字化け (/3) 計算機上での 字の取り扱いは 字集合 化 字集合 字コード フォントの つから成り っている 字常 漢字 化 字番号 字コード 化 式 A 化 式 A ひらがなカタカナ英数字 番号番号番号 字コードフォント さようなら 記号 番号 フォント 化 式 A 化 式 B

5 字化け (/3) 本語の 字コードの代表的なものは つ UTF-, Shift_JIS, ISO-0-JP( 通称 JIS コード ), EUC-JP 世界各地の 字 英数字 + 本語 字 英数字 + 本語 字 英数字 + 本語 字 Unicode JIS X 00, JIS X 00 等 JIS X 00, JIS X 00 JIS X 0 JIS X 00, JIS X 00 UTF- UTF-3 ISO-0-JP EUC-JP Shift_JIS CP93 (Shift_JIS+α) 現在の標準 電 メール Unix 系 MSの拡張 5 字化け (3/3) 送信者と受信者との間で同じ 字化 式が使 されていないときに発 するのが 字化け 字コード Shift JIS(CP93) での表 6 進数表 Shift JIS b f c9 bf cd 000a ISO-0-JP $B$3$s$K$A$O(B b b bf 000a EUC-JP ウ ヒ チ マ b3a f3a cba ca cfa 000a UTF- 縺薙 s 縺ォ縺 縺ッ e3 e e3 e3ab a e3 0aaf 送信者と受信者で使う化 式について合意を得る必要がある 6 効率 英語においてはアルファベットの使 頻度が きく異なることが知られている 字 A B C D E F G H I 0 進数 進数 字 J K L N M O P Q R 0 進数 進数 モールス信号 短い と い の 状態で信号を送る 欧 モールス信号はアルファベットの使 頻度に応じて 化している 字 A B C D E - ー ー - ー 字 F G H I J - ーー ーーー 字 K L M N O ー ー ー ーー ー ーー 字 S T U V W X Y Z 0 進数 進数 この化例は使 頻度を 切考慮していない 7 字 P Q R S T ーー ーー ー ー ー 字 U V W X Y Z - - ーー ー ー ー ーー ーー 圧縮 画像を素朴に化すると使 する桁数が多くなりすぎる 連続している部分などを省略して桁数を省略することを圧縮という 通信路化 記録の書き込み 読み込みのとき 通信で送るときに間違いが発 する可能性がある 間違いが発 しても正しい情報を復元できる 法で送る必要がある ?

6 暗号化 単なる化では 化 法を知っている ならば誰でも復号できてしまう 指定した受信者だけに情報を伝えたい場合は 受信者は読めるが 他の は読めないようにさらに化する必要がある まとめ コンピュータで記録や通信をするときには 情報を 進数の形に置き換える 情報を記録や通信において扱いやすい形式に置き換えることを化という 数字 (0 進数 ) 字 画像 動画 声など化することができる みんなが使えるように化するのは簡単ではない

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