今日はデジタルデータの表し方に関する知識をまとめます。
お気づきの点がございましたら、ご指摘いただけると幸甚です。ᐖ
ビット、バイトと単位
バイトとビット
コンピュータの世界ではすべての情報が2進数で処理されているが、その1桁のことを1ビット（bit）という。
1 bit：コンピュータが扱うデータの最小単位のこと。
1 Byte（バイト） = 8 bit（ビット）
1バイト(8ビット)では$2^8$(256)通りの情報量を区別できる
nビットでは$2^n$通りの情報量を区別できる
64ビット：$ 2^{64} $ = 18,446,744,073,709,551,616. 通り
(๑º﹏º๑)既に天文学的数字ですね。
コンピュータで扱う情報は膨大なので、 補助単位で表す。
補助単位
- 記憶容量など大きい数値を表す補助単位
| 補助単位 | 意味 | 説明 |
|---|---|---|
| キロ(k) | 10³ | 基本単位 * 1,000倍 |
| メガ(M) | 10⁶ | 基本単位 * 1,000,000倍 |
| ギガ(G) | 10⁹ | 基本単位 * 1,000,000,000,000倍 |
| テラ(T) | 10¹² | 基本単位 * 1,000,000,000,000倍 |
- 処理速度など小さい数値を表す補助単位
| 補助単位 | 意味 | 説明 |
|---|---|---|
| ミリ(m) | 10⁻³ | 基本単位 / 1,000倍 |
| マイクロ(μ) | 10⁻⁶ | 基本単位 / 1,000,000倍 |
| ナノ(n) | 10⁻⁹ | 基本単位 / 1,000,000,000倍 |
| ピコ(p) | 10⁻¹² | 基本単位 / 1,000,000,000,000倍 |
★一般的な数字の桁が増えた時に区切るための単位であるが、1000倍毎に単位が変わる。これを国際単位系（SI単位）と呼ぶ。
しかし、SI単位で1000倍のキロ（k）バイトをコンピュータで表現する時は、次のように単位が変化する。
1KB（キロバイト）＝1024バイト
1MB（メガバイト）＝1024KB
1GB（ギガバイト）＝1024MB
1TB（テラバイト）＝1024GB
注意！ SI単位：「小文字のk」
コンピュータ：「大文字のK」
次に、文字、画像、音声のデジタル表現をまとめます！(*>ω<)
文字
文字コード
Character encoding
文字や記号・絵文字などをコンピュータが理解できる形に変換するための仕組みのこと。文字コードの種類
| 文字コード | 説明 |
|---|---|
| ASCII （アスキー） |
7ビットコード。米国の国内規格。制御文字、数字、ラテン文字、記号等を定義。 |
| EBCDIC | 8ビットコード。IBM により定義。主にメインフレームなどで使用。 |
| ソフトJISコード(S-JIS) | コンピュータ上で日本語を含む文字列を表現するために用いられる文字コードの一つ |
| EUC （拡張UNIX コード） |
各国言語定義部を有しており、日本語の文字集合を割り当てた定義を日本語EUCなどと呼ぶ。 |
| Unicode （ユニコード） |
世界中の様々な言語や記号を統一的に扱うために開発された文字セット |
画像
ビットマップ
bitmap 位图图像
コンピュータグラフィックスにおける画像の表現形式で、ピクセル（Pixel、画素）を用いたもの。
ドットの集まりを絵にするため、どんな程度の色情報が必要？
| 色数 | ||
|---|---|---|
| 2色 （白黒） |
$ 2^{1} $ | 1ビットの情報量が必要 |
| 16色 | $ 2^{4} $ | 4ビットの情報量が必要 |
| 256色 | $ 2^{8} $ | 8ビットの情報量が必要 |
| 65536色 | $ 2^{16} $ | 16ビットの情報量が必要 |
| 16777216色 （フルカラー） |
$ 2^{24} $ | 24ビットの情報量が必要 |
$画像のサイズ（ビット）＝\frac{ドット数（横幅のドット数×高さのドット数）\times色数（〇〇ビット）}{8}$
音声
PCM
PULSE CODE MODULATION 脉冲编码调制
音声などのアナログ信号を、アナログ-デジタル変換回路により、デジタル信号に変換（デジタイズ）する変調方式の一つである。
音声が微小な時間単位に区切り、その単位ごとの音程を数値化することで表現する。
ディジタル化手順
アナログの波形データをディジタル化させるためには、
標本化・量子化・符号化というような処理を実行する。
標本化
sampling サンプリング
アナログの波形データをある一定の時間間隔で区切り、抽出する処理
波形データの横軸（時間軸）を区切っていく
- サンプリング周波数：1秒間に何回サンプリングを行うか
（単位はヘルツ[Hz]）
（値が大きいほど、音質が良くなる） - サンプリング周期：観測する時間間隔
（短ければ短いほど、元々のアナログ波形データを正確に再現できる）
量子化
quantization
波形データの強度、信号の強さを、ある一定の間隔で区切り、段階的に強度レベルを定めて、標本化したデータを当てはめていく処理
波形データの縦軸（信号の強度軸）を区切っていく
-
量子化ビット数
何段階でデータを区切っていくかを表す指標
例：量子化ビット数が8ビットならば、$2^8$で256段階に区切られる
（多ければ多いほど、細かくデータが区切られ、元々のデータに近づく）
符号化
標本化、量子化によって区切り、得られた数値を、コンピュータ上で処理しやすいように2進数表現してあげる処理。
アナログデータのセンシングと制御技術
loT
Internet of Things モノのインターネット 物联网
パソコンやスマートフォンなどの情報機器が接続していたインターネットに、産業用機器から自動車、家電製品まで、さまざまな「モノ」をつなげる技術である。
センサ
Sensor
ある対象の情報を収集し、機械が取り扱うことのできる信号に置き換える素子や装置のこと。
ジャイロセンサ（角速度センサ）
gyros sensor
コリオリ力を利用して物体の回転や向きの変化を角速度として検知し、電気信号で出力するセンサである。
アクチュエータ
actuator
入力されたエネルギーもしくはコンピュータが出力した電気信号を、物理的運動に変換する、機械・電気回路を構成する機械要素である。
機器の制御方式
-
シーケンス制御
Sequential Control
あらかじめ定められた順序または手続きに従って制御の各段階を逐次進めていく制御。 -
フィードバック制御
feedback control
ある出力（制御量）を入力（目標値）する側へと伝え、2つの値を比較して値が一致するように修正動作をするシステム。
ここまで読んでくれて
お疲れ様です！
ありがとうございました！(⁎ᵕᴗᵕ⁎)