さきほどの説明で、「スイッチのＯＮ／ＯＦＦ」の話をしました。
（コンピュータで色々な事ができるわけPart1参照の事）
しかし現実にはＯＮ／ＯＦＦだけでなく、音量を徐々に上げるというようなアナログ的な操作もあります。
ここでは、アナログとデジタルの特徴やコンピュータでの扱いについて説明します。
●アナログとデジタルの違い
一般にアナログとは「連続的」に表現でき、デジタルは「段階的」な表現になります。
たとえば机の上にブロックを置いて、それを動かす時に自由に動かせるのが「アナログ」で、1cm単位でしか動かせないのが「デジタル」になります。
ただし 1cm単位を 1mm単位に、1mm単位を 0.1mm単位に...と細かくしていく事で、人間の目には区別がつかなくするようにもできます。
●なぜコンピュータはデジタルなのか
「なぜデジタルなのか？」
いくつか理由があるのですが、簡単に言ってしまうとコストパフォーマンスの問題です。２つほど理由を挙げてみます。
まず最初の理由としては、デジタルの方が安価な部品が使用できるというのがあります。
物体は温度によって膨張したり収縮します。同様に電気についても温度によって電圧などが変化してしまいます。
たとえば電圧を使って 1〜100の値を表現するコンピュータがあったとして、アナログとデジタルの違いはどうなるかというと、
| アナログ |
| 電圧＝値として表現 |
| デジタル |
| 電圧は 0Vと 3Vを使い、0V〜1.5Vを「０」、1.5V〜3Vを「１」として ２進数で表現 これを必要な桁（100は２進数で1100100なので7桁）だけつなげる |
それぞれで10を表現した状態で温度が変わって 0.5V電圧が上がったとします。すると、
| アナログ |
| 10V が 10.5V になる → 値が 10.5になってしまう |
| デジタル |
| 各桁「 0V と 3V」が「 0.5V と 3.5V」になる →「０」と「１」の境目は 1.5V なので「０」と「１」は変化しない |
となると、アナログの方がより温度変化に対する対策を考えなくてはなりません。
つまり温度変化を起こさない設備を用意したり、影響を受けない高価な部品が必要になります。
対してデジタルの場合は、多少の温度変化はＯＫ（上の例では1.4VまではＯＫ）になるので安価に作る事ができます。
（これは温度だけではなく、ノイズについても言える事です。）
もう１つの理由としては、性能や精度を上げやすいというのがあります。
今度は 1〜1000の値を表現するコンピュータを考えてみます。アナログとデジタルの違いはどうなるかというと、
| アナログ |
| 電圧＝値なので、1000V を扱う必要がある → それぞれの部品が 1000V に耐えられる必要がある |
| デジタル |
| 1000は２進数で1111101000なので10桁に増やす → 3桁増やすだけで良い |
初期のデジタルコンピュータは、アナログコンピュータと比べて性能が低かったのですが、 今ではデジタルコンピュータが全盛です。
もしアナログコンピュータしかなかったとしたら、これほどコンピュータは普及しなかったでしょう。
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「なんで２進なんだ？１０進で作ればいいじゃないか」と思われる人もいると思います。 でも 0と 1だけの場合と 0〜9を扱う場合とでは、回路が複雑になり高価になりますし温度やノイズの影響を受けやすくなり、利点より弊害の方が多くなってしまいます。 |
最低限知っておいてほしい言葉を挙げておきますので覚えておいて下さい。
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bit byte word long | ＝ ＝ ＝ ＝ |
ビットと言います。これは２進数の１桁を表します。 バイトと言います。bitが８つ集まったもので 1byte=8bitです。 ワードと言います。byteが２つ集まったもので word=2byte=16bitです。 ロングと言います。wordが２つ集まったもので long=2word=4byte=32bitです。 |
1longは単にlongと言いますし、2wordはDubbleWord（ダブルワード）と言います。
あと良く使う表記として１６進というものがあります。
これは２進数４桁を１桁で表現するために使用します。こうする事で繰り上がりがわかりやすくなるからです。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 | ←２進数と１６進数の繰り上がりが一致する |
●コンピュータでアナログを使用するには
デジタルコンピュータにはアナログを直接扱う事ができないので変換が必要になります。
アナログ(Analog)からデジタル(Digital)への変換 - ＡＤ変換というのがあります。
この変換というのは、電圧を2進数に変換するという意味になります。
逆に2進数を電圧に変換するのをＤＡ変換といいます。
一般にｎ進数の数値の各桁には、そのｎ進数に合わせて「重み付け」がしてあります。
| １０進数 |
| ｎ桁目に１０のｎ−１乗の重み付けをする（3桁目なら10の2乗なので重みは100） 1234 ＝ 1 × 1000 ＋ 2 × 100 ＋ 3 × 10 ＋ 4 × 1 |
| ２進数 |
| ｎ桁目に２のｎ−１乗の重み付けをする（3桁目なら2の2乗なので重みは4） 1011 ＝ 1 × 8 ＋ 0 × 4 ＋ 1 × 2 ＋ 1 × 1 |
アナログをデジタルに変換するのであれば、電圧が重み付けを越えていたらそのbitをＯＮにして電圧を重み付け分マイナスします。
| 5Vを２進数に変換するなら次のようになります。 |
|
1000 ＝ 8V : 8V ＞ 5V なので 0xxx になり、残りは 5V - 0 × 8V = 5V 0100 ＝ 4V : 4V ≦ 5V なので 01xx になり、残りは 1V - 1 × 4V = 1V 0010 ＝ 2V : 2V ＞ 1V なので 010x になり、残りは 1V - 0 × 2V = 1V 0001 ＝ 1V : 1V ≦ 1V なので 0101 になり、残りは 0V - 1 × 1V = 0V |
| で結果として 5V が 0101 に変換されました。 |
| ２進数 1011を電圧に変換するのなら次のようになります。 |
| 1011 ＝ 1 × 8V ＋ 0 × 4V ＋ 1 × 2V ＋ 1 × 1V → 11V |
| で結果として 1011 が 11V に変換されました。 |
アナログＲＧＢ（Red,Green,Blueの光の３原色を表す）各色8bitなどというのを聞いた事がある人もいると思います。
この8bitというのが各色の明るさを表していて、0x00(暗い)〜 0xFF（明るい）の値で表現されます。
３色あるので24bitになります。（0x000000〜0xFFFFFFになります）
0xFF0000 0x00FF00 0x0000FF
0x800000 0x008000 0x000080
0x000000 0x808080 0xFFFFFF
画面に色が表示されているでしょうか？この色はＤＡ変換の結果なのです。
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