すべてはバイナリ

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1. すべてはバイナリ Jun 6th, 2020 Satoru Takeuchi Twitter: satoru_takeuchi 1

2. 目次 1. コンピュータにおける情報の表現方法 2. 整数の表現方法 3. 文字の表現方法 4. まとめ 2

3. 目次 1. コンピュータにおける情報の表現方法 2. 整数の表現方法 3. 文字の表現方法 4. まとめ 3

4. コンピュータシステムのデータといえば… • 人間から見て半端な、不自然な数が多い ◦ データの単位であるバイトは 8bit → 10bitじゃだめなの? ◦ メモリ量16GB、32GBとか

   → なぜ30GBとか40GBじゃだめなの？ ◦ 32 bit CPUとか64bit CPUとか → なぜ50bitとか100bitじゃだめなの？ • これらの数値は全部2^n • 理由: データは2^n単位で扱うのが自然 4

5. データの実体 • データは何らかの物理的な素子のon/offのかたまりであらわされる ◦ メモリ(DRAM), SSD: 素子内の電荷 ◦ HDD: 磁性体の磁化の向き

   ◦ DVD: ディスク表面の溝の深さが閾値以上かどうか • たくさんのデータを表現したければ素子を大量に並べる • 1つが1ビット、ビットが8つ集まると1バイト 5 素子1つ: 表現できる状態は2つ 素子2つ: 表現できる状態は4つ off off off on off on on off on on

6. データの数値表記 • データは二進表記するのが便利 ◦ ビットが立っているかどうかが一目でわかる 6 素子の状態: 素子の数は3つ → 3bit

   10進表記 2進表記 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 off off off off off on off on off off on on on off off on off on on on off on on on

7. 16進表記 • 2進表記は桁数が大きくなるのでデータは16進数で表現することが多い • 便宜上一桁を0~9,a~fで表現する。fに1を足すと桁上がり 7 データの2進表記 16進表記 00000 0

   00001 1 .... ... 01111 f 10000 10

8. すべてはバイナリ • すべてのデータはビットないしバイトの列 ◦ 2進表記されることが多いので一般にバイナリ /バイナリデータと呼ぶ • データの例 ◦ 整数

   ◦ 文字列 ◦ 画像 ◦ 音声 ◦ 動画 • それぞれ規格が決まっている ◦ ときには自分で決めなければいけないこともある ▪ 例: 独自アプリ内のデータ通信方法 8

9. 目次 1. コンピュータにおける情報の表現方法 2. 整数の表現方法 3. 文字の表現方法 4. まとめ 9

10. 表現方法 • 0以上の整数(符号なし整数)について扱う ◦ 負の数を考えると2の補数が云々とか難しい話が出てくるので省略 • データの2進数表記がそのまま数値に対応するのでスゲエ楽！ 10 0以上の整数の値 データの2進表記

    10進表記 16進表記 0 00000 0 0 1 00001 1 1 2 00010 2 2 ... ... .... ... 15 01111 15 f 16 10000 16 10

11. 演習 • 使うもの ◦ xxdプログラム(xxdパッケージに入っている ): ファイルの中身を2進表記や16進表記で見る ◦ (自作)numプログラム: 1バイトで表現される符号なし整数値を標準出力に書き込む

    • やること ◦ 以下の表に記載されている整数値の 2進、16進データ表現を見る 11 0以上の整数の値 データの2進表記 16進表記 0 00000 0 1 00001 1 2 00010 2 ... ... ... 15 01111 f 16 10000 10

12. 目次 1. コンピュータにおける情報の表現方法 2. 整数の表現方法 3. 文字の表現方法 4. まとめ 12

13. 表現方法 • ASCII Codeという規格について扱う ◦ https://www.ieee.li/computer/ascii.htm ◦ 1バイトで一文字を扱う ◦ 数値、アルファベット

    (小文字、大文字)、一部記号を表現可能 • 日本語とか考え出すと終わらないので省略 ◦ キーワード: Unicode, UTF-8, 文字コード, 地獄 13

14. 演習 • 使うもの ◦ xxd • やること ◦ 適当に文字やら文字列をファイルに書いて xxdで覗いてみる

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15. 目次 1. コンピュータにおける情報の表現方法 2. 整数の表現方法 3. 文字の表現方法 4. まとめ 15

16. まとめ • データは物理的素子の状態(on/off)によって表現する ◦ 2つの状態をあらわすものがビット、それが 8つ集まるとバイト ◦ 2進表記、16進表記が楽 • すべてのデータはビット列で表現されるバイナリ

    • 多くのデータは表現方法が規格化されている 16