コンピュータについて

コンピュータはいろいろなことができます。ワープロ、表計算、描画、ゲーム、インターネット。

どうしてこれ程多くの事ができるのでしょう。そしてコンピュータとは何でしょう？

コンピュータはよく情報処理の機械だと言われます。では、情報処理とはいったいどういったものでしょう。また、情報とは何でしょう。

今、Wikipediaの「情報」を読むと、

　

情報とは何かという問いに、ただひとつの答えを与えることは困難である

 

　とあります。

　どういったカテゴリーで情報という言葉を使用するかによって、定義が変わってくるからでしょう。

そこで、コンピュータサイエンスの範疇で情報を定義するとデータという言葉とほぼ同義であると思われます。それはコンピュータの場合１と０であらわされる２進数の数字です。

コインを投げて表が出たという情報は、表（1）裏（0）と決めると、log2=1 (注)（対数の底は２です）となり１ビットの情報です。情報は数学的にその量を決めることができるのです。このことは、シャノンが1948年に発表した情報理論で形式化されています。

０と１であらわされる一連の数字が情報であり、それを処理するものがコンピュータであると言えます。

この処理にあたる部分はコンピュータの中のCPU（中央処理装置）にある、論理回路です。

論理回路にはいろいろなものがありますが、AND回路、OR回路、NOT回路などが基本的なものです。

それぞれ論理演算に対応しています。AND回路とOR回路には二つの入力があり、それぞれAND（論理積）OR（論理和）と言う計算を行いその答えを一つの出力に出します。たとえばAND回路なら、

入力（０、１）→出力（０）と言った具合です。１ビットのANDの計算結果を全部並べて見ます。

 

　０ AND ０　＝　０

　０ AND １　＝　０

　１ AND ０　＝　０

　１ AND １　＝　１

 

　この計算に対応するのがAND回路です。同じく１ビットのORの計算は、

 

　０ OR ０　＝　０

　０ OR １　＝　１

　１ OR ０　＝　１

　１ OR １　＝　１

 

 となります。

　NOT回路は上の二つの回路とは異なり、入力は１つです。計算すると、

　

NOT ０　＝　１

　NOT １　＝　０

 

 このように値を反転させます。

　論理回路は入力した情報をある法則によって変換する装置です。証明は省きますが、AND回路とNOT回路　または　OR回路とNOT回路があれば、すべての変換が可能になります。この情報の変換によって、コンピュータで行うあらゆることは成り立っています。

　また、コンピュータ工学でよく登場する回路があります。それは、XOR（排他的論理和）回路です。この演算を書きます。

 

０ XOR ０　＝　０

０ XOR １　＝　１

１ XOR ０　＝　１

１ XOR １　＝　０

 

　このように、OR回路では１ OR １　＝　１となるところが、０になっています。

なぜこれが良く用いられるかと言うと、２進数の演算結果になっているからです。

　２進数の計算は０と１だけの計算です。たとえば１ビットの足し算の結果です。結果は２ビットで表しています。

 

　０＋０＝００

　０＋１＝０１

　１＋０＝０１

　１＋１＝１０

 

　足し算の１の位の結果が丁度XORの結果に対応しています。つまりXOR回路は加算回路の基礎となる回路なのです。

 

　掛け算はどういう風に処理すればよいでしょう。それは２進数の基礎の話の後にします。