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デジタル・データの時間について考えています。1 bitは、電圧変移(0/1を0v/5v, 0v/1.2vなど)として物理的に存在していると考えてよいでしょうか。

そのとき1bitあたりの時間はどのように管理されているのでしょうか。

CPUで処理されているとき、PCの内部バス上でやりとりされているとき、イーサネットやインターネットのパケットとしてやりとりされているとき、CD-ROMやハードディスクに保存されているとき、それぞれbitデータは時間概念とどのような関係をもつのでしょうか。

たとえば、長期保存されているときには時間概念がなくなり、CPUでは数百?数百Kbitが一括処理され、イーサネットやインターネット上では高速シリアル伝送になっている。そういったことがわかりやすく説明されているHPをご紹介ください。

●質問者: ShinRai
●カテゴリ:コンピュータ インターネット
✍キーワード:BIT CD-ROM CPU Hp pc
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 10/10件

▽最新の回答へ

1 ● horonict
●14ポイント

1 bitは、電圧変移(0/1を0v/5v, 0v/1.2vなど)として物理的に存在していると考えてよいでしょうか。

「物理的に存在している」という言葉が正しいかどうかは分かりませんが、電圧の波形としてあらわれます。


そのとき1bitあたりの時間はどのように管理されているのでしょうか。

クロックによって管理されています。


概念としては、下図のように、電圧が縦軸(0または1)に、時間が横軸(1クロックが1目盛)になります。

http://157.102.11.122/web2/electro-cir/basic-electro-cir-3/pulse.jpg


デジタル波形

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%B8%E3%82%BF%E3%83%A...

◎質問者からの返答

「アー」はどのようなデータになってるのでしょうか。

01010001010000100010001010000010100000100000001010001010000010000000

それとも

110110010101100011001000011011001

(非常に細かい)時間は、常に一定なのでしょうか。


2 ● garyo
●21ポイント

>そのとき1bitあたりの時間はどのように管理されているのでしょうか。

クロックで管理されています。

PCのスペックで3GHzとかかかれていることがありますが、外部クロックそのままか、それを元に作られたシステムクロックがCPU内の最小時間になります。

>CPUで処理されているとき、

PCのシステムクロック毎に命令を処理しています。

>PCの内部バス上でやりとりされているとき、

内部バス(CPU内)はマシンクロックそのままのことが多いですね。

外部バスの場合は、アクセス速度に応じてバスに遅延を持たせることが多いです。


>イーサネットやインターネットのパケットとしてやりとりされているとき、

この場合は物理層ではシリアルデータとして扱われているので、1ビット毎に伝送されています。


>CD-ROMやハードディスクに保存されているとき、それぞれbitデータは時間概念とどのような関係をもつのでしょうか。

アクセスタイムで規定されているでしょう。

1バイト読み出すのに必要な時間の平均がスペックとして書いてあるはずです。

http://q.hatena.ne.jp/answer

◎質問者からの返答

時間はクロックで管理されるということは、デジタル・データには絶対的なものは存在せず、つねに回路におけるクロックに順じて存在しているということになりますか。

言い換えるならば、デジタル回路なくしてデジタルデータは存在しえないということかな。

質問が不明瞭ですみませんが、デジタルという概念がどうにも理解しづらくて、なおかつ人に説明しづらくて、伺っています。


上の「アー」というデータでも、あのデータも、回路によって読み取り方が違うというふうに考えるしかないということでしょうか。

A Happy Birthday to you !


3 ● nasi-goreng
●14ポイント

デジタル回路がないとデジタルデータを解釈できない。と言うことだと思いますよ。暗号が解けないというか。

>上の「アー」というデータでも、あのデータも、回路によって読み取り方が違うというふうに考えるしかないということでしょうか。

その通りだと思います。パソコンとかで使われる二値のデジタルデータはただの凸凹です。

凸凹そのものに意味があるのではなくて、凸凹をどのように解釈するかの取り決めに沿って扱わないと人間にとって意味のあるものになりません。

クロックが無いと絶対にデジタルデータを扱えないわけではないでしょう。高速のデータ送信にクロックを使ったほうが都合がいいだけです。

クロックはどこで0/1の値を取り出せばいいか合図をしているのです。

太鼓をどんどんと打ち続けて、そのタイミングにあわせてみんなで縄跳びをするようなものです。

http://q.hatena.ne.jp/1266974209


4 ● JULY
●14ポイント

「アー」の話は、アナログデータをある周期でサンプリングして、それをビット列で表した話で、デジタルデータの一例にすぎません。

CD-DA - Wikipedia

例えば、音楽 CD に納められている音声データは、44.1KHz の周期でサンプリングし、サンプリングした結果を 16 bit の数値(0 ? 65535)として表しています。

これは、CD に納められている音声データの場合で、同じ「アー」でも違う規格であれば、サンプリング周期などは違ってきます。つまり、同じ音声でも「どういう条件でサンプリングしたか」によって、デジタルデータの中身は変わります。逆に、単にデジタルデータだけあっても、どんな条件でサンプリングし、どんなルールでビット列を並べたのかが分からなければ、元の「アー」という音声も再現出きませんし、そもそも、音声のデータかどうかも分かりません。

上の「アー」というデータでも、あのデータも、回路によって読み取り方が違うというふうに考えるしかないということでしょうか。

今は、何らかのコンピュータ処理を行って音を再現するので、例え回路が同じでも、プログラムが正しく処理出きなければ、同じ音は再現出来ない、ということになりますが、コンピュータのプログラムも含めて「回路」と考えれば、同じデジタルデータでも違ってきます。

逆に言うと、先に「こういうふうにデジタル化する」というルールを先に決めて、そのルールに従った回路、プログラムを作ることになります。


5 ● seble
●21ポイント

デジタルデータとは、一般的に存在している事象を数値等の符号にしたものです。

ですから、早いとか遅いとか関係ありません。

分かりやすいのは数字ですが、文章もある意味デジタルデータです。

一つ一つの文字そのものは特定された符号であり、抽象的な意味は別にして文字という符号で表現しているのでデジタルです。

「あ」なら「あ」だけの事ですから、、、

ただ、通常のコンピューターでは2進法にします。

現状の技術ではそれしか扱えません。

電圧のoff、onだけで処理しています。

中間電圧などでもっと数字を区別できれば良いのですが、現状の技術では無理みたいです。

だから0と1、と表現されますが、現実にコンピューターを動かす場合は電圧の変化等をもって符号に当てはめます。

もちろん、回路によって電圧も時間も変わります。

電圧が低い方が省エネだし、現実的に早く動かせます。

時間が早さになる訳ですが、0と1が0vと1vだったとして、その電圧を変化させる早さを早くすれば、それだけ計算も速くできるという事になります。

0+0+0+1+1+1=

という計算をする場合に、

0v、0v、0v、1v、1v、1v、と来る訳ですが、

この間隔が短い方が早く計算できますよね?

この間隔を決めるのがクロックで、周波数、単位時間当たりの回数で表現します。

1MHzは1秒間に百万回繰り返す早さです。

1回の時間で表す事もできますが、数字が非常に細かく分かりにくいので、一応便宜的な意味でも(本来は電気の波形?の意味ですが、)周波数を用います。

電圧とクロックは個別の回路で異なりますが、各メーカーが好きに作ると部品の互換性が無くなるために一定の規格が設けられており、物やその世代等によって電圧や周波数が厳密に決まっています。

それがいわゆるAT互換機とかマッキントッシュ(アップル社は独自規格できました、最近AT互換機に限りなく近づいてますが、、)

もちろん、他にもマイナーな規格は沢山存在します。

でも、今の世の中、pc、パーソナルコンピューター、つまり個人用途のコンピューターではAT互換機が最有力でシェアのほとんどを占めています。

データを保存する場合は、電気信号だと色々と不都合があるので磁気信号にしたりします。

磁気を使うのはHDとフロッピーなど、、、これはs極とn極の向きで0と1だったりします。

他にCDやdvdは光の反射具合でデータにします。

紙テープなんてのもありましたね。

紙テープにパンチで穴を空けてそれでデジタルデータを表します。

もちろん他の方式も研究されています。

磁気データなどはその場所の磁気の向きであり、固定されていますので速度の違いなどを吸収でき、互換性が広くなります。

もちろん、これらにも国際規格が定められており、先の東芝がHDで破れたのはご存じの通り。

(HD規格が普及しなかったという意)

例えば、フロッピーディスクはwindows機ならほとんどどの機械に入れても読めますが、これもフロッピーの円盤上にどのようにどの位置にデータを記録するか厳密に決まっているので他の機械でも読めるのです。

従って、以前のnecの9800シリーズとか、普及しなかった2MBフロッピー(あれ?1.6MBだっけ?)ワープロ専用機などで記録されたFDは、他機種ではデータを読み取る事ができない場合が多いです。

これらの規格は百万通りぐらいはあり、電気信号一つにしても波形の具合とか色々なのでそれらを全部網羅するページというのは難しいです。

昔は機械式のコンピューターなんてのもありました。

レバーの位置で0と1にし、そのレバーの状態によって単純な四則演算だけはできました。

機械リレー式なんてのもありました。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A...

◎質問者からの返答

磁気、光、紙テープの穿孔、、、なるほど、なんでもデジタルに使えるわけですね。


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