情報概論 デジタルとアナログ等について… （１） デジタル処理の強さとサンプリング定理 ・ デジタル 求められるもの…もはやオールデジタル処理は当たり前。これは実に理にかなったもの。 では、なぜ、デジタルがそれほど魅力的なのか。 そもそも、デジタルが実用化され始めたのは１９世紀頃で、それから音などの分野で 活躍し始めたと言われる。それは、シャノンという人物が、情報のあいまい度を限りなく ０に近づけるという定理を導き出していたからである。 アナログだと、容量が有限であるので、信号の伝送路には必ず雑音が残ってしまう。 しかし、デジタルなら、数字が読みさえできれば後で修整することができる。そこで、 アナログをデジタル化すると、例え、雑音の残る伝送路の機器を使っても、 デジタル化により、劣化の無い伝送、処理ができる。これがデジタルの特徴、強みである。 デジタルでは、コンピュータで写真や絵を自由に加工できるという事も、大きな 魅力の一つである。 しかし、コピー（複製）等も完全可能になり、著作権などの法律的な問題もある。 ・ デジタルとアナログの違い アナログも、デジタルの反対の意を表すために創られた言葉である。 デジタルとは、数式を表したりするもので、信号を強制的に０か１で表すことを言う。 一方、アナログは、連続した自然な状態、情報、図を表すことを言う。 サンプリング定理（標本化定理） アナログ信号をデジタル化する場合，アナログ信号がもつ最高周波数の2倍以上の 周波数で見本を抜き出さなければならない、というもの。 信号を連続波形のまま扱うのを「アナログ信号処理」という。 デジタル処理はサンプリングした上で、０１信号に変えて計算処理をする。 ・プラズマ １．ＰＤＰとは何か。その仕組みを説明。 また、何の略であるか。 →Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ ＰＤＰの動作原理 セルピッチ（ドットピッチ）１５０―３６０μｍ 約１，０００，０００画素配置 マトリックス状の電極で指定のセルを放電させる。 Ｎｅ―Ｘｅ放電による紫外線（λ＝１４７ｎｍ）で蛍光物質を光らせる。 ２．プラズマとはどのような構成か。 →プラズマは電子とイオンで構成されている。 放電プラズマ・・・ガスの種類、圧力を変えると放電の様子が変化する。 宇宙はプラズマで充ち満ちている。 太陽もプラズマのかたまりである。核融合反応がエネルギー源となっている。 オーロラ、雷の放電、電離層もプラズマである。 地球上では人工的に生成。半導体製作に光源として情報端末として 広く用いられている。例として、放電管、スパーク等がある。 もっと詳しく説明してみると、プラズマとは、プラスの原子核の引力を振り 切って飛び出したマイナスの電子が自由に飛び回っている状態のことを言う。 プラズマについて説明する前に、まず「物質の３態」について説明してみる。 物質の３態とは固体、液体、気体が物質の３つの状態のことである。水を例に とると、水は液体であるが、冷やすと氷という固体になり、あたためると水蒸気という気体になる。 ミクロレベルで見ると、固体は原子や分子がそれぞれ 一定の間隔できちんと並び、形と体積を持った状態になっている。固体である 氷をあたためると、やわらかくなり一定の体積は持つが形は定まらなくなる 状態、液体の水になる。 水をあたためると、形だけでなく体積もまわりの圧力 に応じて変化する状態、気体の水蒸気になる。あたためるということで物質は エネルギーを与えられ、物質を構成する原子や分子が激しく動き回るように なり、しだいにその形や体積を変えていく。 気体である水蒸気をさらに あたためると、分子が激しくぶつかりあってばらばらの原子になる。やがて 原子どうしがぶつかりあってこわれ、中の電子と原子核、そして原子核を構成 している陽子と中性子がばらばらになってしまう。 この状態をプラズマと言い、 このプラズマ状態を含めて「物質の４態」と呼ぶ。プラズマ状態では、自由に なった電子によって電気が流れやすくなる。 物質がプラズマ状態となるには 何万度という高い温度が必要だが、表面温度が約５５００℃、中心が約 １５００万℃もある太陽の中ではどんな物質もプラズマ状態になってしまう ようである。 ３．プラズマ関連について・・・ →ダイヤモンドは、硬度特性から機械工具材料として知られている。さらに、 紫外光から赤外光までの幅広い透過特性や大きなバンドギャップや、熱伝導率 等が著しく大きいことなどから次世代の光学材料や電子材料としても着目 されている。特にプラズマを利用してメタンなどのガスからダイヤモンドを 合成する新しい方法が開発されてから、こういった分野の研究が世界的に 活発化している。 地上では、プラズマによってその周囲に存在する原料ガスを高温に加熱する ことから熱対流が発生し、反応に影響を及ぼすと考えられるが、熱対流のない 宇宙実験から得られる知見は、この新しい合成法の理論的理解を深めると ともに、地上での研究・開発に大きな進展をもたらすものと期待される。 太陽の中の水素の核融合によって１００万℃という高温に熱せられた原子は、 マイナスの電子とプラスの陽子からなるプラズマ状態となって、地球に 向かって超音速で吹き出している。 これが太陽風である。太陽風の電子や 陽子は、太陽表面の磁場によって回転運動を与えられ、磁気を帯びて進む。 このため、地球のまわりの電気を通しやすい領域（磁気圏）を通過すると、 発電が起き、その作用でオーロラができる。 ・未来のパソパソは？将来のパソコンの姿予想・・・？ コンピュータは２０世紀こう半に造られた新しい道具。そこでコンピュータの将来はどんなか、考えをまとめてみた。 とりあえず考えるべきは性能・大きさ（形）・入力方法・伝達方法・そしてデータの性質について挙げてみる。 性能・・・単純に能力として考えられるのはまず速度。 この世の速度で一番早いとされるのは光の速度だから究極的には光の早さで全ての処理が行われるということだろうか。 他には処理能力、人の脳と現在のコンピュータの仕組みで違うところとして、脳は多数の処理を並行同時に行えるが、 コンピュータは同時には1つの処理しか出来ない、というような話を聞いたことがある。 将来的には同時並行、さらには時間を超えるような現在過去未来の同時並行処理というのも出るかもしれない。 大きさ（形）について。 これは形状の制約が無くなるといった感じだろうか。 現在のパソコンは箱型とかノート型とかそういったものだが、小さくなればアクセサリのように、 リングみたいに腕に巻いたりメガネに内蔵したり、 さらにすすめばウイルス級の大きさで目に見えないように体と一体化したものになったり、 空気のような存在になったり・・・と、自分の思うような形のコンピュータが出きると思われる。 視覚効果としてコンピュータを自分のまわりに形作らせる・・・未来の服とかはコンピュータで出来ているとかありそうだ。 自分の頭の中の想像絵を分子レベルの大きさのコンピュータで形作るなんてことも考え上可能かと思われる。 入力方法・・・インターフェースというもの。 今はキーボードやマウスを使っているが、まずは音声入力が出てくるだろう。 音があるなら目でも入力可能とか出てくるかもしれない。 そもそも入力というのは人の意思をコンピュータに伝えこむというものであるから、 究極的には人の意思がそのまま入力方法になると考えて良いのではないだろうか？ 頭に思った事でコンピュータを動かすわけである。 テレパシーみたいな感じだが、まさにそれ。 「上に動け」と思ったらカーソルが上に動いたり、「〜〜な形が欲しい」と思ったらその絵を出したり・・・。 脳の動きは電気信号によるものとされているから、考えと連動させる事で可能になる話ではないかと思う。 データ伝達方法。 インターネットによって広くデータが伝達させる事が可能になっている昨今。 データ転送の方法としてはモデムを通じた電話回線が今は主である。 今後は衛星通信とか光ファイバー通信とか出てくると思われるが、将来的にはどうなるのか・・・。 これは線が無くなる、つまりは無線となっていくかと。 速度としては究極的にはやはり光速度かと。 となると早さと形が進化していくと考えれば良いのか？ 線が無くなる、形の制約が無くなるということを考えると媒体が変わると言える。 例えば空気を媒体にしてデータを送るとなれば幅広い空間にデータをちりばめられるわけだから、 データ送信量はとても大きいものになるかと思われる。 それで、データの性質、基本は電気信号だ。 もし、電気信号がデータの素で無くてもよくなったらどうなるだろうか？ データを構成する素が原子・・・ひいてはこの世を構成する粒子と一致させると考えると、 この世の中全ての物質・建物・生き物・人・物がデジタルなデータであるといえてしまうわけだ。 さらに、このデータが自由に扱えるものとなった時は、この世を全て（とはいかないまでも自分周辺の空間とか）を 自分の思うままに形づけられることが出来るようになるというわけだ。 例えば、あぁ・・・お腹空いた・・・って思った時に、 ふっと自分の手のひらに食べ物をぱっと出して食べたり（ドラえもんの道具、「グルメテーブルかけ」みたいだ）、 他にも色々自分の好きなように出来てしまったり、というわけだが、 コレでこの世のバランスがめちゃくちゃになるかどうかは使う人次第、といったところ。 これらを総合すると・・・どうなるだろうか？ 未来のパーソナルコンピュータは、自分の思うような形として自分に身につけ、自分の頭で思い描いたデータを現実に出現。 何処にでも送り飛ばす事が可能で、そのデータは全く持って本物そのものである、といったところか。 色々と使い道がありそうである。 しかし、悪用しないような人間自身の心の進化もこれからの人類の歴史の課題なのかもしれない・・・。 デジタルとアナログ、プラズマ、未来のPCについてこれらのレポートは私が2002年に書いたものです〜。