（もともと「Yahoo!知恵袋」の「知恵ノート」だったものを転載しています）
（最終更新日時:2015/1/12）投稿日：2012/6/8
はじめに
コンピュータは、２進数しか処理出来ない、０と１だけを処理する……何十年も昔から、言われ続けてきた事です。 言葉だけなら、多くの方が御存知でありましょう。
しかし、現在我々が実際に使っているコンピュータを見れば、０と１以外の数値、何万種類もある漢字、フルカラーの画像、音楽、動画……これらが、一体どうして「０と１だけ」なのか、不思議に思われた方もいらっしゃるのではないでしょうか。
（もちろん、「そんな基本的な事は全て分かっている」という方も、多いことでしょう）
本ノートでは、その辺りについて、基本的なところを説明してみようと思います。
これは、コンピュータに関する知識の中で、とても重要なのですが、実はそんなに難しい話ではありません。 ゆっくり読めば、必ず理解出来るものと思います。
なぜ２進数か
現代使われているほとんど全てのコンピュータは、２進数（「０」と「１」の数字だけから成る数値）を処理する機械です。 ２進数の１桁は０か１かしか扱えませんが、２桁なら００、０１、１０、１１の４種類の値が扱えます（これは１０進数で言えば０、１、２、３に該当します）。 桁数を増やせば、いくらでも大きな数値が扱えます。 １０桁の２進数なら１０進数の０から１０２３までを、２０桁の２進数なら１０進数の０から１０４８５７５までを扱えます。
我々が普段使い慣れている１０進数ではなく、なぜ２進数を使うのかと言うと、色々理由はありますが、最大の理由は、計算回路を作りやすいからです。
２進数１桁どうしの加算ルールは、次の４通りしかありません。
０＋０＝０
０＋１＝１
１＋０＝１
１＋１＝１０
つまり、「２通りの入力」が２つと、「４通りの結果」が１つです。
対して、１０進数１桁どうしの加算ルールは、０＋０＝０から始まって９＋９＝１８まで、なんと１００通りもあります。 「１０通りの入力」が２つと、「１００通りの結果」が１つです。
機械や回路の事を知らなくても、２進数の加算回路と、１０進数の加算回路、どちらが作りやすいか、明らかにお分かりでしょう。 ２進数１桁は、０か１しか扱えませんが、先ほど述べた通り、たくさんの加算回路をつなげて、多くの桁を扱うようにすれば、いくらでも大きな数値を扱う事が出来るので、そこは問題になりません。
また、０を１に、１を０に反転する回路も簡単に作れます。 加算回路と反転回路があれば、減算回路が作れます。
（参考 https://khurata.hatenablog.com/entry/2019/04/04/021054 ）
加算と減算が作れれば、乗算も除算も作れるので、これで計算機として使えるものが出来上がります。
同じようなことを、１０進数回路でやって出来なくはありませんが、かなり複雑な回路になってしまいます。
エンコーディング
難しそうな小見出しですが、何も心配は要りません。 言葉が小難しいだけで、内容は大した事ではありません。
数値計算をするだけなら、２進数でも良いのですが、A とか B とかの文字をコンピュータで扱う場合は、ちょっと工夫が要ります。
コンピュータが扱えるのは２進数だけですから、文字を表すためには、「どの文字を、どのような２進数の並びに対応させるか」を決めてやる必要があります。
この決め事を、エンコーディング encoding（符号化方式）と呼びます。
たとえば ASCII（アスキー）という国際的な符号化方式では、A は 01000001、B は 01000010、C は 01000011、…と決められています。
文字表現を２進数の並びに変換する動作を文字エンコード encode（符号化）、２進数の並びを文字表現にする動作を文字デコード decode（復号化）と呼びます。
また、エンコーディングで決められた２進数の並びを、コード code（符号）と呼びます。 ASCII という符号化方式における、文字 A のコード（符号）は、01000001 だ、という事になります。
（この辺の、言葉の使い方は、大切な「決め事」ですので、面倒だとは思いますが、憶えてしまうほうが、後々、いろいろとラクになると思います）
通常、エンコードとデコードは、同じ決まり（エンコーディング、符号化方式）に従って行います。 何らかの文章を、ある符号化方式でエンコードした２進数の並び（コード）が有るとして、これを別の符号化方式によって表示（デコード）したら、「文字化け」になってしまうからです。
今、ご覧になっている、この「知恵ノート」も、コンピュータの内部では２進数の並びでしかありません。 もちろん、その２進数の並びは、何らかの符号化方式によって文字エンコードされたものです。
ウェブブラウザは、それと同じ符号化方式を自動的に選択し、それに従って文字デコードを行い、表示しています（後述）。 ですから、ウェブブラウザが、符号化方式を「誤認」して、エンコードとは異なる符号化方式のデコードをしてしまうと、文字化けになってしまいます。
万一、そうなってしまった時に備えて、大抵のウェブブラウザでは、手動で符号化方式が選べるようになっています。 Internet Explorer ではメニューのページ→エンコード、Firefox では表示→文字エンコーディング、Chrome では設定メニューのツール→エンコード、Safari では現在ページメニュー→テキストエンコーディングで、符号化方式を強制選択出来ます。
「コンピュータで文字を扱う」過程を、おおまかに言えば、次のようになります。
（１） 人間が入力した文字は、選ばれたエンコーディング（符号化方式）に従ってエンコード（符号化）され、２進数の並び（コード、符号）になって、コンピュータに伝えられる（これを実現するため、たとえばキーボードにはエンコーダ encoder（符号化器）回路が内蔵されている）。
（２） コンピュータは、それが文字だとは思わず、あくまで２進数の並びとして処理をする。
（３） 人間に対して表示する時は、必要に応じてコードをデコード（復号化）する。通常、エンコードで使ったエンコーディング（符号化方式）に従ってデコードされる。
上記の過程は、文字以外の表現でも同様です。 つまり、「２進数ではない何らかの表現」をコンピュータで処理するにはエンコードが必要であり、コンピュータの処理結果を「２進数でない何らかの表現」にする時は、デコードが必要なのです。
文字以外のエンコーディング
文字表現だけでなく、小数を含む数値、画像や音声、動画などの表現も、それぞれに適した符号化方式が定められています。 また、コンピュータの処理能力の向上や、記憶領域の拡大といった、時代の移り変わりに従って、より改良された符号化方式が、次々と考え出されています。
結局、文字・画像・音声・動画などのデータは全て、コンピュータにとっては「符号化された２進数の並び（コード）」でしかないのです。 コンピュータは、それが文字であるとか、画像であるとかを知らずに、ただひたすら２進数の並びを処理しているだけです。
ただし、それぞれの表現に適した符号化方式には、それぞれ特有の「０と１の並びのパターン」があるので、「このコードは文字っぽい」「このコードは動画っぽい」という判断を、ある程度コンピュータにさせる事は出来ます。
だから、データファイルをクリックするだけで、それに適した「再生ソフト」を、自動起動する事が出来るのです。 ワードファイルっぽい２進数の並びならワードを起動し、音声ファイルっぽい２進数の並びなら音楽プレーヤを起動する事が出来ます。
もっとも、「これはいったい何だろう」という２進数の並びも有るわけで、そういう場合、適したプログラムを自動起動する事は出来ません。 そういう場合は、人間側が、適切と思われるプログラムを、手動で起動する必要があります。
先ほど述べたような、「ウェブブラウザが文字エンコーディングを自動判別」する仕組みも似たようなもので、「この２進数並びだとシフトJIS っぽい」とか、「この並びは UTF-8 っぽい」という理由で、適したエンコーディングを選んでいるに過ぎません。
しかし、全ての場合で絶対確実な選択が出来るわけでもないため、時としてウェブページが文字化けする事が有り、この場合は、妥当なエンコーディングを人間が指定してやる必要があるのです。
コーデック
コーデック（codec）とは、コンピュータ・プログラムないしハードウェアの１つで、coder and decoder の略です。 訳せば「符号化・復号化をする者」というような意味になります。
つまりこれは、ある符号化方式（エンコーディング）に従ってエンコードしたり、デコードをしてくれるモノであり、「エンコーディングを具現化したモノ」と言えます。
文字や画像にもコーデックは有るのですが、文字や画像の代表的なエンコーディングは、現在、多くの OS に最初から内蔵されているため、我々がコーデックを意識する事は、あまり有りません（特殊な形式を除いては）。
２０１３年現在、ほとんどのコンピュータが JPEG 画像を表示出来ますが、１９９０年代初期の PC 用 OS は、JPEG のデコーダを内蔵しておらず、JPEG を表示出来ませんでした。 そのため、「JPEGローダ」というような、JPEG デコードをするプログラムが、別途開発され頒布されていました。 これは、JPEG のコーデックと言えます。
しかし、音声や動画については、今もコーデックを意識する事があります。 それは、「再生出来ない音声、動画ファイル」に当たってしまった時です。
なぜ再生出来ないかと言うと、そのファイルの内容の「２進数の並び」（コード）が、どのような符号化方式によって作られたのかを、コンピュータが知らない・判断出来ないからです。
その対処方法は２通りあります。
１つは、そのファイルを、自分のパソコンが知っている符号化方式にエンコードし直してもらう、つまり再エンコードする事です（俗に「再エンコ」とも言う）。 ただし、「再」エンコードは、「いったんデコード→エンコード」という手順であるため、デコードが出来るパソコンでなければ行えません。
もう１つは、その符号化方式を、自分のパソコンにインストールする事です。 これがつまり、「コーデックのインストール」です。
異なるエンコーディングの「利用」
ここまでの話のポイントは２つあり、１つ目は、「コンピュータは２進数しか処理しない」ので、「何らかの表現を２進数の並び（符号）に置き換える」、「２進数の並び（符号）を何らかの表現に置き換える」という、２つの働きが必要であり、そのための決まり（符号化方式）が存在する、という事です。
２つ目は、「コンピュータは、処理している２進数の並び（符号）が、文字か画像かなんて事は『知らない』、単なる２進数値として計算・処理している」という事です。
これらを違う見方から言い変えると、「エンコードされた表現は、『コンピュータで計算可能な形』になっている」、と言うことが出来ます。
文字を置き換えたり、画像を処理したり、動画を「再エンコ」したり、そういう事が可能なのは、それらが全て計算可能な値、つまりコンピュータ（計算機）が扱える２進値になっているからです。
「計算」の結果を、どういうデコードで「表現」するか、その選択は、利用者ないしプログラマの自由です。
エンコードと異なる符号化方式でデコードする、というのは、意図しない事であれば、「文字化け」とか「再生出来ない動画」ですけれども、意図して「異なるデコード」をすれば、画像を文字にしたり、文字を音声にする、という事が自在に出来るわけです。
アナログ計算機は、アナログ表現を「処理」する事が出来ます。 たとえば画像処理や音声処理を、アナログ計算機は大変高速にこなします。 けれども、「画像を文字に」とか「文字を音声に」という事は、非常にやりづらいのです。
対してディジタル計算機は、扱う表現を、いったん「２進値の並び（コード、符号）」にエンコードして扱います。 この「２進値の並び」は、文字でもなく、画像でもなく、音声でも動画でもありません。 つまり「２進値の並び」とは、それら全ての表現の「仲立ち」が出来る形式なのです（純粋情報とも言える）。
参考：下記ノート第６項 ディジタル・データ―「有限の立場」と標本化
https://khurata.hatenablog.com/entry/2019/04/04/044010
ディジタル計算機が、非常に高速なアナログ計算機を駆逐した理由として、「ディジタル計算機はアナログ計算機を充分に模倣出来るから」、「ビット数を増やせば、容易に精度を上げられるから」、という２点がよく言われますが、私は、それに加えて、「エンコードとデコードを自在に組み合わせる事によって、表現を自在に変換出来るから」という理由も、非常に大きいと考えます。
おわりに
いかがだったでしょうか……「エンコーディング」と聞くと、何だか小難しい感じがしますけれども、内容は大した事無いなぁ、と思っていただけたならば、本ノートの目的は達成です。
コンピュータが表現しているあらゆるものは、全て、「２進数の並び」をデコードしたものに過ぎない……そう考えて、あらためてコンピュータを見てみれば、より賢く、コンピュータを使う事が出来るのではないかと思います。
付記：プログラムも「コード」である
「コード」という言葉は、コンピュータ・プログラムの事を指すこともあります。 たとえばソースコードと言えば、それはソースプログラムの事ですし、マシンコードと言えば機械語プログラムの事です。
なぜ、プログラムをコードとも言うのでしょうか。
実行可能プログラム、つまり機械語がメモリに置かれている「姿」を考えてみてください。 機械語も、エンコードされた文字や画像と同じように、メモリの中では「２進値の並び」という形になっています。 つまり、これも何らかの「コード（符号）」なのです。
という事は、メモリ上の２進数の並びを、「『実行出来るプログラムとして』デコードするエンコーディング」が有るのではないか……と予想出来るでしょう。
実際、その通りで、CPU には命令デコーダという回路があり、メモリから読み取った２進数の並びを、「その CPU が実行する命令として」デコードしています。 命令デコーダによってデコードされた結果が、「CPU の振る舞い」という表現、つまりプログラムの実行結果になるのです。
（もし、機械語プログラムを、文字エンコーディングに従ってデコードしてしまうと、文字の並びという表現になります）
「CPU が異なると、機械語も異なる」というのは、異なる CPU は、異なる命令デコーダを持っているからです。 「CPU 毎に、採用している命令エンコーディングが異なる」と言っても良いでしょう。
ですから、PowerPC プロセッサ用の機械語プログラムを、Pentium で実行させようとしても、それは無理なのです。 異なるエンコーディングによるプログラムコードだからです。 こんな事をしても「プログラムの文字化け」になるだけで、正しく実行出来ないのです。
さて、命令デコーダは、多くの場合ハードウェアで実現されていますが（ですから高速に動作します）、コーデックの説明で述べた通り、これはソフトウェアで実現する事も出来ます。
「ある CPU の命令デコーダ（というコーデック）を、ソフトウェアで作ったもの」、それが、エミュレータとか、仮想マシンと呼ばれるものです。
エミュレータが実現出来るのも、「情報を２進数の並び（コード）という『仲立ち』形式で扱う」ディジタル計算機ならではです。
こうした見方は、高級言語であっても成り立ちます。 インタプリタやスクリプトエンジンは、その言語で書かれた（エンコードされた）ソースコードを、「実行出来るプログラムとしてデコード」している、と言えます。
CPU が機械語命令をデコードしているように、インタプリタやスクリプトエンジンは高級言語の式や文をデコードしているのです。 だからこそ、そのプログラムは「動く」のです。
対して、アセンブラやコンパイラは、ソースコードを異なるエンコーディング（機械語命令コード）に変換しているだけ、つまり「再エンコ」しているだけだと言えます。
履歴
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