パリティビット

2025年10月18日

パリティビット

英語表記: Parity Bit

概要

パリティビットは、データ伝送や記憶を行う際に、元のデータに誤り（エラー）が発生していないかを検出するために付加される検査用の追加ビットです。これは、データの信頼性を保証するための最も基本的な「アプリケーション」の一つとして機能しています。具体的には、データに含まれる「1」のビットの個数が偶数（Even）か奇数（Odd）かを数え、その結果を基にパリティビットを設定します。このチェック処理は、論理演算の中でも特に排他的論理和（XOR）を連続的に適用するビット演算によって効率的に実現されます。

詳細解説

パリティビットの目的は非常に明確です。それは、データが送信元から受信先に届くまでの間に、ノイズや物理的な問題によってビットが反転してしまう現象（ビットフリップ）を検出することです。これは、私たちがビット演算とプログラミングを応用して、いかに現実のアプリケーションの信頼性を高めるかという課題に対する、古典的かつ重要な解決策なのです。

動作原理：偶数パリティと奇数パリティ

パリティチェックには主に「偶数パリティ」（Even Parity）と「奇数パリティ」（Odd Parity）の二種類があります。

偶数パリティ（Even Parity）：
データビットとパリティビットを合わせた全体の「1」の個数が偶数になるようにパリティビットを設定します。もし元のデータビットの「1」の個数が奇数であれば、パリティビットを「1」に設定し、全体を偶数にします。
奇数パリティ（Odd Parity）：
データビットとパリティビットを合わせた全体の「1」の個数が奇数になるようにパリティビットを設定します。もし元のデータビットの「1」の個数が偶数であれば、パリティビットを「1」に設定し、全体を奇数にします。

論理演算（XOR）との決定的な関係

パリティビットの計算は、まさに論理演算の力を借りています。特に、排他的論理和（XOR）はパリティの計算に最適です。XORは入力が異なるときに「1」を出力し、同じときに「0」を出力します。

複数のビットを連続してXOR演算にかけると、その結果は、入力された「1」の個数が偶数であれば「0」に、奇数であれば「1」になります。

例えば、データ「10110」があったとします。
$1 \oplus 0 \oplus 1 \oplus 1 \oplus 0 = 1$
結果が「1」なので、「1」の個数は奇数（3個）だとわかります。

もし偶数パリティを採用する場合、この結果（1）を反転させれば、必要なパリティビット（1）が得られます（データ10110 + パリティ1 = 全体で「1」が4個となり偶数）。このように、パリティビットの生成も検査も、ハードウェアやプログラミングにおいて非常に高速なビット演算として実装されています。これは、低レベルなデータ転送のアプリケーションにおいて、処理のオーバーヘッドを最小限に抑えるための知恵なのです。

パリティビットの限界

パリティビットは非常にシンプルで実装が容易な反面、致命的な弱点があります。それは「単一ビットエラーの検出」しかできない点です。

もしデータ転送中に二つのビットが同時に反転してしまった場合、全体の「1」の個数は偶数（または奇数）のまま保たれてしまう可能性があります。例えば、「1000」が「0110」に変化した場合、どちらも「1」の個数は偶数（2個）のままです。この場合、受信側はエラーが発生したことに気づくことができません。

そのため、パリティビットは「エラー検出」の機能しか持たず、「エラー訂正」（ECC: Error Correction Code）の機能は持たない、ということを理解しておく必要があります。より高度な信頼性が求められるアプリケーションでは、ハミング符号などのより複雑な符号化技術が用いられます。

具体例・活用シーン

パリティビットは、そのシンプルさゆえに、オーバーヘッドが許されない低レイヤのアプリケーションで今でも利用されています。

シリアル通信（RS-232Cなど）
昔ながらのシリアル通信では、データバイトの後にパリティビットを付加するのが一般的でした。これは、通信回線の品質が不安定な環境下で、最低限のエラーチェックを行うための標準的なアプリケーションでした。速度よりも確実性が求められる場面で重宝されました。
初期のメモリシステム
コンピューターのメインメモリ（RAM）の一部で、エラー訂正技術（ECC）が普及する以前は、パリティチェック機能が採用されていました。データがメモリに書き込まれ、読み出される際に、常にパリティチェックが行われ、エラーが検出されるとシステムが停止するなどの対応が取られていました。これは、システムの安定性を保つための基本的なビット演算のアプリケーションです。

アナロジー：レジの合計金額チェック

パリティビットの役割を理解するために、スーパーでの買い物に例えてみましょう。

あなたはスーパーでたくさんの商品（データビット）を買いました。レジ係（送信側）は、精算が終わった後、合計金額（データ）とは別に、「買った商品の個数が偶数か奇数か」というメモ（パリティビット）をレシートの裏に書いて渡してくれました。これがパリティチェックの仕組みです。

さて、あなたが家に帰る途中で、袋の底が破れ、商品が一つ（1ビット）落ちてしまったと想像してください。

家に着いてから、あなたは商品（データ）を数え直します。もしレシートの裏のメモが「偶数個」なのに、実際に数えたら「奇数個」になっていたら、「あ、途中で何か問題が起きたぞ！」とすぐに気づくことができます。これがパリティビットによる「エラー検出」です。

しかし、もし運悪く商品が二つ（2ビット）同時に落ちてしまったらどうでしょうか？元の個数が偶数で、二つ減ると、やはり個数は偶数のままです。レシートのメモと実際の個数が一致してしまい、エラーに気づけません。

パリティビットは、この「レシートの裏の簡単なメモ」のように、非常に手軽で、論理演算を応用したシンプルながらも役立つチェック機能を提供してくれるのです。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート、基本情報技術者試験、応用情報技術者試験では、パリティビットの基本的な概念と限界、そして関連する論理演算の理解が問われます。

最重要ポイント：論理演算との連携
パリティチェックの根幹は、排他的論理和（XOR）の特性を利用している点です。XORは、入力の「1」の個数が奇数か偶数かを判定するために利用される、という点を必ず覚えておきましょう。これは、論理演算の知識がビット演算のアプリケーションにどうつながるかを示す典型例です。
偶数パリティと奇数パリティの区別
問題文でどちらの方式を採用しているかを確認し、データビットとパリティビットを含めた全体の「1」の個数が、偶数になるか奇数になるかを正確に計算できるようにしてください。
パリティビットの限界
パリティビットは「エラー検出」のみが可能であり、「エラー訂正」はできません。また、二つ以上のビットが同時に反転する「多重ビットエラー」は検出できないことが多いという弱点を理解しておくことが必須です。
応用分野
パリティビットは、シンプルで高速なため、主に低速な通信や初期のストレージシステムなど、オーバーヘッドを避けたいアプリケーションで使われるという文脈を把握しておきましょう。