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Bit (Begriffsklärung) aufgeführt.
Der BegriffBit (Kofferwort ausenglischbinarydigit)[1] wird in derInformatik, derInformationstechnik, derNachrichtentechnik sowie verwandten Fachgebieten zunächst im Sinne einer Stelle einerBinärzahl bzw. eines Elementes in einem binären Zahlenstrom verwendet. In diesem Zusammenhang werdenDatenmengen stets ganzzahlig angegeben.
Im Gegensatz dazu ist in derInformationstheorie ein Bit, oder auchShannon eine Maßeinheit für denInformationsgehalt. Dabei ist 1 Bit der Informationsgehalt, der in einer Auswahl aus zwei gleich wahrscheinlichen Möglichkeiten enthalten ist. Der Informationsgehalt kann ein beliebigerreeller, nicht negativer Wert sein.
Das WortBit ist einKofferwort ausbinary digit,englisch für „binäre Ziffer“ oder auchBinärziffer.[1] Es wurde von demMathematikerJohn W. Tukey vermutlich 1946, nach anderen Quellen schon 1943, vorgeschlagen. Schriftlich wurde der Begriff zum ersten Mal 1948 auf Seite eins vonClaude Shannons berühmter ArbeitA Mathematical Theory of Communication[2] erwähnt. Die Bits als Wahrheitswerte verwendeteGeorge Boole als Erster.
| Anzahl der | Beispiel |
|---|
| Bits | möglichen Zustände |
|---|
| 1 | 2 | Boolesche Variable (wahr / falsch) |
| 2 | 4 | einfachsteMLC-Flash-Speicherzelle |
| 3 | 8 | TLC-Flash-Speicherzelle |
| 4 | 16 | QLC-Flash-Speicherzelle, 1 Hexadezimalstelle |
| 6 | 64 | |
| 8 | 256 | PC-Register: z. B. AL oder AH |
| 10 | 1024 | |
| 12 | 4096 | vereinfachte Farbangabe im RGB-Farbraum: z. B. 0xf00 für "rot" |
| 16 | 65 536 | PC-Register: z. B. AX (= AL + AH) |
| 24 | 16 777 216 | Farbangabe im RGB-Farbraum: z. B. 0xff0000 für "rot" |
| 32 | 4 294 967 296 | PC-Register: z. B. EAX (enthält AX) |
| 48 | 281 474 976 710 656 | |
| 64 | 18 446 744 073 709 551 616 | PC-Register: z. B. RAX |
Im Sinne von Binärstellen ist die Anzahl an Bits eine wichtige Maßeinheit. Mit ihr wird angegeben, welchenInformationsgehalt z. B. einelektrisches Potenzial in einerSpeicherzelle (z. B.NAND-Flash) oder auf einer Signalleitung (z. B. einer Ader bei einerTwisted-Pair-Verkabelung) hat, oder welche Breite einDatenwort in einer gegebenenProzessor- oderRechnerarchitektur haben kann. Als Urvater derx86-Prozessoren sei derIntel 8088 hier als Beispiel genannt. Das war der Prozessor des erstenIBM PC. Er konnte 8 oder 16 bit breite Worte verarbeiten. Nachfolgende Generationen besaßenRegister, die weiterhin mit diesen Wortbreiten angesprochen werden konnten. Die maximale Wortbreite ist typischerweise namensgebend für die Prozessorarchitektur. Das bedeutet, dass beim Intel 8088 von einer16-Bit-Architektur gesprochen wird.
Auch bei derDatenrate wird üblicherweise angegeben, wie viele Bit in einer Sekunde übermittelt werden können.
Die Maßeinheit heißt „Bit“ und hat – derIEC nach – „bit“ alsEinheitenzeichen.[3][4] 1 bit bezeichnet dabei genau einen binären Zustand und damit die kleinste logische Informationseinheit. Das alternative „b“[5] ist ungebräuchlich.[6] So wie man „100-Meter-Lauf“ und „100-m-Lauf“ schreiben kann, kann auch „32-Bit-Register“ und „32-bit-Register“ geschrieben werden. Insbesondere für die Angabe von Datenraten sindEinheitenvorsätze gebräuchlich, z. B. Mbit/s für Megabit pro Sekunde. Die Einheit wird nur im Singular verwendet, während der Plural für bestimmte „Bits“ einer Gruppe verwendet wird.
In der natürlichen Schreibweise könnenBinärzahlen ohne führende Nullen analog zu Dezimalzahlen aufgeschrieben werden. Von links nach rechts gelesen hat dann das erste Bit die Bedeutung des höchsten Wertes. Werden hingegen Zahlen oder Buchstaben überserielle Leitungen übertragen, legt ein verwendetes Protokoll fest, welche Bedeutung ein einzelnes Bit im Datenstrom hat. Zur Bezeichnung von Bits in einem Datenwort ist es dabei häufig nicht praktikabel, vom ersten oder letzten Bit zu reden. Stattdessen ist dann vom signifikantesten (englischmost significant bit), selten vom höchsten, höchstwertigen, bzw. entsprechend z. B. vom niedrigsten Bit (englischleast significant bit) die Rede.
Zur Darstellung des Wertes eines Bits werden üblicherweise die Ziffern0 / 1 verwendet. Früher waren auch die Buchstabeno / l gebräuchlich. Bei logischen Aussagen (Wert einerbooleschen Variablen) wird der Wert eines Bits alswahr / falsch (englischtrue / false) notiert.
In der technischen Umsetzung werden diesen beiden Werten in der elektronischen Datenverarbeitung ggf. die Bezeichnungen zweierelektrischer Potenziale mitH / L (auchhi / lo zuenglischhigh / low) zugeordnet. (s. u.)
Die kleinstmögliche Unterscheidung, die ein digitaltechnisches System treffen kann, ist die zwischen zwei Möglichkeiten, in derInformatik auch alsZustände bezeichnet. Ein Paar definierter Zustände, zum Beispiel
repräsentiert ein Bit.
In der digitalen Schaltungstechnik werden Spannungspegel zur Darstellung der Signale verwendet, die innerhalb einer Bauart (Logikfamilie) in definierten Bereichen liegen, sieheLogikpegel. Liegt die Spannung im hohen Bereich, so liegt der ZustandH vor, im unteren BereichL. Ein Zwischenzustand ist nicht definiert. Technisch existiert der Zustand „hochohmig“ =Z, d. h. diese Leitung transportiert keine ausdrückliche Spannung und macht damit keine Aussage über den Logikpegel. Im Rahmen von Schaltungssimulationen existieren schwacheH undL-Zustände (weak).
Die ZuordnungH→1,L→0 heißtpositive Logik, die umgekehrte Zuordnungnegative Logik. Eingänge von Schaltungen, die negative Logik verwenden, bezeichnet man als „low-aktiv“.
Während bei der Verarbeitung von Daten die physische Repräsentation mit zwei Zuständen vorherrscht, verwendenFlash-Speichertechnologien mehrere Zustände pro Speicherzelle. So kann eine Speicherzelle 3 Bit speichern, wenn 8 verschiedene Ladungszustände sicher unterschieden werden können, siehe Tabelle. Ähnlich werden bei vielenLeitungscodes undFunkstandards mehrere Bit je Symbol übertragen, siehe z. B.Quadraturamplitudenmodulation.Bei CDs und DVDs und bei Festplatten (RLL-Codierungen) ist es umgedreht, dort werden mehr Bittakte als zu speichernde Bits benötigt.
Umgekehrt können mit einer Kombination vonn Bits, unabhängig von ihrer physischen Repräsentation, 2n verschiedene logische Zustände kodiert werden, sieheExponentialfunktion. Mit beispielsweise zwei Bits können 22 = 4 verschiedene Zustände repräsentiert werden, z. B. die Zahlen Null bis Drei als00,01,10 und11, sieheBinärzahl.
Wenn sich einzelne Bits aufgrund einer Störung bei der Übertragung oder in einem Speicher ändern, spricht man von einemBitfehler. Ein Maß dafür, wie häufig bzw. wahrscheinlich Bitfehler auftreten ist dieBitfehlerhäufigkeit.
Es gibt Verfahren, die bei der Übertragung und Speicherung von Daten derartige Fehler erkennen und in gewissen Grenzen selbst korrigieren können, sieheKanalkodierung. Im Allgemeinen erzeugen sie dazu gerade so vielRedundanz in der Information, wie für den Sicherheitsgewinn nötig ist.
Das Quantenbit (kurz Qubit genannt) bildet in derQuanteninformationstheorie die Grundlage fürQuantencomputer und dieQuantenkryptografie. Das Qubit spielt dabei analog die Rolle zum klassischen Bit bei herkömmlichen Computern: Es dient als kleinstmögliche Speichereinheit und definiert gleichzeitig als Zweizustands-Quantensystem ein Maß für die Quanteninformation. Hierbei bezieht sich „Zweizustand“ nicht auf die Zahl der Zustände, sondern auf genau zwei verschiedene Zustände, die bei einer Messung sicher unterschieden werden können.
Im Januar 2012 gelang es, 1 Bit (2 unterscheidbare Zustände) in nur 12 Eisenatomen zu speichern, die bisher geringste Atomanzahl für magnetisches Speichern. Dabei konnte nahe demabsoluten Nullpunkt der Temperatur (0,5 K / −272,65 °C) eine stabile Anordnung/Ausrichtung der Atome für mindestens 17 Stunden nachgewiesen werden.[7]
Zum Vergleich:
- NAND-Flash-Zellen (bis ca. 2015) benötigten etwa eine Million Elektronen zur Speicherung eines Bits über 10 Jahre bei Raumtemperatur.
- DNA hat einen Informationsgehalt von 2 Bit je Basenpaar und hat je Bit eine Molekülmasse von etwa 315Dalton statt 670 bei obigen 12 Eisenatomen.
- ↑abBit (Einheit in der EDV).Duden, Bibliographisches Institut, 2016
- ↑Claude Elwood Shannon:A Mathematical Theory of Communication. (PDF) In:Bell System Technical Journal, Band 27, S. 379–423 und 623–656, Juli und Oktober 1948.
- ↑IEC 60027-2,Ed. 3.0, (2005–2008):Letter symbols to be used in electrical technology – Part 2:Telecommunications and electronics
- ↑DIN EN 80000-13:Größen und Einheiten –Teil 13: Informationswissenschaft und -technik (IEC 80000-13:2008), 2009, Eintrag 13-9.b
- ↑nachIEEE 1541 undIEEE 260.1
- ↑„b“ als Einheitenzeichen kann leicht verwechselt werden mit „B“ – dem Einheitenzeichen für dasByte und dasBel
- ↑Science, Bd. 335, S. 196,doi:10.1126/science.1214131
