Перегляд вихідного коду сторінки Біт

{{Otheruses}}
{{Основні одиниці інформації}}
[[Файл:On-Off Switch.jpg|thumb|200x200px|Тумблер, фізичний еквівалент одного біта]]
'''Біт''' ({{lang-en|bit}}, переклад: ''шматочок'')&nbsp;— мінімальна одиниця [[Власна інформація|кількості інформації]], яка дорівнює одному двійковому розряду, який може бути рівним одному з двох значень/станів (0 або 1), застосовуваних для представлення даних у [[двійкова система числення|двійковій системі числення]]. Англійською двійковий знак звучить як ''binary digit''. Скорочено виходить ''bit'' (біт). Число бітів [[Комп'ютерна пам'ять|пам'яті ЕОМ]] визначається максимальною кількістю двійкових цифр, які в ній вміщуються. Число бітів даних&nbsp;— це кількість двійкових розрядів, в яких вони записані.

Біт може бути інтерпретований як логічне значення (істина/хиба), знак числа (+/-), стан тригера (ввімкнено/вимкнено) тощо. Яке саме значення інтерпретувати як 1, а яке&nbsp;— як 0&nbsp;— результат домовленості, й іноді навіть в одній програмі деяке значення може інтерпретуватися по різному.

У теорії інформації бітом називається змінна, що може з однаковою ймовірністю приймати значення 1 або 0, або кількість інформації, що отримується, коли значення такої змінної стає відомим<ref>{{Cite web |url=http://bookwu.net/book_teoriya-informacii_882/4_tema-2.-kilkist-informaci.-entropiya |title=Архівована копія |accessdate=16 вересня 2016 |archive-date=19 вересня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160919153942/http://bookwu.net/book_teoriya-informacii_882/4_tema-2.-kilkist-informaci.-entropiya }}</ref>.

У [[Квантовий комп'ютер|квантових комп'ютерах]], квантова система, що може існувати як суперпозиція звичайних бітів, називається [[кубіт]]ом.

== Історія ==
[[Файл:Acht-trigramme.svg|міні|праворуч|Кожна з восьми триграм може бути описана як рядок з трьох бітів]]
У роботі Лейбніца «Explanation of binary arithmetic» 1703 року була представлена двійкова система обчислення і правила роботи з нею<ref>[http://www.leibniz-translations.com/binary.htm Explanation of binary arithmetic] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210211112719/http://www.leibniz-translations.com/binary.htm |date=11 лютого 2021 }}{{ref-en}}</ref>. У цій роботі Лейбніц посилався на китайського філософа [[Фу-сі]], що за легендою, винайшов [[Вісім знаків|триграми]].

Кодування даних з допомогою бітів вперше було використане у ткацьких верстатах [[Базіль Бушон|Бушона]] і [[Жан-Батіст Фалькон|Фалькона]] у 1720-х роках і було реалізовано у формі картонок з отворами<ref>{{Cite web |url=https://hi-tech.mail.ru/review/proto-pc_popmechanic/ |title=Ткацкий станок, прадедушка компьютеров |accessdate=16 вересня 2016 |archive-date=13 листопада 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171113003409/https://hi-tech.mail.ru/review/proto-pc_popmechanic/ }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1934-11--num53 |title=Техника — молодёжи 1934-11, страница 53 |accessdate=16 вересня 2016 |archive-date=17 вересня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160917080027/http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1934-11--num53 }}</ref>. Надалі ця технологія розвивалася і була адаптована не тільки для верстатів, але і для інших пристроїв. Їх використовували у своїх механізмах [[Жозеф Марі Жаккар|Жаккар]], [[Корсаков Семен Миколайович|Корсаков]], [[Чарлз Беббідж|Беббідж]], [[Герман Голлеріт|Голлеріт]], і, урешті-решт, такі картонки стали дуже вживаними у формі [[перфокарта|перфокарт]], які використовували до 1980-х років. Також розвитком ідеї перфокарти стали [[перфострічка|перфострічки]], які використовували для запису великої кількості інформації.

Всі ці носії даних концептуально мають схожу будову&nbsp;— це масив бітів (позицій на папері), кожен з яких заповнюється окремо, і може приймати значення 1 або 0 (проколото/не проколото).

Сучасними нащадками цих носіїв даних можна вважати [[штрих-код]]и і [[QR-код]]и.

Іншим способом використання двійкового кодування була [[азбука Морзе]], запропонована [[Семюел Фінлі Бріз Морзе|Семюелем Морзе]] 1838 року, де символам були поставлені у відповідність набори різної довжини, які складалися з точок і тире.

Перші програмовані комп'ютери, розроблені [[Конрад Цузе|Конрадом Цузе]] у період з 1934 по 1943 рік (це обчислювальні машини [[Z1 (комп'ютер)|Z1]], [[Z2 (комп'ютер)|Z2]], [[Z3 (комп'ютер)|Z3]] і [[Z4 (комп'ютер)|Z4]]), зберігали і оброблювали дані саме в бітовому вигляді. Сам Цузе називав біт «так/ні статусом»<ref>[http://www.horst-zuse.homepage.t-online.de/Konrad_Zuse_index_english_html/rechner_z1.html Детальний опис Z1] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20161014104202/http://www.horst-zuse.homepage.t-online.de/Konrad_Zuse_index_english_html/rechner_z1.html |date=14 жовтня 2016 }}{{ref-en}}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.horst-zuse.homepage.t-online.de/Konrad_Zuse_index_english_html/rechner_z3.html |title=Детальний опис Z3 |accessdate=4 жовтня 2016 |archive-date=16 жовтня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161016120204/http://www.horst-zuse.homepage.t-online.de/Konrad_Zuse_index_english_html/rechner_z3.html }}</ref>.

Термін «біт» був запропонований [[Клод Шеннон|Клодом Шенноном]] у 1948 році в роботі «Математична теорія зв'язку». Сам Шеннон приписував цей термін [[Джон Тьюкі|Джону Тьюкі]], який придумав його під час роботи у Bell Labs, 9 січня 1947 року, скоротивши словосполучення «binary digit» до простого «bit». Цікаво, що ще у 1936 році [[Веннівер Буш]] писав про шматочки ({{lang-en|bits}}) інформації, що можуть розміщуватися на перфокарті<ref>{{cite journal|last=Bush|first=Vannevar|title=Instrumental analysis|journal=Bulletin of the American Mathematical Society|year=1936|volume=42|issue=10|pages=649–669|url=http://projecteuclid.org/euclid.bams/1183499313|doi=10.1090/S0002-9904-1936-06390-1|accessdate=19 вересня 2016|archive-date=6 жовтня 2014|archive-url=https://web.archive.org/web/20141006153002/http://projecteuclid.org/euclid.bams/1183499313}}</ref>.

Проте, комп'ютери до 1950-х років продовжували використовувати складні пристрої ([[декатрон]]и), для зберігання і оперування інформацією у десятковому вигляді<ref>{{Cite web |url=https://geektimes.ru/post/160595/ |title=Архівована копія |accessdate=16 вересня 2016 |archive-date=19 вересня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160919193852/https://geektimes.ru/post/160595/ }}</ref>, і тільки після появи транзисторів двійкова система закріпилася як стандарт де-факто.

== Фізична реалізація ==
'''Зберігання інформації'''
У сучасних електронних носіях інформації вона, фактично, завжди зберігається у бітовій формі, хоча, нерідко, передається більшими блоками. Практично, один біт може бути представлений різними способами: [[перемикач]]ем або [[тригер]], двома різними рівнями напруги на електричному колі, двома різними рівнями освітленості, різними напрямками [[магнітний момент|магнітних моментів]] (у тому числі, [[спін]]ів) або [[Поляризація електромагнітної хвилі|поляризації]], зарядом на конденсаторі й багатьма іншими.

З точки зору надійності, найчастіше використовують два типи реалізації біта&nbsp;— однофазний і двофазний. Однофазна реалізація передбачає 1 вихід, наявність на якому сигналу інтерпретується як 1. Двофазна реалізація має два виходи&nbsp;— при цьому, одиницею вважається активність на першому виході, і її відсутність на другому, а нулем&nbsp;— навпаки, активність лише на другому. При цьому, якщо обидва виходи є активними або неактивними, то сигнал вважається помилковим. Такі реалізації дорожчі, але значно надійніші.

'''Передача інформації'''
{{main|Кодування (телекомунікації)}}
Для передачі даних дворівневі системи є менш зручними, бо при наявності хоча б невеликої десинхронізації передавача і приймача система може збитися, коли передається достатньо довгий послідовний ряд одиниць або нулів. Наприклад, ряд з 50 нулів може бути прийнятий за ряд з 51 нуля, якщо [[Електромагнітна завада|електромагнітні завади]], що діють на лінію, призводять до деформації сигналу більш ніж на 2&nbsp;%<ref>В. Олифер, Н. Олифер, Компьютерные сети, 4-е издание</ref>, тому для них використовують складніше кодування, наприклад, одиниця виражається сигналом деякої форми, а нуль&nbsp;— сигналом іншої форми. Такі коди називають кодами з [[самосинхронізація|самосинхронізацією]]. Прикладом такого кодування є [[манчестерський код]].

== Теорія інформації ==

У теорії інформації, кількість інформації тісно пов'язана з поняттям [[інформаційна ентропія|інформаційної ентропії]].

Загалом можна сказати, що якщо в нас є деяка система, що може приймати різні значення 1, 2, …, n, з [[Імовірність|імовірностями]] <math>p_1, p_2, ..., p_n</math>, то загальна кількість інформації, яку можна передати за допомогою такої системи, дорівнює
: <math>-\sum_{i=1}^np(i)\log_2 p(i)</math> біт.

У випадку, якщо всі ймовірності є рівними (наприклад, для алфавіту, всі літери в повідомленнях, написаних на якому, зустрічаються з рівною частотою), для обчислення можна використати [[Теорема Шеннона — Гартлі#Формула Гартлі|Формулу Гартлі]]:
:: <math>I = \log_2 N = log_2 m^n = n \log_2 m,</math>
де:

* ''N''&nbsp;— кількість усіх можливих повідомлень
* ''m''&nbsp;— кількість літер алфавіту
* ''n''&nbsp;— довжина повідомлення.

Наприклад, у [[Дезоксирибонуклеїнова кислота|ДНК]], алфавіт якої складається з чотирьох літер-нуклеотидів, кожна з них несе у собі log<sub>2</sub> 4 = 2 біти інформації<ref>{{Cite web |url=http://genomukr.ru/nauka-j-osvitu/8190-jakoi-dovzhini-dnk-ljudini.html |title=Архівована копія |accessdate=19 вересня 2016 |archive-date=19 травня 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170519115314/http://genomukr.ru/nauka-j-osvitu/8190-jakoi-dovzhini-dnk-ljudini.html }}</ref>.

Іноді для вимірювання інформаційної ентропії замість біта використовують еквівалентна йому одиниця [[Шеннон (одиниця вимірювання)|шеннон]].

== Біти у програмуванні ==

=== Бітові масиви ===
{{main|Бітова мапа}}

Хоча зазвичай інформація у пам'яті комп'ютера зберігається у вигляді байтів, у деяких випадках зручніше зберігати її безпосередньо у вигляді бітового масива. Такі масиви використовують у файлових системах, для відслідковування зайнятих кластерів пам'яті, у [[Фільтр Блума|фільтрі Блума]], у деяких реалізаціях або для максимально компактної архівації даних, усюди, де це важливо.
Для деяких шахматних програм, зокрема таких сильних, як [[Houdini (шахова програма)|Houdini]] і [[Stockfish]], для [[представлення шахівниці]] використовують спеціальну [[структура даних|структуру даних]], що називається Bitboard (тобто, бітова дошка).
У мовах програмування, [[тип даних]] для збереження бітових масивів називається бітовим полем.

=== Бітові операції ===

{{main|Бітові операції}}
У програмуванні бітовими називаються операції, що проводяться над ланцюжками бітів. Зазвичай це можуть бути [[Логічний сполучник|логічні операції]], або зсуви. У випадку логічних операцій, для двох масивів бітів однакової довжини (або одного масиву, якщо операція унарна, як «НЕ»), деяка операція застосовується до кожної послідовної пари бітів, і результат записується у відповідне поле масиву-відповіді. Наприклад:
{|class="standard"
| A ||0011
|-
| B ||0101
|-
|colspan="2"|
|-
|class="shadow" |[[АБО (логічний вентиль)|АБО (OR)]]||0111
|-
|colspan="2"|
|-
|class="shadow" | [[І (логічний вентиль)|І (AND)]] ||0001
|}

[[Бітовий зсув]]&nbsp;— операція, під час якої всі біти масиву зміщуються на одну позицію (ближче до початку або кінця масиву, залежно від того, чи це зсув вліво або вправо), а біт, що стоїть із самого краю, або переміщується на інший край, якщо це циклічний зсув, або втрачається.

[[Арифметико-логічний пристрій]] процесора&nbsp;— найбільш низькорівневий апарат для обчислень, зазвичай окрім найпростіших арифметичних операцій вміє робити саме побітові операції.

== Спеціальні біти ==

=== Службові біти ===

Іноді при передаванні або зберіганні інформації, до бітів, кодуючих дані додаються біти, що несуть інформацію про сам канал зв'язку або призначені для синхронізації даних. При передаванні в таких бітах може передаватися інформація щодо рівня інтерференції, потужності передавача, або інших умов, що не стосуються безпосередньо даних що передаються<ref>{{Cite web |url=http://technical_translator_dictionary.academic.ru/233030/служебный |title=Архівована копія |accessdate=19 вересня 2016 |archive-date=15 травня 2021 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210515172944/https://technical_translator_dictionary.academic.ru/233030/служебный }}</ref>. Такі біти називають ''службовими''. Прикладом службових бітів, призначених для синхронізації, є описані нижче стартовий та стоповий біти. Пропускна здатність каналу, з урахуванням службової інформації вимірюється в [[бод]]ах.

=== Біти парності ===
{{main|Біт парності}}
Для перевірки цілісності даних, в кінець кожного байта даних може додаватись біт, що позначає, чи є кількість одиниць в бітовому записі числа парною. Таким чином, біт парності є простою реалізацією [[Контрольна сума|контрольної суми]]. Завдяки такому біту, якщо при передачі один біт буде пошкоджено або змінено, це буде одразу помічено. Просунутішими варіантами, що використовують більшу кількість додаткових бітів є [[Коди Гемінга|код Гемінга]] або [[Код Ріда — Соломона]], що дозволяють не тільки помічати, а й виправляти поодинокі помилки<ref>{{Cite web |url=https://habrahabr.ru/post/111336/ |title=Архівована копія |accessdate=19 вересня 2016 |archive-date=19 вересня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160919225827/https://habrahabr.ru/post/111336/ }}</ref>.

=== Стартовий та стоповий біт ===

Стартовий та стоповий службові біти використовують в [[Асинхронне послідовне передавання даних|асинхронному послідовному зв'язку]] для того, щоб система могла розуміти, де закінчується один байт і починається інший. Наприклад, якщо при відсутності даних сигнал в послідовному кабелі виглядає як ряд одиниць, то перед початком передавання власне даних передавач спершу передає один символ «0». Цей біт є для приймача сигналом, що з наступного біту починається передача даних, початок стартового біту також синхронізує внутрішні тактові генератори передавача і приймача, що зменшує вплив розсинхронізації<ref>{{cite web 2|url=http://www.ibm.com/support/knowledgecenter/ru/ssw_aix_72/com.ibm.aix.networkcomm/asynch_params_startbits.htm |title=Старт-бит, стоп-бит и бит метки |lang=ru |showlang=1 |work=IBM Knowlege center}}</ref>.

== Кратні та некратні одиниці ==

{| align="right" border="1" cellspacing="0" cellpadding="3"
|-bgcolor="#f4e8ef"
 |+'''Префікси, введені Міжнародною електротехнічною комісією для круглих двійкових чисел'''
 ! Префікс
 ! Скорочення: -біт, -байт
 ! Значення
 |-
 | кібі  || Кібіт, КіБ || 2<sup>10</sup> = 1024
 |-bgcolor="#ffeecc"
 | мебі  || Мебіт, МіБ || 2<sup>20</sup> = 1&nbsp;048&nbsp;576
 |-
 | гібі  || Гібіт, ГіБ || 2<sup>30</sup> = 1&nbsp;073&nbsp;741&nbsp;824
 |-bgcolor="#ffeecc"
 | тебі  || Тебіт, ТіБ || 2<sup>40</sup> = 1&nbsp;099&nbsp;511&nbsp;627&nbsp;776
 |-
 | пебі  || Пебіт, ПіБ || 2<sup>50</sup> = 1&nbsp;125&nbsp;899&nbsp;906&nbsp;842&nbsp;624
 |-bgcolor="#ffeecc"
 | ексбі || Еібіт, ЕіБ || 2<sup>60</sup> = 1&nbsp;152&nbsp;921&nbsp;504&nbsp;606&nbsp;846&nbsp;976
 |}
Існує плутанина, пов'язана з кратними приставками (кіло-, мега-, гіга- і&nbsp;т.&nbsp;д.), через те, що різні стандарти по різному встановлюють їхнє значення для одиниць вимірювання інформації.

У 1999 році [[Міжнародна електротехнічна комісія]] постановила розуміти ці приставки як десяткові, тобто 1 кілобіт = 1000 біт, а для одиниць, заснованих на ступенях двійки запропонувала нові назви&nbsp;— кібібіт, мебібіт, гібібіт і&nbsp;т.&nbsp;д. як вказано таблиці: Практично всі офіційні стандарти користуються цим визначенням, наприклад, максимальна пропускна здатність [[Ethernet]] специфікації [[10BASE5]] дорівнює 10×10<sup>6</sup> біт/с. Так само вказується пропускна здатність на старих модемах.

З іншого боку, стандарти [[JEDEC]] визначають приставки кіло-, мега- і більші, як ступені двійки&nbsp;— тобто 1 кілобіт є рівним 1024 бітам. Через це деякі провайдери і програми використовують саме такий спосіб підрахунку. Відносна різниця між цими двома підходами зростає для більших одиниць&nbsp;— вона дорівнює 2&nbsp;% для кілобайту, але вже 7&nbsp;% для гігабайту.

Також варто зазначити, що в будь-якому з варіантів біт не скорочується, тобто записати кілобіт як кб&nbsp;— не можна.

Зазвичай у бітах(в секунду) вимірюється швидкість передачі даних або бітрейт мультимедіа файлів (кількість біт, які використовують для запису однієї секунди аудіо або відео), тоді як ємність пам'яті комп'ютера і розміри файлів частіше вимірюються у байтах (а також кіло-, мега- і гігабайтах). Рідше можуть використовувати [[нібл]]&nbsp;— половину байта, тобто 4 біти.

З іншого боку, якщо алфавіт, у вигляді якого представлена інформація, має більш ніж два символи, то її більш зручно вимірювати в інших величинах, що не кратні біту. Деякі з них мають свої назви&nbsp;— це [[Трійкова система числення|тріт]], що може приймати три значення, і [[гартлі (одиниця вимірювання)|децит]]&nbsp;— може мати десять значень (наприклад, одна цифра в десятковому записі числа, несе в собі один децит інформації).

Натуральною ж одиницею вимірювання інформації є [[нат (одиниця вимірювання)|нат]], що є кількістю інформації, що отримується, коли відбувається подія, ймовірність якої 1/[[E (число)|''е'']].

Чисельно ці одиниці дорівнюють:
* нат&nbsp;— ln<sub>2</sub> ≈ 1,44… біт
* тріт&nbsp;— log<sub>2</sub>3 ≈ 1,58… біт
* децит&nbsp;— log<sub>2</sub>10 ≈ 3,32… біт

У комп'ютерах інформація зазвичай зберігається у вигляді [[Машинне слово|машинних слів]], розмір яких залежить від розрядності регістрів процесора і шини даних. Довжина машинного слова може коливатись від 4 до 64 бітів для різних систем і платформ, але для кожної конкретної машини «машинне слово» є сталою величиною. Для 32-бітних процесорів архітектури [[x86]], машинним словом традиційно вважається 16-біт, хоча в реальності воно дорівнює 32 бітам.

=== Позначення ===
Згідно класифікатора системи позначень Державного комітету стандартизації, метрології і сертифікації України, біт позначається просто словом ''біт'', тобто, не скорочується<ref>{{Cite web |url=https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0008217-97 |title=Класифікатор системи позначень одиниць вимірювання та обліку ДК 011-96 |accessdate=1 липня 2019 |archive-date=1 липня 2019 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190701113014/https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0008217-97 }}</ref>. Кілобіт і мегабіт скорочуються до ''кбіт'' і ''Мбіт''.

В англійській мові біт зазвичай теж не скорочується (рекомендовано стандартом IEC 80000-13:2008). Проте стандарт IEEE 1541—2002 рекомендує скорочувати його до ''b''.

== Зв'язок з іншими фізичними величинами ==
Згідно з [[Принцип Ландауера|принципом Ландауера]], стирання одного біта інформації, незалежно від способу його зберігання, супроводжується виділенням 2,7×10<sup>−21</sup> [[Джоуль|Дж]] тепла.

[[Межа Бекенштейна|Ліміт Бекенштейна]] визначає, яка максимальна кількість інформації може бути збережена у фіксованому об'ємі простору, й дорівнює 2,6×10<sup>43</sup>''mR'' біт, де ''R''&nbsp;— радіус сфери, що включає в себе систему, а ''m''&nbsp;— маса системи. Цей ліміт чисельно дорівнює ентропії [[чорна діра|чорної діри]] відповідних розмірів<ref>{{Cite web |url=http://www.phys.huji.ac.il/~bekenste/PRD23-287-1981.pdf |title=Архівована копія |accessdate=19 вересня 2016 |archive-date=23 травня 2010 |archive-url=https://www.webcitation.org/5pvt5c96N?url=http://www.phys.huji.ac.il/~bekenste/PRD23-287-1981.pdf }}</ref>.

[[Межа Бремерманна|Ліміт Бремерманна]] визначає максимальну швидкість, з якою деяка система може вести обчислення. Він дорівнює ''c''<sup>2</sup>/''h'' ≈ 1,36 × 10<sup>50</sup> біт/с на кілограм маси системи<ref>{{Cite web |url=http://arxiv.org/vc/arxiv/papers/0910/0910.3424v2.pdf |title=Архівована копія |accessdate=19 вересня 2016 |archive-date=5 березня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160305015654/http://arxiv.org/vc/arxiv/papers/0910/0910.3424v2.pdf }}</ref>.

== Примітки ==
{{reflist}}

== Джерела ==
* [http://leksika.com.ua/13640221/ure/bit УРЕ] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160131085112/http://leksika.com.ua/13640221/ure/bit |date=31 січня 2016 }}

[[Категорія:Одиниці даних]]
[[Категорія:Одиниці інформації]]
[[Категорія:Комп'ютерна термінологія]]
[[Категорія:Кодування символів]]
{{Одиниці виміру інформації}}
{{Типи даних}}
[[Категорія:Типи даних]]
[[Категорія:Примітивні типи даних]]