Das Thema Bit ist heute von großer Relevanz und war im Laufe der Zeit Gegenstand zahlreicher Studien und Debatten. Die Bedeutung von Bit liegt in seiner Auswirkung auf verschiedene Aspekte des täglichen Lebens, von der Gesundheit bis zur Wirtschaft. Im Laufe der Geschichte hat Bit eine grundlegende Rolle in der Gesellschaft gespielt und die Art und Weise beeinflusst, wie Menschen miteinander und mit der Umwelt um sie herum umgehen. In diesem Artikel werden verschiedene Perspektiven auf Bit untersucht und seine Auswirkungen auf die Gesellschaft und seine Relevanz in der heutigen Welt analysiert.
Der Begriff Bit (Kofferwort aus englisch binary digit) wird in der Informatik, der Informationstechnik, der Nachrichtentechnik sowie verwandten Fachgebieten in folgenden Bedeutungen verwendet:
Das Wort Bit ist eine Wortkreuzung aus binary digit – englisch für „binäre Ziffer“ oder auch Binärziffer. Es wurde von dem Mathematiker John W. Tukey vermutlich 1946, nach anderen Quellen schon 1943, vorgeschlagen. Schriftlich wurde der Begriff zum ersten Mal 1948 auf Seite eins von Claude Shannons berühmter Arbeit A Mathematical Theory of Communication erwähnt. Die Bits als Wahrheitswerte verwendete George Boole als Erster.
Die Maßeinheit heißt „Bit“ und hat – der IEC nach – „bit“ als Einheitenzeichen; das alternative „b“ ist ungebräuchlich. 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 sind Einheitenvorsätze 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.
Anzahl | |
---|---|
der Bits | der Zustände |
0 | 0 |
1 | 2 |
2 | 4 |
3 | 8 |
4 | 16 |
… | … |
8 | 256 |
10 | 1024 |
12 | 4096 |
16 | 65 536 |
32 | 4 294 967 296 |
64 | 1.844674407e19 |
Die kleinstmögliche Unterscheidung, die ein digitaltechnisches System treffen kann, ist die zwischen zwei Möglichkeiten, in der Informatik auch als Zustände 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, siehe Logikpegel. Liegt die Spannung im hohen Bereich, so liegt der Zustand H vor, im unteren Bereich L (von engl. high, low). 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 schwache H und L-Zustände (weak).
Symbolisch, unabhängig von der physischen Repräsentation, werden die zwei Zustände eines Bits notiert als
Die Zuordnung H→1, L→0 heißt positive Logik, die umgekehrte Zuordnung negative 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, verwenden manche Speichertechnologien mehrere Zustände pro Zelle. So kann eine Speicherzelle 3 Bit speichern, wenn 8 verschiedene Ladungszustände sicher unterschieden werden können, siehe Tabelle. Ähnlich werden bei vielen Leitungscodes und Funkstandards mehrere Bit je Symbol übertragen, siehe z. B. Quadraturamplitudenmodulation.
Umgekehrt können mit einer Kombination von n Bits, unabhängig von ihrer physischen Repräsentation, 2n verschiedene logische Zustände kodiert werden, siehe Exponentialfunktion. Mit beispielsweise zwei Bits können 22 = 4 verschiedene Zustände repräsentiert werden, z. B. die Zahlen Null bis Drei als 00, 01, 10 und 11, siehe Binärzahl.
Wenn sich einzelne Bits aufgrund einer Störung bei der Übertragung oder in einem Speicher ändern, spricht man von einem Bitfehler. Ein Maß dafür, wie häufig bzw. wahrscheinlich Bitfehler auftreten ist die Bitfehlerhäufigkeit.
Es gibt Verfahren, die bei der Übertragung und Speicherung von Daten derartige Fehler erkennen und in gewissen Grenzen selbst korrigieren können, siehe Kanalkodierung. Im Allgemeinen erzeugen sie dazu gerade so viel Redundanz in der Information, wie für den Sicherheitsgewinn nötig ist.
Das Quantenbit (kurz Qubit genannt) bildet in der Quanteninformationstheorie die Grundlage für Quantencomputer und die Quantenkryptografie. 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 Zustände) in nur 12 Eisenatomen zu speichern, die bisher geringste Atomanzahl für magnetisches Speichern. Dabei konnte eine stabile Anordnung/Ausrichtung der Atome für mindestens 17 Stunden nahe dem absoluten Nullpunkt der Temperatur nachgewiesen werden.
Zum Vergleich: