Двоичный разряд, двоичное число по-английски Bi naryDigit . Из трех букв этих слов образовали звонкое словоbit , которое уже было в английском языке (bit– кусочек, кусок). В информатике оно имеет то же значение, что иBi naryDigit , но ему добавили и новый смысл.

Бит – единица информации и единица представления информации в компьютере.

Бит (один разряд двоичного числа) может принимать два значения: 0 или 1. В десятичных числах один разряд может принимать значения от 0 до 9. Если число одноразрядное (однобитовое), то 0 или 1 – это значение числа и цифры числа, которые в этом случае совпадают.

Поскольку компьютер может обрабатывать только двоичные числа, кодировать информацию можно только этими двоичными числами. В этом случае мы можем сказать, что азбука, используемая для кодирования информации, состоит из двух символов (чисел) 0 и 1.

Одноразрядным двоичным числом, т. е. одним битом, можно закодировать всего два символа, так как он принимает только два значения – 0 или 1. А десятичное одноразрядное число позволит нам закодировать 10 символов, ибо оно может иметь 10 значений – от 0 до 9.

Теперь используем для кодирования двухразрядные числа. Тогда в десятичной системе счисления можем использовать для кодирования числа от 0 до 99, т.е. 100 чисел. И закодировать можем 100 символов, в 10 раз больше, чем при кодировании одноразрядными числами.

Аналогичная закономерность имеет место и при увеличении разрядности двоичных чисел. Двухразрядным двоичным числом можем закодировать 4 символа, так как возможных чисел тоже 4: 00, 01, 10, 11, т. е. в два раза больше, чем одноразрядным. Можно проверить, что трехразрядным двоичным числом можно закодировать символов в 2 раза больше, чем двухразрядным. Обобщая эту закономерность, получаем простую формулу для определения количества символов S , которое можно закодироватьn – разрядными двоичными числами:

S = 2 n

Двоичное n -разрядное число, которое используется для кодирования информации в компьютере, называется байтом .

Из этого определения следует и другое определение байта:

Байт – единица обработки информации в компьютере, так как по значению байта можно узнать, какой символ им закодирован.

Если используются для кодирования другие n-разрядные двоичные числа, то они обязательно берутся кратными байту.

Байт сначала имел 6, затем 7 разрядов (битов), а теперь он равен 8-ми битам.

Одно из значений перевода английских слов bit и bite – кусочек. Считая кусочек частью целого, бит, действительно, – часть двоичного числа. Если байтом кодируются буквы, символы, из которых строятся слова, то и байт выражает часть слова.

Байты используются также для измерения объема памяти, оперативной и внешней, размеров файлов. Но в этом случае применяются более крупные единицы измерений. Например, Килобайты (Кб), Мегабайты (Мб) Гигабайты (Гб), Терабайты (Тб):

1 Кб = 1024 байт = 2 10 байт

1 Мб = 1024 Кб= 2 10 Кб

1 Гб = 1024 Мб= 2 10 Мб

1 Тб = 1024 Гб= 2 10 Гб

Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто - достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока в остатке не образуется ноль или единица. Полученный результат деления снова так же делить. И эту процедуру деления продолжаем до тех пор, пока результат деления не окажется меньше 2. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним остатком, и образует двоичный аналог десятичного числа.

19:2 = 9 + 1 9:2=4+1 4:2=2+0 2:2 = 1

Таким образом, 19 10 = 1011 2 .

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита - уже более 16,5 миллионов разных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

3,1415926 = 0,31415926-10 1

300 000 = 0,3-10 6

123 456 789 = 0,123456789 10 1 /

Первая часть числа называется мантиссой, а вторая - характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).

Все фотографии, текстовые документы и программы хранятся в компьютерной памяти в виде битов и байтов. Что представляют собой эти мельчайшие единицы информации и сколько бит в байте?

Хранение данных в памяти

Компьютерная память представляет собой огромный набор ячеек, наполненных нулями и единицами. Ячейка - это минимальный объем данных, к которому может обращаться считывающее устройство. Физически она представляет собой триггер (в современных компьютерах). Триггер настолько мал, что его сложно рассмотреть даже под микроскопом. У каждой ячейки есть уникальный адрес, по которому ее находит та или иная программа.

Под ячейкой в большинстве случаев понимают один байт. Но, в зависимости от разрядности архитектуры, она может объединять в себе 2, 4 или 8 байт. Байт воспринимается электронными устройствами как единое целое, но на самом деле он состоит из еще меньших ячеек - битов. В 1 байте можно закодировать какой-нибудь символ, например, букву или цифру, в то время как 1 бита для этого недостаточно.

Контроллеры редко оперируют отдельными битами, хотя технически это возможно. Вместо этого идет обращение к целым байтам или даже группам байтов.

Что такое бит?

Часто под битом понимают единицу измерения информации. Такое определение нельзя назвать точным, потому что само понятие информации достаточно размыто. Если говорить более корректно, то бит - это буква компьютерного алфавита. Слово "бит" происходит от английского выражения "binary digit", что дословно означает "двоичная цифра".

Алфавит компьютеров прост и состоит всего из двух символов: 1 и 0 (наличие или отсутствие сигнала, истина или ложь). Этого набора вполне достаточно, чтобы логически описать все, что угодно. Третье состояние, под которым понимают молчание компьютера (прекращение передачи сигналов), является мифом.

Сама по себе буква не несет в себе никакой ценности с точки зрения информации: глядя на единицу или ноль, невозможно понять даже то, к какого рода данным это значение относится. И фото, и тексты, и программы в конечном счете состоят из единиц и нулей. Поэтому бит неудобен в качестве самостоятельной единицы. Следовательно, биты необходимо объединять для того, чтобы кодировать с их помощью полезную информацию.

Что такое байт?

Если бит - это буква, то байт представляет собой подобие слова. Один байт может содержать текстовый символ, целое число, часть большого числа, два небольших числа и т. д. Таким образом, в байте уже содержится осмысленная информация, хоть и в небольшом объеме.

Начинающим программистам и просто любознательным пользователям интересно, сколько в 1 байте битов. В современных компьютерах один байт всегда равняется восьми битам.

Если бит способен принимать только два значения, то сочетание восьми битов способно создавать 256 различных комбинаций. Число 256 образуется возведением двойки в восьмую степень (в соответствии с тем, сколько битов в байте).

Один бит - это 1 или 0. Два бита уже могут создавать комбинации: 00, 01, 10 и 11. Когда дело доходит до 8 бит, то вариантов сочетания нулей и единиц в диапазоне 00000000 ... 11111111 получается как раз 256. Если запомнить, сколько значений может принимать и сколько бит содержится в одном байте, то запомнить эту цифру будет очень легко.

Каждое сочетание символов может нести в себе различную информацию в зависимости от кодировки (ASCII, Юникод и др.). Именно поэтому пользователи сталкиваются с тем, что введенная на русском языке информация иногда выводится в виде замысловатых символов.

Особенности двоичной системы счисления

Двоичная система имеет все те же свойства, что и привычная нам десятичная: числа, состоящие из единиц и нулей, можно складывать, вычитать, умножать и т. д. Разница лишь в том, что система состоит не из 10-ти, а всего из 2-х цифр. Именно поэтому ее удобно использовать для шифрования информации.

В любой позиционной числа состоят из разрядов: единиц, десятков, сотен и т. д. В десятичной системе максимальное значение одного разряда равно 9, а в бинарной системе - 1. Так как один разряд может принимать лишь два значения, бинарные числа быстро увеличиваются в длину. Например, привычное нам число 9 будет записано как 1001. Это значит, что девятка будет записана четырьмя символами, при этом один двоичный символ будет соответствовать одному биту.

Почему информация шифруется в двоичной форме?

Десятичная система удобна для ввода и вывода информации, а двоичная - для организации процесса ее преобразования. Также очень популярны системы, которые содержат восемь и шестнадцать символов: они переводят машинные коды в удобную форму.

Двоичная система наиболее удобна с точки зрения логики. Единица условно означает "да": есть сигнал, утверждение истинно и т. д. Ноль ассоциируется со значением "нет": значение ложно, сигнала нет и т. д. Любой открытый вопрос можно преобразовать в один или несколько вопросов с вариантами ответов "да" или "нет". Третий вариант, например, "неизвестно", будет абсолютно бесполезным.

В ходе развития компьютерных технологий были разработаны и трехразрядные емкости для хранения информации, которые называются триты. Они могут принимать три значения: 0 - емкость пуста, 1 - емкость заполнена наполовину и 2 - полная емкость. Однако двоичная система оказалась более простой и логичной, поэтому получила значительно большую популярность.

Сколько бит в байте было раньше?

Раньше нельзя было сказать однозначно, сколько бит в байте. Первоначально под байтом понимали машинное слово, то есть то количество бит, которое компьютер может обработать за один рабочий цикл (такт). Когда ЭВМ еще не помещались в рабочих кабинетах, разные микропроцессоры работали с байтами различных размеров. Байт мог включать в себя 6 бит, а у первых моделей IBM его размер достигал 9 бит.

Сегодня 8-битные байты стали настолько привычными, что даже в определении байта часто говорится, что это единица информации, состоящая из 8 бит. Тем не менее, в ряде архитектур байт равняется 32 битам и выступает в качестве машинного слова. Такие архитектуры применяются в некоторых суперкомпьютерах и сигнальных процессорах, но не на привычных нам компьютерах, ноутбуках и мобильных телефонах.

Почему победил восьмибитный стандарт?

Байты приобрели восьмибитный размер благодаря платформе с популярнейшим в свое время 8-битным процессором Intel 8086. Распространенность этой модели способствовала тому, что в 1970-х гг. 8 бит в байте фактически стало стандартным значением.

Восьмибитный стандарт удобен тем, что позволяет хранить в 1 байте два символа десятичной системы. При 6-битной системе возможно хранение одной цифры, в то время как 2 бита оказываются лишними. В 9 бит можно записать 2 цифры, но все равно остается один лишний бит. Число 8 является третьей степенью двойки, что обеспечивает дополнительное удобство.

Области использования битов и байтов

Многие пользователи задаются вопросом: как не перепутать бит и байт? В первую очередь необходимо обратить внимание на то, как написано обозначение: сокращенно байт пишется в виде большой буквы "Б" (на английском - "B"). Соответственно, для обозначения бита служит маленькая буква "б" ("b").

Однако всегда есть вероятность, что регистр выбран неверно (например, некоторые программы автоматически переводят весь текст в нижний или верхний регистр). В таком случае следует знать, что принято измерять в битах, а что - в байтах.

Традиционно байтами измеряют объемы: размер жесткого диска, флешки и любого другого носителя будет указан в байтах и укрупненных единицах, например, гигабайтах.

Биты служат для Количество информации, которую пропускает канал, скорость Интернета и т. п. измеряются в битах и производных единицах, например, мегабитах. Скорость скачивания файлов также всегда выводится в битах.

При желании можно перевести биты в байты или наоборот. Для этого достаточно вспомнить, сколько бит в байте, и произвести простое математическое вычисление. Биты превращаются в байты путем деления на восьмерку, обратный перевод осуществляется при помощи умножения на то же самое число.

Что такое машинное слово?

Машинное слово - это информация, записанная в ячейку памяти. Оно представляет собой максимальную последовательность единиц информации, которая обрабатывается, как одно целое.

Соответствует которая на протяжении длительного времени была равна 16 бит. В большинстве современных компьютеров она составляет 64 бита, хотя встречаются и более короткие (32 бита), и более длинные машинные слова. При этом число бит, образующих машинное слово, всегда кратно восьми и может быть легко переведено в байты.

Для конкретного компьютера длина слова является неизменной и относится к ряду важнейших характеристик "железа".

Интересные факты для учителей и любознательных учеников

Бит (bit) – термин, обозначающий наименьшую единицу информации, с которой может оперировать вычислительная машина, “родился” в 1946 году. Он был впервые предложен неким Джоном Туки (John Tukey), а научному миру стал известен в 1948 году, после публикации в “Bell Systems Technical Journal” статьи, в которой автор (C.E.Shannon), ссылаясь на уже упомянутого господина Туки, и привел термин “бит”.

Бит, как известно, в состоянии принимать два значения – 0 и 1, то есть является двоичным, или бинарным числом, по-английски binary digit. Отсюда возникло и само его название – BInary digiT – bit.

Термин байт (byte), обозначающий последовательность битов, необходимых для компьютерного представления одного символа (как правило, 8 бит), гораздо моложе своего предшественника. Его “выдумал” в 1964 году (может, чуть раньше) доктор Вернер Бухгольц (Dr. Werner Buchholz), работавший в IBM. По крайней мере, первое упоминание байта встречается в одной из статей в “IBM Systems Journal” за 1964 год.

Что же касается происхождения самого термина, то тут существует несколько гипотез.

По одной из них, термин байт (byte) произошел от слов BInary digiT Eight (двоичное число восемь) путем замены в образовавшемся слове BITE буквы I на Y. Последнее было сделано для того, чтобы не путать в произношении и написании новый термин с уже существовавшим “битом”.

Сторонники другой гипотезы утверждают, что “байт” произошел от сокращения слов BinarY TErm (двоичный термин) без всякой возни с заменой одной буквы на другую.

Наконец, есть и третьи – те, кто, не мудрствуя лукаво, утверждают, что “байт” просто был переделан из “бита” для того, чтобы термины для обозначения однородных величин и в звучании были похожи друг на друга.

Одним словом, как бы там ни было, а “бит” и “байт” прижились, и теперь кажется, что без этих терминов вычислительная техника просто не смогла бы существовать.

Я начну рассказав сначала про десятичную систему, когда вы поймете про десятичную систему, наш разговор не будет прерван и непонятен.

OK, десятичная система является самой распространенной на данный момент, но она не единственная, много культур исползовали другие системы в прошлом, но в наше время почти все уже перешли на десятичную систему. Десятичная система использует цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, они соединяюются между собой, чтобы создать новое число.

Если у вас есть только одна ячейка, вы можете написать только цифру от 0 до 9. Но...

• Если у вас есть 2 ячейки, вы можете написать число от 0 до 99.
• Если у вас есть 3 ячейки, вы можете написать число от 0 до 999.

Ячейки справо налево имеют коэффициент, который поочередно является 10^0, 10^1, 10^2, ...

BIT является аббревиатурой Binary digIT (Единица информации). Один bit имеет значение 0 или 1, он называется наменьшей единицей в компьютере. 0, 1 это 2 базовых цифры 2-единичной системы.

Будем размышлять так словно десятичная система и она применяется к двуединичной системе, если у вас есть 1 ячейка, вы можете написать 2 цифры 0 и 1. Если у вас есть 2 ячейки, вы можете написать 4 числа 00 , 01 , 10 , и 11 (Примечание: Не ошибайтесь, эти числа все являются числами двуединичной системы).

С двуединичной системой, ячейки справа налево имеют коэффициент, они поочередно являются 2^0, 2^1, 2^2, ...

В изображении наже описывается как конвертировать число в двуединичной системе на десятичную систему.

Таким образом:

• Если у вас есть 2 ячейки в двуединичной системе, вы можете написать самое большое число это 11(2), оно эквивалентноо с числом 3 в десятичной системе.
• NЕсли у вас есть 3 ячейки в двуединичной системе, вы можете написать самое большое число это 111(2), оно эквивалентноо с числом 7 в десятичной системе.

Почему компьютер использует двуединичную систему, а не десятичную?

Компьютер работает используя миллионы электронных выключателей (electronic switches) (transistors - тразисторов), каждый transistor включен или выключен (похоже на выключатель лампочки, но намного меньше). Состояние переключения(включен или выключен) может представить бинарную информацию, например да или нет, верно или неверно, 1 или 0. Базовая единица информации в компьютере это двоичный символ (binary digit). Несмотря на то, что компьютер может представляет невероятное разнообразие информации, все представления в конце должны уменьшиться до статуса ON/OFF (включен/выключен) транзистора (transistor).

Поэтому ответом является то, что компьютер не имеет много статусов для хранения информации, таким образом он хранит информацию на основании двух состояний ON и OFF (Соответствует 1 и 0).

Жесткий диск вашего компьютера так же хранит информацию на основании принципа 0, 1. Жесткий диск включает рекордер и считыватель, имеет 1 или более дисков, эти диски покрыты никелевым слоем (magnetic layer of nikel), магнитные частицы (magnetic particle) могут иметь южно-северное или северо-южное направление, это 2 состояния магнитных частиц, и соответствует 0 и 1.

• Считыватель жесткого диска может распознать направление магнитных частиц, чтобы конвертировать в сигналы 0 или 1.
• Данные для хранения в жестком диске являются строкой сигналов 0 или 1. Рекордер на основании этих сигналов меняет соответственно направление магнитных частиц. Это и есть прицип хранения данных жесткого диска.

2- Byte

Почему 1 byte = 8 bit?

Теперь ваш вопрос это "Почему 1 byte = 8 bit, а не 10 bit?" .

В начале компьютерной эпохи люди использовли baudot как базовую единицу, она соответствует 5 bit , значит нельзя представить числа от 0 до 31.Если каждое число представяет символ, то 32 хватает для прописных символов A, B, ... Z, и несколько других символов, ее не хватает для всех строчных символов.

Сразу после этого, некоторые компьютеры использовали 6 bit для представления символов, и она может представлять максимум 64 символов. Достаточно для A, B, .. Z, a, b.. Z, 0, 1, 2, .. 9. Но не хватает для других символов как +,-,*, / и символов пробелов. Так 6 bit быстро стала ограниченной.

ASCII уже определил набор символов 7-bit (7-bit character set). Это "достаточно хорошо" для многих использований за долгое время, и уже сформировал базу для почти всех самых новых символов это (ISO 646 , ISO 8859 , Unicode , ISO 10646 , и т.д.)

Таблица ASCII:

8-bit , немного больше по сравнению чем 7-bit будет лучше, он не создает большую трату. 8-bit это набор чисел от 0 до 255 и он удовлетворяет многих компьютерных дизайнеров, появилось понятие byte , 1 byte = 8 bit .

Для 8-bit , дизайнеры могут определить другие символы, включая особенные символы компьютера. Появилась таблица кода ANSI, которая является унаследованной от таблицы кода ASCII :

Таблица ANSI:

На данный момент существует много таблиц кода символов (character sets), которые появились с целью кодирования символов на разных языках. Например китайский, японский требуют много символов, в данном случае используется 2 byte , или 4 byte для определения символа.