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Bit

Der Begriff Bit (Kofferwort aus englisch binary digit) wird in der Informatik, der Informationstechnik, der Nachrichtentechnik sowie verwandten Fachgebieten in folgenden Bedeutungen verwendet:

Wortherkunft

Das Wort Bit ist eine Wortkreuzung aus binary digit – englisch für „binäre Ziffer“ oder auch Binärziffer. Er 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.

Schreibweise

Die Maßeinheit heißt „Bit“ und hat – der International Electrotechnical Commission" (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.

Darstellung von Bits

Anzahl
der Bits der Zustände
0 1
1 2
2 4
3 8
4 16
8 256
10 1024
12 4096
14 16.384
16 65.536
32 4.294.967.296

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 verwendet, die innerhalb einer Bauart (Logikfamilie) in definierten Bereichen liegen. Liegt die Spannung im hohen Bereich, so liegt der Zustand H vor, im unteren Bereich L (von engl. high, low).

Symbolisch, unabhängig von der physischen Repräsentation, werden die zwei Zustände eines Bits notiert als

Die Zuordnung H1, L0 heißt positive Logik, die umgekehrte Zuordnung negative Logik.

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 Funkstandards mehrere bit pro Symbol übertragen, siehe z.B. Quadraturamplitudenmodulation.

Umgekehrt können mit 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.

Bitfehler

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. Machen Bitfehler aus gültigen Nachrichten systematisch ungültige Nachrichten, so lassen sich Fehler erkennen oder sogar korrigieren.

Qubits in der Quanteninformationstheorie

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.

Trivia

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:

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung:  Jena, den: 08.10. 2020