Auch genannt: Binärziffer; englisch: binary digit
Ein Bit ist die kleinste hier betrachtete Einheit digitaler Information: eine Binärziffer mit einem von zwei Werten, 0 oder 1. Diese zwei Zustände reichen aus, um Informationen als Folgen darzustellen und zu verarbeiten. Ein Bit ist dabei keine Aussage über einen einzelnen Buchstaben, ein Foto oder eine Datei; solche Inhalte werden durch viele Bits repräsentiert. Die technische Kurzdefinition und die Werte 0 und 1 führt das NIST-Glossar.
Ein Lichtschalter veranschaulicht die Grundidee: Er kann aus oder an sein. Ein Bit hat ebenfalls zwei mögliche Zustände. In einer digitalen Darstellung werden diese Zustände gewöhnlich als 0 und 1 geschrieben. Ob ein technisches System sie elektrisch, magnetisch oder auf andere Weise umsetzt, ist für die abstrakte Bedeutung des Bits zunächst zweitrangig. Entscheidend ist, dass ein Empfänger zwischen zwei vereinbarten Zuständen unterscheiden kann.
Ein einzelnes Bit kann deshalb nur zwischen zwei Möglichkeiten unterscheiden. Erst eine Folge von Bits kann mehr Varianten abbilden. Die Folge 01000001 ist beispielsweise eine Bitfolge; welche Bedeutung sie hat, ergibt sich nicht allein aus den Zeichen 0 und 1, sondern aus einer vereinbarten Kodierung und dem Kontext. In einem anderen Kontext kann dieselbe Folge eine Zahl, einen Teil einer Anweisung oder einen Abschnitt anderer Daten darstellen.
Der Begriff hilft dabei, digitale Inhalte nicht mit ihrer sichtbaren Form zu verwechseln. Ein Text auf dem Bildschirm, ein Foto oder Musik bestehen für Menschen aus Zeichen, Farben oder Tönen. Im Computer werden Programme und Daten dagegen als Folgen von 0 und 1 gespeichert und verarbeitet. OpenStax beschreibt diese Grundform der Darstellung und ordnet sie in den Aufbau eines Computersystems ein.
Die zwei Werte eines Bits werden als binär bezeichnet. Das Dezimalsystem arbeitet mit zehn Ziffern von 0 bis 9; das Binärsystem benötigt nur 0 und 1. Die Stelle innerhalb einer Bitfolge ist dabei wichtig. Wie bei einer Dezimalzahl verändert sich der Wert einer Ziffer mit ihrer Position, nur dass sich die Stellenwerte im Binärsystem auf Zweierpotenzen beziehen.
Nehmen wir die Bitfolge 101. Von rechts nach links stehen die Stellen für eins, zwei und vier. Die Einsen markieren hier eins und vier; zusammen ergibt das fünf im Dezimalsystem. Für die praktische Nutzung muss man solche Umrechnungen selten von Hand ausführen. Sie zeigen jedoch, warum dieselben zwei Symbole in längeren Folgen sehr viele Kombinationen ermöglichen.
Computer verarbeiten diese Folgen nicht als lose Kette von Ziffern. Hardware und Software legen fest, wie Daten gegliedert, kodiert und interpretiert werden. Eine Bitfolge kann etwa zu einem Zeichen, einem Zahlenwert, einer Farbinformation oder einer Maschineninstruktion gehören. Ohne diese Regeln ist die Folge allein nicht ausreichend, um ihre Bedeutung zu bestimmen. Das ist auch der Grund, warum das bloße Anzeigen von 0 und 1 nicht erklärt, was eine Datei inhaltlich enthält.
Die Trennung zwischen Bitfolge und Interpretation ist praktisch wichtig. Derselbe gespeicherte Wert kann je nach Datenformat als Teil eines Bildes, einer Tonaufnahme oder eines Programms gelesen werden. Ein fehlerhaft gewähltes Format oder eine falsche Dekodierung ändert nicht die vorhandenen Bits, kann aber dazu führen, dass ein Programm daraus etwas Falsches oder Unlesbares macht.
Stellen wir uns vor, ein Programm soll zwischen zwei Zuständen unterscheiden: „Zugang erlaubt“ und „Zugang nicht erlaubt“. Dafür kann es einen Wert speichern, etwa 1 für erlaubt und 0 für nicht erlaubt. Das Bit ist in diesem Beispiel nicht die gesamte Zugriffsentscheidung. In einem echten System kommen weitere Informationen hinzu, etwa Identität, Berechtigungen und Prüfregeln. Es veranschaulicht aber, wie eine Ja-nein-Information als zwei technische Zustände abgebildet werden kann.
Ein anderes Beispiel ist ein gespeicherter Buchstabe. Eine Anwendung nutzt eine Zeichenkodierung, die einer Bitfolge eine Bedeutung zuordnet. Damit aus einer Folge ein lesbarer Buchstabe wird, müssen das speichernde und das lesende System dieselbe Kodierung verwenden. Das Bit liefert die elementaren Werte; die nutzbare Information entsteht durch die Vereinbarung darüber, wie Gruppen dieser Werte gelesen werden.
Bits bilden die Grundlage für digitale Speicherung, Übertragung und Verarbeitung. Dateien werden als Bitfolgen auf Speichermedien abgelegt. Bei einer Netzwerkübertragung werden Daten in technisch geregelten Einheiten transportiert. Prozessoren führen Anweisungen aus, deren maschinennahe Darstellung ebenfalls auf binären Zuständen beruht. Auf der Ebene von Anwendungen bleibt diese Grundlage meist unsichtbar, sie ist aber der gemeinsame Unterbau für Textverarbeitung, Bilder, Audio, Software und Datenbanken.
Auch Angaben zu Kapazität und Übertragung beziehen sich häufig auf Bits oder daraus gebildete Einheiten. Eine Datenrate kann beispielsweise in Bit pro Sekunde angegeben werden. Das sagt, wie viele einzelne Binärstellen in einem Zeitabschnitt übertragen werden können; es sagt noch nicht unmittelbar, wie schnell sich eine bestimmte Webseite oder Datei unter allen Bedingungen anfühlt. Protokolle, Verzögerungen, Komprimierung und die Art der Daten spielen dabei ebenfalls eine Rolle.
Ein Bit ist nicht dasselbe wie ein Byte. Nach der bei OpenStax verwendeten Grunddefinition besteht ein Byte aus acht Bits. Deshalb ist eine Speicherangabe in Byte nicht mit einer Angabe in Bit gleichzusetzen. Besonders bei Datenraten kann die Verwechslung zu einem Faktor acht führen. Üblicherweise steht ein kleines b für Bit und ein großes B für Byte; die konkrete Schreibweise sollte dennoch immer im Kontext gelesen werden.
Ebenso ist „binär“ nicht gleichbedeutend mit „einfach“. Die elementaren Zustände sind zwar zweiwertig, aber reale Datenformate, Programme und Übertragungsverfahren verwenden umfangreiche Regeln, Gruppen und Strukturen. Ein Bit beschreibt also eine Basiseinheit, nicht die vollständige Bedeutung oder Qualität einer Information.
Schließlich sind Bits und Quantenbits nicht dasselbe. OpenStax grenzt herkömmliche Rechner, die mit 0 und 1 arbeiten, von Quantencomputern ab und bezeichnet deren Recheneinheiten als Qubits. Ein Qubit sollte daher nicht als bloßes besonders schnelles oder besonders kleines Bit verstanden werden.
Ein Byte ist eine Gruppe aus acht Bits und damit eine andere Einheit. Auch eine Binärzahl ist nicht automatisch ein Bit: Sie kann aus mehreren Bits bestehen und einen Zahlenwert darstellen. Ein Zeichen oder eine Datei wiederum ist kein einzelnes Bit, sondern wird mithilfe von Bitfolgen und Kodierungsregeln repräsentiert.