少し

ビットは、コンピューティングとデジタル通信における最も基本的な情報単位です。この名称は、 2進数（binary digit）を組み合わせた造語です。[ 1 ]ビットは、 2つの値のいずれかを持つ論理状態を表します。これらの値は、一般的に1と0で表されますが、真/偽、はい/いいえ、オン/オフ、+ / -などの他の表現も広く使用されています。

これらの値と、基盤となるストレージまたはデバイスの物理状態との関係は慣例であり、同じデバイスまたはプログラム内であっても異なる割り当てが使用される場合があります。物理的には2状態デバイスで実装される場合があります。

連続した2進数のグループは、一般的にビット列、ビットベクトル、または1次元（または多次元）ビット配列と呼ばれます。8ビットのグループは1 バイトと呼ばれますが、歴史的にはバイトのサイズは厳密に定義されていません。[ 2 ]多くの場合、ハーフワード、フルワード、ダブルワード、クワドラプルワードは、2のべき乗のバイト数で構成されます。4ビットの文字列は通常、ニブルと呼ばれます。

情報理論において、1ビットとは、等確率で0か1をとるランダムな2値変数の情報エントロピー[ 3 ]、またはそのような変数の値が判明したときに得られる情報である。[ 4 ] [ 5 ]情報単位としてのビットは、クロード・E・シャノンにちなんでシャノン[6]とも呼ばれる。2進アルファベット（すなわち）上の記号として符号化されたデジタル文字列の長さの尺度として、ビットはビニット[ 7 ]と呼ばれてきたが、この用法は現在では稀である。[ 8 ]Σ＝{0、1}{\displaystyle \Sigma =\{{\texttt {0}},{\texttt {1}}\}}

データ圧縮における目的は、文字列のより短い表現を見つけて、格納または転送時に必要なビット数を減らすことです。文字列は、その前に短い表現に圧縮され、ストレージから読み取られたり受信されたりするときに元の形式に解凍されます。アルゴリズム情報理論の分野では、受信側が文字列の圧縮に使用された手法について最小限の事前知識しか持っていないという仮定の下、文字列の削減不可能な情報量 (つまり、ビット単位での可能な限り短い表現長) を研究します。エラー検出および訂正における目的は、文字列に冗長データを追加して、格納または転送中にエラーを検出または訂正できるようにすることです。冗長データは追加前に計算されて格納または転送され、データの読み取りまたは受信時にチェックまたは訂正されます。

2進数の記号は、IEC 80000-13 :2008規格では「ビット」、 IEEE 1541-2002規格では小文字の「b」のいずれかです。後者を使用すると、バイトを表す国際標準記号である大文字の「B」と混同される可能性があります。

歴史

ラルフ・ハートリーは1928年に対数的な情報量の使用を提案した。[ 9 ]クロード・E・シャノンは1948年の画期的な論文「通信の数学的理論」で初めて「ビット」という言葉を使用した。 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]彼はその語源を、1947年1月9日のベル研究所のメモで「2進情報桁」を単に「ビット」と短縮したジョン・W・テューキーにあるとした。[ 10 ]

物理的な表現

ビットは、2つの異なる状態のいずれかで存在するデジタルデバイスまたはその他の物理システムによって保存されます。これらの状態には、フリップフロップの2つの安定状態、電気スイッチの2つの位置、回路によって許容される2つの異なる電圧または電流レベル、2つの異なる光強度レベル、磁化または分極の2つの方向、可逆的な二本鎖DNAの方向などがあります。

おそらくバイナリ記憶装置の最も古い例は、バジル・ブションとジャン＝バティスト・ファルコン（1732年）によって発明され、ジョセフ・マリー・ジャカール（1804年）によって開発され、後にセミョン・コルサコフ、チャールズ・バベッジ、ヘルマン・ホレリス、そしてIBMなどの初期のコンピュータメーカーに採用されたパンチカードである。そのアイデアの派生として、穴あき紙テープがある。これらすべてのシステムでは、媒体（カードまたはテープ）は概念的に穴の位置の配列を保持しており、各位置は穴が開いているか開いていないかであり、したがって1ビットの情報を伝送していた。ビットによるテキストの符号化は、モールス信号（1844年）やテレタイプ（1870年）などの初期のデジタル通信機器でも使用されていた。

離散論理を用いた最初の電気機器（エレベーターや信号機の制御回路、電話交換機、コンラート・ツーゼのコンピュータなど）は、ビットを電気リレーの「開」または「閉」の状態として表現していました。これらのリレーは機械式スイッチとして機能し、物理的に状態を切り替えてバイナリデータを表現するため、初期のコンピュータおよび制御システムの基本的な構成要素となりました。1940年代以降、リレーが真空管に置き換えられると、コンピュータ開発者は、水銀遅延線を伝わる圧力パルス、ブラウン管の内面に蓄積される電荷​​、フォトリソグラフィー技術によってガラスディスクに印刷された不透明な点など、さまざまなストレージ方式を試しました。

1950年代から1960年代にかけて、これらの方式は磁気コアメモリ、磁気テープ、ドラム、ディスクなどの磁気記憶装置に大きく取って代わられました。これらの装置では、ビットは強磁性膜の特定領域の磁化の極性、あるいはある方向から別の方向への極性の変化によって表されていました。同じ原理は後に1980年代に開発された磁気バブルメモリにも利用され、現在でも地下鉄の切符や一部のクレジットカードなど、様々な磁気テープ製品に使用されています。

ダイナミックランダムアクセスメモリやソリッドステートドライブなどの現代の半導体メモリでは、ビットの2つの値は、コンデンサまたはフローティングゲートMOSFETに蓄積された2つの電荷レベルによって表されます。特定の種類のプログラマブルロジックアレイやリードオンリーメモリでは、ビットは回路の特定のポイントにおける導電パスの有無によって表される場合があります。光ディスクでは、ビットは反射面上の微細なピットの有無としてエンコードされます。1次元バーコードと2次元QRコードでは、ビットは黒または白の線または四角形としてエンコードされます。

現代のデジタルコンピューティングでは、ビットはブール論理ゲートで変換されます。

伝送と処理

シリアル伝送では、ビットは1つずつ送信されます。一方、パラレル伝送では、複数のビットが同時に送信されます。シリアルコンピュータは、ビットシリアル方式またはバイトシリアル方式のいずれかで情報を処理します。データ通信の観点から見ると、バイトシリアル伝送はバイナリ信号を用いた8方向パラレル伝送です。

Cなどのプログラミング言語では、ビット演算はバイナリ文字列をバイナリ数値として解釈するのではなく、ビットのベクトルであるかのように操作します。

データ転送速度は通常、SI単位の10進数の倍数で測定されます。例えば、チャネル容量は8 kbit/s = 1 kB/sと指定される場合があります。

ストレージ

ファイルサイズは、多くの場合、IECのバイト単位（2進数）で測定されます。例えば、1 KiB = 1024 バイト = 8192 ビットです。歴史的な理由により、ファイルサイズがIEC標準のKi、Mi、Giではなく、曖昧なK、M、Gという接頭辞を用いた2進数の乗数で指定される場合、混乱が生じる可能性があります。[ 13 ]

大容量ストレージデバイスは通常、1 TB =バイトなど、10 進 SI 倍数で測定されます。 1012{\displaystyle 10^{12}}

紛らわしいことに、 DRAMチップなどの直接アドレス指定可能なメモリデバイス、あるいはメモリモジュール上のそのようなチップの集合体の記憶容量は、IEC推奨のGi接頭辞ではなく、曖昧な接頭辞Gを用いて2進数の倍数で指定されます。例えば、「1GB」の容量を持つと指定（および宣伝）されているDRAMチップは、バイト単位の容量を持っています。2022年時点でも、「8GB」の容量を持つメモリシステムに対する一般的な理解と、SI法における正しい「8GB」の意味との間の差異は、ソフトウェア設計者にとって依然として問題となっていました。[ 14 ]230{\displaystyle 2^{30}}

単位と記号

ビットは国際単位系（SI）では定義されていません。しかし、国際電気標準会議（IEC）は規格IEC 60027を発行しており、2進数の記号は「ビット」とし、キロビットを表す「kbit」のように、すべての倍数でこの記号を使用する必要があると規定しています。[ 15 ]一方、小文字の「b」も広く使用されており、IEEE 1541規格（2002年）でも推奨されています。一方、バイトを表す標準的かつ慣習的な記号は大文字の「B」です。

複数ビット

複数ビットユニット
小数点
価値 SI（メートル法）
1000 キロビットキロビット
1000 2メガビットメガビット
1000 3ギガビットギガビット
1000 4ティービットテラビット
1000 5ピビットペタビット
1000 6Eビットエクサビット
1000 7ズビットゼタビット
1000 8イビットヨタビット
1000 9Rビットロナビット
1000 10Qビットクエタビット
バイナリ
価値 IECJEDEC
1024 キビットキビビット キロビットキロバイトキロビット
1024 2ミビットメビビット メガビットメガバイトメガビット
1024 3ギビットギビビット ギガビットギガバイトギガビット
1024 4ティビットテビビット —
1024 5ピビットペビビット —
1024 6エイビット展示品 —
1024 7ジビットゼビビット —
1024 8イビットヨビビット —
1024 9リビットロビビット —
1024 10キビットケビビット —
膨大なデータ

複数ビットは、いくつかの方法で表現および表現できます。情報技術で一般的に繰り返し発生するビットのグループを表現する便宜上、伝統的にいくつかの情報単位が使用されてきました。最も一般的なのは、1956年6月にWerner Buchholzによって造られた単位バイトです。これは歴史的に、コンピュータでテキストの1文字をエンコードするために使用されるビットのグループを表すために使用されてきました[ 2 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 。このため、多くのコンピュータアーキテクチャで基本的なアドレス指定可能な要素として使用されました。1993年までに、ハードウェア設計の傾向は8ビットバイトに収束しました[ 20 ]。 ただし、基礎となるハードウェア設計に依存する曖昧さのため、単位オクテットが8ビットのシーケンスを明示的に示すように定義されました。

コンピュータは通常、固定サイズのビット群を単位として操作します。この単位は慣習的に「ワード」と呼ばれます。バイトと同様に、ワードのビット数もハードウェアの設計によって異なり、通常は8～80ビットですが、一部の特殊なコンピュータではそれ以上のビット数になることもあります。21世紀初頭には、市販のパーソナルコンピュータやサーバーコンピュータのワードサイズは32ビットまたは64ビットです。

国際単位系（IOS）は、標準化された単位の倍数を表す一連の十進接頭辞を定義しており、これらはビットやバイトにも一般的に用いられます。キロ（10 3）からクエッタ（10 30）までの接頭辞は1000の倍数で増加し、対応する単位はキロビット（kbit）からクエッタビット（Qbit）です。

参照

参考文献

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  18. ^Blaauw, Gerrit Anne ; Brooks, Jr., Frederick Phillips ; Buchholz, Werner (1962)、「第4章: 自然データ単位」(PDF)、Buchholz, Werner (編)『Planning a Computer System – Project Stretch』、McGraw-Hill Book Company, Inc. / The Maple Press Company, York, PA.、pp.  39– 40、LCCN  61-10466 、2017年4月3日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ、 2017年4月3日取得
  19. ^ Bemer, Robert William (1959). 「256文字の一般化カードコードの提案」 Communications of the ACM . 2 (9): 19– 23. doi : 10.1145/368424.368435 . S2CID 36115735 . 
  20. ^ 「ISO/IEC 2382-1:1993(en) 情報技術 — 語彙 — パート1：基本用語」 . p. 01.02.09 . 2025年1月8日閲覧。
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  • ビット計算機– ビット、バイト、キロビット、キロバイト、メガビット、メガバイト、ギガビット、ギガバイト間の変換を提供するツール
  • BitXByteConverter 2016年4月6日アーカイブ- ファイルサイズ、ストレージ容量、デジタル情報を様々な単位で計算するツール
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