¿Qué es un bit?

Un interruptor de la luz está apagado o encendido. Un bit es la misma idea escrita como número: 0 o 1. Un bit puede responder a una sola pregunta de sí o no, pero si pones bits uno al lado de otro, cada bit adicional duplica el número de combinaciones que pueden formar. Con ocho basta para cualquier letra del teclado, y miles de millones de ellos guardan una película.

Cómo se guarda un bit

Un bit es cualquier cosa con dos estados que el hardware pueda fijar y volver a leer de forma fiable. Cada dispositivo usa un efecto físico distinto:

• Procesador: un cable o un transistor a un voltaje alto o bajo.
• RAM: un condensador diminuto en cada celda de memoria, cargado o vacío.
• Disco duro: una pequeña zona del disco magnetizada en un sentido o en el otro.
• Memoria flash (SSD, memorias USB): carga eléctrica atrapada en una celda. La memoria flash moderna guarda 3 o 4 bits en una celda usando varios niveles de carga.

Se usan dos estados en lugar de diez porque dos son fáciles de distinguir incluso cuando la señal tiene ruido. Un circuito solo tiene que decidir si un voltaje es alto o bajo, no a cuál de diez niveles se parece más.

Cómo cuentan los bits

Los bits cuentan en binario, base 2. Cada posición vale el doble que la de su derecha: 1, 2, 4, 8, 16, etc. Los bits 1101 significan 8 + 4 + 0 + 1, que es 13.

Con n bits hay 2ⁿ combinaciones distintas, así que cada bit que añades duplica el rango:

for n in [1, 2, 4, 8, 16, 32, 64]:
    print(f"{n:>2} bits -> {2 ** n:,} values")

 1 bits -> 2 values
 2 bits -> 4 values
 4 bits -> 16 values
 8 bits -> 256 values
16 bits -> 65,536 values
32 bits -> 4,294,967,296 values
64 bits -> 18,446,744,073,709,551,616 values

Esos números aparecen por todas partes. Un canal de color guardado en 8 bits tiene 256 tonos, y por eso los valores RGB van de 0 a 255. Una dirección IPv4 tiene 32 bits, así que hay unos 4300 millones, y por eso IPv6 pasó a 128 bits. Un entero con signo de 32 bits llega como máximo a 2.147.483.647, y sumarle 1 en Java hace que dé la vuelta a -2.147.483.648.

Python convierte entre números y sus bits con bin() e int(), y el conversor de bases numéricas hace lo mismo en el navegador:

number = 13
print(bin(number))            # 13 written in bits
print(int("1101", 2))         # bits back to a number
print(number.bit_length(), "bits needed")

flags = 0b0110
print(bin(flags & 0b0100))    # is bit 2 on? (nonzero means yes)
print(bin(flags | 0b0001))    # turn bit 0 on
print(bin(flags ^ 0b1111))    # flip all four bits
print(bin(flags << 1))        # shift left: doubles the value

0b1101
13
4 bits needed
0b100
0b111
0b1001
0b1100

Trabajar con bits individuales

Los operadores de la segunda mitad de ese ejemplo son operadores bit a bit. Trabajan en cada posición de bit por separado: & (and) conserva un bit solo donde lo tienen los dos números, | (or) lo conserva donde lo tiene cualquiera de ellos, ^ (xor) lo conserva donde lo tiene exactamente uno, y << y >> desplazan todos los bits a la izquierda o a la derecha. C, Java, JavaScript y Python usan los mismos símbolos.

Los programas los usan para meter varios ajustes de sí o no en un solo número, un bit por ajuste. Los permisos de archivos de Unix funcionan así: lectura, escritura y ejecución son tres bits, así que 7 (binario 111) significa los tres y 5 (binario 101) significa lectura y ejecución. Eso es lo que fija chmod 755. Cada uno de esos ajustes es un booleano, y un bit es todo lo que necesita un booleano.

Bits en el texto

El texto se guarda como números, y los números como bits. Cada carácter tiene un código, y el código se escribe en binario:

for letter in "Hi!":
    code = ord(letter)
    print(letter, code, format(code, "08b"))

H 72 01001000
i 105 01101001
! 33 00100001

Aquí cada carácter ocupa 8 bits, un byte. ASCII solo necesita 7 bits por carácter, pero los ordenadores lo guardan en bytes completos. El conversor de texto a binario muestra los bits de cualquier texto que escribas.

Bits en los números de cada día

Hay dos números familiares que se cuentan en bits. La velocidad de internet se mide en bits por segundo: una conexión de 100 Mbps mueve 100 millones de bits cada segundo, que son 12,5 megabytes por segundo, porque el tamaño de los archivos se mide en bytes de 8 bits. La b minúscula de Mbps significa bits y la B mayúscula de MB significa bytes; la página del byte compara las dos unidades en detalle.

El otro es la etiqueta "64 bits" de los procesadores y sistemas operativos. Es el tamaño de los números y las direcciones de memoria con los que el procesador trabaja en un solo paso.

Los bits también detectan errores. Un bit de paridad es un bit adicional que se añade a un grupo para que el número de unos sea siempre par. Si un solo bit cambia por el camino, la cuenta pasa a ser impar y el receptor sabe que los datos están dañados. Un checksum extiende la misma idea a archivos completos.

De dónde viene la palabra

"Bit" es la abreviatura de binary digit, dígito binario. Claude Shannon la usó en su artículo de 1948 "A Mathematical Theory of Communication" y atribuyó la palabra a John Tukey. En la teoría de la información de Shannon, un bit es también una medida: la cantidad de información que hay en la respuesta a una pregunta con dos resultados igual de probables, como lanzar una moneda sin trucar.

Qué leer después

Los bits casi siempre se manejan de ocho en ocho, así que lee a continuación qué es un byte, con la comparación entre bit y byte. Qué es un booleano muestra cómo un solo bit de significado, verdadero o falso, dirige las decisiones de un programa, y qué es un checksum muestra cómo los bits detectan datos corruptos.