Bilgisayarda Bit Nedir?

Bir ışık anahtarı ya kapalıdır ya açık. Bit aynı fikrin sayı olarak yazılmış halidir: 0 ya da 1. Tek bir bit tek bir evet ya da hayır sorusunu cevaplayabilir; ama bitleri yan yana koyduğunda her ek bit oluşturabilecekleri desen sayısını ikiye katlar. Sekiz tanesi klavyedeki her harf için yeter, milyarlarcası bir filmi tutar.

Bit nasıl saklanır

Bit, donanımın güvenilir şekilde ayarlayıp geri okuyabildiği iki durumlu herhangi bir şeydir. Farklı cihazlar farklı fiziksel etkiler kullanır:

• İşlemci: yüksek ya da düşük gerilimdeki bir tel ya da transistör.
• RAM: her bellek hücresinde dolu ya da boş olan küçük bir kondansatör.
• Sabit disk: diskin bir yöne ya da diğerine mıknatıslanmış küçük bir bölgesi.
• Flash bellek (SSD'ler, USB bellekler): bir hücrede hapsedilmiş elektrik yükü. Modern flash bellek birkaç yük seviyesi kullanarak bir hücrede 3 ya da 4 bit saklar.

On yerine iki durum kullanılır, çünkü sinyal gürültülü olsa bile iki durumu birbirinden ayırmak kolaydır. Bir devre yalnızca bir gerilimin yüksek mi düşük mü olduğuna karar verir, on seviyeden hangisine en yakın olduğuna değil.

Bitler nasıl sayar

Bitler ikili sistemde, 2 tabanında sayar. Her basamak sağındakinin iki katı değerindedir: 1, 2, 4, 8, 16 ve devamı. 1101 bitleri 8 + 4 + 0 + 1, yani 13 anlamına gelir.

n bit ile 2ⁿ farklı desen vardır; bu yüzden eklenen her bit aralığı ikiye katlar:

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

Bu sayılar her yerde karşına çıkar. 8 bitte saklanan bir renk kanalının 256 tonu vardır; RGB değerlerinin 0'dan 255'e gitmesinin nedeni budur. Bir IPv4 adresi 32 bittir, bu yüzden yaklaşık 4,3 milyar tane vardır; IPv6 bu nedenle 128 bite geçti. İşaretli 32 bitlik bir tam sayı en fazla 2.147.483.647 olabilir ve Java'da buna 1 eklemek değeri -2.147.483.648'e sardırır.

Python sayılar ve bitleri arasında bin() ve int() ile dönüşüm yapar; sayı tabanı dönüştürücü aynı işi tarayıcıda yapar:

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

Tek tek bitlerle çalışmak

O örneğin ikinci yarısındaki operatörler bitsel (bitwise) operatörlerdir. Her bit konumunda ayrı ayrı çalışırlar: & (ve) bir biti yalnızca iki sayıda da varsa tutar, | (veya) herhangi birinde varsa tutar, ^ (xor) tam olarak birinde varsa tutar, << ve >> ise tüm bitleri sola ya da sağa kaydırır. C, Java, JavaScript ve Python aynı sembolleri kullanır.

Programlar bunları birkaç evet ya da hayır ayarını her ayar için bir bit olmak üzere tek bir sayıya sığdırmak için kullanır. Unix dosya izinleri böyle çalışır: okuma, yazma ve çalıştırma üç bittir; bu yüzden 7 (ikili 111) üçünü birden, 5 (ikili 101) okuma ve çalıştırmayı ifade eder. chmod 755 bunu ayarlar. Bu ayarların her biri bir boolean değerdir ve bir boolean'ın ihtiyacı olan tek şey bir bittir.

Metindeki bitler

Metin sayılar olarak, sayılar da bitler olarak saklanır. Her karakterin bir kodu vardır ve bu kod ikili sistemde yazılır:

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

H 72 01001000
i 105 01101001
! 33 00100001

Buradaki her karakter 8 bit, yani bir byte yer kaplar. ASCII karakter başına yalnızca 7 bite ihtiyaç duyar ama bilgisayarlar onu tam byte'lar halinde saklar. Metinden ikiliye dönüştürücü yazdığın herhangi bir metnin bitlerini gösterir.

Gündelik sayılardaki bitler

İki tanıdık sayı bit cinsinden sayılır. İnternet hızları saniyede bit ile ölçülür: 100 Mbps bir bağlantı her saniye 100 milyon bit taşır, bu da saniyede 12,5 megabayttır, çünkü dosya boyutları 8 bitlik byte'larla ölçülür. Mbps'deki küçük b bit, MB'deki büyük B ise byte demektir; byte sayfası iki birimi ayrıntılı karşılaştırır.

Diğeri işlemcilerdeki ve işletim sistemlerindeki "64 bit" etiketidir. İşlemcinin tek adımda üzerinde çalıştığı sayıların ve bellek adreslerinin boyutudur.

Bitler hataları da yakalar. Eşlik biti (parity bit), 1'lerin sayısı her zaman çift olsun diye bir gruba eklenen fazladan bir bittir. Yolda tek bir bit değişirse sayı tek olur ve alıcı verinin bozulduğunu anlar. Bir checksum aynı fikri dosyaların tamamına genişletir.

Kelime nereden geliyor

"Bit", binary digit (ikili basamak) ifadesinin kısaltmasıdır. Claude Shannon onu 1948 tarihli "A Mathematical Theory of Communication" makalesinde kullandı ve kelimeyi John Tukey'e atfetti. Shannon'ın bilgi teorisinde bir bit aynı zamanda bir ölçüdür: hilesiz bir yazı tura atışı gibi eşit olasılıklı iki sonucu olan bir sorunun cevabındaki bilgi miktarı.

Sırada ne var

Bitler neredeyse her zaman sekizer sekizer işlenir; bu yüzden sırada, bit ve byte karşılaştırması da dahil olmak üzere byte nedir sayfasını oku. Boolean nedir sayfası tek bir bitlik anlamın, doğru ya da yanlışın, bir programdaki kararları nasıl yönettiğini; checksum nedir sayfası ise bitlerin bozuk veriyi nasıl tespit ettiğini gösterir.