2.4. Единицы измерения информации

В современные компьютеры мы можем вводить текстовую информацию, числовые значения, а также графическую и звуковую информацию. Количество информации, хранящейся в ЭВМ, измеряется ее “длиной” (или “объемом”), которая выражается в битах. Бит — минимальная единица измерения информации (от английского BInary digiT -- двоичная цифра). Каждый бит может принимать значение 0 или 1. Битом также называют разряд ячейки памяти ЭВМ. Для измерения объема хранимой информации используются следующие единицы:

1 байт = 8 бит;

1 Кбайт = 1024 байт (Кбайт читается как килобайт);

1 Мбайт = 1024 Кбайт (Мбайт читается как мегабайт);

1 Гбайт = 1024 Мбайт (Гбайт читается как гигабайт).

Бит (от англ. binary digit; также игра слов: англ. bit — немного)

По Шеннону бит — это двоичный логарифм вероятности равновероятных событий или сумма произведений вероятности на двоичный логарифм вероятности при равновероятных событиях.

Один разряд двоичного кода (двоичная цифра). Может принимать только два взаимоисключающих значения: да/нет, 1/0, включено/выключено, и т.п.

Базовая единица измерения количества информации, равная количеству информации, содержащемуся в опыте, имеющем два равновероятных исхода. Это тождественно количеству информации в ответе на вопрос, допускающий ответы «да» либо «нет» и никакого другого (то есть такое количество информации, которое позволяет однозначно ответить на поставленный вопрос). В одном двоичном разряде содержится один бит информации.

В вычислительной технике и сетях передачи данных обычно значения 0 и 1 передаются различными уровнями напряжения либо тока. Например, в микросхемах на основе TTL 0 представляется напряжением в диапазоне от +0 до + 3 В, а 1 в диапазоне от 4,5 до 5,0 В.

Скорость передачи данных в сети обычно измеряется битами в секунду. Примечательно, что с ростом скорости передачи данных, бит приобрёл также ещё одно метрическое выражение: длину. Так, в современной гигабитной сети (1 Гигабит/сек) на один бит приходится примерно 30 метров провода. Из-за этого сложность сетевых адаптеров существенно возросла. Раньше, например, в одно-мегабитных сетях длина бита в 30 км была почти всегда заведомо больше длины кабеля между двумя устройствами.

В вычислительной технике, особенно в документации и стандартах, слово «бит» часто применяется в значении двоичный разряд. Например: первый бит — первый двоичный разряд байта или слова, о котором идёт речь.

В настоящее время бит — это наименьшая возможная единица измерения информации в вычислительной технике, но интенсивные исследования в области квантовых компьютеров предполагают наличие q-битов.

Байт (англ. byte) — единица измерения количества информации, равная обычно восьми битам, может принимать 256 (2⁸) различных значений.

Вообще, байт — это последовательность битов, число которых фиксировано, минимальный адресуемый объём памяти в компьютере. В современных компьютерах общего назначения байт равен 8 битам. Для того, чтобы подчеркнуть, что имеется в виду восьмибитный байт, в описании сетевых протоколов используется термин «октет» (англ. octet).

Иногда байтом называют последовательность битов, которые составляют подполе слова. На некоторых компьютерах возможна адресация байтов разной длины. Это предусмотрено инструкциями извлечения полей ассемблеров LDB и DPB на PDP-10 и в языке Common Lisp.

В IBM-1401 байт был равен 6 битам так же, как и в Минск-32, а в БЭСМ — 7 битам, в некоторых моделях ЭВМ производства Burroughs Computer Corporation (ныне — Unisys) — 9 битам. Во многих современных цифровых сигнальных процессорах используется байт длиной 16 бит и больше.

Название было впервые использовано в 1956 году В. Бухгольцем при проектировании первого суперкомпьютера IBM 7030 для пучка одновременно передаваемых в устройствах ввода-вывода битов (шести штук), позже в рамках того же проекта расширили байт до восьми (2³) бит.

Кратные приставки для образования производных единиц для байта применяются не как обычно: во-первых, уменьшительные приставки не используются совсем, а единицы измерения информации меньшие чем байт называются специальными словами (ниббл и бит); во-вторых, увеличительные приставки означают за каждую тысячу 1024=2¹⁰ (килобайт равен 1024 байтам, мегабайт равен 1024 килобайтам или 1 048 576 байтам, и т. д. с гигабайтами, терабайтами и петабайтами (больше пока не употребляются)). Разница возрастает с ростом веса приставки. Более правильно использовать двоичные приставки, но на практике они пока не применяются, возможно, из-за неблагозвучности — кибибайт, мебибайт и т. п.

Иногда десятичные приставки используются и в прямом смысле, например при указании ёмкости жёстких дисков: у них гигабайт может обозначать миллион кибибайт, т. е. 1 024 000 000 байт, а то и просто миллиард байт, а не 1 073 741 824 байт, как, например, в модулях памяти.

Килобайт (кбайт, кБ) м., скл. — единица измерения количества информации, равная (2¹⁰) стандартным (8-битным) байтам или 1024 байтам. Применяется для указания объёма памяти в различных электронных устройствах.

Название «килобайт» общепринято, но формально неверно, так как приставка кило -, означает умножение на 1 000, а не 1 024. Правильной для 2¹⁰ является двоичная приставка киби-.

Таблица 1.2 - Кратные приставки для образования производных единиц

Измерения в байтах
Десятичная приставка			Двоичная приставка
Название	Символ	Степень	Название	Символ	Степень
килобайт	kB	103	кибибайт	KiB	210
мегабайт	MB	106	мебибайт	MiB	220
гигабайт	GB	109	гибибайт	GiB	230
терабайт	TB	1012	тебибайт	TiB	240
петабайт	PB	1015	пебибайт	PiB	250
экзабайт	EB	1018	эксбибайт	EiB	260
зеттабайт	ZB	1021	зебибайт	ZiB	270
йоттабайт	YB	1024	йобибайт	YiB	280

Мегабайт (Мбайт, М) м., скл. — единица измерения количества информации, равная 1048576 (2²⁰) стандартным (8-битным) байтам или 1024 килобайтам. Применяется для указания объёма памяти в различных электронных устройствах.

Название «Мегабайт» общепринято, но формально неверно, так как приставка мега-, означает умножение на 1 000 000, а не 1 048 576. Правильной для 2²⁰ является двоичная приставка меби-. Сложившимся положением пользуются крупные корпорации, производящие жёсткие диски, которые при маркировке своих изделий под мегабайтом понимают 1 000 000 байт, а под гигабайтом — 1 000 000 000 байт.

Самую оригинальную трактовку термина мегабайт используют производители компьютерных дискет, которые понимают под ним 1 024 000 байта. Таким образом, дискета, на которой указан объём 1,44 Мбайт на самом деле вмещает лишь 1440 Кбайт, то есть 1,41 Мбайт в обычном понимании.

В связи с этим получилось, что мегабайт бывает коротким, средним и длинным:

короткий - 1 000 000 байт

средний - 1 024 000 байт

длинный - 1 048 576 байт

Гигабайт — кратная единица измерения количества информации, равная 1 073 741 824 (2³⁰) стандартным (8-битным) байтам или 1 024 мегабайтам.

Приставка СИ гига- используется ошибочно, так как она обозначает умножение на 10⁹. Для 2³⁰ же следует употреблять двоичную приставку гиби-. Сложившимся положением пользуются крупные корпорации, производящие жёсткие диски, которые при маркировке своих изделий под мегабайтом понимают 1 000 000 байт, а под гигабайтом — 1 000 000 000 байт

Машинное слово — машинно-зависимая и платформозависимая величина, измеряемая в битах или байтах, равная разрядности регистров процессора и/или разрядности шины данных (обычно некоторая степень двойки). Размер слова совпадает, также, с минимальным размером адресуемой информации (разрядностью данных, расположенных по одному адресу). Машинное слово определяет следующие характеристики машины:

разрядность данных, обрабатываемых процессором;

разрядность адресуемых данных (разрядность шины данных);

максимальное значение беззнакового целого типа, напрямую поддерживаемого процессором: если результат арифметической операции превосходит это значение, то происходит переполнение;

максимальный объём оперативной памяти, напрямую адресуемой процессором.

Максимальное значение слова длинной n бит можно легко рассчитать по формуле 2ⁿ−1

Таблица 1.3 - Размер машинного слова на различных платформах

8 бит	12 бит	16 бит	18 бит	32 бит	36 бит	48 бит	60 бит	64 бит
1 байт	1,5 байт	2 байт	2,25 байт	4 байт	4,5 байт	6 байт	7,5 байт	8 байт
Spectrum ZX Поиск-1	PDP-8	PDP-11 i8086 i8088 i80286	PDP-1	IBM/360 i80386 i80486 Intel Pentium PowerPC (до G5)	было очень популярно до распростра-нения IBM/360	БЭСМ-6	CDC 6600 CDC 7600	Intel Itanium AMD Opteron AMD Athlon 64 DEC Alpha Sun SparcStation PowerPC G5