El BIT en Informática

BIT proviene de «binary digit» que significa «dígito binario»

Introducción – Sistemas numéricos

Antes de entrar en tema principal del bit en la informática vamos a partir desde la matemática.

Un dígito es una cantidad de una cifra que tiene un valor y ocupa una posición en algún sistema numérico. Tomemos como ejemplo el sistema decimal que usamos en el día a día. Este sistema se compone de 10 símbolos que llamamos números (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9). A cada uno de estos símbolos les hemos asignado un valor y dados dos números distintos podemos ordenarlos por ejemplo de menor a mayor.

Además se dice que el sistema decimal es un «sistema posicional«, es decir que un dígito adquiere valor según la posición en la que se encuentra. Esto es algo que se nos enseña a muy temprana edad, el tema de las «unidades«, «decenas» y «centenas«. Los valores 1, 10 y 100 están compuestos por el mismo dígito 1, pero no valen lo mismo porque ese dígito se encuentra en posiciones distintas. La posición en la que un dígito se encuentre tendrá un peso asociado, un 1 en tercera posición vale diez veces más que un 1 en segunda posición y cien veces más que un 1 en la primera posición.

Una vez establecido un sistema numérico posicional como el decimal podemos empezar a construir operaciones entre números como la suma, resta, multiplicación y división.

¿Existen otros sistemas numéricos aparte del decimal?

El uso del sistema decimal tiene siglos de antigüedad y se piensa que su origen radica en que los seres humanos nacemos con diez dedos. Es el sistema numérico que mayormente se utiliza en todo el mundo, sin embargo nada nos impide usar cualquier cantidad de símbolos para establecer un sistema numérico posicional, por ejemplo si en lugar de usar 10 símbolos usamos 8 tenemos el sistema numérico octal, sobre el que también se definen las operaciones matemáticas del sistema decimal.

Pensemos en el siguiente ejemplo, en el sistema decimal la operación 9+1 da como resultado 10, en donde el 1 que se encuentra en la segunda posición sabemos que tiene un valor o peso de diez. Si llevamos este mismo ejemplo al sistema octal, en el que tenemos los números (0,1,2,3,4,5,6,7), la operación 7+1 da como resultado 10, en donde el 1 que se encuentra en la segunda posición tiene un valor o peso de ocho.

Otro sistema conocido es el sistema hexadecimal que tiene 16 símbolos (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F), en este caso la operación F+1 da como resultado 10, en donde el 1 que está en segunda posición tiene un valor de 16.

Otro sistema numérico puede ser el sistema binario que es el que nos interesa en este artículo, el sistema binario está compuesto por dos símbolos, el cero y el uno, en este sistema la operación 1+1 da como resultado 10, en la cual el 1 que está en segunda posición tiene un valor de 2. Sobre el sistema binario también se pueden realizar las operaciones de suma, resta, multiplicación y división, pero también se ha desarrollado el Álgebra de Boole que define operaciones lógicas entre números binarios como las operaciones CONJUNCIÓN (AND) y la DISYUNCIÓN (OR). Y por fin llegamos al objetivo de este artículo, reiterando la frase inicial:

Un «BIT» es un dígito del sistema binario.

¿Qué es un Bit en informática?

En informática el «bit» es la unidad básica de la información, que nos permite discernir entre dos estados.

Los bits se agrupan formando palabras binarias. Una palabra binaria de 8 bits se conoce como Byte y nos permite representar 256 estados distintos.

Los procesadores en conjunto con la memoria RAM y ROM realizan operaciones utilizando palabras binarias.

Una forma de entender cómo funcionan los procesadores es estudiando el Modelo Computacional Binario Elemental, el cual describe el principio de funcionamiento de las computadoras. Para mas información se puede consultar la arquitectura de Von Neumann.

Entonces utilizando bytes (que se componen de bits) es posible representar información cada vez más compleja, no sólo numérica, sino también texto, sonidos, imágenes y realizar operaciones lógicas y matemáticas sobre esa información.

Por ejemplo utilizando 3 bytes podemos representar cualquier color en el sistema RGB, un byte para el canal rojo, otro para el verde y otro para el azul.

Otro ejemplo podría ser que utilizando un byte podemos representar un caracter, entonces una frase ocupará un espacio en la memoria proporcional a la cantidad de caracteres que la componen.

¿Cual es la diferencia entre BIT y BYTE?

Bit y Byte son dos términos que se suelen confundir o incluso usar como sinónimos, así que vamos a hacer incapié en esto. Como vimos anteriormente, un BIT es un dígito binario que puede tener un valor de cero o uno, mientras que un BYTE es un arreglo ordenado de OCHO BITS. Un bit nos permite representar dos estados diferentes mientras que un BYTE, al ser una combinación de OCHO BITS nos permite representar 256 estados diferentes, 2 elevado a la 8 combinaciones posibles.

El peso de la información

Te invito a hacer un pequeño experimento para ver el espacio que ocupa la información en las computadoras. El experimento consiste en abrir el Bloc de Notas y pegar la siguiente frase sin las comillas:

«Las letras que conforman esta frase ocupan un determinado espacio en la memoria.»

La frase anterior tiene 80 caracteres, observen el peso que tiene esta información en memoria en la siguiente imagen:

Fig. 1: Un archivo txt con 80 letras sin acento pesa exactamente 80 bytes.

Esto no siempre es tan exacto porque en un archivo de texto no se almacenan solamente los caracteres sino también puede almacenar el formato en el cual organizar la información. Además los programas pueden usar métodos de compresión para representar la misma información de forma más compacta, sin embargo en el caso del bloc de notas, el peso de la información suele ser proporcional a la cantidad de caracteres, especialmente si solo hay caracteres anglosajones.

¿Qué es un Bit a nivel de Hardware?

Se dice que en las computadores se trabaja con unos y ceros, esto es cierto a nivel teórico, pero físicamente los bits se implementan con niveles de voltaje, piensa en la lámpara de una habitación que se enciende o se apaga con un interruptor, cuando el interruptor está abierto, la electricidad no fluye y la lámpara está apagada, cuando el interruptor se cierra, la electricidad fluye y la lámpara se enciende, este ejemplo es similar a lo que ocurre dentro de los microchips digitales, en donde existen interruptores extremadamente pequeños (del tamaño de decenas de átomos y cada vez se intenta hacerlos mas pequeños) que se abren o se cierran de manera controlada, es decir impiden el paso de la electricidad o lo permiten, en otras palabras a la salida de ese interruptor podemos tener un 0 o un 1. Estos pequeños interruptores se llaman TRANSISTORES.

Los micro procesadores son sistemas formados por millones de transistores. Utilizando transistores se pueden crear compuertas lógicas, desde la compuerta mas básica que es un INVERSOR que implementa la operación lógica NOT, es decir si a la entrada tenemos un 0 a la salida vamos a tener un 1, hasta compuertas mas complejas como la XOR que dados dos bits de entrada, la salida será 1 si y solo si una de las entradas es 1. Además estas compuertas lógicas se van agrupando en sistemas digitales cada vez más complejos para formar flip flops, contadores, sumadores, registros de desplazamiento o bloques de memoria.

La memoria RAM es otro ejemplo, un bloque de memoria volátil, que almacena bits temporalmente para auxiliar al procesador en sus tareas.

El disco duro almacena bits en forma de campos magnéticos utilizando la propiedad de histéresis magnética que tienen algunos materiales, mientras que los discos de estado sólido almacenan la información en bloques de memoria flash, sin partes móviles.

Conclusión

Un bit es un dígito binario que puede valer 0 o 1, forma parte de un sistema numérico análogo al sistema decimal que usamos, el sistema binario, en el que en lugar de tener 10 número, se tiene dos.

El bit es la unidad básica de información utilizada en informática. Agrupando bits en palabras binarias se puede representar todo tipo de datos como números, texto, imágenes o sonidos, es decir la información se puede digitalizar.

El bit es un concepto que se aplica a nivel de software para analizar la información y las operaciones lógicas que se realizan. En los microprocesadores esto se traduce físicamente a niveles de voltaje o magnetización en el caso de los discos duros magnéticos.

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