Одиниці вимірювання інформації

Одиниці вимірювання інформації потрібні для того, щоб рахувати обсяг даних: текстів, фото, відео, музики, програм, ігор, документів та файлів у пам’яті пристроїв. Сьогодні це здається звичним: ми дивимося, скільки гігабайтів має смартфон, який розмір займає відео, скільки мегабайт потрібно для завантаження файла. Але така потреба з’явилася не одразу.

Спочатку люди передавали знання словами, малюнками, письмом, сигналами, книгами. Інформацію можна було прочитати, почути або побачити, але її майже не потрібно було точно рахувати. Ситуація змінилася з появою телеграфу, телефонії, радіозв’язку, а пізніше — комп’ютерів. Повідомлення почали передаватися технічними каналами, і стало важливо розуміти, скільки даних передається, скільки місця вони займають і як швидко їх можна обробити.

Що таке інформація і чому її почали вимірювати

Інформація — це відомості про світ, події, предмети, дії або стани. Для людини це може бути текст у книжці, голос у телефоні, карта місцевості, фотографія чи повідомлення в месенджері. Для комп’ютера вся ця інформація перетворюється на дані, які можна зберігати, передавати й обробляти.

Саме тому з’явилося вимірювання інформації. Коли дані почали проходити через дроти, сигнали, пам’ять комп’ютерів і цифрові носії, їх потрібно було рахувати так само чітко, як ми рахуємо метри, кілограми або секунди. Без цього неможливо було б нормально створювати комп’ютери, накопичувачі, мережі зв’язку та програми.

Біт — найменша одиниця виміру інформації

Найменша одиниця виміру інформації — це біт. Один біт описує вибір між двома можливими станами: так / ні, 0 / 1, є сигнал / немає сигналу, увімкнено / вимкнено.

Ідея біта стала зручною для техніки, бо електронним пристроям легше надійно розрізняти два стани напруги, ніж багато складних варіантів. Наприклад, сигнал або є, або його немає. Напруга може бути нижчою або вищою за певний рівень. Це простіше контролювати, передавати й перевіряти.

Так двійкова логіка стала основою цифрової техніки. Комп’ютери працюють із нулями й одиницями не тому, що так «зручніше людям», а тому що це надійно для електроніки. На основі 0 і 1 працюють мікросхеми, пам’ять, процесори, логічні операції та обчислення.

Чому одного біта замало

Один біт дає лише два варіанти. Цього достатньо, щоб відповісти на просте питання: так чи ні. Але для реальної інформації цього замало. Щоб записати літери, цифри, розділові знаки, кольори, звук або зображення, потрібні довші комбінації нулів і одиниць.

Наприклад, літера в тексті не може зберігатися одним бітом, бо літер у мові багато. Те саме стосується цифр, символів, команд і кольорів. Тому біти почали об’єднувати в більші групи.

Байт і число 256

Байт — це одиниця інформації, яка зазвичай складається з 8 бітів. Такий розмір став зручною «порцією» даних для кодування символів і роботи ранніх комп’ютерних систем.

Чому саме 8 бітів? Тому що 8 бітів дають 256 можливих комбінацій. Це легко порахувати: кожен біт має два стани, а 8 бітів разом дають 2⁸ = 256 варіантів. Цього вистачало для багатьох наборів символів, команд і службових позначень.

Саме тому число 256 так часто зустрічається в інформатиці. Воно пов’язане з байтом, кодуванням символів, кольорами, адресацією пам’яті та багатьма іншими цифровими процесами.

Як текст перетворюється на код

Коли ми набираємо текст, комп’ютер не зберігає літери як малюнки. Кожна літера, цифра або знак має свій числовий код. Наприклад, символ «А», пробіл, кома або цифра «5» у пам’яті представлені певними кодами.

Через це будь-який текст теж займає місце. Невелике повідомлення може мати кілька байтів або кілобайтів, а велика книга — вже сотні кілобайтів або мегабайти, особливо якщо в ній є зображення, оформлення чи таблиці.

Кілобайти, мегабайти, гігабайти: чому з’явилися більші одиниці

Коли комп’ютери розвивалися, обсяг даних швидко зростав. Спочатку вистачало маленьких текстових файлів, перфокарт, простих програм і невеликих обсягів пам’яті. Потім з’явилися графіка, фотографії, музика, відео, ігри, бази даних, хмарні сервіси та терабайтні диски.

Рахувати все в байтах стало незручно. Саме тому з’явилися більші одиниці пам’яті комп’ютера: кілобайт, мегабайт, гігабайт, терабайт. Вони допомагають швидко зрозуміти, наскільки великий файл або скільки даних може зберігати пристрій.

В інформатиці часто використовують число 1024, а не просто 1000. Причина в двійковій системі: 1024 — це 2¹⁰. Тому в комп’ютерній пам’яті 1 кілобайт традиційно пов’язували з 1024 байтами. У побуті та в характеристиках пристроїв іноді використовують округлення до 1000, через що можуть виникати невеликі розбіжності в обсягах пам’яті.

Чому фото, відео й звук займають більше місця, ніж текст

Текст зазвичай займає мало пам’яті, бо він складається з символів. Фото потребує набагато більше місця, бо зображення складається з великої кількості точок — пікселів. Для кожної точки потрібно зберегти колір, яскравість та інші параметри.

Відео займає ще більше місця, бо це багато кадрів, які змінюються один за одним. До цього додається звук. Тому фільм, відеоролик або гра можуть займати сотні мегабайтів чи навіть десятки гігабайтів.

Цифровий звук також зберігається як послідовність вимірювань. Пристрій багато разів на секунду фіксує, яким був звук у певний момент. Чим вища якість запису, тим більше таких вимірювань і тим більший розмір файлу.

Біти й байти: чому швидкість інтернету часто плутають із пам’яттю

Пам’ять зазвичай вимірюють у байтах: КБ, МБ, ГБ, ТБ. А швидкість інтернету часто вказують у бітах за секунду: Мбіт/с або Гбіт/с.

Через це виникає типова плутанина. Якщо тариф має швидкість 100 Мбіт/с, це не означає, що файл буде завантажуватися зі швидкістю 100 МБ за секунду. Один байт дорівнює 8 бітам, тому реальна швидкість у мегабайтах буде меншою. Саме тому файл іноді завантажується повільніше, ніж здається за цифрами в тарифі.

Алфавітний та імовірнісний підхід до вимірювання інформації

В інформатиці є різні підходи до оцінки інформації. Алфавітний підхід пояснює обсяг повідомлення через кількість символів і кількість можливих знаків у вибраному алфавіті. Наприклад, якщо алфавіт має багато символів, то для кодування кожного знака потрібно більше інформації.

Імовірнісний підхід дивиться на інформацію з іншого боку: чим несподіваніша подія, тим більше нової інформації вона несе. Наприклад, повідомлення про те, що взимку холодно, не дуже несподіване. А повідомлення про рідкісне явище несе більше новизни.

Приклади з життя

Одиниці вимірювання даних легше зрозуміти через знайомі речі. Коротке текстове повідомлення може займати зовсім мало пам’яті. Фото зі смартфона часто має кілька мегабайтів. Пісня може займати від кількох до десятків мегабайтів залежно від якості. Фільм у хорошій якості може мати кілька гігабайтів. Пам’ять смартфона на 128 ГБ показує, скільки фото, відео, програм і документів можна зберігати на пристрої.

Саме тому знання про одиниці вимірювання інформації корисне в реальному житті. Воно допомагає вибрати телефон, флешку, ноутбук, карту пам’яті, тариф інтернету або хмарне сховище.

Таблиця одиниць вимірювання інформації

Якщо говорити побутово, то найбільша одиниця вимірювання інформації, з якою більшість людей стикається щодня, — це терабайт. Насправді існують і більші одиниці: петабайт, ексабайт, зетабайт, йотабайт. Їх частіше використовують у великих дата-центрах, наукових проєктах, інтернет-сервісах і глобальних сховищах даних.

Коротка схема розвитку: від біта до терабайтів

Ось так шлях від одного біта привів до величезних обсягів цифрових даних. Людству знадобилося вимірювати інформацію тому, що знання, сигнали, тексти, звук і зображення поступово перейшли в цифровий формат. І чим більше даних ми створюємо, тим важливіше розуміти, що означають біти, байти, мегабайти, гігабайти й терабайти.