Четыре бита в информатике¶
4 бита (также полубайт, ниббл, от англ. nibble) — единица измерения объёма информации, равная четырём двоичным разрядам. Занимает промежуточное положение между битом и байтом: один байт содержит ровно два полубайта. Четырьмя битами кодируется 2⁴ = 16 различных значений — от 0 до 15 в десятичной системе или от 0 до F в шестнадцатеричной.
¶Представление и диапазон значений
Полубайт соответствует одной шестнадцатеричной цифре, что делает его удобной единицей при работе с машинными кодами. Соответствие десятичных, двоичных и шестнадцатеричных значений:
| Десятичное | Двоичное | Шестнадцатеричное |
|---|---|---|
| 0 | 0000 | 0 |
| 5 | 0101 | 5 |
| 10 | 1010 | A |
| 15 | 1111 | F |
Именно это свойство — взаимно однозначное соответствие одной hex-цифре — определило широкое применение полубайта в программировании, отладке и документации.
¶История термина
Слово nibble (буквально «откусывать») возникло в англоязычной компьютерной среде как каламбур к byte («байт»). Термин закрепился в технической литературе 1960–1970-х годов, когда окончательно оформилась байтовая архитектура. В русскоязычной традиции наряду с заимствованием «ниббл» используется калька «полубайт» и реже — «тетрада». В советской вычислительной литературе встречалось также обозначение «полуслово» применительно к 4-разрядным ячейкам некоторых машин.
¶Применение
¶Шестнадцатеричная запись
Байт принято записывать двумя шестнадцатеричными цифрами, каждая из которых описывает один полубайт. Например, байт 1011 0110 записывается как B6. Это упрощает чтение дампов памяти, машинных кодов и хеш-сумм.
¶Упакованные десятичные числа
В формате BCD (Binary-Coded Decimal) каждая десятичная цифра хранится в отдельном полубайте. Такой способ применялся в калькуляторах, кассовых аппаратах и финансовых системах, где важна точность десятичной арифметики. Один байт вмещает две десятичные цифры.
¶Управление устройствами
В микроконтроллерах и встраиваемых системах полубайты нередко используются для независимого управления четырьмя линиями ввода-вывода, а также для передачи команд в четырёхбитных шинах.
¶Цифровые индикаторы
Семисегментные индикаторы управляются кодом, который часто представляют в виде полубайта или байта; таблицы соответствия «цифра — код» строятся на 4-разрядных комбинациях.
¶Полубайт в архитектуре процессоров
Ряд процессоров, в частности некоторые модели Intel и микроконтроллеры, поддерживают операции над полубайтами: обмен тетрадами, упаковку и распаковку, табличные преобразования. В процессорах x86 существуют команды для перестановки полубайтов внутри байта, что применяется при работе с BCD и при криптографических преобразованиях.
¶Смежные единицы
- Бит — минимальная единица информации, 0 или 1.
- Полубайт — 4 бита.
- Байт — 8 бит, два полубайта.
- Слово — зависит от архитектуры; исторически на некоторых машинах равнялось 4, 8, 16 или 36 битам.
В современной практике термин «полубайт» используется преимущественно в низкоуровневом программировании, схемотехнике и при описании форматов данных, тогда как в прикладных задачах чаще оперируют байтами и более крупными единицами.
¶Интересные факты
- В английском языке существует шутливая пара: byte и nibble; иногда упоминается и «crumb» (2 бита).
- Одна шестнадцатеричная цифра, то есть один полубайт, позволяет закодировать ровно одну позицию на шахматной доске, если пронумеровать 16 полей, — пример компактного представления игрового состояния.
- В криптографии 4-битные блоки (S-боксы) широко применяются в алгоритмах симметричного шифрования, например в DES.
Источники: техническая документация по архитектуре ЭВМ, справочники по системам счисления, стандарты IEEE, учебная литература по информатике и вычислительной технике.