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Byte

Das Byte ([ baɪt]; wohl gebildet zu „Bit“) ist eine Maßeinheit der Digitaltechnik und der Informatik, welches meist für eine (binäre) Folge aus 8 Bit steht. Historisch gesehen war ein Byte die Anzahl der Bits zur Kodierung eines einzelnen Schriftzeichens im jeweiligen Computersystem und daher das kleinste adressierbare Element in vielen Rechnerarchitekturen. Um ausdrücklich auf eine Anzahl von 8 Bit hinzuweisen, wird auch die Bezeichnung Oktett verwendet – die früher dafür ebenfalls gängige Bezeichnung Oktade ist hingegen nicht mehr geläufig. In Frankreich ist die Bezeichnung octet noch immer üblich.

Abgrenzung

Was genau ein Byte bezeichnet, wird je nach Anwendungsgebiet etwas unterschiedlich definiert. Der Begriff kann stehen für:

Bei den meisten heutigen Rechnern fallen diese Definitionen (kleinste adressierbare Einheit, Datentyp in Programmiersprachen, C-Datentyp) zu einer einzigen zusammen und sind dann von identischer Größe.

Der Begriff „Byte“ wird aufgrund der großen Verbreitung von Systemen, die auf acht Bit (beziehungsweise Zweierpotenzvielfache davon) basieren, für die Bezeichnung einer 8 Bit breiten Größe verwendet, die in formaler Sprache (entsprechend ISO-Normen) aber korrekt Oktett (aus englisch octet) heißt. Als Maßeinheit bei Größenangaben wird in der deutschen Sprache der Begriff „Byte“ (im Sinne von 8 bit) verwendet. Bei der Übertragung kann ein Byte parallel (alle Bits gleichzeitig) oder seriell (alle Bits nacheinander) übertragen werden. Zur Sicherung der Richtigkeit werden oft Prüfbits angefügt. Bei der Übertragung größerer Mengen sind weitere Kommunikationsprotokolle möglich. So werden bei 32-Bit-Rechnern oft 32 Bits (vier Byte) gemeinsam in einem Schritt übertragen, auch wenn nur ein 8-Bit-Tupel übertragen werden muss. Das ermöglicht eine Vereinfachung der zur Berechnung erforderlichen Algorithmen und einen kleineren Befehlssatz des Computers.

Wie bei anderen Maßeinheiten gibt es neben dem ausgeschriebenen Namen der Maßeinheiten jeweils auch ein Einheitenkürzel. Bei Bit und Byte sind dies:

Kürzel ausgeschriebener Name
bit (selten „b“) Bit
B (selten „byte“) Byte

Der ausgeschriebene Name unterliegt grundsätzlich der normalen Deklination. Aufgrund der großen Ähnlichkeit der Kürzel mit den ausgeschriebenen Einheitennamen sowie entsprechender Pluralformen in der englischen Sprache werden jedoch gelegentlich auch die Einheitenkürzel „bit“ und „byte“ mit Plural-s versehen.

Geschichte des Begriffs

Das Bit ist ein Kofferwort aus den englischen Wörtern binary und digit, heißt also zweiwertige Ziffer – Null oder Eins. Dessen Bestandteile lassen sich auf die lateinischen Wörter digitus (Finger), den bzw. die man seit der Antike zum Zählen verwendet.

Das Byte ist zudem ein Kunstwort und wurde wohl aus dem englischen bit (zu deutsch „[das] Bisschen“ oder „Häppchen“) und bite (zu deutsch: „[der] Bissen“ oder „Happen“) gebildet. Verwendet wurde es, um eine Speichermenge oder Datenmenge zu kennzeichnen, die ausreicht, um ein Zeichen darzustellen. Der Begriff wurde im Juni 1956 von Werner Buchholz in einer frühen Designphase des IBM-7030-Stretch-Computers geprägt, wobei die Schreibweise von „bite“ zu „byte“ geändert wurde, um zu vermeiden, dass es sich versehentlich zu „bit“ ändere. Im Original beschrieb es eine wählbare Breite von ein bis sechs Bits (damit konnten 2^6 = 64 Zustände, z.B. Zeichen, dargestellt werden) und stellte die kleinste direkt adressierbare Speichereinheit eines entsprechenden Computers dar. Im August 1956 wurde die Definition auf ein bis acht Bits aufgeweitet (damit konnten dann {\displaystyle 2^{8}=256} Zeichen dargestellt werden). So konnte man die Buchstaben und gängige Sonderzeichen zum Beispiel in Quelltexten von Programmen oder anderen Texten speichern (also verschiedene Zeichen).

In den 1960er Jahren wurde der sich in seiner Verwendung schnell ausbreitende ASCII definiert, welcher sieben Bits zur Kodierung eines Zeichens verwendet (das sind {\displaystyle 2^{7}=128} Zeichen). Später wurden durch Nutzung des meist sowieso vorhandenen achten (höchstwertigen) Bits erweiterte, auf dem ASCII basierende Zeichensätze entwickelt, die auch die häufigsten internationalen Diakritika abbilden können, wie zum Beispiel die Codepage 437. In diesen erweiterten Zeichensätzen entspricht jedes Zeichen exakt einem Byte mit acht Bit, wobei die ersten 128 Zeichen exakt dem ASCII entsprechen.

In den 1960er und 1970er Jahren war in Westeuropa auch die Bezeichnung Oktade geläufig, wenn speziell 8 Bit gemeint waren. Diese Bezeichnung geht möglicherweise auf den niederländischen Hersteller Philips zurück, in dessen Unterlagen zu Mainframe-Computern sich die Bezeichnung Oktade (bzw. englisch: oktad(s)) regelmäßig findet.

Seit Anfang der 1970er Jahre gibt es 4-Bit-Mikroprozessoren, deren 4-Bit-Datenwörter (auch Nibbles genannt) mit hexadezimalen Ziffern dargestellt werden können. 8-Bit-Prozessoren wurden schon kurz nach der Erfindung der Programmiersprachen C und Pascal eingeführt, also Anfang der 1970er Jahre, und waren in Heimcomputern bis in die 1980er Jahre im Einsatz (bei eingebetteten Systemen auch heute noch), deren 8-Bit-Datenwörter (respektive Bytes) mit genau zwei hexadezimalen Ziffern dargestellt werden können. Seitdem hat sich die Breite der Datenwörter von Hardware von 4 über 8, 16, 32 bis heute zu 64 und 128 Bit hin immer wieder verdoppelt.

Zur Unterscheidung der ursprünglichen Bedeutung als kleinste adressierbare Informationseinheit und der Bedeutung als 8-Bit-Tupel wird in der Fachliteratur (abhängig vom Fachgebiet) korrekterweise auch der Begriff Oktett für letzteres benutzt, um eine klare Trennung zu erzielen.

Praktische Verwendung

In der elektronischen Datenverarbeitung bezeichnet man die kleinstmögliche Speichereinheit als Bit. Ein Bit kann zwei mögliche Zustände annehmen, die meist als „Null“ und „Eins“ bezeichnet werden. In vielen Programmiersprachen wird für ein einzelnes Bit der Datentyp „boolean“ (respektive „Boolean“ oder „BOOLEAN“) verwendet. Aus technischen Gründen erfolgt die tatsächliche Abbildung eines Boolean aber meist in Form eines Datenwortes („WORD“).

Acht solcher Bits werden zu einer Einheit – sozusagen einem Datenpäckchen – zusammengefasst und allgemein Byte genannt. Die offizielle ISO-konforme Bezeichnung lautet dagegen Oktett: 1 Oktett = 1 Byte = 8 bit. Viele Programmiersprachen unterstützen einen Datentyp mit dem Namen „byte“ (respektive „Byte“ oder „BYTE“), wobei zu beachten ist, dass dieser je nach Definition als ganze Zahl, als Bitmenge, als Element eines Zeichensatzes oder bei typunsicheren Programmiersprachen sogar gleichzeitig für mehrere dieser Datentypen verwendet werden kann, sodass keine Zuweisungskompatibilität mehr gegeben ist.

Das Byte ist die Standardeinheit, um Speicherkapazitäten oder Datenmengen zu bezeichnen. Dazu gehören Dateigrößen, die Kapazität von permanenten Speichermedien (Festplattenlaufwerke, CDs, DVDs, Blu-ray Discs, Disketten, USB-Massenspeichergeräte und so weiter) und die Kapazität von vielen flüchtigen Speichern (zum Beispiel Arbeitsspeicher). Übertragungsraten (zum Beispiel die maximale Geschwindigkeit eines Internet-Anschlusses) gibt man dagegen üblicherweise auf der Basis von Bits an.

Bedeutungen von Dezimal- und Binärpräfixen für große Anzahlen von Bytes

→ Hauptartikel: Vorsätze für Maßeinheiten und Binärpräfix

SI-Präfixe

Für Datenspeicher mit binärer Adressierung ergeben sich technisch Speicherkapazitäten basierend auf Zweierpotenzen (2n Byte). Da es bis 1996 keine speziellen Einheitenvorsätze für Zweierpotenzen gab, war es üblich, die eigentlich dezimalen SI-Präfixe im Zusammenhang mit Speicherkapazitäten zur Bezeichnung von Zweierpotenzen zu verwenden (mit Faktor 210 = 1024 statt 1000). Heutzutage sollten die Präfixe nur noch in Verbindung mit der dezimalen Angabe der Speichergrößen benutzt werden. Ein Beispiel:

Bei Hard Drive Disks, SSD-Laufwerken und anderen Speichermedien ist dies weit verbreitet, während die Größe von Arbeitsspeicher (RAM), Grafikspeicher und Prozessor-Cache nur binär angegeben werden kann, da die entsprechenden Systeme technisch binär arbeiten. Auch die beiden großen Betriebssysteme Windows und Mac OS zeigen noch heute die SI-Präfixe an, obwohl sie Größenangaben mit Zweierpotenzen berechnen.

Vereinzelt kommen auch Mischformen vor, etwa bei der Speicherkapazität einer 3,5-Zoll-Diskette (1984):

Zu den heute empfohlenen, aber unüblichen Vorsätzen für die binäre Größenangabe siehe nachfolgenden Abschnitt IEC-Präfixe.

Für die Angabe Terabyte (entspricht 1 Billion Bytes) ist die definitiv falsche Schreibweise „Terrabyte“ (mit zwei „r“) relativ häufig anzutreffen.

IEC-Präfixe

Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, schlug die IEC 1996 neue Einheitenvorsätze vor, die nur in der binären Bedeutung verwendet werden sollten. Dabei wird eine den SI-Präfixen ähnlich lautende Vorsilbe ergänzt um die Silbe „bi“, die klarstellt, dass es sich um binäre Vielfache handelt. Ein Beispiel:

Das für die SI-Präfixe zuständige Internationale Büro für Maß und Gewicht (BIPM) empfiehlt diese Schreibweise, auch wenn es nicht für Byte zuständig ist, da dies keine SI-Einheit ist. Dessen ungeachtet haben sich viele Standardisierungsorganisationen dieser Empfehlung angeschlossen. (siehe Binärpräfix)

Vergleich

Vor allem weil die Speicher-Kapazitäten der Hersteller meist nur mit SI-Präfix angegeben sind, kann es gerade in Verbindung mit Microsoft-Systemen zu Verwirrung kommen. Denn Microsoft rechnet für Datengrößen immer mit Zweierpotenzen, gibt diese dann aber mit Hilfe der SI-Präfixe an. So wird also ein 128-GB-Speichermedium als 119,2 GB angezeigt, obwohl es laut IEC 119,2 GiB lauten müsste. Hinzu kommt die Verwirrung der Benutzer, dass laut Microsoft 120 GB (eigentlich 120 GiB) nicht auf ein mit 128 GB beworbenes Speichermedium passen und ein Fehler ausgegeben wird. Vergleich:

Für größere Dezimal- und Binärpräfixe wird die Unterscheidung bedeutender, da die nominelle Differenz größer wird. So beträgt sie zwischen kB und KiB nur 2,4 %, zwischen TB und TiB hingegen bereits 10 %. Eine anschauliche Übersicht über die möglichen Einheitenvorsätze und deren Bedeutungen bietet die Vergleichstabelle.

Kapazitätsangaben bei Speichermedien

Die Hersteller von Massenspeichermedien, wie Festplatten, DVD-Rohlingen und USB-Speicher-Sticks, verwenden die Dezimal-Präfixe, wie es bei internationalen Maßeinheiten üblich ist, um die Speicherkapazität ihrer Produkte anzugeben. Daraus ergibt sich beispielsweise das Problem, dass ein mit „4,7 GB“ gekennzeichneter DVD-Rohling von Software, die entgegen dem oben genannten Standard (nämlich bei „GB“ die Zehnerpotenzen zu verwenden) die Zweierpotenzen verwendet (so handhabt es zum Beispiel der Windows-Explorer), mit dem abweichenden Wert von „4,38 GB“ (richtig wäre hier „4,38 GiB“ anzuzeigen) angezeigt wird, obwohl rund 4,7 Gigabyte (4.700.000.000 Byte) gemeint sind. Ebenso wird eine mit „1 TB“ spezifizierte Festplatte mit der scheinbar deutlich kleineren Kapazität von etwa „931 GB“ oder „0,9 TB“ erkannt (auch hier sollte eigentlich „931 GiB“, beziehungsweise „0,9 TiB“ angezeigt werden), obwohl jeweils rund 1,0 Terabyte (1.000.000.000.000 Byte) gemeint sind. Andererseits enthält ein mit „700 MB“ gekennzeichneter CD-Rohling tatsächlich 700 MiB (734.003.200 Byte), also etwa 734 MB (und sollte somit streng genommen mit „700 MiB“ ausgezeichnet werden).

Andererseits ist die dezimale Verwendung der Präfixe im Computerbereich unpraktisch, weil das gesamte System technisch binär funktioniert; es wäre technisch kaum sinnvoll, Halbleiterspeicher mit einer Kapazität herzustellen, die nicht auf Binärgrößen basiert.

Apples macOS benutzt ab Version Mac OS X Snow Leopard (10.6) einheitlich Dezimalpräfixe nur in dezimaler Bedeutung. KDE folgt dem IEC-Standard und lässt dem Anwender die Wahl zwischen binärer und dezimaler Angabe. Für Linux-Distributionen mit anderen Desktopumgebungen, wie zum Beispiel Ubuntu ab Version 11.04, gibt es klare Richtlinien, wie Anwendungen Datenmengen angeben sollen; hier findet man beide Angaben, wobei die Binärpräfixe überwiegen.

Vergleichstabelle

Dezimalpräfixe   Unterschied
gerundet 		  Binärpräfixe gemäß IEC
Name Symbol Anzahl Bytes[G 1] Name Symbol Anzahl Bytes
Kilobyte kB[G 2] 1 000 = 1030 2,4 % Kibibyte KiB[G 3] 1 024 = 210
Megabyte MB 1 000 000 = 1060 4,9 % Mebibyte MiB 1 048 576 = 220
Gigabyte GB 1 000 000 000 = 1090 7,4 % Gibibyte GiB 1 073 741 824 = 230
Terabyte TB 1 000 000 000 000 = 1012 10,0 % Tebibyte TiB 1 099 511 627 776 = 240
Petabyte PB 1 000 000 000 000 000 = 1015 12,6 % Pebibyte PiB 1 125 899 906 842 624 = 250
Exabyte EB 1 000 000 000 000 000 000 = 1018 15,3 % Exbibyte EiB 1 152 921 504 606 846 976 = 260
Zettabyte ZB 1 000 000 000 000 000 000 000 = 1021 18,1 % Zebibyte ZiB 1 180 591 620 717 411 303 424 = 270
Yottabyte YB 1 000 000 000 000 000 000 000 000 = 1024 20,9 % Yobibyte YiB 1 208 925 819 614 629 174 706 176 = 280
  1. ↑ SI-Präfixe sind nur für SI-Einheiten standardisiert; Byte ist keine SI-Einheit
  2. ↑ wird gelegentlich mit „KB“ abgekürzt
  3. ↑ wird gelegentlich (standardwidrig) mit „KB“ abgekürzt, mitunter um den Unterschied zu „kB“ zu kennzeichnen
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Datum der letzten Änderung:  Jena, den: 22.02. 2023