比特究竟是什么？

比特没有颜色、尺寸或重量，能以光速传播。它就好比人体内的DNA一样，是信息的最小单位。比特是一种存在（being）的状态：开或关，真或伪，上或下，入或出，黑或白。出于实用目的，我们把比特想成“1”或“0”和0的意义要分开来谈。在早期的计算中，一串比特通常代表的是数字信息（numerical information）。

假如你数数的时候，跳过所有不含1和0的数字，得出的结果会是1、10、11、100、101、110、111，等等。这些数字在二进制中代表了1、2、3、4、5、6、7等数字。

比特一向是数字化计算中的基本粒子，但在过去45年中，我们极大地扩展了二进制的语汇，使它包含了大量数字以外的东西。越来越多的信息，如声音和影像，都被数字化了，被简化为同样的1和0。

把一个信号数字化，意味着从这个信号中取样。如果我们把这些样本紧密地排列起来，几乎能让原状完全重现。例如，在一张音乐光盘中，声音的取样是每秒44100次，声波的波形（waveform，声压的度数，可以像电压一样衡量）被记录成为不连贯的数字（这些数字被转换为比特）。当比特串以每秒44100次的速度重现时，能以连续音重新奏出原本的音乐。由于这些分别取样的连续音节之间间隔极短，因此在我们耳中听不出一段段分隔的音阶，而完全是连续的曲调。

黑白照片的情况也如出一辙。你只要把电子照相机的原理想成是在一个影像上打出精密的格子（grid），然后记录每个格子的灰度就可以了。假定我们把全黑的值设为1，全白的值设为255，那么任何明暗度的灰色都会介于这两者之间。而由8个比特组成的二进制位组（称为一个字节，byte）就正好有256种排列 “1”和“0”的方式，也就是从00000000到11111111。用这种严密的格子和细致的明暗度层次，你可以完美地复制出肉眼难辨真伪的图像。但是，假如你采用的格子比较粗糙，或是明暗度的层次不够精细，那么你就会看到数字化的斧凿痕迹，也就是依稀可见的轮廓线条和斑驳的颗粒。

从个别的像素（pixel）中产生连续图像的原理，和我们所熟悉的物质世界的现象非常类似，只不过其过程更为精细而已。物质是由原子组成的，但是假如你从亚原子（subatomic）的层次来观察经过处理的光滑的金属表面，那么你会看到许多坑洞。我们眼中的金属所以光滑而坚实，只不过是因为其组成部分非常微小。数字化产物也是如此。

但是，我们在日常生活中所体验的世界其实是非常“模拟化”（analog）的。从宏观的角度看，这个世界一点也不数字化，反而具有连续性的特点，不会骤然开关、由黑而白、或是不经过渡就从一种状态直接跳入另一种状态。从微观的角度看也许不是这么回事，因为和我们相互作用的物体（电线中流动的电子或我们眼中的光子）都是相互分离的单位。但是，由于它们的数量太过庞大，因此，感觉上似乎连续不断。这本书就差不多包含了1 000 000 000 000 000 000 000 000个原子（书籍是一种极其模拟化的媒体）。

数字化的好处很多。最明显的就是数据压缩（data compression）和纠正错误（error correction）的功能，如果是在非常昂贵或杂音充斥的信道（channel）上传递信息，这两个功能就显得更加重要了。例如，有了这样的功能，电视广播业就可以省下一大笔钱，而观众也可以收到高品质的画面和声音。伹是，我们逐渐发现，数字化所造成的影响远比这些重要得多。

当我们使用比特来描述声音和影像时，就和节约能源的道理一样，用到的比特数目当然是越少越好。但是，每秒或每平方英寸所用到的比特数，会直接影响到音乐或影像的逼真程度（fidelity）。通常，我们都希望在某些应用上，采用高分辨率（resolution）的数字技术，而在其他的应用上，只要低分辨率的声音和画面就够了。举例来说，我们希望用分辨率很高的数字技术印出彩色图像，但是计算机辅助的版面设计（computer-pagelayout）却不需要太高的分辨率。由此可见，比特的经济体系有一部分要受存储和传输比特的媒介所限。

在特定信道（例如铜线、无线电频谱或光纤）上每秒钟传输的比特数，就是这个信道的带宽（bandwidth），可以据此衡量每一管线能够容纳的比特数量。这个数量或叫做容量，它必须仔细地与呈现某一特定数据（声音、音乐、影像）所需要的比特数量相匹配：对于传输高品质的声音而言，每秒64000比特已经算是相当大的数量了；每秒传输120万比特对高保真音乐（high-fidelity music）绰绰有余；但你如果想要传送影像，则带宽就必须达到每秒传输4500万比特，这样才能产生绝佳的效果。

然而，过去35年来，我们已通过分别或同时从时间和空间的角度检视比特，并去除其固有的累赘重复的部分，掌握了压缩原始声音和画面的数字技术。事实上，所有的媒介都得以迅速数字化，原因之一就是我们在比大多数人所预测的时间更早的时候就发展出了高水平的压缩技术。直到1993年，还有些欧洲人辩称，数字影像的梦想要到21世纪才能实现。

5年前[3]，大多数人都不相信，我们可以把每秒4500万比特的数字影像信息，压缩到每秒120万比特。但是，到了1995年，我们已经可以把如此庞大的数字影像信息依照这个比例压缩（compress）和解压（decompress）、编码（encode）和解码（decode），而且成本低廉，品质又好。这就好像我们突然掌握了制造意大利卡布奇诺咖啡粉[4]的诀窍，这个东西是如此美妙，只要加上热水冲泡，就可以享受到和意大利咖啡馆里的现煮咖啡同样香醇的味道。