これまで，何回か主記憶（メモリー）の構造を図をつかって説明してきました．
主記憶は，１バイトのメモリーが１列に連続的に並んだもので，１バイト単位にアドレスがついていると説明してきました．また，int型の整数やfloat型の実数は４バイト，double型の変数は８バイトで表現されると説明してきました．（整数は４バイトでない場合もありますが）．
ＣＰＵがデータを読み書きするときは，バイトを単位に読み書きします．しかし，この１バイトのメモリには，更に微細な構造があります．すなわち，１バイトのメモリーはより細かく見ると８個のセルで構成されています．図で表現すると次のようになります．
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| ビット | ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ |
この１個のセルのことをビットとよびます．ビットは記憶の最小単位で，１または０（つまり２進数）を記憶します．これら，８個のビットは切り離すことはできないと考えて下さい．ＣＰＵはメモリーのデータを８ビットまるごと（言い換えれば，１バイトを単位として）読み書きします．また，主記憶のアドレスというのは，この８ビットで構成される１バイトづつに割り当てられた番号ということになります．
ついでに，左端のビットのことを最上位ビット，右端のビットを最下位ビットとよぶことも覚えておいて下さい．また，最下位ビットを第０ビット，最上位ビットを第７ビットと番号をつけて呼ぶこともあります．（最上位ビットを８，最下位ビットを１と番号ずけする人もいます）
１ビットは，０または１を記憶するとのべましたが，いま，８ビットすなわち１バイトで数値を表現することを考えてみましょう．
次に示すように数値を正の整数に限れば０〜２５５までの２５６通り（２の８乗とおり）の数値が表現できます．データを下の図のように１と０で表現したものを「ビットパターン」と呼ぶことも覚えておいて下さい，
| １０進：０ |
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| １０進：１ |
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| １０進：２ |
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| １０進：３ |
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| １０進：４ |
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| １０進：５ |
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| １０進：６ |
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| ・・・ | |||||||||
| １０進：２５５ |
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次に，１０進数の１，２，４，８，・・・，１２８の場合についてビットパターンを表示してみると，次の図のように表すことができます．
| １０進：０ |
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| １０進：１ |
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| １０進：２ |
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| １０進：４ |
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| １０進：８ |
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| １０進：１６ |
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| １０進：３２ |
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| １０進：６４ |
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| １０進：１２８ |
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これらの数値の間には次のような関係があります．２は１の２倍，４は２の２倍，８は２の２倍，１６は８の２倍，３２は１６の２倍，６４は３２の２倍，１２８は６４の２倍となります．
これらのビットパターンを見比べて下さい．そうです．２倍される度に１が左へ１つづつビットシフトすることが分かると思います．
逆に，例えば，１２８から始めて，次々に右へビットをシフトさせると，１／２づつ小さくなっていることが分かると思います．
そうです．
数値を２倍するには，ビットを左へシフトし，１／２するには右へシフトさせればよいのです．この演算は，ＣＰＵによりますが通常の乗算（＊）除算（／）で計算するより，ン十倍も計算が速いのです．（だからといって，数値計算などで使うためにあるのではありません！もちろん使えるならどこで使っても構いませんが）
Ｃ言語では，このシフト演算を表すための，演算子が用意されています．ＣＰＵそのものにもそのような演算をする機能が備わっています．
シフト演算子は演算記号（＜＜）や（＞＞）で表現します．その使い方は直感的に分かるように＞＞が右シフト演算，＜＜が左シフト演算の記号です．
例えば，
１バイトの数値を記憶する変数ａがあったとしましょう．それには１が記憶されているとします．１はビットパターンで「０００００００１」ですね．
ｂ＝ａ＜＜２
と書けば，ａのビットを２回左へシフトさせることとなり，ｂには，ビットパターン「０００００１００」が代入されます．
また，ｂに１２８（「１０００００００」）を代入し
ｂ＝ａ＞＞４
と書けば，ａの各ビットを４回右へシフトさせることとなり，ｂにはビットパターンは「００００１０００」が代入されます．すなわち１０進数の８ですね．
上の２つの式では，ａのビットパターンそのものは，もとのままです．もし，ａのビットパターンそのものを変えたければ，複合演算子を使って，それぞれ次のように書けばよいのです．
ａ＜＜＝２
ａ＞＞＝４
これは，計測器を制御したり，入出力関連のハードウェアを直接制御するプログラムを作成するときよく使われます．（このとき使用するライブラリー関数にはoutp()関数やinp()関数などがあります．参考書などで調べてみて下さい）．あっ！それから，グラフィックスのデータを処理するときなどにもよく使われます．それから，通信などでもよく使われます．初心者の人には，あまり縁がない演算かもしれません．
まず，演算そのものをビットパターンを使って説明しましょう．
演算のルール： １＆１＝１， １＆０＝０， ０＆１＝０， ０＆０＝０
（＆演算子の作用は，代数演算の積と似ていますね）
値の代入された変数ａとｂとのビットごとの論理積を求めるには，このルールを，変数ａと変数ｂの対応するビットどうしに適用すればよいのです．
ｃ＝ａ＆ｂ
| 変数 ａ |
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| 変数 ｂ |
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| 変数 ｃ=ａ＆ｂ |
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演算のルール： １｜１＝１， １｜０＝１， ０｜１＝１， ０｜０＝０
（｜演算子の作用は，代数演算の和とにてますね．ただし，１｜１が１となるところだけが異なります．）
値の代入された変数ａとｂとのビットごとの論理和をもとめるには，このルールを変数ａと変数ｂの対応するビットどうしに適用すればよいのです．
ｃ＝ａ｜ｂ
| 変数 ａ |
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| 変数 ｂ |
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| 変数 ｃ=ａ｜ｂ |
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通常のデータでは，１つの文字や数値を表すのに１，２，４，８，・・・バイトを単位に１つのデータを表現します．
ところが，ハードウェアを直接操作するプログラムでは，ビット単位で情報を表現することがあります．
例えば，通信でおなじみのＲＳ−２３２Ｃインターフェースでは，文字の送受信をする場合，データとしての文字は８（または７ビット）で表し，１文字づつ送受信します．
しかし，インターフェースそのものは，有限の時間でデータを送受信するので，ＣＰＵが自己のペースで，文字を送り続けることはできません．複数の文字を連続的に送信するには，１文字送る度にインターフェースの状態，すなわち，いま，インターフェースがＣＰＵからの文字を受け取って外部へ送信できる状態にあるかどうか確かめながら，１文字づつ送らなければなりません．これをハンドシェークとよびますが，これは，ＲＳ−２３２Ｃに限らずハードウェアレベルでデータをやりとりするときの一般的な方法なのです．
このようなとき，インターフェース内部の状態（あるいは，インターフェースの現在の状態）を知らせるメッセージが必要となります．このメッセージはインターフェースのもつメモリー（このような場合，メモリーをレジスターと呼びます）に書き込まれます．ＣＰＵは，そのレジスターの内容をチェックし，外部への送信が可能である場合に文字をインターフェースへ渡します．
この場合，インターフェースは，文字を「送信できる状態にある」か「送信できない状態にある」か２種類の状態を表現する必要があるわけです．２種類の状態を表現するには「１ビット」で十分です．
また，ＣＰＵがインターフェースから文字を受け取るときも，文字が受信できたかどうかレジスターをみて，文字が受信されたときデータを受け取りにいきます．この場合も文字が「受信できた」か「受信できてない」かの２通りのメッセージしか必要ないので状態は「１ビット」で表現可能です．
このようなとき，インターフェースの内部の状態をあらわすための８ビットのレジスター（メモリ）を次のように使います．
| レジスタ |
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ここで，Ｒｘのビット：データが受信されたとき「１」，データが受信されてないとき「０」
Ｔｘのビット：データ送信可能のとき「１」，データ送信不可のとき「０」
をあらわすとします．
ＣＰＵは文字を受信するときは，Ｒｘのビットのみをチェックすればよいわけですが，１ビットだけ読みとることはできないので，一旦，変数ｂに１バイト全部を読み込み，２ビット目だけ１の変数ａと論理積を求めます．その結果，すなわち変数ｃの内容が０でなければ，Ｒｘのビットが１，すなわちインターフェースに文字が到着ということになり，そこへＣＰＵが文字を読みとりに行くということになるのです．このことを次の図に示します．また，もし，文字が受信できてなければＲｘのビットは０ですからｃも０ということになります．
| 変数 ａ |
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| 変数 ｂ |
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| 変数 ｃ=ａ＆ｂ |
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文字を送信するときは，Ｔｘのビットを同様にチェックします．ただし，この時は，当然，変数ａに「０００００００１」を代入しておかなければなりません．
レジスターでは，２ビットまとめて３，または４種の状態を表現（あるいは，３ビットまとめて７ないし８種の状態を表現したり・・・・）する場合もあります．
□ここでは，論理演算の用途の１例のべただけですが，いろいろなプログラムを組んでいるうちに実際に遭遇することになるでしょう．
□画像処理などにもよくつかわれます．
ビット演算には，その他にＸＯＲ（演算記号＾）やビットを反転（~)させる演算があります．
演算のルールのみ記しておきます．
演算のルール： １＾１＝１， １＾０＝１， ０＾１＝１， ０＆０＝０
（いづれかのビットが１なら１，両方のビットが０のときのみ０）
演算のルール： ~１＝０， ~０＝１
（~ａと書けば，変数ａに記憶されたすべてのビットを反転させます）