Защо не Ternary Computers?

Съдържание

• Поглед към математиката
• Без грешки, без стрес - Вашето стъпка по стъпка ръководство за създаване на софтуер, променящ живота, без да разрушава живота ви
• Терминални компютри в историята
• Случаят за Ternary
• Така че защо не тернар?
• Системата за номериране на бъдещето
• заключение

Източник: Linleo / Dreamstime.com

За вкъщи:

Тернарните изчисления разчитат на тридържавни „трити“, а не на две държавни бита. Въпреки предимствата на тази система, тя рядко се използва.

Фрай: "Бендер, какво е това?"

Бендер: „Аааа, какъв ужасен сън. Навсякъде и нули ... и мислех, че видях две! "

Фрай: „Това беше просто сън, Бендер. Няма такова нещо като две. "

Всеки, запознат с дигиталните изчисления, знае за нули и такива - включително герои в анимационния филм „Футурама“. Нулите и тези са градивните елементи на двоичния език. Но не всички компютри са цифрови и нищо не говори, че цифровите компютри трябва да са двоични. Какво става, ако използваме система base-3 вместо base-2? Може ли компютър да представи трета цифра?

Както есеистът по компютърни науки Брайън Хейс отбеляза: „Хората се броят на десетки, а машините се броят по двойки.“ Няколко смели души се осмелиха да разгледат тройната алтернатива. Луис Хоуел предложи езика за програмиране TriINTERCAL, използвайки системата за номериране base-3 през 1991 г., а руските новатори построиха няколко десетки базови 3 машини преди повече от 50 години. Но по някаква причина системата за номериране не се усвои в широкия компютърен свят.

Поглед към математиката

Като се има предвид ограниченото пространство тук, просто ще се докоснем до няколко математически идеи, за да ни дадем предистория. За по-задълбочено разбиране на темата, вижте отличната статия на Хейс „Трета база” в броя на американския учен от ноември / декември 2001 г.

Сега нека разгледаме условията Вероятно сте разбрали досега (ако още не сте знаели), че думата „тройник“ има общо с числото три. Като цяло, нещо, което е тройно, е съставено от три части или подразделения. Тройната форма в музиката е песенна форма, съставена от три раздела. В математиката терминалът означава използването на три като основа. Някои хора предпочитат думата trinary, може би защото се римува с двоичен.

Джеф Конъли обхваща още няколко термина в доклада си от 2008 г. „Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture.“ „Trit“ е триединният еквивалент на бит. Ако битът е двоична цифра, която може да има една от две стойности, тогава трит е тройна цифра, която може да има която и да е от три стойности. Трита е една база-3 цифри. „Трите“ биха били 6 трита. Connelly (и може би никой друг) определя „трибъл“ като половин трит (или една базова 27 цифра) и той нарича една базова 9-цифрена „нит“. (За повече информация за измерването вижте Разбиране на битове, байтове и техните множества.)

Без грешки, без стрес - Вашето стъпка по стъпка ръководство за създаване на софтуер, променящ живота, без да разрушава живота ви

Не можете да подобрите уменията си за програмиране, когато никой не се интересува от качеството на софтуера.

Всичко това може да стане малко непосилно за математическите миряни (като мен), така че просто ще разгледаме друга концепция, която да ни помогне да разберем числата. Тенарните изчисления се занимават с три дискретни състояния, но самите тризначни цифри могат да бъдат определени по различни начини, според Connelly:

• Небалансирана триезия - {0, 1, 2}
• Дробна небалансирана тринарна зала - {0, 1/2, 1}
• Балансирана триезия - {-1, 0, 1}
• Неизвестна държава-логика - {F,?, T}
• Тринарно кодирано двоично - {T, F, T}

Терминални компютри в историята

Тук няма много какво да покриваме, тъй като, както Конли каза, „Trinary технологията е сравнително неизследвана територия в областта на компютърната архитектура.“ Въпреки че може да има скрито съкровище от университетски изследвания по темата, не много базови 3 компютри са го направили в производство. По време на суперконференцията в Хакадей за 2016 г. Джесика Танк произнесе беседа на терминалния компютър, над който работи през последните няколко години. Дали усилията й ще нараснат от неизвестност, предстои да видим.

Но ще намерим малко повече, ако се обърнем назад към Русия в средата на 20-те^тата век. Компютърът се казваше SETUN, а инженер Николай Петрович Брусенцов (1925–2014). Работейки с знатния съветски математик Сергей Льович Соболев, Брусенцов създаде изследователски екип в Московския държавен университет и проектира тройна компютърна архитектура, която ще доведе до изграждането на 50 машини. Както изследователят Ърл Т. Кембъл заявява на своя уебсайт, SETUN „винаги е бил университетски проект, не е одобрен изцяло от съветското правителство и е гледан подозрително от ръководството на фабриката“.

Случаят за Ternary

SETUN използва балансирана тройна логика, {-1, 0, 1}, както бе отбелязано по-горе. Това е общият подход към тройката и той се намира и в работата на Джеф Конъли и Джесика Танк. „Може би най-хубавата система от числа е балансираната тройна нотация“, пише Доналд Кнут в откъс от книгата си „Изкуството на компютърното програмиране.“

Брайън Хейс също е голям почитател на тернар. „Тук искам да предложа три наздраве за база 3, тройната система. ... Те са изборът на Goldilocks сред системите за номериране: Когато база 2 е твърде малка и база 10 е твърде голяма, база 3 е точно. "

Един от аргументите на Hayes за добродетелите на base-3 е, че тя е най-близката система за номериране до base-e, „базата на естествените логаритми, с числова стойност около 2.718.“ как base-e (ако беше практично) би била най-икономичната система за номериране. Той е повсеместен по своята същност. И ясно си спомням тези думи от господин Робъртсън, моя учител по химия в гимназията: „Бог се брои до е.“

По-голямата ефективност на тройната в сравнение с бинарната може да се илюстрира с използването на компютъра SETUN. Хейс пише: „Сетун оперира с числа, съставени от 18 тройни цифри, или трити, давайки на машината цифров диапазон от 387,420,489. На двоичен компютър ще са му необходими 29 бита, за да достигне този капацитет… “

Така че защо не тернар?

Сега се връщаме към първоначалния въпрос на статията. Ако тройните изчисления са толкова по-ефикасни, защо не ги използваме всички? Един отговор е, че нещата просто не са се случили по този начин. Стигнахме толкова много в двоичните цифрови изчисления, че би било доста трудно да се върнем назад.Точно както роботът Бендер няма идея как да брои повече от нула и едно, така и днес компютрите работят на логическа система, различна от тази, която би използвал всеки потенциален троен компютър. Разбира се, Бендер по някакъв начин би могъл да бъде накаран да разбере тройката - но вероятно ще е по-скоро като симулация, отколкото за редизайн.

И самият SETUN не осъзна по-голямата ефективност на тройната, според Хейс. Той казва, че тъй като всеки трит е бил съхраняван в двойка магнитни ядра, „тройното предимство е пропиляно“. Изглежда, че прилагането е също толкова важно, колкото теорията.

Разширен цитат от Hayes изглежда подходящ тук:

Защо база 3 не успя да обхване? Едно лесно предположение е, че надеждни устройства с три състояния просто не са съществували или са били твърде трудни за разработване. И след като бинарната технология се установи, огромната инвестиция в методи за създаване на двоични чипове щеше да надвие всяко малко теоретично предимство на други бази.

Системата за номериране на бъдещето

Говорили сме за бита и трита, но чували ли сте за кубити? Това е предложената единица за измерване за квантовите изчисления. Математиката става малко размита тук. Квантовият бит или кубитът е най-малката единица квантова информация. Кубитът може да съществува в няколко състояния едновременно. Така че, макар че може да представлява нещо повече от двете бинарни състояния, това не е съвсем същото като тройно. (За да научите повече за квантовите изчисления, вижте защо квантовите изчисления могат да бъдат следващият завой по магистралата за големи данни.)

И ти мислехте, че бинарните и тройните са трудни! Квантовата физика не е очевидно интуитивно. Австрийският физик Ервин Шрьодингер предложи мисловен експеримент, известен като котката на Шрьодингер. От вас се иска да предположите за минута сценарий, при който котката едновременно е жива и мъртва.

Тук някои хора слизат от автобуса. Нелепо е да се предполага, че котка може да бъде и жива, и мъртва, но това е същността на квантовото суперпозиция. Основното в квантовата механика е, че обектите имат характеристики както на вълни, така и на частици. Компютърните учени работят, за да се възползват от тези свойства.

Суперпозицията на кубитите отваря нов свят от възможности. Очаква се квантовите компютри да бъдат експоненциално по-бързи от бинарните или тройните компютри. Паралелизмът на множество кубитни състояния може да направи квантов компютър милиони пъти по-бърз от днешния компютър.

заключение

До деня, когато революцията в квантовите изчисления промени всичко, статуквото на бинарните изчисления ще остане. Когато Джесика Танк беше попитана какви случаи на употреба могат да възникнат за тройни изчисления, публиката изпъшка, чувайки препратка към "Интернет на нещата". И това може би е в основата на въпроса. Освен ако компютърната общност не се съгласи по много добра причина да разстрои количката с ябълки и не поиска от компютрите им да се броят на тройки вместо в двойки, роботи като Бендер ще продължат да мислят и мечтаят в двоично. Междувременно епохата на квантовите изчисления е точно отвъд хоризонта.