Prečo nie ternárne počítače?

Obsah

• Pohľad na matematiku
• Žiadne chyby, žiadny stres - Váš sprievodca krok za krokom k vytvoreniu softvéru na zmenu života bez zničenia vášho života
• Ternárne počítače v histórii
• Prípad Ternary
• Tak prečo nie ternárny?
• Systém číslovania budúcnosti
• záver

Zdroj: Linleo / Dreamstime.com

Zobrať:

Ternárne výpočty sa spoliehajú skôr na trojstranné „trity“ ako na dvojstranné bity. Napriek výhodám tohto systému sa používa zriedka.

Fry: „Bender, čo to je?“

Bender: „Aha, aký hrozný sen. Jedné a nuly všade ... a ja som si myslel, že som videl dve! “

Fry: „Bol to len sen, Bender. Nie sú nič také ako dva. “

Každý, kto pozná digitálne výpočty, vie o nulách a nuloch - vrátane postáv v karikatúre „Futurama“. Nuly a tie sú stavebnými kameňmi binárneho jazyka. Nie všetky počítače sú však digitálne a nič nehovorí o tom, že digitálne počítače musia byť binárne. Čo keby sme použili systém base-3 namiesto base-2? Dokáže počítač počítať s treťou číslicou?

Ako poznamenal esejista počítačovej vedy Brian Hayes, „Ľudia sa počítajú desiatkami a stroje sa počítajú dvojnásobne.“ Niekoľko odvážnych duší sa odvážilo zvážiť ternárnu alternatívu. Louis Howell navrhol programovací jazyk TriINTERCAL pomocou systému číslovania base-3 v roku 1991. A ruskí inovátori postavili pred desiatimi rokmi niekoľko desiatok strojov-3. Z nejakého dôvodu sa však systém číslovania nezachytil v širšom svete počítačov.

Pohľad na matematiku

Ak tu máme obmedzený priestor, dotkneme sa iba niekoľkých matematických nápadov, ktoré nám poskytnú určité informácie. Ak chcete získať podrobnejšie informácie o tejto téme, prečítajte si vynikajúci článok Hayesovho „Tretia základňa“ v vydaní amerického vedca z novembra / decembra 2001.

Teraz sa pozrime na podmienky. Pravdepodobne ste už zdvihol (ak ste to už nevedeli), že slovo „ternárny“ súvisí s číslom tri. Všeobecne je niečo, čo je ternárne, zložené z troch častí alebo častí. Ternárna forma v hudbe je piesňová forma zložená z troch častí. V matematike znamená ternárna trojicu ako základ. Niektorí ľudia dávajú prednosť slovu trinary, možno preto, že sa rýmuje binárne.

Jeff Connelly sa venuje niekoľkým ďalším pojmom vo svojom dokumente z roku 2008 „Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture“. „Trit“ je ternárnym ekvivalentom trochu. Ak je bit binárna číslica, ktorá môže mať jednu z dvoch hodnôt, potom je trit ternárna číslica, ktorá môže mať ktorúkoľvek z troch hodnôt. Trit je jedna základná číslica. „Tryte“ bude 6 tritov. Connelly (a možno nikto iný) nedefinuje „tribble“ ako pol trit (alebo jednu číslicu base-27) a nazýva jednu číslicu base-9 ako „nit“. (Viac informácií o meraní údajov nájdete v časti Pochopenie bitov, bajty a ich násobky.)

Žiadne chyby, žiadny stres - Váš sprievodca krok za krokom k vytvoreniu softvéru na zmenu života bez zničenia vášho života

Svoje programovacie schopnosti si nemôžete vylepšiť, keď sa nikto nestará o kvalitu softvéru.

Pre matematických laikov (ako ja) sa to môže stať trochu ohromujúcou, takže sa len pozrieme na iný koncept, ktorý nám pomôže pochopiť čísla. Ternárne výpočty sa zaoberajú tromi diskrétnymi stavmi, ale ternárne číslice sa dajú definovať rôznymi spôsobmi podľa Connellyho:

• Nevyvážený trinár - {0, 1, 2}
• Frakčný nevyvážený trinár - {0, 1/2, 1}
• Vyvážený trinár - {-1, 0, 1}
• Logika neznámeho stavu - {F,?, T}
• Trinárny kódovaný binárny kód - {T, F, T}

Ternárne počítače v histórii

Nie je toho veľa na pokrytie, pretože, ako to uviedla Connelly, „Trinárna technológia je v oblasti počítačovej architektúry relatívne nepreskúmané územie.“ Aj keď môže existovať skrytý poklad univerzitného výskumu v tejto oblasti, veľa počítačov typu 3 to neurobilo. do výroby. Na konferencii Hackaday Superconference v roku 2016 predniesla Jessica Tank prednášku o ternárnom počítači, na ktorom pracuje už niekoľko rokov. Zostáva vidieť, či jej úsilie vzrastie z nejasností.

Ale nájdeme o niečo viac, ak sa pozrieme späť do Ruska v polovici 20. storočia^th storočia. Počítač bol nazvaný SETUN a inžinierom bol Nikolay Petrovič Brusentsov (1925 - 2014). V spolupráci s významným sovietskym matematikom Sergejom Ľvovičom Sobolevom vytvoril Brusentsov výskumný tím na Moskovskej štátnej univerzite a navrhol ternárnu počítačovú architektúru, ktorá by vyústila do konštrukcie 50 strojov. Ako uviedol výskumný pracovník Earl T. Campbell na svojej webovej stránke, SETUN „bol vždy univerzitný projekt, ktorý nebol úplne schválený sovietskou vládou a podozrivý z pohľadu manažmentu továrne.“

Prípad Ternary

SETUN použil vyváženú ternárnu logiku {-1, 0, 1}, ako je uvedené vyššie. To je bežný prístup k ternáru a nachádza sa to aj v diele Jeffa Connellyho a Jessicy Tankovej. „Možno najkrajším systémom čísel zo všetkých je vyvážený ternárny zápis,“ píše Donald Knuth vo výňatku z knihy „Umenie počítačového programovania“.

Brian Hayes je tiež veľkým fanúšikom ternára. "Tu chcem ponúknuť tri nálady pre základ 3, ternárny systém." … Sú voľbou medzi číslovacími systémami Goldilocks: Keď je základňa 2 príliš malá a základňa 10 príliš veľká, základňa 3 má pravdu. “

Jedným z Hayesových argumentov o výhodách bázy-3 je to, že je to najbližší systém číslovania k základni-e, „základňu prirodzených logaritmov, s číselnou hodnotou asi 2,718.“ S matematickou zdatnosťou esejista Hayes vysvetľuje ako by základňa e (ak by bola praktická) bola najhospodárnejším systémom číslovania. Má všadeprítomný charakter. A jasne si pamätám tieto slová od pána Robertsona, môjho učiteľa chémie na strednej škole: „Boh počíta e.“

Väčšia efektívnosť ternára v porovnaní s binárnou možno ilustrovať použitím počítača SETUN. Hayes píše: „Setun pracoval na číslach zložených z 18 ternárnych číslic alebo tritov, čím dal stroju číselný rozsah 387 420 489. Binárny počítač by na dosiahnutie tejto kapacity potreboval 29 bitov. ““

Tak prečo nie ternárny?

Teraz sa vraciame k pôvodnej otázke článku. Ak je ternárna práca na počítači oveľa efektívnejšia, prečo ich my všetci nepoužívame? Jednou z odpovedí je, že sa to tak nestalo. Prišli sme tak ďaleko v binárnom digitálnom výpočte, že by bolo dosť ťažké sa vrátiť späť.Rovnako ako robot Bender netuší, ako počítať za nulovú a jednu, aj dnešné počítače pracujú na logickom systéme, ktorý sa líši od toho, čo by použil akýkoľvek potenciálny ternárny počítač. Bender by samozrejme mohol byť prinútený pochopiť ternára - pravdepodobne by to však bola skôr simulácia ako redizajn.

A samotný SETUN si neuvedomil vyššiu efektivitu ternára, tvrdí Hayes. Hovorí, že pretože každý trit bol uložený vo dvojici magnetických jadier, „ternárna výhoda bola premrhaná.“ Zdá sa, že implementácia je rovnako dôležitá ako teória.

Tu sa zdá byť vhodná rozšírená citácia od Hayesa:

Prečo základňa 3 nedokázala dohnať? Jeden jednoduchý odhad je, že spoľahlivé trojstavové zariadenia jednoducho neexistovali alebo sa vyvíjali príliš ťažko. Akonáhle sa zavedie binárna technológia, obrovské investície do metód výroby binárnych čipov by premohli malú teoretickú výhodu iných základov.

Systém číslovania budúcnosti

Hovorili sme o bitoch a trikoch, ale už ste počuli o bitkách? Toto je navrhovaná jednotka merania pre kvantové výpočty. Matematika je tu trochu nejasná. Kvantový bit alebo qubit je najmenšia jednotka kvantovej informácie. Hranica môže existovať vo viacerých štátoch naraz. Takže aj keď môže predstavovať viac ako len dva binárne stavy, nie je to celkom také isté ako ternárne. (Ak sa chcete dozvedieť viac o kvantovom výpočte, prečítajte si článok Prečo môže byť kvantová práca ďalším krokom na diaľnici veľkých dát.)

A vy ste si mysleli, že binárne a ternárne sú ťažké! Kvantová fyzika nie je intuitívne zrejmá. Rakúsky fyzik Erwin Schrödinger ponúkol myšlienkový experiment, známy ako Schrödingerova mačka. Žiadame vás, aby ste na chvíľu predpokladali scenár, v ktorom bude mačka súčasne nažive aj mŕtvy.

To je miesto, kde niektorí ľudia vystupujú z autobusu. Je smiešne navrhnúť, aby mačka mohla byť živá aj mŕtva, ale to je podstata kvantovej superpozície. Jadrom kvantovej mechaniky je to, že objekty majú charakteristiky ako vĺn, tak aj častíc. Počítačoví vedci pracujú na využití týchto vlastností.

Superpozícia qubits otvára nový svet možností. Očakáva sa, že kvantové počítače budú exponenciálne rýchlejšie ako binárne alebo ternárne počítače. Paralelizmus viacerých rýchlych stavov by mohol urobiť kvantový počítač miliónkrát rýchlejšie ako v dnešnom počítači.

záver

Až do dňa, keď kvantová počítačová revolúcia nezmení všetko, zostane zachovaný súčasný stav binárnych výpočtov. Keď sa Jessica Tanková opýtala, aké prípady použitia môžu nastať pre ternárne výpočty, publikum zastonalo, keď počuli odkaz na „internet vecí“. A to môže byť jadrom tejto záležitosti. Pokiaľ sa výpočtová komunita nedohodne na veľmi dobrom dôvode na rozrušenie jablkového košíka a požiada svoje počítače, aby počítali v trojiciach namiesto dvojičiek, roboty ako Bender budú naďalej binárne myslieť a snívať. Medzitým je vek kvantového počítania tesne za horizontom.