Miksi ei ternary tietokoneita?

Sisältö

• Katso matematiikkaa
• Ei vikoja, ei stressiä - vaiheittaiset ohjeet elämää muuttavien ohjelmistojen luomiseen tuhoamatta elämääsi
• Ternary tietokoneet historiassa
• Ternaryn tapaus
• Joten miksi ei ternary?
• Tulevaisuuden numerointijärjestelmä
• johtopäätös

Lähde: Linleo / Dreamstime.com

Ottaa mukaan:

Kolmiosainen laskenta perustuu kolmitilaisiin "tritseihin" kuin kahden tilan bitteihin. Järjestelmän eduista huolimatta sitä käytetään harvoin.

Fry: “Bender, mikä se on?”

Bender: ”Ahhh, mikä hirveä unelma. Ones ja nollat ​​kaikkialla ... ja ajattelin, että näin kaksi! ”

Fry: ”Se oli vain unelma, Bender. Ei ole sellaista kuin kaksi. ”

Jokainen, joka tuntee digitaalisen tietojenkäsittelyn, tietää noloista ja niistä - myös Futurama-sarjakuvan hahmoista. Nolla ja yksi ovat binaarikielen rakennuspalikoita. Mutta kaikki tietokoneet eivät ole digitaalisia, eikä mikään sano, että digitaalisten tietokoneiden on oltava binäärisiä. Entä jos käytimme base-3-järjestelmää base-2: n sijasta? Voisiko tietokone ajatella kolmatta numeroa?

Kuten tietotekniikan esseisti Brian Hayes totesi, ”Ihmiset lasketaan kymmenillä ja koneet lasketaan kaksosilla.” Muutama rohkea sielu on uskaltaa harkita kolmiosaista vaihtoehtoa. Louis Howell ehdotti ohjelmointikielen TriINTERCAL perustaa base-3-numerointijärjestelmää vuonna 1991. Ja venäläiset innovoijat rakensivat muutama kymmenen base-3-konetta yli 50 vuotta sitten. Mutta jostain syystä numerointijärjestelmä ei tarttunut laajempaan tietokonemaailmaan.

Katso matematiikkaa

Koska täällä on rajoitetusti tilaa, kosketamme vain muutamia matemaattisia ideoita antaaksemme meille taustaa. Tarkempaa aihetta ymmärtää tutkimalla Hayesin erinomaista artikkelia ”Kolmas tukikohta” marras-joulukuussa 2001 julkaistussa American Scientist -lehdessä.

Katsotaanpa nyt termejä. Olet todennäköisesti poiminnut jo nyt (jos et tiennyt vielä), että sana "kolmiosainen" liittyy numeroon kolme. Yleensä jotain, joka on kolmiosainen, koostuu kolmesta osasta tai jaosta. Kolmiosainen muoto musiikissa on kappalemuoto, joka koostuu kolmesta osasta. Matematiikassa kolmiosainen tarkoittaa kolmen käyttöä pohjana. Jotkut ihmiset pitävät parempana sanaa trinaari, ehkä siksi, että se riimiää binaarilla.

Jeff Connelly kattaa vielä muutaman sanan vuoden 2008 artikkelissaan "Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture." "Trit" on bitin kolmiosainen ekvivalentti. Jos bitti on binaarinumero, jolla voi olla yksi kahdesta arvosta, niin trit on kolmiosainen numero, jolla voi olla mikä tahansa kolmesta arvosta. Trit on yksi perus-3-numeroinen. ”Tryte” olisi 6 trit. Connelly (ja kenties kukaan muu) määrittelee ”arvelun” puoliksi tritiksi (tai yhdeksi base-27-numeroksi) ja hän kutsuu yhtä base-9-numeroa “nit: ksi” (lisätietoja datan mittauksesta on artikkelissa Bittien ymmärtäminen, tavut) ja heidän kerrannaiset.)

Ei vikoja, ei stressiä - vaiheittaiset ohjeet elämää muuttavien ohjelmistojen luomiseen tuhoamatta elämääsi

Et voi parantaa ohjelmointitaitojasi, kun kukaan ei välitä ohjelmiston laadusta.

Siitä kaikesta voi tulla hieman raskautta matemaattisille maallikoille (kuten minä), joten tarkastelemme vain toista konseptia, joka auttaa meitä ymmärtämään lukuja. Kolmiosainen laskenta käsittelee kolmea erillistä tilaa, mutta itse kolmikantamerkit voidaan määritellä eri tavoin, Connellyn mukaan:

• Epätasapainoinen kolminaisuus - {0, 1, 2}
• Jaksoittainen epätasapainoinen kolminaisuus - {0, 1/2, 1}
• Tasapainoinen kolminaisuus - {-1, 0, 1}
• Tuntematon tilanne - {F,?, T}
• Kolminaisuuden koodattu binääri - {T, F, T}

Ternary tietokoneet historiassa

Täällä ei ole paljon katettavaa, koska kuten Connelly totesi, "kolminaisuustekniikka on suhteellisen tutkimaton alue tietokonearkkitehtuurin kentällä." Vaikka aiheesta saattaa olla piilotettu aarre yliopistotutkimuksesta, harvat base-3-tietokoneet ovat tehneet siitä tuotantoon. Vuoden 2016 Hackaday-superkonferenssissa Jessica Tank piti ternaaritietokoneella puhetta, jolla hän on työskennellyt viime vuosina. Tuleeko nähdä, nousevatko hänen ponnistelut epäselvyydestä.

Mutta löydämme hieman enemmän, jos katsomme takaisin Venäjälle vuoden 20 puolivälissä^th luvulla. Tietokoneen nimi oli SETUN, ja insinöörinä toimi Nikolay Petrovich Brusentsov (1925–2014). Yhteistyössä huomattavan Neuvostoliiton matemaatikon Sergei Lvovich Sobolevin kanssa Brusentsov perusti tutkimusryhmän Moskovan valtionyliopistoon ja suunnitteli kolmiosaisen tietokonearkkitehtuurin, joka johtaisi 50 koneen rakentamiseen. Kuten tutkija Earl T. Campbell toteaa verkkosivustollaan, SETUN "oli aina yliopistohanke, jota Neuvostoliiton hallitus ei ollut täysin tukenut ja tehtaan johto katsoi epäilyttävästi".

Ternaryn tapaus

SETUN käytti tasapainotettua kolmiarvoista logiikkaa, {-1, 0, 1}, kuten yllä todettiin. Se on yleinen lähestymistapa kolmikannalle, ja se löytyy myös Jeff Connellyn ja Jessica Tankin teoksista. "Ehkä kaikkein kaunein numerojärjestelmä on tasapainoinen kolmiosainen merkintä", kirjoittaa Donald Knuth katkelmassa kirjaansa "Tietokoneohjelmoinnin taide".

Brian Hayes on myös suuri ternäärän fani. ”Täällä haluan tarjota kolme cheers perustaa 3, kolmiosainen järjestelmä. … Ne ovat Goldilocks-valinta numerointijärjestelmien joukossa: Kun pohja 2 on liian pieni ja pohja 10 on liian iso, pohja 3 on juuri oikea. ”

Yksi Hayesin perusteista base-3: n hyveille on, että se on lähin numerointijärjestelmä emäkselle e, ”luonnollisten logaritmien perusta, lukuarvo on noin 2 718”. Matemaattisella kyvykkyydellä esseisti Hayes selittää. kuinka base-e (jos se olisi käytännöllinen) olisi edullisin numerointijärjestelmä. Se on kaikkialla luonteeltaan. Ja muistan selvästi lukion kemianopettajani herra Robertsonin sanat: “Jumala laskee e.”

Kolmikantaisen suurempaa tehokkuutta verrattuna binaariin voidaan havainnollistaa käyttämällä SETUN-tietokonetta. Hayes kirjoittaa: ”Setun toimi numeroilla, jotka koostuivat 18 kolmesta merkistä tai tritreistä, jolloin koneelle annettiin numeerinen alue 387 420 489. Binaaritietokone tarvitsee 29 bittiä tämän kapasiteetin saavuttamiseksi ... ”

Joten miksi ei ternary?

Palaamme nyt artikkelin alkuperäiseen kysymykseen. Jos kolmiosainen laskenta on niin paljon tehokkaampaa, miksi emme kaikki käytä niitä? Yksi vastaus on, että asiat eivät vain käyneet niin. Olemme saavuttaneet binaarisen digitaalisen tietojenkäsittelyn niin pitkälle, että takaisin kääntyminen olisi aika vaikeaa.Aivan kuten robotti Benderillä ei ole aavistustakaan siitä, kuinka laskea nolla ja yksi, nykypäivän tietokoneet toimivat logiikkajärjestelmällä, joka eroaa siitä, mitä mahdollinen kolmiosainen tietokone käyttäisi. Tietenkin, Bender voitaisiin jotenkin saada ymmärtämään kolmiosaista - mutta se todennäköisesti muistuttaisi simulaatiota kuin uudelleensuunnittelua.

Ja SETUN ei itse ymmärtänyt kolmiosaisen suurempaa tehokkuutta Hayesin mukaan. Hän sanoo, että koska jokainen trit oli varastoitu magneettisen ytimen pariin, "kolmiosainen etu hajotettiin". Vaikuttaa siltä, ​​että toteutus on yhtä tärkeä kuin teoria.

Hayesin laajennettu tarjous näyttää olevan tarkoituksenmukainen tässä:

Miksi base 3 epäonnistui kiinni? Yksi helppo arvaus on, että luotettavia kolmitilalaitteita ei vain ollut tai niitä oli liian vaikea kehittää. Ja kun binaaritekniikka vakiinnutettiin, valtava investointi binaaristen sirujen valmistusmenetelmiin olisi hukannut muiden emästen pienet teoreettiset edut.

Tulevaisuuden numerointijärjestelmä

Olemme puhuneet biteistä ja tritistä, mutta oletko kuullut jyrkistä? Se on ehdotettu kvanttilaskennan mittayksikkö. Matematiikka muuttuu täällä hieman sumeaksi. Kvanttibitti eli kvitti on pienin kvantitiedon yksikkö. Qubit voi esiintyä useissa tiloissa kerralla. Joten vaikka se voi edustaa enemmän kuin kahta binaaritilaa, se ei ole aivan sama kuin kolmiosainen. (Lisätietoja kvanttilaskennasta on ohjeaiheessa Miksi kvanttilaskenta voi olla seuraava Käynnistä Big Data Highway.)

Ja luulit, että binaari ja kolmiosainen olivat kovia! Kvantfysiikka ei ole intuitiivisesti ilmeistä. Itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger tarjosi ajatuskokeen, joka tunnetaan nimellä Schrödingerin kissa. Sinua pyydetään olettamaan minuutin ajan skenaario, jossa kissa on sekä elossa että kuollut samanaikaisesti.

Täältä jotkut ihmiset nousevat bussista. On naurettavaa ehdottaa, että kissa voisi olla sekä elävä että kuollut, mutta se on kvanttisen superpositiikan ydin. Kvanttimekaniikan ydin on, että esineillä on sekä aaltojen että hiukkasten ominaisuudet. Tietojen tutkijat pyrkivät hyödyntämään näitä ominaisuuksia.

Quittin superpositio avaa uuden mahdollisuuksien maailman. Kvantitietokoneiden odotetaan olevan eksponentiaalisesti nopeampia kuin binaaristen tai kolmiosaisten tietokoneiden. Useiden qubit-tilojen rinnakkaisuus voisi tehdä kvantitietokoneesta miljoonia kertoja nopeampaa kuin nykyisen tietokoneen.

johtopäätös

Siihen päivään saakka, kunnes kvanttilaskennallinen vallankumous muuttaa kaiken, binaarisen laskennan status quo säilyy. Kun Jessica Tankilta kysyttiin, mitkä käyttötapaukset saattavat syntyä kolmen tietokoneen tietotekniikassa, yleisö huokaisi kuultuaan viittauksen "esineiden internetiin". Se voi olla asian ydin. Ellei laskentayhteisö ole sopinut erittäin hyvästä syystä järkyttää omenakärryä ja pyytää heidän tietokoneitaan laskemaan kolmena kahden sijaan, Benderin kaltaiset robotit ajattelevat ja haaveilevat edelleen binaarisesti. Samaan aikaan kvanttilaskennan ikä on vain horisontin ulkopuolella.