Tại sao không phải là máy tính Ternary?

Tác Giả: Roger Morrison
Ngày Sáng TạO: 22 Tháng Chín 2021
CậP NhậT Ngày Tháng: 10 Có Thể 2024
Anonim
Tại sao không phải là máy tính Ternary? - Công Nghệ
Tại sao không phải là máy tính Ternary? - Công Nghệ

NộI Dung



Nguồn: Linleo / Dreamstime.com

Lấy đi:

Điện toán ternary dựa vào ba trạng thái của Trits, thay vì các bit hai trạng thái. Mặc dù hệ thống này có ưu điểm, nhưng nó hiếm khi được sử dụng.

Fry: Bender Bender, nó là gì?

Bender: vòi Ahhh, thật là một giấc mơ khủng khiếp. Người và số không ở khắp mọi nơi ... và tôi nghĩ rằng tôi đã thấy một hai!

Fry: Có lẽ đó chỉ là một giấc mơ, Bender. Không có thứ gì như hai.

Bất cứ ai quen thuộc với máy tính kỹ thuật số đều biết về số không và số không - bao gồm cả các nhân vật trong phim hoạt hình của Fut Futamaama. Số không và những cái là các khối xây dựng của ngôn ngữ nhị phân. Nhưng không phải tất cả các máy tính đều là kỹ thuật số và không có gì nói rằng máy tính kỹ thuật số phải là hệ nhị phân. Điều gì xảy ra nếu chúng ta sử dụng hệ thống cơ sở 3 thay vì cơ sở 2? Một máy tính có thể hình thành một chữ số thứ ba?


Như nhà văn tiểu luận khoa học máy tính Brian Hayes đã lưu ý, Người dân đếm hàng chục và máy tính bằng twos. Một vài linh hồn dũng cảm đã dám xem xét một sự thay thế tạm thời. Louis Howell đã đề xuất ngôn ngữ lập trình TriINTERCAL bằng cách sử dụng hệ thống đánh số cơ sở 3 vào năm 1991. Và các nhà đổi mới của Nga đã chế tạo vài chục máy cơ sở 3 hơn 50 năm trước. Nhưng vì một số lý do, hệ thống đánh số đã không bắt kịp trong thế giới máy tính rộng lớn hơn.

Nhìn vào toán học

Với không gian hạn chế ở đây, chúng tôi sẽ chỉ chạm vào một vài ý tưởng toán học để cung cấp cho chúng tôi một số nền tảng. Để hiểu sâu hơn về chủ đề này, hãy xem Hayes, bài viết xuất sắc của Thứ ba cơ sở thứ ba trong số tháng 11 / tháng 12 năm 2001 của Nhà khoa học Mỹ.


Bây giờ hãy để những người nhìn vào các điều khoản Bây giờ bạn có thể nhặt được (nếu bạn đã không biết) rằng từ "ternary" có nghĩa là số ba. Nói chung, một cái gì đó là ternary bao gồm ba phần hoặc các bộ phận. Một hình thức ternary trong âm nhạc là một hình thức bài hát được tạo thành từ ba phần. Trong toán học, ternary có nghĩa là sử dụng ba làm cơ sở. Một số người thích từ nhị phân, có lẽ vì nó vần với nhị phân.

Jeff Connelly trình bày thêm một vài điều khoản trong bài báo năm 2008 của ông về Máy tính Ternary Computing Testbed Kiến trúc máy tính 3-Trit. Một lần thử thách là tương đương với một chút. Nếu một bit là một chữ số nhị phân có thể có một trong hai giá trị, thì trit là một chữ số thứ ba có thể có bất kỳ giá trị nào trong ba giá trị. Một trit là một chữ số cơ sở 3. Một người cố gắng có thể là 6 người. Connelly (và có lẽ không ai khác) định nghĩa một bộ lạc là một nửa trit (hoặc một chữ số cơ bản 27) và anh ta gọi một chữ số cơ bản 9 chữ số là một nit nit. (Để biết thêm về đo lường dữ liệu, hãy xem Hiểu về Bits, Byte và bội số của chúng.)

Không lỗi, không căng thẳng - Hướng dẫn từng bước của bạn để tạo ra phần mềm thay đổi cuộc sống mà không phá hủy cuộc sống của bạn


Bạn không thể cải thiện kỹ năng lập trình của mình khi không ai quan tâm đến chất lượng phần mềm.

Tất cả có thể trở nên hơi quá sức đối với các giáo dân toán học (như bản thân tôi), vì vậy chúng tôi sẽ chỉ nhìn vào một khái niệm khác để giúp chúng tôi nắm bắt được các con số. Theo Connelly: điện toán ternary có ba trạng thái riêng biệt, nhưng bản thân các chữ số ternary có thể được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, theo Connelly:

  • Trinary không cân bằng - {0, 1, 2}
  • Phân số không cân bằng phân số - {0, 1/2, 1}
  • Cân bằng Trinary - {-1, 0, 1}
  • Logic trạng thái không xác định - {F,?, T}
  • Nhị phân mã hóa nhị phân - {T, F, T}

Máy tính Ternary trong Lịch sử

Không có gì nhiều để nói ở đây bởi vì, như Connelly nói, công nghệ Trinary là lĩnh vực tương đối chưa được khám phá trong lĩnh vực kiến ​​trúc máy tính. Trong khi có thể có một kho tàng nghiên cứu đại học về chủ đề này, không có nhiều máy tính cơ sở 3 đã tạo ra nó trong sản xuất. Tại Hackaday Superconference 2016, Jessica Tank đã nói chuyện về chiếc máy tính tạm thời mà cô ấy đã làm việc trong vài năm qua. Liệu những nỗ lực của cô ấy sẽ tăng lên từ sự tối nghĩa vẫn còn được nhìn thấy.

Nhưng chúng tôi sẽ tìm thấy nhiều hơn một chút nếu chúng ta nhìn lại Nga vào giữa năm 20quần què thế kỷ. Máy tính được gọi là SETUN, và kỹ sư là Nikolay Petrovich Brusentsov (1925 HP2014). Làm việc với nhà toán học đáng chú ý của Liên Xô Sergei Lvovich Sobolev, Brusentsov đã tạo ra một nhóm nghiên cứu tại Đại học quốc gia Moscow và thiết kế một kiến ​​trúc máy tính ba chiều có thể tạo ra 50 máy. Như nhà nghiên cứu Earl T. Campbell tuyên bố trên trang web của mình, SETUN, luôn là một dự án đại học, không được chính phủ Liên Xô xác nhận đầy đủ và bị quản lý nhà máy nghi ngờ.

Trường hợp cho Ternary

SETUN đã sử dụng logic ternary cân bằng, {-1, 0, 1} như đã lưu ý ở trên. Đó là cách tiếp cận phổ biến đối với chim nhạn, và nó cũng được tìm thấy trong tác phẩm của Jeff Connelly và Jessica Tank. Có lẽ hệ thống số đẹp nhất trong tất cả là ký hiệu ternary cân bằng, ông viết Donald Knuth trong một đoạn trích từ cuốn sách của ông ấy Nghệ thuật lập trình máy tính.

Brian Hayes cũng là một fan hâm mộ lớn của chim nhạn. Ở đây tôi muốn cung cấp ba sự cổ vũ cho cơ sở 3, hệ thống ternary. Chúng là sự lựa chọn của Goldilocks trong số các hệ thống đánh số: Khi cơ sở 2 quá nhỏ và cơ sở 10 quá lớn, cơ sở 3 là vừa phải.

Một trong những lập luận của Hayes về các ưu điểm của cơ sở 3 là nó là hệ thống đánh số gần nhất với cơ sở, e là cơ sở của logarit tự nhiên, với giá trị bằng số khoảng 2.718. Làm thế nào cơ sở-e (nếu nó thực tế) sẽ là hệ thống đánh số kinh tế nhất. Nó có mặt khắp nơi trong tự nhiên. Và tôi nhớ rất rõ những lời này từ thầy Robertson, giáo viên hóa học ở trường trung học của tôi: Thần God đếm bởi e.

Hiệu quả cao hơn của ternary so với nhị phân có thể được minh họa bằng việc sử dụng máy tính SETUN. Hayes viết: Số Setun hoạt động trên các số bao gồm 18 chữ số thứ ba hoặc các dấu ba chấm, tạo cho máy một phạm vi số 387.420.489. Một máy tính nhị phân sẽ cần 29 bit để đạt được dung lượng này.

Vậy tại sao không phải là Ternary?

Bây giờ chúng ta trở lại câu hỏi ban đầu của bài viết. Nếu tính toán ternary hiệu quả hơn nhiều, tại sao aren chúng ta đều sử dụng chúng? Một câu trả lời là những điều vừa xảy ra đã xảy ra theo cách đó. Chúng ta đã đi rất xa trong điện toán kỹ thuật số nhị phân nên sẽ rất khó để quay trở lại.Giống như robot Bender không có ý tưởng làm thế nào để vượt quá số 0 và số một, ngày nay, các máy tính của hệ điều hành hoạt động trên một hệ thống logic khác với những gì mà bất kỳ máy tính ternary tiềm năng nào sẽ sử dụng. Tất nhiên, Bender bằng cách nào đó có thể được thực hiện để hiểu về chim nhạn - nhưng có lẽ nó sẽ giống như một mô phỏng hơn là thiết kế lại.

Và bản thân SETUN đã không nhận ra hiệu quả cao hơn của chim nhạn, theo Hayes. Ông nói rằng vì mỗi trit được lưu trữ trong một cặp lõi từ tính, nên lợi thế về mặt thời gian đã bị lãng phí. Có vẻ như việc thực hiện cũng quan trọng như lý thuyết.

Một trích dẫn mở rộng từ Hayes có vẻ thích hợp ở đây:

Tại sao căn cứ 3 không bắt kịp? Một điều dễ đoán là các thiết bị ba trạng thái đáng tin cậy đã không tồn tại hoặc quá khó để phát triển. Và một khi công nghệ nhị phân được thiết lập, sự đầu tư to lớn vào các phương pháp chế tạo chip nhị phân sẽ lấn át bất kỳ lợi thế lý thuyết nhỏ nào của các cơ sở khác.

Hệ thống đánh số của tương lai

Chúng tôi đã nói về bit và trits, nhưng bạn đã nghe nói về qubit chưa? Đó là đơn vị đo lường đề xuất cho điện toán lượng tử. Toán học có một chút mờ nhạt ở đây. Một bit lượng tử, hay qubit, là đơn vị nhỏ nhất của thông tin lượng tử. Một qubit có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Vì vậy, trong khi nó có thể đại diện cho nhiều hơn chỉ hai trạng thái nhị phân, thì nó không giống như ternary. (Để tìm hiểu thêm về điện toán lượng tử, hãy xem Tại sao Điện toán lượng tử có thể là bước tiếp theo trên Đường cao tốc dữ liệu lớn.)

Và bạn nghĩ nhị phân và ternary là khó! Vật lý lượng tử không phải là trực giác rõ ràng. Nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger đã đưa ra một thí nghiệm tư tưởng, nổi tiếng là mèo Schrödinger. Bạn được yêu cầu giả sử trong một phút một kịch bản trong đó con mèo vừa sống vừa chết.

Đây là nơi một số người xuống xe. Thật lố bịch khi đề xuất rằng một con mèo có thể sống và chết, nhưng đó là bản chất của sự chồng chất lượng tử. Mấu chốt của cơ học lượng tử là các vật thể có đặc điểm của cả sóng và hạt. Các nhà khoa học máy tính đang làm việc để tận dụng các tính chất này.

Sự chồng chất của các qubit mở ra một thế giới mới về khả năng. Máy tính lượng tử dự kiến ​​sẽ nhanh hơn theo cấp số nhân so với máy tính nhị phân hoặc ternary. Sự song song của nhiều trạng thái qubit có thể làm cho một máy tính lượng tử nhanh hơn hàng triệu lần so với PC PC ngày nay.

Phần kết luận

Cho đến ngày cuộc cách mạng điện toán lượng tử thay đổi mọi thứ, hiện trạng của điện toán nhị phân sẽ vẫn còn. Khi Jessica Tank được hỏi những trường hợp sử dụng nào có thể phát sinh đối với điện toán ba chiều, khán giả đã rên rỉ khi nghe một tài liệu tham khảo về Internet của mọi thứ. Đây là một mấu chốt của vấn đề. Trừ khi cộng đồng điện toán đồng ý với lý do rất chính đáng để làm đảo lộn giỏ hàng táo và yêu cầu máy tính của họ đếm thành ba thay vì twos, những robot như Bender sẽ tiếp tục suy nghĩ và mơ về nhị phân. Trong khi đó, thời đại của điện toán lượng tử chỉ nằm ngoài tầm nhìn.