Proč ne ternární počítače?

Obsah

• Podívejte se na matematiku
• Žádné chyby, žádný stres - Váš průvodce krok za krokem k vytváření softwaru pro změnu života, aniž by došlo ke zničení vašeho života
• Ternární počítače v historii
• Případ pro Ternary
• Tak proč ne ternár?
• Systém číslování budoucnosti
• Závěr

Zdroj: Linleo / Dreamstime.com

Odnést:

Ternární výpočetní technika se spoléhá spíše na tří-stavové „trity“ než na dva stavové bity. Navzdory výhodám tohoto systému se používá jen zřídka.

Fry: "Bender, co to je?"

Bender: „Aha, jaký strašný sen. Jeden a nula všude ... a já myslel, že jsem viděl dva! “

Fry: „Byl to jen sen, Bendere. Neexistují nic takového jako dva. “

Každý, kdo je obeznámen s digitálním výpočtem, ví o nulách a jedničkách - včetně postav v karikatuře Futurama. Nuly a ty jsou stavebními bloky binárního jazyka. Ale ne všechny počítače jsou digitální a nic neříká, že digitální počítače musí být binární. Co kdybychom použili systém base-3 místo base-2? Dokáže si počítač představit třetí číslici?

Jak poznamenal esejista výpočetní techniky, Brian Hayes poznamenal: „Lidé počítají desítky a stroje počítají dvojky.“ Několik statečných duší se odvážilo zvážit ternární alternativu. Louis Howell navrhl programovací jazyk TriINTERCAL pomocí číslovacího systému base-3 v roce 1991. A ruští inovátoři před 50 lety postavili několik desítek strojů typu 3. Ale z nějakého důvodu se systém číslování v širším počítačovém světě nezachytil.

Podívejte se na matematiku

Vzhledem k omezenému prostoru zde se jen dotkneme několika matematických myšlenek, abychom získali nějaké pozadí. Podrobnější informace o tomto tématu najdete v Hayesově vynikajícím článku „Třetí základna“ v čísle amerického vědce z listopadu / prosince 2001.

Nyní se podívejme na podmínky. Pravděpodobně jste už vyzvedli (pokud jste to již nevěděli), že slovo „ternární“ souvisí s číslem tři. Obecně je něco, co je ternární, složeno ze tří částí nebo divizí. Ternární forma v hudbě je forma písně složená ze tří sekcí. V matematice znamená ternár tři jako základ. Někteří lidé dávají přednost slovu trinary, možná proto, že se rýmuje na binární.

Jeff Connelly popisuje několik dalších termínů ve své práci z roku 2008 „Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture“. „Trit“ je ternární ekvivalent trochu. Pokud je bit binární číslice, která může mít jednu ze dvou hodnot, pak trit je ternární číslice, která může mít kteroukoli ze tří hodnot. Trit je jedna základní 3 číslice. „Tryte“ bude 6 tritů. Connelly (a možná nikdo jiný) definuje „tribble“ jako půl trit (nebo jednu číslici base-27) a nazývá jednu číslici base-9 číslem „nit.“ (Více informací o měření dat najdete v části Porozumění bitům, bajtům) a jejich násobky.)

Žádné chyby, žádný stres - Váš průvodce krok za krokem k vytváření softwaru pro změnu života, aniž by došlo ke zničení vašeho života

Nemůžete zlepšit své programovací schopnosti, když se nikdo nestará o kvalitu softwaru.

Pro matematické laiky (jako já) se to může stát trochu ohromující, takže se podíváme na jiný koncept, který nám pomůže získat přehled o číslech. Ternární práce na počítači řeší tři diskrétní stavy, ale samotné ternární číslice lze definovat různými způsoby podle Connellyho:

• Nevyvážený trinary - {0, 1, 2}
• Fractional Unbalanced Trinary - {0, 1/2, 1}
• Vyvážený trinary - {-1, 0, 1}
• Logika neznámého stavu - {F,?, T}
• Trinary Coded Binary - {T, F, T}

Ternární počítače v historii

Není toho mnoho, co by se zde mělo pokrýt, protože, jak to uvedla Connelly, „Trinární technologie je v oblasti počítačové architektury relativně neprozkoumané území.“ I když může existovat skrytý poklad univerzitního výzkumu na toto téma, mnoho počítačů typu 3 to neudělalo do výroby. Na konferenci Hackaday Superconference 2016 přednesla Jessica Tank přednášku na ternárním počítači, na kterém již několik let pracuje. Zda se její úsilí vynoří z temnoty, bude teprve vidět.

Pokud se však v polovině 20. let podíváme zpět do Ruska, najdeme o něco více^tis století. Počítač se jmenoval SETUN a inženýrem byl Nikolay Petrovič Brusentsov (1925–2014). Ve spolupráci s významným sovětským matematikem Sergejem Lvovičem Sobolevem vytvořil Brusentsov výzkumný tým na Moskevské státní univerzitě a navrhl ternární počítačovou architekturu, která by vyústila v konstrukci 50 strojů. Jak výzkumník Earl T. Campbell na svém webu uvádí, „SETUN„ byl vždy univerzitním projektem, který nebyl zcela schválen sovětskou vládou, a podezřívavě z pohledu vedení továrny. “

Případ pro Ternary

SETUN použil vyváženou ternární logiku {-1, 0, 1}, jak je uvedeno výše. To je běžný přístup k ternárům, a to také v práci Jeffa Connellyho a Jessica Tankové. „Snad nejkrásnějším systémem čísel ze všech je vyvážený ternární zápis,“ píše Donald Knuth ve výňatku z knihy „Umění počítačového programování“.

Brian Hayes je také velkým fanouškem ternára. "Tady chci nabídnout tři na zdraví základnu 3, ternární systém." … Jsou číslem Goldilocks mezi číslovacími systémy: Když je základna 2 příliš malá a základna 10 je příliš velká, základna 3 je v pořádku. “

Jedním z Hayesových argumentů pro přednosti základny 3 je, že jde o nejbližší číslovací systém k základně-e, „základ přirozených logaritmů, s číselnou hodnotou asi 2,718.“ S matematickou zdatností vysvětluje esejista Hayes esejistku jak by základna-e (pokud by byla praktická) byla nejhospodárnějším systémem číslování. Má všudypřítomnou povahu. A jasně si pamatuji tato slova od pana Robertsona, mého středoškolského učitele chemie: „Bůh se počítá e.“

Vyšší účinnost ternáru ve srovnání s binárním může být ilustrována použitím počítače SETUN. Hayes píše: „Setun operoval na číslech složených z 18 ternárních číslic nebo tritů, což dalo stroji číselný rozsah 387 420 489. Binární počítač potřebuje k dosažení této kapacity 29 bitů. “

Tak proč ne ternár?

Nyní se vracíme k původní otázce článku. Pokud je ternární výpočetní technika mnohem efektivnější, proč je my všichni nepoužíváme? Jednou z odpovědí je, že se to tak nestalo. Přišli jsme tak daleko v binárních digitálních počítačích, že by bylo docela těžké se vrátit zpět.Stejně jako robot Bender netuší, jak počítat za nulu a jeden, dnešní počítače pracují na logickém systému, který se liší od toho, co by jakýkoli potenciální ternární počítač použil. Samozřejmě, Bender by mohl být nějakým způsobem donucen porozumět ternárním - ale pravděpodobně by to bylo spíše jako simulace než redesign.

A sám SETUN si neuvědomil větší efektivitu ternáru, podle Hayese. Říká, že protože každý trit byl uložen ve dvojici magnetických jader, „došlo k promarnění ternární výhody.“ Zdá se, že implementace je stejně důležitá jako teorie.

Zde se zdá být vhodná rozšířená citace Hayese:

Proč základna 3 nedokázala dohnat? Snadným odhadem je, že spolehlivá třístavová zařízení prostě neexistovala nebo byla příliš obtížná na vývoj. A jakmile se zavede binární technologie, obrovská investice do metod výroby binárních čipů by přemohla jakoukoli malou teoretickou výhodu jiných základen.

Systém číslování budoucnosti

Mluvili jsme o bitech a tricích, ale slyšeli jste o qubits? To je navrhovaná měrná jednotka pro kvantové výpočty. Matematika je zde trochu nejasná. Kvantový bit nebo qubit je nejmenší jednotka kvantové informace. Qubit může existovat ve více státech najednou. Takže i když může představovat více než jen dva binární stavy, není to totéž jako ternár. (Chcete-li se dozvědět více o kvantových výpočtech, přečtěte si proč Kvantová výpočetní technika může být dalším zapnutím dálnice velkých dat.)

A vy jste si mysleli, že binární a ternární jsou těžké! Kvantová fyzika není intuitivně zřejmá. Rakouský fyzik Erwin Schrödinger nabídl myšlenkový experiment, známý jako Schrödingerova kočka. Žádáme vás, abyste na minutu předpokládali scénář, kdy je kočka naživu i mrtvá současně.

Tady někteří lidé vystupují z autobusu. Je směšné navrhnout, aby kočka mohla být živá i mrtvá, ale to je podstata kvantové superpozice. Základem kvantové mechaniky je to, že objekty mají vlastnosti jak vln, tak částic. Počítačoví vědci pracují na využití těchto vlastností.

Superpozice qubits otevírá nový svět možností. Očekává se, že kvantové počítače budou exponenciálně rychlejší než binární nebo ternární počítače. Paralelismus více stavů qubit by mohl udělat kvantový počítač milionkrát rychlejší než dnešní počítač.

Závěr

Dokud se kvantová výpočetní revoluce nezmění vše, zůstane status quo binárního zpracování. Když se Jessica Tank zeptali, jaké případy použití by mohly vzniknout pro ternární výpočetní techniku, publikum zasténalo, když uslyšelo odkaz na „internet věcí“. A to může být jádrem této záležitosti. Pokud se počítačová komunita nedohodne na velmi dobrém důvodu rozrušení jablečného vozíku a požádá své počítače, aby počítaly v trojicích místo dvou, roboti jako Bender budou i nadále myslet a snít binárně. Mezitím je věk kvantového počítání těsně za horizontem.