Чому б не потрійні комп’ютери?

Автор: Roger Morrison
Дата Створення: 22 Вересень 2021
Дата Оновлення: 10 Травень 2024
Anonim
zoom-школа 4.04.2020
Відеоролик: zoom-школа 4.04.2020

Зміст



Джерело: Linleo / Dreamstime.com

Винос:

Потрійне обчислення покладається на тридержавні «трити», а не на два державні біти. Незважаючи на переваги цієї системи, вона використовується рідко.

Фрай: "Бендер, що це?"

Бендер: "А-а-а, який жахливий сон. Повсюди і нулі ... і я думав, що побачив двох! "

Фрай: «Це був лише сон, Бендер. Немає такого, як два. "

Усі, хто знайомий з цифровими обчисленнями, знають про нулі та ті, що включають персонажів у мультфільмі «Футурама». Нулі та одиниці є складовими двійкової мови. Але не всі комп'ютери цифрові, і нічого не говорить про те, що цифрові комп'ютери повинні бути двійковими. Що робити, якщо ми використовували систему base-3 замість base-2? Чи міг комп’ютер уявити третю цифру?

Як зазначав есеїст з інформатики Брайан Хейс, «Люди рахують десятки, а машини рахують по два». Кілька сміливих душ наважилися розглянути потрійну альтернативу. Луї Хоуелл запропонував мову програмування TriINTERCAL, використовуючи систему нумерації базових-3 в 1991 році. Російські новатори побудували кілька десятків машин базової-3 понад 50 років тому. Але чомусь система нумерації не прижилася в широкому комп'ютерному світі.


Погляд на математику

Зважаючи на обмежений простір тут, ми просто торкнемося декількох математичних ідей, щоб дати нам деяку інформацію. Для більш поглибленого розуміння цього питання ознайомтеся з чудовою статтею Хейса «Третя база» у випуску американського вченого за листопад / грудень 2001 року.

Тепер давайте розглянемо терміни Напевно ви вже зрозуміли (якщо ви ще не знали), що слово "потрійний" має відношення до числа три. Як правило, те, що є потрійним, складається з трьох частин або відділів. Потрійна форма в музиці - це пісенна форма, що складається з трьох розділів. У математиці потрійний означає використовувати три як основу. Деякі люди віддають перевагу слову тринарна, можливо, тому, що воно римується з бінарним.

Джеф Коннеллі висвітлює ще кілька термінів у своєму документі 2008 року «Трехкомпонентна комп'ютерна архітектура з обчислювальної техніки« 3-трит. ». Якщо біт - це двійкова цифра, яка може мати одне з двох значень, то трит - це потрійний розряд, який може мати будь-яке з трьох значень. Трит - це одна основа-3 цифри. "Тріст" - 6 трит. Коннеллі (і, можливо, ніхто інший) визначає "трибл" як половину трита (або одну базову 27 цифру), і він називає одну базову 9 цифру "ніт". (Детальніше про вимірювання даних див. Розуміння біт, байт та їх кратні.)


Ні помилок, ні стресу - покроковий посібник зі створення програмного забезпечення, що змінює життя, не руйнуючи ваше життя


Ви не можете покращити свої навички програмування, коли ніхто не піклується про якість програмного забезпечення.

Все це може стати трохи непосильним для математичних мирян (як я), тому ми просто розглянемо іншу концепцію, яка допоможе нам зрозуміти цифри. Потрійне обчислення має справу з трьома дискретними станами, але самі потрійні цифри можна визначити різними способами, згідно Коннеллі:

  • Неврівноважений тринарій - {0, 1, 2}
  • Дробовий неврівноважений тринарій - {0, 1/2, 1}
  • Збалансований трійці - {-1, 0, 1}
  • Логіка невідомого стану - {F,?, T}
  • Тринарно кодований двійковий код - {T, F, T}

Потрійні комп’ютери в історії

Тут мало що висвітлювати, тому що, як сказав Коннеллі, "технологія Trinar є відносно невивченою територією в галузі комп'ютерної архітектури". Хоча, можливо, є прихований скарб університетських досліджень з цього питання, не багато комп'ютерів базових 3 зробили це у виробництво. На суперконференції Hackaday 2016 року Джессіка Танк виступила з розмовою на потрійному комп’ютері, над яким вона працювала останні кілька років. Чи виростуть її зусилля із незрозумілості, залишається з'ясувати.

Але ми знайдемо трохи більше, якщо повернемося до Росії в середині 20-хго століття. Комп’ютер називався SETUN, а інженером - Микола Петрович Брусенцов (1925–2014). Працюючи з відомим радянським математиком Сергієм Львовичем Соболєвим, Брусенцов створив науково-дослідну команду в Московському державному університеті і сконструював потрійну комп'ютерну архітектуру, в результаті якої було б побудовано 50 машин. Як стверджує дослідник граф Т. Кемпбелл на своєму веб-сайті, SETUN "завжди був університетським проектом, не повністю схваленим радянським урядом і з підозрою розглядається керівництвом фабрики".

Справа про тернар

SETUN використовував збалансовану потрійну логіку, {-1, 0, 1}, як зазначено вище. Це загальний підхід до потрійних, і це також знайдено в роботі Джеффа Коннеллі та Джессіки Танк. "Мабуть, найкрасивішою системою числення всіх є врівноважене потрійне позначення", - пише Дональд Кнут уривку зі своєї книги "Мистецтво комп'ютерного програмування".

Брайан Хейс також є великим шанувальником тернару. «Тут я хочу запропонувати три ура для бази 3, потрійної системи. … Вони є вибором Золотодоляка серед систем нумерації: Коли база 2 занадто мала, а база 10 - занадто велика, база 3 дуже правильна ».

Один з аргументів Хейса щодо чеснот бази-3 полягає в тому, що це найближча система нумерації до бази-е, «база природних логарифмів, чисельне значення близько 2.718». як база-е (якби це було практично) була б найбільш економічною системою нумерації. Він є всюдисущим за своєю природою. І я чітко пам’ятаю ці слова містера Робертсона, мого вчителя хімії в середній школі: «Бог рахує е».

Більшу ефективність потрійного порівняно з двійковим можна проілюструвати використанням комп'ютера SETUN. Хейс пише: "Сетун діяв на числах, що складаються з 18 потрійних цифр, або тритів, даючи машині числовий діапазон 387,420,489. Двійковому комп'ютеру знадобиться 29 біт, щоб досягти цієї ємності ... "

То чому б не тернар?

Тепер повернемося до оригінального питання статті. Якщо потрійні обчислення є набагато ефективнішими, чому ми не використовуємо їх усі? Одна відповідь полягає в тому, що все просто не відбулося таким чином. Ми настільки далеко зайшли в бінарних цифрових обчисленнях, що повернути назад було б досить важко. Так само, як робот Бендер не має уявлення про те, як рахувати більше нуля і одиниці, сьогодні комп’ютери працюють на логічній системі, що відрізняється від того, який використовує будь-який потенційний потрійний комп'ютер. Звичайно, Бендера можна було якось змусити зрозуміти потрійне - але це, мабуть, буде більше схоже на моделювання, ніж на перепроектування.

А сам SETUN не усвідомив більшої ефективності трехмісних, за словами Хейса. Він каже, що оскільки кожен трит зберігався в парі магнітних сердечників, «потрійне перевагу було розтрачено». Здається, реалізація так само важлива, як і теорія.

Розширена цитата Hayes здається тут доречною:

Чому база 3 не змогла приступити? Одне легке здогадка - це те, що надійних тридержавних пристроїв просто не існувало або надто важко було розробити. І як тільки бінарні технології будуть створені, величезні інвестиції в методи виготовлення бінарних чіпів перекриють будь-яку невелику теоретичну перевагу інших баз.

Система нумерації майбутнього

Ми говорили про шматочки та трити, але ви чули про кубіти? Це запропонована одиниця вимірювання для квантових обчислень. Математика тут стає трохи нечіткою. Квантовий біт або кубіт - це найменша одиниця квантової інформації. Кубіт може існувати в декількох станах одночасно. Отже, хоча він може представляти більше, ніж просто два двійкові стани, він не зовсім збігається з потрійним. (Щоб дізнатися більше про квантові обчислення, див. Чому квантові обчислення можуть бути наступним поворотом на шосе великих даних.)

І ти думав, що двійкові та потрійні важкі! Квантова фізика не є інтуїтивно зрозумілою. Австрійський фізик Ервін Шредінгер запропонував продуманий експеримент, відомий як кішка Шредінгера. Вам пропонується на хвилину припустити сценарій, коли кішка одночасно жива і мертва.

Ось де деякі люди виходять з автобуса. Смішно вважати, що кішка може бути і живою, і мертвою, але в цьому суть квантового суперпозиції. Суть квантової механіки полягає в тому, що предмети мають характеристики як хвиль, так і частинок. Комп'ютерні вчені працюють над тим, щоб скористатися цими властивостями.

Супозиція кубітів відкриває новий світ можливостей. Очікується, що квантові комп'ютери будуть експоненціально швидшими, ніж двійкові або потрійні комп'ютери. Паралелізм декількох кубітних станів може зробити квантовий комп'ютер у мільйони разів швидшим, ніж сьогоднішній ПК.

Висновок

До того часу, поки революція квантових обчислень не змінить все, статус кво в бінарних обчисленнях залишиться. Коли Джессіку Танк запитали, які випадки використання можуть виникнути для потрійних обчислень, аудиторія застогнала, почувши посилання на "Інтернет речей". І це може бути суть справи. Якщо тільки обчислювальна спільнота не погодиться з дуже вагомою причиною для того, щоб засмутити візок з яблуками і не попросить їх комп’ютери рахувати в трійці замість двох, такі роботи, як Бендер, продовжуватимуть думати і мріяти у двійковому. Тим часом епоха квантових обчислень просто за горизонтом.