Γιατί δεν Τερματικά υπολογιστές;

Περιεχόμενο

• Μια ματιά στο Μαθηματικό
• No Bugs, No Stress - Ο οδηγός σας βήμα προς βήμα για τη δημιουργία λογισμικού που αλλάζει τη ζωή χωρίς να καταστρέφει τη ζωή σας
• Τερματικοί Υπολογιστές στην Ιστορία
• Η υπόθεση για τον Τερματικό
• Γιατί όχι Τερματικό;
• Το σύστημα αρίθμησης του μέλλοντος
• συμπέρασμα

Πηγή: Linleo / Dreamstime.com

Πάρε μακριά:

Ο τρισδιάστατος υπολογισμός βασίζεται σε τρία state "trits" αντί σε δυο state bits. Παρά τα πλεονεκτήματα αυτού του συστήματος, χρησιμοποιείται σπάνια.

Fry: "Bender, τι είναι αυτό;"

Bender: "Αχ, τι φοβερό όνειρο. Όλοι και τα μηδενικά παντού ... και σκέφτηκα ότι είδα δυο! "

Fry: "Ήταν απλά ένα όνειρο, Bender. Δεν υπάρχει κάτι τέτοιο όπως δύο. "

Όποιος είναι εξοικειωμένος με την ψηφιακή πληροφορική γνωρίζει τα μηδενικά και αυτά - συμπεριλαμβανομένων των χαρακτήρων στο κινούμενο σχέδιο "Futurama". Τα μηδενικά και αυτά είναι τα δομικά στοιχεία της δυαδικής γλώσσας. Αλλά δεν είναι όλοι οι υπολογιστές ψηφιακοί, και τίποτα δεν λέει ότι οι ψηφιακοί υπολογιστές πρέπει να είναι δυαδικοί. Τι γίνεται αν χρησιμοποιήσαμε ένα σύστημα βάσης-3 αντί της βάσης-2; Θα μπορούσε ένας υπολογιστής να αντιληφθεί ένα τρίτο ψηφίο;

Όπως επεσήμανε ο επιστήμονας της επιστήμης υπολογιστών Μπράιαν Χέιζ, "Οι άνθρωποι μετράνε με δεκάδες και μηχανές μετράνε με δύο." Μερικές γενναίες ψυχές τόλμησαν να εξετάσουν μια τριπλή εναλλακτική λύση. Ο Louis Howell πρότεινε τη γλώσσα προγραμματισμού TriINTERCAL χρησιμοποιώντας το σύστημα αρίθμησης βάσης-3 το 1991. Και οι ρώσοι πρωτοπόροι έχτισαν μερικές δωδεκάδες μηχανές βάσης-3 πριν από 50 χρόνια. Αλλά για κάποιο λόγο, το σύστημα αρίθμησης δεν έφτασε στον ευρύτερο κόσμο των υπολογιστών.

Μια ματιά στο Μαθηματικό

Δεδομένου του περιορισμένου χώρου εδώ, θα αγγίξουμε μόνο μερικές μαθηματικές ιδέες για να μας δώσουν κάποιο υπόβαθρο. Για μια πιο εμπεριστατωμένη κατανόηση του θέματος, ρίξτε μια ματιά στο εξαιρετικό άρθρο του Hayes «Τρίτη Βάση» στο τεύχος Νοεμβρίου / Δεκεμβρίου 2001 του Αμερικανικού Επιστήμονα.

Ας δούμε τώρα τους όρους. Πιθανότατα έχετε πάρει μέχρι τώρα (αν δεν γνωρίζατε ήδη) ότι η λέξη "τριμερής" έχει να κάνει με τον τρίτο. Γενικά, κάτι τριμερές αποτελείται από τρία μέρη ή τμήματα. Μια τρισδιάστατη μορφή μουσικής είναι μια μορφή τραγουδιού που αποτελείται από τρία τμήματα. Στα μαθηματικά, τα τριμερή σημαίνει τη χρησιμοποίηση τριών ως βάση. Μερικοί άνθρωποι προτιμούν τη λέξη τριγωνική, ίσως επειδή λέγεται με δυαδικό.

Ο Jeff Connelly καλύπτει μερικούς ακόμη όρους στο χαρτί του για το 2008 "Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture". Το "trit" είναι το τριπλό ισοδύναμο ενός κομμάτι. Εάν ένα bit είναι ένα δυαδικό ψηφίο που μπορεί να έχει μία από δύο τιμές, τότε ένα trit είναι ένα τριμερές ψηφίο που μπορεί να έχει οποιαδήποτε από τις τρεις τιμές. Το trit είναι ένα ψηφίο βάσης-3. Μια "δοκιμή" θα είναι 6 trits. Ο Connelly (και ίσως κανένας άλλος) ορίζει ένα "tribble" ως μισό τρίτρο (ή ένα βασικό-27 ψηφίο) και ονομάζει έναν αριθμό βάσης-9 ως "nit." (Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη μέτρηση δεδομένων, και τα πολλαπλάσια.)

No Bugs, No Stress - Ο οδηγός σας βήμα προς βήμα για τη δημιουργία λογισμικού που αλλάζει τη ζωή χωρίς να καταστρέφει τη ζωή σας

Δεν μπορείτε να βελτιώσετε τις δεξιότητες προγραμματισμού σας όταν κανείς δεν ενδιαφέρεται για την ποιότητα του λογισμικού.

Μπορεί όλοι να γίνουν λίγο συντριπτικοί για τους μαθηματικούς λαϊκούς (όπως και εγώ), οπότε θα κοιτάξουμε απλώς μια άλλη ιδέα που θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τους αριθμούς. Ο τριμερής υπολογισμός αφορά τρεις διακριτές καταστάσεις, αλλά τα ίδια τα τριμερή ψηφία μπορούν να οριστούν με διαφορετικούς τρόπους, σύμφωνα με τον Connelly:

• Μη ισορροπημένη τριάδα - {0, 1, 2}
• Κλασματική μη ισορροπημένη τριάδα - {0, 1/2, 1}
• Ισορροπημένη τριάδα - {-1, 0, 1}
• Άγνωστη-Κρατική Λογική - {F,?, T}
• Τριμερής κωδικοποιημένη δυαδική - {T, F, T}

Τερματικοί Υπολογιστές στην Ιστορία

Δεν υπάρχει πολλά να καλύψουμε εδώ επειδή, όπως το έθεσε ο Connelly, "η τεχνολογία Trinary είναι σχετικά ανεξερεύνητη περιοχή στον τομέα της αρχιτεκτονικής υπολογιστών." Ενώ μπορεί να υπάρχει ένας κρυμμένος θησαυρός της πανεπιστημιακής έρευνας για το θέμα αυτό, δεν έχουν καταφέρει πολλοί υπολογιστές βάσης 3 στην παραγωγή. Στο 2016 Hackaday Superconference, η Τζέσικα Τανκ μίλησε για τον τριαδικό υπολογιστή στον οποίο εργάζεται για τα τελευταία χρόνια. Είτε οι προσπάθειές της θα αυξηθούν από την αφάνεια παραμένει να δούμε.

Αλλά θα βρούμε λίγο περισσότερο αν κοιτάξουμε πίσω στη Ρωσία στα μέσα του 20ου αιώνα^th αιώνας. Ο υπολογιστής ονομάστηκε SETUN και ο μηχανικός ήταν ο Nikolay Petrovich Brusentsov (1925-2014). Σε συνεργασία με τον αξιοσημείωτο σοβιετικό μαθηματικό Σεργκέι Λοβόβιτ Σόμπολεφ, ο Brusentsov δημιούργησε μια ερευνητική ομάδα στο κρατικό πανεπιστήμιο της Μόσχας και σχεδίασε μια τριμελή αρχιτεκτονική υπολογιστών που θα οδηγούσε στην κατασκευή 50 μηχανών. Όπως δηλώνει ο ερευνητής Earl T. Campbell στην ιστοσελίδα του, το SETUN "ήταν πάντα ένα πανεπιστημιακό σχέδιο, το οποίο δεν είχε υιοθετηθεί πλήρως από τη σοβιετική κυβέρνηση και το οποίο έβλεπε ύποπτα από τη διοίκηση του εργοστασίου".

Η υπόθεση για τον Τερματικό

Ο SETUN χρησιμοποίησε ισορροπημένη τριμερή λογική {-1, 0, 1} όπως σημειώθηκε παραπάνω. Αυτή είναι η κοινή προσέγγιση των τριμερών και βρίσκεται επίσης στο έργο του Jeff Connelly και του Jessica Tank. "Ίσως το πιο όμορφο σύστημα αριθμών από όλα είναι η ισορροπημένη τριμερής συμβολισμός", γράφει ο Donald Knuth σε ένα απόσπασμα από το βιβλίο του "Η Τέχνη του Προγραμματισμού Υπολογιστών".

Ο Brian Hayes είναι επίσης ένας μεγάλος ανεμιστήρας του τριαντάρι. "Εδώ θέλω να προσφέρω τρεις ευθυμίες για τη βάση 3, το τριμερές σύστημα. ... Είναι η επιλογή Goldilocks μεταξύ των συστημάτων αρίθμησης: Όταν η βάση 2 είναι πολύ μικρή και η βάση 10 είναι πολύ μεγάλη, η βάση 3 είναι σωστή. "

Ένα από τα επιχειρήματα του Hayes για τις αρετές της βάσης 3 είναι ότι είναι το πλησιέστερο σύστημα αρίθμησης με βάση τη βάση των φυσικών λογαρίθμων, με αριθμητική τιμή περίπου 2.718. "Με τη μαθηματική ανιδιότητα, ο δοκίμιος Hayes εξηγεί πώς το base-e (εάν ήταν πρακτικό) θα ήταν το πιο οικονομικό σύστημα αρίθμησης. Είναι πανταχού παρούσα. Και θυμάμαι ξεκάθαρα αυτά τα λόγια από τον κύριο Robertson, τον καθηγητή χημείας του γυμνασίου μου: "Ο Θεός μετράει με ε."

Η μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα του τριμερούς σε σύγκριση με το δυαδικό μπορεί να παρουσιαστεί με τη χρήση του υπολογιστή SETUN. Ο Hayes γράφει: "Ο Setun λειτούργησε σε αριθμούς αποτελούμενοι από 18 τριμερή ψηφία ή trits, δίνοντας στο μηχάνημα αριθμητική σειρά 387.420.489. Ο δυαδικός υπολογιστής θα χρειαζόταν 29 bit για να φτάσει αυτή την ικανότητα ... "

Γιατί όχι Τερματικό;

Τώρα επιστρέφουμε στην αρχική ερώτηση του άρθρου. Εάν οι τριπλοί υπολογιστές είναι τόσο αποτελεσματικότεροι, γιατί δεν τις χρησιμοποιούμε όλοι; Μια απάντηση είναι ότι τα πράγματα απλά δεν συνέβαιναν με αυτόν τον τρόπο. Έχουμε έρθει μέχρι τώρα στη δυαδική ψηφιακή πληροφορική ότι θα ήταν αρκετά δύσκολο να γυρίσουμε πίσω.Ακριβώς όπως το ρομπότ Bender δεν έχει ιδέα πώς να μετράει πέρα ​​από το μηδέν και το ένα, οι υπολογιστές του σήμερα λειτουργούν σε ένα λογικό σύστημα που είναι διαφορετικό από αυτό που θα χρησιμοποιούσε οποιοσδήποτε δυνητικός τριπλός υπολογιστής. Φυσικά, ο Μπέντερ θα μπορούσε κάπως να γίνει για να καταλάβει την τριμερή - αλλά μάλλον θα ήταν περισσότερο σαν μια προσομοίωση από έναν επανασχεδιασμό.

Και ο ίδιος ο SETUN δεν συνειδητοποίησε τη μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα των τριαδικών, σύμφωνα με τον Hayes. Λέει ότι επειδή κάθε trit αποθηκεύτηκε σε ένα ζεύγος μαγνητικών πυρήνων "το τριμερές πλεονέκτημα σπαταλήθηκε." Φαίνεται ότι η εφαρμογή είναι εξίσου σημαντική με τη θεωρία.

Ένα παρατεταμένο απόσπασμα από τον Hayes φαίνεται κατάλληλο εδώ:

Γιατί η βάση 3 αποτυγχάνει να πιάσει; Μια εύκολη εικασία είναι ότι οι αξιόπιστες συσκευές τριών κρατών απλώς δεν υπήρχαν ή ήταν πολύ σκληρές για να αναπτυχθούν. Και μόλις δημιουργηθεί μια δυαδική τεχνολογία, η τεράστια επένδυση σε μεθόδους κατασκευής δυαδικών τσιπ θα είχε κατακλύσει κάθε μικρό θεωρητικό πλεονέκτημα άλλων βάσεων.

Το σύστημα αρίθμησης του μέλλοντος

Μιλήσαμε για bits και trits, αλλά έχετε ακούσει για qubits; Αυτή είναι η προτεινόμενη μονάδα μέτρησης για τον κβαντικό υπολογισμό. Τα μαθηματικά παίρνουν λίγο ασαφή εδώ. Ένα κβαντικό κομμάτι, ή qubit, είναι η μικρότερη μονάδα κβαντικών πληροφοριών. Ένα qubit μπορεί να υπάρχει σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Επομένως, ενώ μπορεί να αντιπροσωπεύει περισσότερα από τα δυο δυαδικά καταστήματα, δεν είναι ακριβώς το ίδιο με το τριμερές. (Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την κβαντική υπολογιστική, ανατρέξτε στην ενότητα Για ποιο λόγο η κβαντική υπολογιστική μπορεί να είναι η επόμενη ενεργοποίηση της μεγάλης εθνικής οδού δεδομένων.)

Και νομίζατε δυαδικό και τριμερές ήταν δύσκολο! Η κβαντική φυσική δεν είναι προφανής. Ο αυστριακός φυσικός Erwin Schrödinger πρόσφερε ένα πείραμα σκέψης, γνωστό ως γάτα του Schrödinger. Σας ζητείται να υποθέσετε για ένα λεπτό ένα σενάριο όπου η γάτα είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα.

Αυτό είναι όπου μερικοί άνθρωποι κατεβαίνουν από το λεωφορείο. Είναι γελοίο να προτείνουμε μια γάτα να είναι ζωντανή και νεκρή, αλλά αυτή είναι η ουσία της κβαντικής υπέρθεσης. Η ουσία της κβαντικής μηχανικής είναι ότι τα αντικείμενα έχουν χαρακτηριστικά τόσο των κυμάτων όσο και των σωματιδίων. Οι επιστήμονες υπολογιστών εργάζονται για να επωφεληθούν από αυτές τις ιδιότητες.

Η υπερβολή των qubits ανοίγει έναν νέο κόσμο δυνατοτήτων. Οι κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να είναι εκθετικά ταχύτεροι από τους δυαδικούς ή τριμερείς υπολογιστές. Ο παραλληλισμός των πολλαπλών κρατών qubit θα μπορούσε να κάνει έναν κβαντικό υπολογιστή εκατομμύρια φορές πιο γρήγορα από τον σημερινό υπολογιστή.

συμπέρασμα

Μέχρι την ημέρα που η κβαντική υπολογιστική επανάσταση αλλάζει τα πάντα, το status quo του δυαδικού υπολογιστή θα παραμείνει. Όταν η Τζέσικα Τανκ ρωτήθηκε ποια είναι τα περιστατικά χρήσης που μπορεί να προκύψουν για την τριμερή υπολογιστική, το ακροατήριο ακούστηκε όταν άκουσε μια αναφορά στο «διαδίκτυο των πραγμάτων». Και αυτό μπορεί να είναι το επίκεντρο του θέματος. Εκτός αν η υπολογιστική κοινότητα συμφωνεί για έναν πολύ καλό λόγο να ανατρέψει το καλάθι μήλων και ζητά από τους υπολογιστές τους να υπολογίζουν σε τρία αντί για δύο, ρομπότ όπως ο Bender θα συνεχίσουν να σκέπτονται και να ονειρεύονται σε δυαδικό. Εν τω μεταξύ, η ηλικία των κβαντικών υπολογιστών είναι λίγο πιο πέρα ​​από τον ορίζοντα.