Perché non i computer ternari?

Autore: Roger Morrison
Data Della Creazione: 22 Settembre 2021
Data Di Aggiornamento: 10 Maggio 2024
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Perché non i computer ternari? - Tecnologia
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Fonte: Linleo / Dreamstime.com

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Il calcolo ternario si basa su "trits" a tre stati anziché su bit a due stati. Nonostante i vantaggi di questo sistema, viene usato raramente.

Fry: "Bender, che cos'è?"

Bender: “Ahhh, che sogno orribile. Quelli e zeri ovunque ... e pensavo di aver visto un due! ”

Fry: “Era solo un sogno, Bender. Non esistono due. "

Chiunque abbia familiarità con il calcolo digitale conosce zeri e altri, compresi i personaggi del cartone animato "Futurama". Gli zeri e quelli sono i mattoni del linguaggio binario. Ma non tutti i computer sono digitali e nulla dice che i computer digitali debbano essere binari. E se usassimo un sistema base-3 anziché base-2? Un computer potrebbe concepire una terza cifra?

Come ha osservato il saggista di informatica Brian Hayes, "Le persone contano per decine e macchine contano per due". Alcune anime coraggiose hanno osato considerare un'alternativa ternaria. Louis Howell ha proposto il linguaggio di programmazione TriINTERCAL usando il sistema di numerazione base-3 nel 1991. E gli innovatori russi hanno costruito alcune decine di macchine base-3 oltre 50 anni fa. Ma per qualche ragione, il sistema di numerazione non ha preso piede nel più ampio mondo dei computer.


Uno sguardo alla matematica

Dato lo spazio limitato qui, toccheremo alcune idee matematiche per darci qualche informazione. Per una comprensione più approfondita della materia, dai un'occhiata all'eccellente articolo di Hayes "Third Base" nel numero di novembre / dicembre 2001 di American Scientist.

Ora diamo un'occhiata ai termini. Ormai probabilmente hai capito (se non lo sapevi già) che la parola "ternario" ha a che fare con il numero tre. Generalmente, qualcosa che è ternario è composto da tre parti o divisioni. Una forma ternaria nella musica è una forma di canzone composta da tre sezioni. In matematica, ternario significa usarne tre come base. Alcune persone preferiscono la parola trinario, forse perché fa rima con binario.

Jeff Connelly copre alcuni altri termini nel suo documento del 2008 "Ternary Computing Testbed 3-Trit Computer Architecture". Un "trit" è l'equivalente ternario di un po '. Se un bit è una cifra binaria che può avere uno di due valori, un trit è una cifra ternaria che può avere uno di tre valori. Un trit è una cifra di base 3. Un "tryte" sarebbe 6 trits. Connelly (e forse nessun altro) definisce un "triplo" come mezzo trit (o una cifra di base 27) e chiama una cifra di base 9 un "nit". (Per ulteriori informazioni sulla misurazione dei dati, vedere Informazioni su bit, byte e i loro multipli.)


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Tutto può diventare un po 'schiacciante per i laici matematici (come me), quindi vedremo solo un altro concetto per aiutarci a capire i numeri. Il calcolo ternario si occupa di tre stati discreti, ma le stesse cifre ternarie possono essere definite in diversi modi, secondo Connelly:

  • Trinary sbilanciato - {0, 1, 2}
  • Trinary frazionario sbilanciato - {0, 1/2, 1}
  • Trinary bilanciato - {-1, 0, 1}
  • Logica di stato sconosciuto - {F,?, T}
  • Binary Coded Binary - {T, F, T}

Computer ternari nella storia

Non c'è molto da trattare qui perché, come afferma Connelly, "La tecnologia trinitaria è un territorio relativamente inesplorato nel campo dell'architettura informatica". Mentre potrebbe esserci un tesoro nascosto di ricerca universitaria sull'argomento, non molti computer di base 3 ce l'hanno fatta in produzione. All'Hackaday Superconference del 2016, Jessica Tank ha tenuto un discorso sul computer ternario su cui ha lavorato negli ultimi anni. Resta da vedere se i suoi sforzi saliranno dall'oscurità.

Ma troveremo un po 'di più se guardiamo indietro alla Russia a metà degli anni 20esimo secolo. Il computer si chiamava SETUN e l'ingegnere era Nikolay Petrovich Brusentsov (1925–2014). In collaborazione con il noto matematico sovietico Sergei Lvovich Sobolev, Brusentsov creò un gruppo di ricerca all'Università Statale di Mosca e progettò un'architettura informatica ternaria che avrebbe portato alla costruzione di 50 macchine. Come afferma il ricercatore Earl T. Campbell sul suo sito Web, SETUN "è sempre stato un progetto universitario, non pienamente approvato dal governo sovietico, e visto sospettosamente dalla direzione della fabbrica".

Il caso di Ternary

SETUN ha usato una logica ternaria bilanciata, {-1, 0, 1} come notato sopra. Questo è l'approccio comune al ternario, e si trova anche nel lavoro di Jeff Connelly e Jessica Tank. "Forse il sistema di numeri più bello di tutti è la notazione ternaria equilibrata", scrive Donald Knuth in un estratto dal suo libro "L'arte della programmazione informatica".

Brian Hayes è anche un grande fan di Ternary. “Qui voglio offrire tre acclamazioni per la base 3, il sistema ternario. ... Sono la scelta dei Goldilock tra i sistemi di numerazione: quando la base 2 è troppo piccola e la base 10 è troppo grande, la base 3 è perfetta. "

Uno degli argomenti di Hayes per le virtù di base-3 è che è il sistema di numerazione più vicino a base-e, "la base dei logaritmi naturali, con un valore numerico di circa 2.718". Con saggezza matematica, il saggista Hayes spiega come base-e (se fosse pratico) sarebbe il sistema di numerazione più economico. È onnipresente in natura. E ricordo chiaramente queste parole del signor Robertson, il mio insegnante di chimica del liceo: "Dio conta per e".

La maggiore efficienza del ternario rispetto al binario può essere illustrata dall'uso del computer SETUN. Hayes scrive: “Setun ha operato su numeri composti da 18 cifre ternarie, o trits, dando alla macchina un intervallo numerico di 387.420.489. Un computer binario avrebbe bisogno di 29 bit per raggiungere questa capacità ... "

Quindi, perché non ternario?

Ora torniamo alla domanda originale dell'articolo. Se il calcolo ternario è molto più efficiente, perché non li stiamo usando tutti? Una risposta è che le cose non sono successe in quel modo. Siamo arrivati ​​così avanti nel calcolo digitale binario che sarebbe piuttosto difficile tornare indietro.Proprio come il robot Bender non ha idea di come contare oltre zero e uno, i computer di oggi operano su un sistema logico diverso da quello che qualsiasi potenziale computer ternario userebbe. Certo, Bender potrebbe in qualche modo farsi capire il ternario, ma probabilmente sarebbe più simile a una simulazione che a una riprogettazione.

E SETUN stesso non ha realizzato la maggiore efficienza del ternario, secondo Hayes. Dice che poiché ogni trit era immagazzinato in una coppia di nuclei magnetici "il vantaggio ternario era sprecato". Sembra che l'implementazione sia importante tanto quanto la teoria.

Una citazione estesa da Hayes sembra appropriata qui:

Perché la base 3 non è riuscita a prendere piede? Una facile ipotesi è che dispositivi a tre stati affidabili non esistessero o fossero troppo difficili da sviluppare. E una volta stabilita la tecnologia binaria, l'enorme investimento in metodi per fabbricare chip binari avrebbe travolto ogni piccolo vantaggio teorico di altre basi.

Il sistema di numerazione del futuro

Abbiamo parlato di elementi concreti, ma hai sentito parlare di qubit? Questa è l'unità di misura proposta per il calcolo quantistico. La matematica diventa un po 'confusa qui. Un bit quantico, o qubit, è la più piccola unità di informazione quantistica. Un qubit può esistere in più stati contemporaneamente. Quindi, sebbene possa rappresentare più di due soli stati binari, non è esattamente lo stesso di ternario. (Per saperne di più sull'informatica quantistica, vedi Perché l'informatica quantistica potrebbe essere la prossima svolta sulla Big Data Highway.)

E pensavi che binario e ternario fossero difficili! La fisica quantistica non è intuitivamente ovvia. Il fisico austriaco Erwin Schrödinger offrì un esperimento mentale, noto come il gatto di Schrödinger. Ti viene chiesto di supporre per un minuto uno scenario in cui il gatto è contemporaneamente vivo e morto.

Qui è dove alcune persone scendono dall'autobus. È ridicolo proporre che un gatto possa essere sia vivo che morto, ma questa è l'essenza della sovrapposizione quantistica. Il punto cruciale della meccanica quantistica è che gli oggetti hanno caratteristiche sia di onde che di particelle. Gli informatici stanno lavorando per sfruttare queste proprietà.

La sovrapposizione di qubit apre un nuovo mondo di possibilità. I computer quantistici dovrebbero essere esponenzialmente più veloci dei computer binari o ternari. Il parallelismo di più stati di qubit potrebbe rendere un computer quantistico milioni di volte più veloce del PC di oggi.

Conclusione

Fino al giorno in cui la rivoluzione dell'informatica quantistica cambierà tutto, lo status quo dell'informatica binaria rimarrà. Quando è stato chiesto a Jessica Tank quali casi d'uso potessero insorgere per l'informatica ternaria, il pubblico gemette sentendo un riferimento a "Internet delle cose". E questo potrebbe essere il nocciolo della questione. A meno che la comunità informatica non sia d'accordo su un ottimo motivo per sconvolgere il carrello delle mele e chiede ai loro computer di contare in tre invece che in due, i robot come Bender continueranno a pensare e sognare in binario. Nel frattempo, l'era dell'informatica quantistica è appena oltre l'orizzonte.