Троичный компьютер

Компьютеры, использующие троичную логику, и их наименьшая единица данных имеет 3 значения.

Троичный компьютер , также называемый тринарным компьютером , — это компьютер, который в своих вычислениях использует троичную логику (т. е. основание 3 ) вместо более распространенной двоичной системы (т. е. основание 2 ). Троичные компьютеры используют триты вместо двоичных битов .

Типы государств

Тернарные вычисления имеют дело с тремя дискретными состояниями, но сами троичные цифры можно определить по-разному: ^[1]

Система	Штаты
Несбалансированный тройной	0	1	2
Дробный несбалансированный троичный	0	1 ⁄ 2	1
Сбалансированный тройной	−1	0	1
Логика неизвестного состояния	Ф	?	Т
Двоичный код с троичным кодом	Т	Ф	Т

Троичные квантовые компьютеры используют кутриты , а не триты. Кутрит — это квантовое состояние , которое представляет собой комплексный единичный вектор в трех измерениях, который можно записать как $|\Psi \rangle =\alpha |0\rangle +\beta |1\rangle +\gamma |2\rangle$ в обозначении бра-кет . ^[2] Метки базисных векторов ( $|0\rangle ,|1\rangle ,|2\rangle$ ) можно заменить другими метками, например приведенными выше.

История

Я часто размышляю о том, что если бы в зачаточном состоянии общества была принята троичная система счисления вместо десятичной системы счисления , машины, подобные нынешним, существовали бы задолго до того, как это стало обычным явлением, поскольку переход от ментальных вычислений к механическим был бы настолько очевидным и простым.
- Томас Фаулер , письмо сэру Джорджу Бидделлу Эйри. ^[3]

Одна из первых вычислительных машин, построенная Томасом Фаулером полностью из дерева в 1840 году, работала в сбалансированной тройной системе. ^[4]^[5]^[3] Первый современный электронный троичный компьютер « Сетунь » был построен в 1958 году в Советском Союзе в Московском государственном университете Николаем Брусенцовым . ^[6]^[7] и у него были заметные преимущества перед двоичными компьютерами, которые в конечном итоге заменили его, такие как более низкое потребление электроэнергии и более низкая себестоимость производства. ^{[ нужна ссылка ]} В 1970 году Брусенцов построил усовершенствованную версию компьютера, которую назвал «Сетунь-70». ^[6] В США в 1973 году был разработан эмулятор троичных вычислений Ternac, работающий на бинарной машине. ^[8]^: 22

Троичный компьютер QTC-1 был разработан в Канаде. ^[9]

Сбалансированный тройной

Тернарные вычисления обычно реализуются в виде сбалансированной троичной системы , в которой используются три цифры –1, 0 и +1. Отрицательное значение любой сбалансированной троичной цифры можно получить, заменив каждый + на - и наоборот. Вычесть число легко, поменяв местами цифры + и –, а затем воспользовавшись обычным сложением. Сбалансированная тройка может выражать отрицательные значения так же легко, как и положительные, без необходимости использования ведущего отрицательного знака, как в случае с несбалансированными числами. Эти преимущества делают некоторые вычисления более эффективными в троичной системе, чем в двоичной. ^[10] Учитывая, что знаки цифр являются обязательными, а ненулевые цифры имеют только величину 1, запись, в которой отбрасываются единицы и используются только знаки нуля и + -, является более краткой, чем если бы были включены единицы.

Несбалансированный тройной

Троичные вычисления могут быть реализованы в терминах несбалансированной троичной системы, в которой используются три цифры 0, 1, 2. Исходные 0 и 1 объясняются как обычный двоичный компьютер , но вместо этого используют 2 в качестве тока утечки .

Первая в мире конструкция несбалансированного тройного полупроводника на большой пластине была реализована исследовательской группой под руководством Ким Кён Рока в Ульсанском национальном институте науки и технологий в Южной Корее, что будет способствовать разработке микрочипов с низким энергопотреблением и высокой вычислительной мощностью в будущем. Эта тема исследования была выбрана в качестве одного из будущих проектов, финансируемых Samsung в 2017 году, опубликовано 15 июля 2019 года. ^[11]

Потенциальные будущие приложения

С появлением массового производства двоичных компонентов для компьютеров значение троичных компьютеров уменьшилось. Однако Дональд Кнут утверждает, что в будущем они будут возвращены в разработку, чтобы воспользоваться преимуществами элегантности и эффективности троичной логики. ^[10] Один из возможных способов добиться этого — объединить оптический компьютер с системой троичной логики . ^[12] Троичный компьютер, использующий оптоволокно, мог бы использовать темноту как 0 и две ортогональные поляризации света как +1 и -1. ^[13]

Джозефсоновский переход был предложен как сбалансированная троичная ячейка памяти, использующая циркулирующие сверхпроводящие токи по часовой стрелке, против часовой стрелки или в выключенном состоянии. «Преимуществами предлагаемой схемы памяти являются возможность высокоскоростных вычислений, низкое энергопотребление и очень простая конструкция с меньшим количеством элементов благодаря троичной операции». ^[14]

Тернарные вычисления обещают реализовать быстрые модели большого языка (LLM) и, возможно, другие приложения искусственного интеллекта вместо арифметики с плавающей запятой. ^[15]

В популярной культуре

В Роберта А. Хайнлайна романе «Достаточно времени для любви » разумные компьютеры Секундуса, планеты, на которой разворачивается часть сюжетной линии, включая Минерву, используют несбалансированную троичную систему. Минерва, сообщая о результате расчета, говорит: «Триста сорок одна тысяча шестьсот сорок... исходное троичное значение равно паре единиц, запятая, единица, ноль, ноль, запятая, пара единиц, пара, запятая, единица, ноль, ноль, точка, ноль». ^[16]

Современные исследования

С появлением транзисторов с углеродными нанотрубками многие исследователи проявили интерес к разработке троичных логических элементов с их использованием. более 1000 статей по этой теме . В течение 2020–2024 годов на IEEE Xplore было опубликовано ^[17]

См. также

Ссылки

^ Коннелли, Джефф (2008). «3-тритная компьютерная архитектура троичного испытательного стенда» (PDF) . Калифорнийский политехнический университет Сан-Луис-Обиспо.
^ Колин П. Уильямс (2011). Исследования в области квантовых вычислений . Спрингер . стр. 22–23. ISBN 978-1-84628-887-6 .
^ Jump up to: ^а ^б Хейс, Брайан (1 апреля 2008 г.). Теория групп в спальне и другие математические развлечения . Фаррар, Штраус и Жиру. ISBN 978-1-4299-3857-0 .
^ Маккей, Джон; Васс, Памела. «Томас Фаулер» . Архивировано из оригинала 31 мая 2007 года.
^ Глускер, Марк; Хоган, Дэвид М.; Васс, Памела (июль – сентябрь 2005 г.). «Тройная вычислительная машина Томаса Фаулера». IEEE Анналы истории вычислений . 27 (3): 4–22. дои : 10.1109/mahc.2005.49 .
^ Jump up to: ^а ^б Нитусов, Александр. «Николай Петрович Брусенцов» . Российский виртуальный компьютерный музей: Зал славы . Проверено 25 января 2010 г.
^ Трогеманн, Георг; Нитусов Александр Юрьевич; Эрнст, Вольфганг (2001). Вычислительная техника в России: раскрыта история компьютерных устройств и информационных технологий . Vieweg+Teubner Verlag. С. 19, 55, 57, 91, 104–107. ISBN 978-3-528-05757-2 . .
^ Эпштейн, Джордж; Фридер, Гидеон; Райн, Дэвид К. (1974). «Развитие многозначной логики применительно к информатике». Компьютер . 7 (9). ИИЭР: 20–32. дои : 10.1109/MC.1974.6323304 . eISSN 1558-0814 . ISSN 0018-9162 . S2CID 30527807 .
^ Чо, Ю.Х.; Муфта, ХТ (1988). Тройная микросхема ПЗУ КМОП (PDF) . Слушания. Восемнадцатый международный симпозиум по многозначной логике . IEEE. стр. 358–363. дои : 10.1109/ISMVL.1988.5195 . ISBN 0-8186-0859-5 .
^ Jump up to: ^а ^б Кнут, Дональд (1980). Искусство компьютерного программирования . Том. 2: Получисловые алгоритмы (2-е изд.). Аддисон-Уэсли. стр. 190–192. ISBN 0-201-03822-6 . .
^ «Южнокорейские исследователи разработали первую в мире технологию тройных полупроводников» . Деловая газета Мэйл . 17 июля 2019 г.
^ Цзинь И; Хэ Уакан; Люй Янтянь (2005). «Трнарная оптическая архитектура компьютера» . Физика Скрипта . T118 : 98. Бибкод : 2005PhST..118...98Y . doi : 10.1238/Physica.Topical.118a00098 .
^ Джин, Йи (2003). «Тричный принцип оптического компьютера» . Наука в Китае . Серия F. 46 (2): 145. дои : 10.1360/03yf9012 . ISSN 1009-2757 . S2CID 35306726 .
^ Морисуэ, М.; Эндо, Дж.; Морока, Т.; Симидзу, Н.; Сакамото, М. (1998). «Джозефсоновская троичная схема памяти». Слушания. 1998 г. 28-й Международный симпозиум IEEE по многозначной логике (кат. № 98CB36138) . стр. 19–24. дои : 10.1109/ISMVL.1998.679270 . ISBN 978-0-8186-8371-8 . S2CID 19998395 .
^ Ма, Шумин; Ма, Линсяо; Ван, Вэньхуэй; Ван, Жуйпин; Вэй, Фуру (27 февраля 2024 г.). -битные LLM: все большие языковые модели имеют разрядность 1,58 бита». Вычисления и язык . arXiv : 2402.17764 .
^ Хайнлайн, Роберт А. (1982). «Вариации на тему III: Бытовые проблемы». Достаточно времени для любви . Книги Беркли. п. 99. ИСБН 978-0-399-11151-8 .
^ «Результаты поиска IEEE Xplore» . IEEE Эксплор . IEEE. Архивировано из оригинала 17 июня 2024 г. Проверено 17 июня 2024 г.

Дальнейшее чтение

Голод, Фрэнсис (2007). Исследования на советском тернарном компьютере [ СЭТУН. Исследование советского троичного компьютера . Лейпцигский институт книжного искусства . ISBN 978-3-932865-48-0 .

Внешние ссылки

[1] Коннелли, Джефф (2008). «3-тритная компьютерная архитектура троичного испытательного стенда» (PDF) . Калифорнийский политехнический университет Сан-Луис-Обиспо.

[2] Колин П. Уильямс (2011). Исследования в области квантовых вычислений . Спрингер . стр. 22–23. ISBN 978-1-84628-887-6 .

[bedroom-theory-3] Jump up to: ^а ^б Хейс, Брайан (1 апреля 2008 г.). Теория групп в спальне и другие математические развлечения . Фаррар, Штраус и Жиру. ISBN 978-1-4299-3857-0 .

[tf1-4] Маккей, Джон; Васс, Памела. «Томас Фаулер» . Архивировано из оригинала 31 мая 2007 года.

[tf2-5] Глускер, Марк; Хоган, Дэвид М.; Васс, Памела (июль – сентябрь 2005 г.). «Тройная вычислительная машина Томаса Фаулера». IEEE Анналы истории вычислений . 27 (3): 4–22. дои : 10.1109/mahc.2005.49 .

[cmr-6] Jump up to: ^а ^б Нитусов, Александр. «Николай Петрович Брусенцов» . Российский виртуальный компьютерный музей: Зал славы . Проверено 25 января 2010 г.

[7] Трогеманн, Георг; Нитусов Александр Юрьевич; Эрнст, Вольфганг (2001). Вычислительная техника в России: раскрыта история компьютерных устройств и информационных технологий . Vieweg+Teubner Verlag. С. 19, 55, 57, 91, 104–107. ISBN 978-3-528-05757-2 . .

[comp1974-8] Эпштейн, Джордж; Фридер, Гидеон; Райн, Дэвид К. (1974). «Развитие многозначной логики применительно к информатике». Компьютер . 7 (9). ИИЭР: 20–32. дои : 10.1109/MC.1974.6323304 . eISSN 1558-0814 . ISSN 0018-9162 . S2CID 30527807 .

[9] Чо, Ю.Х.; Муфта, ХТ (1988). Тройная микросхема ПЗУ КМОП (PDF) . Слушания. Восемнадцатый международный симпозиум по многозначной логике . IEEE. стр. 358–363. дои : 10.1109/ISMVL.1988.5195 . ISBN 0-8186-0859-5 .

[AoCP2-10] Jump up to: ^а ^б Кнут, Дональд (1980). Искусство компьютерного программирования . Том. 2: Получисловые алгоритмы (2-е изд.). Аддисон-Уэсли. стр. 190–192. ISBN 0-201-03822-6 . .

[11] «Южнокорейские исследователи разработали первую в мире технологию тройных полупроводников» . Деловая газета Мэйл . 17 июля 2019 г.

[12] Цзинь И; Хэ Уакан; Люй Янтянь (2005). «Трнарная оптическая архитектура компьютера» . Физика Скрипта . T118 : 98. Бибкод : 2005PhST..118...98Y . doi : 10.1238/Physica.Topical.118a00098 .

[13] Джин, Йи (2003). «Тричный принцип оптического компьютера» . Наука в Китае . Серия F. 46 (2): 145. дои : 10.1360/03yf9012 . ISSN 1009-2757 . S2CID 35306726 .

[14] Морисуэ, М.; Эндо, Дж.; Морока, Т.; Симидзу, Н.; Сакамото, М. (1998). «Джозефсоновская троичная схема памяти». Слушания. 1998 г. 28-й Международный симпозиум IEEE по многозначной логике (кат. № 98CB36138) . стр. 19–24. дои : 10.1109/ISMVL.1998.679270 . ISBN 978-0-8186-8371-8 . S2CID 19998395 .

[15] Ма, Шумин; Ма, Линсяо; Ван, Вэньхуэй; Ван, Жуйпин; Вэй, Фуру (27 февраля 2024 г.). -битные LLM: все большие языковые модели имеют разрядность 1,58 бита». Вычисления и язык . arXiv : 2402.17764 .

[16] Хайнлайн, Роберт А. (1982). «Вариации на тему III: Бытовые проблемы». Достаточно времени для любви . Книги Беркли. п. 99. ИСБН 978-0-399-11151-8 .

[17] «Результаты поиска IEEE Xplore» . IEEE Эксплор . IEEE. Архивировано из оригинала 17 июня 2024 г. Проверено 17 июня 2024 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]