لماذا لا أجهزة الكمبيوتر الثلاثية؟

المحتوى

• نظرة على الرياضيات
• No Bugs، No Stress - دليلك خطوة بخطوة لإنشاء برامج لتغيير الحياة دون تدمير حياتك
• أجهزة الكمبيوتر الثلاثية في التاريخ
• القضية ل Ternary
• فلماذا لا ترنيري؟
• نظام ترقيم المستقبل
• خاتمة

المصدر: Linleo / Dreamstime.com

يبعد:

تعتمد الحوسبة الثلاثية على "ميزات" ثلاثية الولايات بدلاً من وحدات ثنائية الدول. على الرغم من مزايا هذا النظام ، نادرًا ما يتم استخدامه.

فراي: "بندر ، ما هو؟"

بندر: "آه ، يا له من حلم فظيع. تلك والأصفار في كل مكان ... واعتقدت أنني رأيت اثنين! "

فراي: "كان مجرد حلم يا بندر. لا يوجد شيء مثل اثنين. "

أي شخص مطلع على الحوسبة الرقمية يعرف عن الأصفار والأخرى - بما في ذلك الشخصيات في الكرتون "فوتثرما". الأصفار وتلك هي لبنات بناء اللغة الثنائية. ولكن ليست كل أجهزة الكمبيوتر رقمية ، ولا يوجد ما يشير إلى أن أجهزة الكمبيوتر الرقمية يجب أن تكون ثنائية. ماذا لو استخدمنا نظام base-3 بدلاً من base-2؟ هل يمكن أن يتصور الكمبيوتر رقمًا ثالثًا؟

كما لاحظ كاتب المقال في علوم الكمبيوتر ، براين هايس ، "يحسب الناس من خلال عشرات والآلات تحسب مرتين". تجرأت بعض الأرواح الشجاعة على التفكير في بديل ثلاثي. اقترح Louis Howell لغة البرمجة TriINTERCAL باستخدام نظام الترقيم base-3 في عام 1991. وقام المبتكرون الروس ببناء بضع عشرات من آلات base-3 منذ أكثر من 50 عامًا. لكن لسبب ما ، فإن نظام الترقيم لم ينجح في عالم الكمبيوتر الأوسع.

نظرة على الرياضيات

بالنظر إلى المساحة المحدودة هنا ، سنتطرق فقط إلى بعض الأفكار الرياضية لمنحنا بعض المعلومات الأساسية. للحصول على فهم أكثر تعمقًا للموضوع ، ألق نظرة على مقالة Hayes الممتازة "القاعدة الثالثة" في عدد نوفمبر / ديسمبر 2001 من مجلة Scientific American.

الآن دعونا نلقي نظرة على الشروط. ربما تكون قد اخترت الآن (إذا لم تكن تعرف بالفعل) أن كلمة "ثلاثية" تتعلق بالرقم الثالث. بشكل عام ، يتكون الشيء الثلاثي من ثلاثة أجزاء أو أقسام. شكل ثلاثي في ​​الموسيقى هو شكل أغنية مكونة من ثلاثة أقسام. في الرياضيات ، يعني الثلاثي استخدام ثلاثة كقاعدة. بعض الناس يفضلون كلمة ثلاثية ، ربما لأنها قوافي مع ثنائي.

يتناول جيف كونيلي بعض المصطلحات الأخرى في بحثه لعام 2008 بعنوان "هندسة الحوسبة الثلاثية - اختبار هندسة الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد." "الحداثة" هي المكافئ الثلاثي للقليل. إذا كانت البتة عبارة عن رقم ثنائي يمكن أن يحتوي على واحد من قيمتين ، فإن trit عبارة عن رقم ثلاثي يمكن أن يحتوي على أي من القيم الثلاثة. Trit هو رقم واحد مكون من 3 أرقام. سيكون "tryte" 6 قطع. يعرّف كونيلي (وربما لا أحد غيره) "القبيلة" على أنها نصف ترينت (أو رقم أساسي واحد 27) ويسميه رقمًا واحدًا مكونًا من 9 أرقام "بالنت". (لمزيد من المعلومات حول قياس البيانات ، راجع فهم البتات ، البايت ومضاعفاتها.)

No Bugs، No Stress - دليلك خطوة بخطوة لإنشاء برامج لتغيير الحياة دون تدمير حياتك

لا يمكنك تحسين مهارات البرمجة لديك عندما لا يهتم أحد بجودة البرنامج.

يمكن أن تصبح جميعها ساحقة بعض الشيء بالنسبة للعلماء الرياضيين (مثلي) ، لذلك سننظر إلى مفهوم آخر لمساعدتنا في فهم الأرقام. تتعامل الحوسبة الثلاثية مع ثلاث حالات منفصلة ، لكن الأرقام الثلاثية نفسها يمكن تعريفها بطرق مختلفة ، وفقًا لكونيلي:

• ثلاثية غير متوازنة - {0 ، 1 ، 2}
• كسور ثلاثي غير متوازن - {0 ، 1/2 ، 1}
• ثلاثية متوازنة - {-1 ، 0 ، 1}
• منطق الدولة غير معروف - {F ،؟ ، T}
• ثنائي مشفر ثنائي - {T ، F ، T}

أجهزة الكمبيوتر الثلاثية في التاريخ

لا يوجد شيء يجب تغطيته هنا لأنه ، على حد تعبير كونيللي ، "التكنولوجيا الثلاثية هي أرض غير مستكشفة نسبيًا في مجال هندسة الكمبيوتر." في حين قد يكون هناك كنز خفي من الأبحاث الجامعية حول هذا الموضوع ، إلا أن الكثير من أجهزة الكمبيوتر التي لا تحتوي على قاعدة 3 صنعتها في الإنتاج. في مؤتمر Hackaday Superconference لعام 2016 ، ألقت Jessica Tank حديثًا على جهاز الكمبيوتر الثلاثي الذي كانت تعمل عليه خلال السنوات القليلة الماضية. ما إذا كانت جهودها سوف ترتفع من الغموض يبقى أن نرى.

لكننا سنجد المزيد إذا نظرنا إلى روسيا في منتصف العشرين^العاشر مئة عام. كان الكمبيوتر يسمى SETUN ، وكان المهندس نيكولاي بتروفيتش بروسنتسوف (1925–2014). من خلال العمل مع عالم الرياضيات السوفياتي البارز سيرجي لفوفيتش سوبوليف ، أنشأ بروسنتسوف فريقًا بحثيًا في جامعة موسكو الحكومية وصمم بنية كمبيوتر ثلاثية من شأنها أن تؤدي إلى بناء 50 آلة. وكما ذكر الباحث إيرل كامبل على موقعه على الإنترنت ، فإن SETUN "كان دائمًا مشروعًا جامعيًا ، ولم تحظ بتأييد كامل من قبل الحكومة السوفيتية ، ونظرت إليه إدارة المصنع بطريقة مريبة".

القضية ل Ternary

استخدم SETUN المنطق الثلاثي المتوازن ، {-1 ، 0 ، 1} كما هو مذكور أعلاه. هذا هو النهج المشترك لثلاثية الأبعاد ، وهو موجود أيضًا في أعمال جيف كونيلي وجيسيكا تانك. يقول دونالد نوث في مقتبس من كتابه "فن برمجة الكمبيوتر": "لعل أجمل نظام عدد على الإطلاق هو التدوين الثلاثي المتوازن".

براين هايز هو أيضا معجب كبير بالثلاثي. "هنا أود أن أقدم ثلاثة هتافات للقاعدة 3 ، النظام الثلاثي. ... إنها خيار Goldilocks بين أنظمة الترقيم: عندما تكون القاعدة 2 صغيرة جدًا وتكون القاعدة 10 كبيرة جدًا ، تكون القاعدة 3 صحيحة تمامًا. "

واحدة من حجج Hayes حول فضائل base-3 هي أنه أقرب نظام ترقيم إلى base-e ، "قاعدة اللوغاريتمات الطبيعية ، بقيمة رقمية تبلغ حوالي 2.718". كيف ستكون قاعدة الأساس (إذا كانت عملية) نظام الترقيم الأكثر اقتصادا. هو في كل مكان في الطبيعة. وأتذكر هذه الكلمات بوضوح من السيد روبرتسون ، أستاذ الكيمياء بالمدرسة الثانوية: "الله يحسبني".

يمكن توضيح كفاءة أكبر من الثلاثية بالمقارنة مع ثنائي باستخدام الكمبيوتر SETUN. كتب هايز: "تم تشغيل Setun على أرقام مكونة من 18 رقمًا ثلاثيًا أو أجزاء ، مما يمنح الماكينة نطاقًا رقميًا يبلغ 387،420،489. سيحتاج الكمبيوتر الثنائي إلى 29 بت للوصول إلى هذه السعة ... ".

فلماذا لا ترنيري؟

الآن نعود إلى السؤال الأصلي للمقال. إذا كانت الحوسبة الثلاثية أكثر كفاءة بكثير ، فلماذا لا نستخدمها جميعًا؟ إجابة واحدة هي أن الأمور لم تحدث بهذه الطريقة. لقد قطعنا شوطًا كبيرًا في الحوسبة الرقمية الثنائية بحيث يكون من الصعب جدًا العودة إلى الوراء.تمامًا مثلما لا يعرف الروبوت بندر كيفية حساب عدد يتجاوز الصفر وواحد ، تعمل أجهزة الكمبيوتر اليوم على نظام منطقي مختلف عن أي جهاز كمبيوتر آخر محتمل يستخدم. بالطبع ، يمكن أن يكون بندر مصنوعًا بطريقة ما لفهم الثلاثية - لكن من المحتمل أن يكون الأمر أشبه بمحاكاة من إعادة تصميم.

و SETUN نفسها لم تدرك كفاءة أكبر من ternary ، وفقا ل هايز. يقول أنه نظرًا لأنه تم تخزين كل سمة في زوج من النوى المغناطيسية ، "تم تبديد الميزة الثلاثية". يبدو أن التنفيذ لا يقل أهمية عن النظرية.

الاقتباس الممتد من Hayes يبدو مناسبًا هنا:

لماذا فشلت قاعدة 3 في اللحاق بالركب؟ أحد التخمينات السهلة هو أن الأجهزة الموثوقة المكونة من ثلاث حالات لم تكن موجودة أو كانت صعبة التطوير. وبمجرد تأسيس تقنية ثنائية ، فإن الاستثمار الهائل في طرق تصنيع رقائق ثنائية قد طغى على أي ميزة نظرية صغيرة من القواعد الأخرى.

نظام ترقيم المستقبل

لقد تحدثنا عن البتات و trits ، ولكن هل سمعت من البتات؟ هذه هي وحدة القياس المقترحة للحوسبة الكمومية. الرياضيات يحصل قليلا غامض هنا. البتة الكمومية ، أو الكوابت ، هي أصغر وحدة من المعلومات الكمومية. يمكن وجود موجود في حالات متعددة في وقت واحد. لذا ، في حين أنه يمكن أن يمثل أكثر من مجرد حالتين من الثنائيات ، إلا أنه لا يشبه تمامًا الشكل الثلاثي. (لمعرفة المزيد حول الحوسبة الكمية ، راجع لماذا قد تكون الحوسبة الكمومية هي المنعطف التالي على طريق البيانات الضخمة.)

واعتقدت أن الثنائي والثالث كانا شاقين! فيزياء الكم ليست واضحة بشكل حدسي. قدم الفيزيائي النمساوي إروين شرودنجر تجربة فكرية ، اشتهرت باسم قط شرودنجر. يُطلب منك افتراض سيناريو لمدة دقيقة حيث تكون القطة حية وموتا في وقت واحد.

هذا حيث ينزل بعض الناس من الحافلة. من السخف اقتراح أن تكون القطة حية أو ميتة ، لكن هذا هو جوهر التراكب الكمومي. جوهر ميكانيكا الكم هو أن الأجسام لها خصائص كل من الأمواج والجزيئات. علماء الكمبيوتر يعملون على الاستفادة من هذه الخصائص.

تراكب qubits يفتح عالما جديدا من الاحتمالات. من المتوقع أن تكون الحواسب الكمية أسرع من أجهزة الكمبيوتر الثنائية أو ثلاثية. يمكن أن تؤدي التوازي بين حالات qubit المتعددة إلى جعل الكمبيوتر الكمومي أسرع بملايين المرات من أجهزة الكمبيوتر الحالية.

خاتمة

حتى اليوم الذي تغير فيه ثورة الحوسبة الكمومية كل شيء ، سيبقى الوضع الراهن للحوسبة الثنائية. عندما تم سؤال جيسيكا تانك عن حالات الاستخدام التي قد تنشأ في الحوسبة الثلاثية ، كان الجمهور يئن من سماع إشارة إلى "إنترنت الأشياء". وقد يكون ذلك هو جوهر المسألة. ما لم يوافق مجتمع الحوسبة على سبب وجيه للغاية لزعزعة عربة التفاح ويطلب من أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم أن يعولوا في الثلاثات بدلاً من الثنائيات ، فإن الروبوتات مثل Bender ستواصل التفكير والحلم بالثنائي. وفي الوقت نفسه ، فإن عصر الحوسبة الكمومية يتجاوز الأفق.