stringtranslate.com

Троичный компьютер

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

Типы состояний

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

Троичные квантовые компьютеры используют кутриты вместо тритов. Кутрит — это квантовое состояние , которое является комплексным единичным вектором в трех измерениях, который можно записать как в скобочной нотации . [2] Метки, присвоенные базисным векторам ( ), можно заменить другими метками, например, приведенными выше.

История

Я часто размышляю о том, что если бы на заре общества была принята троичная система счисления вместо десятеричной, то машины, подобные нынешним, давно бы уже не стали обычным явлением, поскольку переход от умственного расчета к механическому был бы очевидным и простым.

—  Томас Фаулер , письмо сэру Джорджу Бидделлу Эйри [3]

Одна из первых вычислительных машин, полностью построенная из дерева Томасом Фаулером в 1840 году, работала в сбалансированной троичной системе счисления. [4] [5] [3] Первая современная электронная троичная вычислительная машина «Сетунь » была построена в 1958 году в Советском Союзе в Московском государственном университете Николаем Брусенцовым [6] [ 7] и имела заметные преимущества перед двоичными компьютерами, которые в конечном итоге заменили ее, такие как более низкое потребление электроэнергии и более низкая себестоимость производства. [ необходима цитата ] В 1970 году Брусенцов построил усовершенствованную версию компьютера, которую он назвал «Сетунь-70». [6] В Соединенных Штатах в 1973 году был разработан эмулятор троичных вычислений «Тернак», работающий на двоичной машине. [8] : 22 

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

Сбалансированный троичный

Троичные вычисления обычно реализуются в терминах сбалансированной троичной системы счисления , которая использует три цифры −1, 0 и +1. Отрицательное значение любой сбалансированной троичной цифры можно получить, заменив каждый + на − и наоборот. Легко вычесть число, инвертировав цифры + и −, а затем используя обычное сложение. Сбалансированная троичная система может выражать отрицательные значения так же легко, как и положительные, без необходимости в ведущем знаке минус, как в случае несбалансированных чисел. Эти преимущества делают некоторые вычисления более эффективными в троичной системе, чем в двоичной. [10] Учитывая, что знаки цифр являются обязательными, а ненулевые цифры имеют величину только 1, запись, в которой опускаются «1» и используются только ноль и знаки + −, более лаконична, чем при включении единиц.

Несбалансированный троичный

Троичные вычисления могут быть реализованы в терминах несбалансированной троичной системы счисления, которая использует три цифры 0, 1, 2. Первоначальные 0 и 1 объясняются как обычный двоичный компьютер , но вместо этого использует 2 как ток утечки .

Первая в мире несбалансированная трехкомпонентная конструкция полупроводника на большой пластине была реализована исследовательской группой под руководством Ким Кён-рока в Ульсанском национальном институте науки и технологий в Южной Корее, что поможет в разработке маломощных и высокопроизводительных микрочипов 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 применения

С появлением серийно выпускаемых двоичных компонентов для компьютеров значимость троичных компьютеров снизилась. Однако Дональд Кнут утверждает, что в будущем они будут возвращены в разработку, чтобы воспользоваться элегантностью и эффективностью троичной логики. [10] Одним из возможных способов этого может стать объединение оптического компьютера с системой троичной логики . [12] Троичный компьютер, использующий волоконную оптику, может 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 вне ее. «Преимущества предлагаемой схемы памяти — возможность высокоскоростных вычислений, низкое энергопотребление и очень простая конструкция с меньшим количеством элементов благодаря троичной работе». [14]

Троичные вычисления обещают реализацию быстрых больших языковых моделей (LLM) и, возможно, других приложений ИИ вместо арифметики с плавающей точкой. [15]

В популярной культуре

В романе Роберта А. Хайнлайна Time Enough for Love разумные компьютеры Секундуса, планеты, на которой разворачивается часть обрамляющей истории, включая Минерву, используют несбалансированную троичную систему. Минерва, сообщая о результате вычислений, говорит: «триста сорок одна тысяча шестьсот сорок... исходный троичный отсчет — единица пара пара запятая единица ноль ноль запятая единица пара пара запятая единица ноль ноль точка ноль». [16]

Современные исследования

С появлением транзисторов на основе углеродных нанотрубок многие исследователи проявили интерес к разработке троичных логических вентилей с их использованием. В течение 2020–2024 гг. было опубликовано более 1000 статей по этой теме на IEEE Xplore . [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Коннелли, Джефф (2008). «Тестовая архитектура троичных вычислений на основе 3-тритной архитектуры компьютера» (PDF) . Калифорнийский политехнический государственный университет Сан-Луис-Обиспо.
  2. ^ Колин П. Уильямс (2011). Исследования в области квантовых вычислений . Springer . С. 22–23. ISBN 978-1-84628-887-6.
  3. ^ ab Hayes, Brian (2008-04-01). Теория групп в спальне и другие математические развлечения. Фаррар, Штраус и Жиру. ISBN 978-1-4299-3857-0.
  4. ↑ Маккей, Джон; Васс, Памела. "Томас Фаулер". Архивировано из оригинала 31 мая 2007 г.
  5. ^ Глускер, Марк; Хоган, Дэвид М.; Васс, Памела (июль–сентябрь 2005 г.). «Троичная вычислительная машина Томаса Фаулера». IEEE Annals of the History of Computing . 27 (3): 4–22. doi :10.1109/mahc.2005.49.
  6. ^ ab Нитусов, Александр. "Николай Петрович Брусенцов". Российский виртуальный компьютерный музей: Зал славы . Получено 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. стр. 19, 55, 57, 91, 104–107. ISBN 978-3-528-05757-2..
  8. ^ Эпштейн, Джордж; Фридер, Гидеон; Райн, Дэвид К. (1974). «Развитие многозначной логики в связи с компьютерной наукой». Computer . 7 (9). IEEE: 20–32. doi :10.1109/MC.1974.6323304. eISSN  1558-0814. ISSN  0018-9162. S2CID  30527807.
  9. ^ Cho, YH; Mouftah, HT (1988). Микросхема ROM CMOS tronar (PDF) . Труды. Восемнадцатый международный симпозиум по многозначной логике . IEEE. стр. 358–363. doi :10.1109/ISMVL.1988.5195. ISBN 0-8186-0859-5.
  10. ^ ab Knuth, Donald (1980). Искусство программирования . Том 2: Получисленные алгоритмы (2-е изд.). Addison-Wesley. С. 190–192. ISBN 0-201-03822-6..
  11. ^ "Исследователи Южной Кореи разрабатывают первую в мире технологию тройных полупроводников". Газета Maeil Business . 17 июля 2019 г.
  12. ^ Цзинь И; Хэ Хуакан; Люй Янтянь (2005). «Трехкомпонентная оптическая компьютерная архитектура». Physica Scripta . T118 : 98. Bibcode : 2005PhST..118...98Y. doi : 10.1238/Physica.Topical.118a00098 .
  13. ^ Jin, Yi (2003). "Тройной оптический компьютерный принцип". Science in China Series F. 46 ( 2): 145. doi :10.1360/03yf9012. ISSN  1009-2757. S2CID  35306726.
  14. ^ Morisue, M.; Endo, J.; Morooka, T.; Shimizu, N.; Sakamoto, M. (1998). "Троичная схема памяти Джозефсона". Труды. 1998 28-й Международный симпозиум IEEE по многозначной логике (Cat. No.98CB36138) . стр. 19–24. doi :10.1109/ISMVL.1998.679270. ISBN 978-0-8186-8371-8. S2CID  19998395.
  15. ^ Ма, Шуминг; Ван, Хунъюй; Ма, Линсяо; Ван, Лей; Ван, Вэньхуэй; Хуан, Шаохань; Донг, Ли; Ван, Жуйпин; Сюэ, Цзилун; Вэй, Фуру (27 февраля 2024 г.). «Эра 1-битных LLM: все модели больших языков имеют размер 1,58 бит». Вычисления и язык . arXiv : 2402.17764 .
  16. ^ Хайнлайн, Роберт А. (1982). «Вариации на тему III: Бытовые проблемы». Достаточно времени для любви . Berkley Books. стр. 99. ISBN 978-0-399-11151-8.
  17. ^ "Результаты поиска IEEE Xplore". IEEE Xplore . IEEE. Архивировано из оригинала 2024-06-17 . Получено 2024-06-17 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки