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1 # 山水行之樂逍遙
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2 # 虛化主體
轉一篇三進位制計算機的文章。
在冷戰初期,蘇聯和美國都曾研究過三進位制構架的計算機,美國在初期曾進行過不少理論研究,但由於種種原因沒有得到政府和學術機構的重視;而蘇聯在政府的有限支援下甚至研發出了樣機的雛形,蘇聯在冷戰初期的微電子工業實力並不比美國遜色多少,反而在某些領域有所創新和領超,但隨著二進位制計算機理論的飛速發展和冷戰後期蘇聯國力的衰微,三進位制構架的計算機理論沒能得到進一步發展。
三進位制計算機,是以三進法數字系統為基礎而發展的計算機。
二進位制有一個最大壞處,就是碼位太長,只有01高低正負對錯兩種選擇,看起來很不直觀,難於記憶,設計硬體和軟體的時候處處受限。機器編譯成八進位制、十六進位制,都是換湯不換藥。人機互動,與人類喜歡的十進位制來回轉換更是一種多餘的額外的負擔,但不做轉換,對人類這種喜歡多樣性的動物,二進位制沒有吸引力。老子說過:道生一,一生二,二生三,說到生三為止,也許有三進位制哲學的道理。
三進位制計算機的構架,必須實現高、中、低三種電平輸出,CPU需改造成適合三元運算,推出ADD A B C;MUL A B C;SORT A B C;SWAP A B C 類似指令,比較現在的借用中間儲存單元倒來倒去操作會帶來不少時間節約。從技術上來說採用電子介質和電子計算機實現三進位制三元處理有困難,從物理上深入分析,以後的光量子計算機和生物計算機更有利於實現這一構想。
三進位制程式碼的一個特點是對稱,即相反數的一致性,因此它就和二進位制程式碼不同,不存在“無符號數”的概念。這樣,三進位制計算機的架構也要簡單、穩定、經濟得多。其指令系統也更便於閱讀,而且非常高效。
三進位制邏輯相比較現今的計算機使用二進位制數字系統更接近人類大腦的思維方式:二進位制計算規則非常簡單但並不能完全表達人類想法。在一般情況下,命題不一定為真或假,還可能為未知。在三進位制邏輯學中,符號1代表真;符號-1代表假;符號0代表未知。這種邏輯表達方式更符合計算機在人工智慧方面的發展趨勢。它為計算機的模糊運算和自主學習提供了可能,但電子工程師對這種非二進位制的研究大都停留在表面或形式上,沒有真正深入到實際應用中去。
三進位制程式碼的一個特點是對稱,即相反數的一致性,因此它就和二進位制程式碼不同,不存在無符號數的概念。這樣,三進位制計算機的架構也要簡單、穩定、經濟得多。其指令系統也更便於閱讀,而且非常高效。
50年代後期隨著技術的進步,真空管和電晶體等計算機元器件被速度更快、可靠性更好的鐵氧體磁芯和半導體二極體取代。這些電子元器件組成了一個很好的可控電流變壓器,這為三進位制邏輯電路的實現提供了可能,因為電壓存在著三種狀態:正電壓(1)、零電壓(0)和負電壓(-1)。三進位制邏輯電路非但比二進位制邏輯電路速度更快、可靠性更高,而且需要的裝置和電能也更少。這些原因促成了三進位制計算機Сетунь的誕生。
莫斯科國立大學研究員設計了第一批三進位制計算機Сетунь和Сетунь70。Сетунь是一臺帶有快速乘法器的時序計算機。小型的鐵氧體隨機儲存器(容量為3頁,即54字)充當快取,在主磁鼓儲存器中交換頁面。這臺計算機支援24條指令,其中3條為預留指令。Сетунь 70是一臺雙堆疊計算機。其回叫堆疊用來呼叫子程式。這一簡單的改進啟發了荷蘭計算機科學家艾茲格·W·迪科斯徹,為他日後提出結構化程式設計思想打下了基礎。
設計計劃由科學院院士С·Л·Соболев在1956年發起。
該計劃旨在為大專院校、科研院所、設計單位和生產車間提供一種價廉物美的計算機。為此,С·Л·Соболев在莫大計算機中心成立了一個最初由4名副博士、5名學士組成研究小組。С·Л·Соболев、К·А·Семендяев、М·Р·Шура- Бура和И·С·Березин是這個小組的永久成員。在該小組開發和研製下,Сетунь的樣機於1958年12月準備完畢。在頭兩年測試期,Сетунь幾乎不需要任何除錯就執行得非常順利,它甚至能執行一些現有的程式。
1960年,Сетунь開始公共測試。
1960年4月,Сетунь就順利地通過了公測。
它在不同的室溫下都表現出驚人的可靠性和穩定性。它的生產和維護也比同期其它計算機要容易得多,而且應用面廣,因此Сетунь被建議投入批次生產。
“Сетунь”總共生產了50臺(包括樣機)。30臺被安裝在高等院校,其餘的則在科研院所和生產車間落戶。從加里寧格勒到雅庫茨克 ,從阿什哈巴德到新西伯利亞 ,全蘇聯都能看到“Сетунь”的身影。各地都對“Сетунь”的反應不錯,認為它程式設計簡單(不需要使用匯編語言),支援反向波蘭表示法,適用於工程計算、工業控制、計算機教學等各個領域。
Сетунь的預期表現不錯,批次生產後期甚至包括來自國外的訂單。
可是,蘇聯官僚對這個經濟計劃外的科幻產物持否定的態度且勒令其停產。而此時,對Сетунь的訂單卻如雪片般從各方飛來,但30到50臺的年產量遠不足以應付市場需求。很快,計劃合作生產Сетунь的工廠倒閉了。1965年,Сетунь停產了。取而代之的是後來的二進位制計算機,但價格卻貴出2.5倍。
Сетунь 70
有了Сетунь的成功經驗,研究員們決定不放棄三進位制計算機的計劃。他們在1970年推出了Сетунь 70型計算機。Сетунь 70對三進位制的特性和概念有了進一步的完善和理解:建立了三進位制位元組——tryte(對應於二進位制的byte),每個三進位制位元組由6個三進位制位(trit,約等於9.5個二進位制位bit)構成;指令集符合三進位制邏輯;算術指令允許更多的運算元長——1、2和3位元組(三進位制),結果長度也擴充套件到6位元組(三進位制)。
對Сетунь 70而言,傳統計算機的字的概念已經失去意義了。程式設計的過程就是對三進位制運算和三進位制地址的操作。這些基於三進位制位元組的命令將會透過對虛擬指令的編譯而得到。
Сетунь 70成了莫斯科國立大學三進位制計算機的絕唱。由於得不到上級的支援,這個科研專案不得不無限期停頓下來。
數學上已經證明,三進位制是一種資訊表達最佳的最佳化的資源節約的計數和編碼體系,在多樣性和簡明性中取得最佳平衡。大約二個三進位制位就等價一個十進位制位,比較二進位制要三個多數位等價一個十進位制位,要節約50%強,更重要的是三進位制每位提供3種選擇,兩位提供9種選擇,三位提供27種選擇。對於工程上邏輯分支控制和模糊多值控制選擇,具備靈活性和冗餘性,有時很方便。理論上對於資訊編碼組合/密碼設計/鍵盤設計還有節約線位的好處,三進位制編碼在人工智慧理論研究方面甚至比二進位制有很多優勢,所以當今還有極少量的非主流學術研究機構在從事這方面的研究,因為三進位制最適合表達人工智慧邏輯。
所謂三進位制,簡單的說就是“逢三進一,退一還三”的進位制。
三進位制數碼包括“0,1和2。”
三進位制數位小數點前從右往左依次是1 位,3位,9位,27位,81位,243位……
三進位制數位小數點後從左往右依次是3分位,9分位,27分位,81分位……
寫時注意應打括號,加下標的3,如(1201)3。讀作一二零一,不能讀成一千二百零一,這是因為它們對應於27位,9位,3位和1位,不是千百十個位!
三進位制計算機目前的主要研究方向是三值光計算機方面,未來在量子計算機應用領域也可能有巨大的發展潛力。
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不能吧,取決於物理傳輸,不然需要更多物理狀態來描述就比較費勁了,0或者1的不同組合表現出計算機世界裡的一切,簡單優美