Троичный компьютер своими руками
Обновлено: 07.07.2024
Такое название получил специализированный компьютер, который построен на логических элементах и узлах двух типов – как на классических двоичных, так и уникальных в своём роде троичных. Он использует в своей работе соответственные системы счисления, логики и алгоритмы работы – двоичные и троичные.
Руководитель проекта — Н. П. Брусенцов, основные разработчики: Е. А. Жоголев, В. В. Веригин, С. П. Маслов, А. М. Тишулина. Разработка машины была предпринята по инициативе и осуществлялась при активном участии виднейшего советского математика С. Л. Соболева.
Казанским заводом Математических машин было произведено 50 компьютеров Сетунь, 30 из них использовались в университетах СССР
На основе двоичной ферритодиодной ячейки Гутенмахера, которая представляет собой электромагнитное бесконтактное реле на магнитных усилителях трансформаторного типа, Н. П. Брусенцов разработал троичную ферритодиодную ячейку, которая работала в двухбитном троичном коде, т.е. один трит записывался в два двоичных разряда, четвёртое состояние двух двоичных разрядов не использовалось. Состояние каждого разряда на пульте управления отображалось двумя лампочками, четвёртая комбинация (1,1) не использовалась.
Преимущества троичных компьютеров:
- во-первых, троичная система обладает наибольшей плотностью записи информации среди всех существующих целочисленных систем счисления. Из данного факта следует, что при прочих равных условиях троичные компьютеры будут иметь превосходящую удельную ёмкость памяти и удельную производительность процессора по сравнению с двоичными аналогами;
- троичные компьютеры лучше приспособлены к троичным алгоритмам, которые работают быстрее двоичных алгоритмов;
- при этом троичные компьютеры способны делать практически всё, что делают их двоичные коллеги, поскольку двоичная логика является центральным подмножеством троичной;
- процесс накопления ошибки округления на троичных компьютерах также идёт гораздо медленнее, поскольку округление в троичной системе происходит путём отбрасывания лишних разрядов.
На данный момент вполне реальным выглядит вариант использования троичного компьютера в сочетании с волоконной оптикой
Платформа для развития наноэлектроники и квантовых процессоров
рассказал Александр Самардак, руководитель проекта с российской стороны, доцент кафедры компьютерных систем Школы естественных наук ДВФУ
Александр Самардак объяснил, что в исследовании ученые обозначили лишь вершину айсберга, и на пути к реальным устройствам спинтроники и нейроморфным системам на основе троичной логики требуется приложить еще много усилий.
Во-первых, нужно избавиться от постоянного магнитного поля, которое применяется для нарушения магнитной симметрии. Во-вторых, нужно уменьшить размер ячейки до 100-200 нм, чтобы реализовать высокую плотность упаковки элементов на микросхеме. В-третьих, нужно решить задачу по точному считыванию состояния магнитного слоя, для чего нужны высокочувствительные сенсоры, работающие на основе эффекта туннельного магнитосопротивления.
Из истории вычислительной техники известно, что вначале число разрядов в машинном слове определялось разными конструкторами по разному, почти произвольно. Сам байт первоначально был шестью двоичными разрядами, но шестиразрядный байт не прижился, так как был слабо связан с двоичной системой (6 слабо связано с двоичной системой). 8 разрядов являются 3-ей степенью двойки, то есть лучше связаны с двоичной системой, поэтому позже от шестиразрядного байта перешли к восьмиразрядному байту, но и эта система не совершенна из-за некратной двум 3-ей степени двойки, 4-я степень двойки лучше связана с двоичной системой счисления.
Можно выделить следующие основные этапы развития троичного компьютера:
- в период с середины 12-13 веков Фибоначчи смог доказать, что троичная система счисления может быть более экономичной по сравнению с двоичной – в случае, когда при условном взвешивании можно класть гири не на одну чашу весов, а на обе;
- в 1840 году появилась первая троичная вычислительная машина, ставшая вообще одной из первых механических вычислительных машин;
Руководитель проекта — Н. П. Брусенцов, основные разработчики: Е. А. Жоголев, В. В. Веригин, С. П. Маслов, А. М. Тишулина. Разработка машины была предпринята по инициативе и осуществлялась при активном участии виднейшего советского математика С. Л. Соболева.
Казанским заводом Математических машин было произведено 50 компьютеров Сетунь, 30 из них использовались в университетах СССР.
Число разрядов процессора — 9 тритов.
Тактовая частота процессора — 200 кГц.
На основе двоичной ферритодиодной ячейки Гутенмахера, которая представляет собой электромагнитное бесконтактное реле на магнитных усилителях трансформаторного типа, Н. П. Брусенцов разработал троичную ферритодиодную ячейку, которая работала в двухбитном троичном коде, т.е. один трит записывался в два двоичных разряда, четвёртое состояние двух двоичных разрядов не использовалось. Состояние каждого разряда на пульте управления отображалось двумя лампочками, четвёртая комбинация (1,1) не использовалась.
Основные преимущества, которые имеют троичные компьютеры по отношению к двоичным:
1) во-первых, троичная система обладает наибольшей плотностью записи информации среди всех существующих целочисленных систем счисления. Из данного факта следует, что при прочих равных условиях троичные компьютеры будут иметь превосходящую удельную ёмкость памяти и удельную производительность процессора по сравнению с двоичными аналогами;
2) троичные компьютеры лучше приспособлены к троичным алгоритмам, которые работают быстрее двоичных алгоритмов;
3) при этом троичные компьютеры способны делать практически всё, что делают их двоичные коллеги, поскольку двоичная логика является центральным подмножеством троичной;
4) процесс накопления ошибки округления на троичных компьютерах также идёт гораздо медленнее, поскольку округление в троичной системе происходит путём отбрасывания лишних разрядов.
На данный момент вполне реальным выглядит вариант использования троичного компьютера в сочетании с волоконной оптикой, имеющий три заданных значения: 0, соответствующий состоянию Выключено, 1 – состояние Низкий и 2 – состояние Высокий.
Вот есть такой разговор с создателем этого компьютера от автора Д.Г. Румянцева:
Дмитрий Румянцев: Так, собственно, почему троичная машина?
Николай Брусенцов: Тогда задача была очень простая: мы должны были для МГУ получить машину М-2, которую сделали в лаборатории Брука. Но получилась неувязочка. На выборах академиков Сергей Львович Соболев — наш руководитель — проголосовал не за Брука, а за Лебедева. Брук обиделся и машину не дал. Я пришел к Соболеву и спросил: чем же я теперь буду заниматься? Он мне отвечает: „А давайте свою машину сделаем”. Это было в конце 1955 года.
Дмитрий Румянцев: Он фактически дал полный карт-бланш?
Осенью 1959 года нас пригласили на Коллегию Государственного Комитета Радиоэлектроники — ГКРЭ. И там мы узнали, что наша машина не нужна. И Госплан, и ВСНХ заняли отрицательную позицию. На Коллегии нас записали в черный список закрываемых разработок. Мы никогда никаких дополнительных денег на создание машины ни копейки не получали. Мы работали только за зарплату здесь, в МГУ. Использовали оборудование, списываемое заводами при снятии изделий с производства. Тем не менее, ради экономии средств нас решили закрыть.
Дмитрий Румянцев: Но какое-то объяснение этому должно быть?
Дмитрий Румянцев: А что значит термин “полезное время”?
Николай Брусенцов: Вы включаете машину, прогоняете тесты, начинаете решать задачу, происходит сбой, все повторяете. И так до тех пор, пока задача не будет решена. Полезное время — это все то время, которое машина занята решением задач, а не тестово-наладочными работами.
Дмитрий Румянцев: Сто тысяч рублей — это символическая плата?
Дмитрий Румянцев: А смысл?
Дмитрий Румянцев: Но программист фактически должен был работать в пространстве трехзначной логики?
Николай Брусенцов: Буквально на днях я получил письмо из США, где также спрашивают, как удалось реализовать троичную логику? К нам постоянно приходят по e-mail письма с запросами. Надо сказать, что наибольший интерес проявляют такие страны, как Бангладеш, Пакистан, Индия. У меня такое ощущение, что там сейчас главный центр компьютерного развития. Но на сегодня все попытки повторить троичную машину не удаются. Причина не технологическая — все-таки по сравнению с тем периодом технологии ушли далеко вперед. Дело в другом: людям, оболваненным двузначной логикой, войти в трехзначную логику не дано. По традиции считается, что та логика, которую мы сегодня исповедуем, — аристотелевская логика. Это совершенно неверно. Дело в том, что аристотелевская логика трехзначная. Естественно, что трехзначная логика в двузначную вписаться не может. Конечно, можно симулировать: парами битов задать триты, но не в этом дело.
В 1918 году Кэрролл предложил строгую импликацию, потом Аккерман разработал исчисление сильной импликации, была предложена релевантная импликация, и, тем не менее, логика остается без естественного содержательного следования. То есть то, что называется следованием логике, не соответствует тому, как мы это понимаем. Обычно говорят: не соответствует нашей интуиции. Но это очень мягко сказано. На самом деле оно не соответствует не интуиции, а тому, как вещи связаны между собой в том мире, в котором мы живем.
Аристотель не признавал закона исключенного третьего. Даже речи о нем не было. Гильберт считал, что аристотелевское понимание суждения “Все А суть В” не нужно принимать, потому что это неприемлемо с точки зрения математических применений. А абсурд приемлем? Вся история говорит о том, что этот абсурд существует.
Вот почему столько раз тщетно логику пытались ввести в школы? Казалось бы, ведь числовую алгебру уже даже в начальной школе осваивают, а булеву алгебру освоить не могут. Дело в том, что двузначная логика противоестественна. Вместо того чтобы изучение логики развивало интеллект человека, оно его подавляет. У нас в МГУ на философском факультете, да и на нашем факультете, изучают математическую логику, и что вы думаете — люди от этого становятся умнее? Они вызубривают доказательства теорем, сдают экзамены и все.
Единственное адекватное применение двузначной логики — двоичные цифровые схемы. Но это особый мир двоичных компьютеров, и только в нем эти правила работают, не требуя понимания. Я поинтересовался у студентов: что такое конъюнкция? А мне в ответ: да это такая табличка, в которой единичка и три нуля… Ну, а по смыслу что это такое? Переведите на русский язык латинское слово “конъюнкция”. Никто не может. То есть эту логику усваивают чисто формально, в точном соответствии с ее названием — формальная логика. При синтезе схем возможности ограничены. Минимизировать произвольную схему наука не в состоянии. В трехзначной логике минимизация осуществляется, а в двузначной универсального алгоритма нет.
Я бы эту проблему сформулировал так: если мы хотим обрести нормальное мышление, мы должны уйти из двузначного мира и освоить трехзначную логику в том виде, как ее создал Аристотель. Не совсем, конечно, так. Не нужны его фигуры. Все это сегодня с помощью алгебры можно будет изящно изложить и легко воспринимать. Но важно понимать, что, кроме ДА и НЕТ, есть еще и НЕ-ДА и НЕ-НЕТ.
Сейчас двузначную логику в школу ввести удалось под названием “информатика”. Я должен сказать, что после этого школа уже не будет воспитывать таких людей, как наши ученые прошлого века. Почему в то время было так много творческих ученых? Где-то в 1936 году в образовании был примерно такой же бедлам, как наступил сейчас в России. Потом, по-видимому, сам Сталин обратил на это внимание. Кстати, Сталин был поразительно трудолюбивым в плане обучения человеком. Сохранилось его письмо к жене, в котором он, находясь на отдыхе, просит ее прислать ему учебник по электротехнике. Он понимал, что все нужно знать “в натуре”, а не в виде каких-то теоретических схем. Тогда в школу были возвращены учебники Киселева по алгебре и геометрии. Киселевские учебники — это евклидова математика. А Евклид — это математик с философией Аристотеля, и, судя по всему, он Аристотеля понимал верно. Если мы не хотим в школах воспитывать людей с рефлексами бюрократов и формалистов, то должны заменить двузначную логику трехзначной диалектической логикой Аристотеля.
Дмитрий Румянцев: Николай Петрович, вы создали уникальный компьютер, который, возможно, опередил время. Но всю свою жизнь вынуждены были преодолевать невероятное сопротивление, косность бюрократической машины и видеть, как ваше детище уничтожается. С другой стороны, скажем, в США, тот же Стив Джобе, который в гараже сделал свою первую и довольно убогую персоналку, сегодня мультимиллионер. По-человечески вам не обидно?
Не нужно как-то особо отмечать знак числа – число отрицательно, если его ведущий разряд отрицателен, и наоборот, а смена знака числа производится путем смены всех его разрядов; Округление здесь не требует каких-то специальных правил и производится простым обнулением младших разрядов. Наиболее экономична – в ней можно записать большее количество чисел, нежели в любой другой системе, при равном количестве используемых знаков. Преимущества троичной системы
История появления Машина Фоулера Первую вычислительную машину с троичной системой счисления построил английский изобретатель-самоучка Томас Фоулер в далеком 1840 году.
В 1954 инженеры МГУ построили М-2(на основе теоретических наработок) Задача -сделать машину предельно простой и недорогой.
Настоящее и будущее троичных компьютеров TCA2 Использование в компьютерах троичных элементов пока не дает никаких существенных преимуществ перед двоичными : выпуск последних налажен массово, они проще и дешевле по себестоимости. Даже будь сейчас построен троичный компьютер, недорогой и по своим характеристикам сравнимый с двоичными, он должен быть полностью совместим с ними.
Альтернативные способы увеличения производительности Переход от двухзначной логики к многозначным (трехзначной, четырехзначной и т. д.) – это возможность повысить интенсивность обработки информации без увеличения количества элементов и дальнейшего уменьшения их размеров.
Читайте также: