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三进制计算机

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在历史的长河中,曾有一种极为特殊的计算机-三进制计算机

众所周知,目前全人类普遍使用的计算机皆为二进制型。从最古老的埃里拉克到现代计算机的出现,一共经历了70多年的漫漫岁月。

所谓三进制,简单的说就是“逢三进一,退一还三”的进制。三进制计算机,就是以三进制数字系统为基础而发展的计算机。三进制代码的一个特点是对称,即相反数的一致性,因此它就和二进制代码不同,不存在“无符号数”的概念。这样,三进制计算机的架构也要简单、稳定、经济得多。其指令系统也更便于阅读,而且非常高效。

50年代后期随着技术的进步,真空管和晶体管等计算机元器件被速度更快、可靠性更好的铁氧体磁芯和半导体二极管取代。

这些电子元器件组成了一个很好的可控电流变压器,这为三进制逻辑电路的实现提供了可能,因为电压存在着三种状态:正电压(1)、零电压(0)和负电压(-1)。三进制逻辑电路非但比二进制逻辑电路速度更快、可靠性更高,而且需要的设备和电能也更少。这些原因促成了三进制计算机Сетунь的诞生。

三进制计算机插图
昙花一现的三进制计算机

设计计划由科学院院士С·Л·Соболев于1956年发起。该计划旨在为大专院校、科研院所、设计单位和生产车间提供一种价廉物美的计算机。为此,С·Л·Соболев在莫大计算机中心成立了一个最初由4名副博士、5名学士组成研究小组。在该小组开发和研制下,Сетунь的样机于1958年12月准备完毕。在头两年测试期,Сетунь几乎不需要任何调试就运行得非常顺利。

1960年,Сетунь开始公共测试。同年4月,Сетунь就顺利地通过了公测。

它在不同的室温下都表现出惊人的可靠性和稳定性。它的生产和维护也比同期其它计算机要容易得多,而且应用面广,因此Сетунь被建议投入批量生产。

“Сетунь”总共生产了50台(包括样机)。30台被安装在高等院校,其余的则在科研院所和生产车间落户。从加里宁格勒到雅库茨克 ,从阿什哈巴德到新西伯利亚 ,全苏联都能看到“Сетунь”的身影。各地都对“Сетунь”的反应不错,认为它编程简单,适用于工程计算、工业控制、计算机教学等各个领域。

Сетунь的预期表现不错,批量生产后期甚至包括来自国外的订单。

可是,苏联官僚对这个经济计划外的科幻产物持否定的态度且勒令其停产。而此时,对Сетунь的订单却如雪片般从各方飞来,但30到50台的年产量远不足以应付市场需求。很快,计划合作生产Сетунь的工厂倒闭了。1965年,Сетунь停产了。取而代之的是后来的二进制计算机,但价格却贵出2.5倍。

有了Сетунь的成功经验,研究员们决定不放弃三进制计算机的计划。他们在1970年推出了Сетунь 70型计算机。Сетунь 70对三进制的特性和概念有了进一步的完善和理解:建立了三进制字节——tryte(对应于二进制的byte),每个三进制字节由6个三进制位构成;指令集符合三进制逻辑;算术指令允许更多的操作数长——1、2和3字节(三进制),结果长度也扩展到6字节(三进制)。

Сетунь 70成了莫斯科国立大学三进制计算机的绝唱。由于得不到上级的支持,这个科研项目不得不无限期停顿下来。

其实在冷战初期,苏联和美国都曾研究过三进制构架的计算机,美国在初期曾进行过不少理论研究,但由于种种原因没有得到政府和学术机构的重视;而苏联在政府的有限支持下甚至研发出了样机的雏形,但随着二进制计算机理论的飞速发展和冷战后期苏联国力的衰微,三进制构架的计算机理论没能得到进一步发展。

三进制计算机插图1
昙花一现的三进制计算机

数学上已经证明,三进制是一种信息表达最佳的优化的资源节约的计数和编码体系,在多样性和简明性中取得最佳平衡。大约二个三进制位就等价一个十进制位,比较二进制要三个多数位等价一个十进制位,要节约50%,更重要的是三进制每位提供3种选择,两位提供9种选择,三位提供27种选择。三进制编码在人工智能理论研究方面甚至比二进制有很多优势,所以当今还有极少量的非主流学术研究机构在从事这方面的研究,因为三进制最适合表达人工智能逻辑。

三进制逻辑相比较现今的计算机使用二进制数字系统更接近人类大脑的思维方式:二进制计算规则非常简单但并不能完全表达人类想法。在一般情况下,命题不一定为真或假,还可能为未知。在三进制逻辑学中,符号1代表真;符号-1代表假;符号0代表未知。这种逻辑表达方式更符合计算机在人工智能方面的发展趋势。它为计算机的模糊运算和自主学习提供了可能。

三进制计算机目前的主要研究方向是三值光计算机方面,未来在量子计算机应用领域也可能有巨大的发展潜力。

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