真正符合人類思維方式的“黑科技”--三進(jìn)制計算機(jī)

現(xiàn)今的計算機(jī)都使用“二進(jìn)制”數(shù)字系統(tǒng)，盡管它的計算規(guī)則非常簡單，但其實(shí)“二進(jìn)制”邏輯并不能完美地表達(dá)人類的真實(shí)想法。相比之下，“三進(jìn)制”邏輯更接近人類大腦的思維方式。因?yàn)樵谝话闱闆r下，我們對問題的看法不是只有“真”和“假”兩種答案，還有一種“不知道”。在三進(jìn)制邏輯學(xué)中，符號“1”代表“真”;符號“-1”代表“假”;符號“0”代表“不知道”。顯然，這種邏輯表達(dá)方式更符合計算機(jī)在人工智能方面的發(fā)展趨勢。它為計算機(jī)的模糊運(yùn)算和自主學(xué)習(xí)提供了可能。只可惜，電子工程師對這種非二進(jìn)制的研究大都停留在表面或形式上，沒有真正深入到實(shí)際應(yīng)用中去。

不過，凡事都有一個例外，三進(jìn)制計算機(jī)并非沒有在人類計算機(jī)發(fā)展史上出現(xiàn)過。其實(shí)，早在上世紀(jì)50、60年代。一批莫斯科國立大學(xué)的研究員就設(shè)計了人類歷史上第一批三進(jìn)制計算機(jī)“Сетунь”和“Сетунь 70”(“Сетунь”是莫大附近一條流入莫斯科河的小河的名字)。而且在當(dāng)初的時候不管是從價格還是性能上面都要優(yōu)于當(dāng)時的二進(jìn)制計算機(jī)，而且擁有二進(jìn)制計算機(jī)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)時的蘇聯(lián)官僚認(rèn)為不符合當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)計劃，結(jié)果這種三進(jìn)制計算機(jī)計劃被無限擱置。

在回顧前蘇聯(lián)的三進(jìn)制計算機(jī)之前，我們先了解一下它的基本原理——三進(jìn)制

三進(jìn)制是以3為底數(shù)的進(jìn)位制。

曾經(jīng)被莫斯科大學(xué)科研人員用于計算機(jī),在光子計算機(jī)研究領(lǐng)域也有涉及。

對稱三進(jìn)制能比二進(jìn)制更方便的表示所有整數(shù)。

三進(jìn)制是“逢三進(jìn)一,退一還三”的進(jìn)制。

三進(jìn)制數(shù)碼包括“0，1和2。”電信號(—1)、0、1。

三進(jìn)制數(shù)位小數(shù)點(diǎn)前從右往左依次是1位，3位，9位，27位，81位，243位……

三進(jìn)制數(shù)位小數(shù)點(diǎn)后從左往右依次是3分位，9分位，27分位，81分位……

寫時注意應(yīng)打括號，加下標(biāo)的3，如(1201)3。讀作一二零一，不能讀成一千二百零一，這是因?yàn)樗鼈儗?yīng)于27位，9位，3位和1位，不是千百十個位!

三進(jìn)制數(shù)是以下問題的答案：

允許在天平兩端放置砝碼，問N個砝碼如何才能稱出最多的整克物體?

答案：1.一個砝碼取1克，只能稱1克。

2.二個砝碼取1克，3克

右盤3，左盤1。稱2克

右盤3。稱3克

右盤1，3。稱4克

3.三個砝碼取1克，3克，9克

右盤9，左盤1，3。稱5克

右盤9，左盤3。稱6克

右盤9，1，左盤3。稱7克

右盤9，左盤1。稱8克

右盤9。稱9克

右盤9，1。稱10克

右盤9，3，左盤1。稱11克

右盤9，3。稱12克

右盤9，3，1。稱13克

4.四個砝碼取1克，3克，9克，27克。

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其中的1，3，9，27，81等都是三進(jìn)制數(shù)的數(shù)位。

三進(jìn)制一般有兩種表示形式：

一種是以0，1，2為基本字符的表示形式。例如，365在這種表示形式中的寫法是111112。

一種是以-1，0，1為基本字符的表現(xiàn)形式。例如，365在這種表示形式中的寫法是1FFFFFF(我們用F表示-1)。這種表示法也被稱作對稱三進(jìn)制或平衡三進(jìn)制。

區(qū)別

整數(shù)的三進(jìn)制表示法不如二進(jìn)制那樣冗長，但仍然比十進(jìn)制要長。例如，365在二進(jìn)制中的寫法是101101101(9個數(shù)字)，在三進(jìn)制中的寫法是111112(6個數(shù)字)。

在三進(jìn)制中表示三分之一是很方便的，不像在十進(jìn)制中，需要用無限小數(shù)來表示。但是，二分之一、四分之一之類的分?jǐn)?shù)在三進(jìn)制中都是無限小數(shù)，這是因?yàn)?不是3的因子。

比較

1.對稱三進(jìn)制采用-1，0，1作為基本字符，而普通三進(jìn)制采用0，1，2作為基本字符。

2.對稱三進(jìn)制不需要符號位就能表示負(fù)數(shù)，而普通三進(jìn)制需要符號位才能表示負(fù)數(shù)。

3.對稱三進(jìn)制乘法比較簡單，移位、取非、相加就可以完成，便于處理;普通三進(jìn)制，處理起來比較麻煩。

4.對稱三進(jìn)制在表示自然數(shù)的時候，比普通二進(jìn)制要長。

5.對稱三進(jìn)制在表示0.5〈10〉~1〈10〉之間的數(shù)的時候，整數(shù)部分為1，不直觀;普通三進(jìn)制沒有這種現(xiàn)象。

補(bǔ)充一些關(guān)于三進(jìn)制計算機(jī)門電路的資料：

三進(jìn)制計算機(jī)不需要單獨(dú)引一個負(fù)壓源，只需要vcc和gnd就可以，也可以理解為是vcc和-vcc。同樣，邏輯電平理解為(-1，0，1)和(0，1，2)也并無什么區(qū)別。

這個是三進(jìn)制的cmos與門和與非門，相比二進(jìn)制的非門和與非門，只不過多了兩個電阻。

(2，1，0)分別表示高中低三個電平。

三進(jìn)制計算機(jī)的vtn和vtp閾值是不同的，當(dāng)輸入為中電平1時，三進(jìn)制非門的nmos和pmos同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時輸出的電平是2*R/2R,也就是中電平。同樣，按照這個原理，四進(jìn)制五進(jìn)制，也是有可能的。(我怎么聞到了濃濃的d/a轉(zhuǎn)換器的味道)

不過考慮這種情況下到vcc較高，mos管存在有兩個同時導(dǎo)通的情況，個人感覺三進(jìn)制其實(shí)是比二進(jìn)制更耗能的。不過鑒于蘇聯(lián)時期那臺計算機(jī)很早，并不是cmos門,是不是比同時期二進(jìn)制計算機(jī)更耗能就不好說了。

再付一張三進(jìn)制的全加器真值表，要是計算機(jī)用的都是三進(jìn)制，估計數(shù)電那門課難度真是要稍微漲一些了。

下面回顧一下前蘇聯(lián)的三進(jìn)制計算機(jī)的研發(fā)歷史：

“Сетунь”小型數(shù)字計算機(jī)的設(shè)計計劃由科學(xué)院院士С·Л·Соболев在1956年發(fā)起。這個計劃的目的是為大專院校、科研院所、設(shè)計單位和生產(chǎn)車間提供一種價廉物美的計算機(jī)。為此，他在莫大計算機(jī)中心成立了一個研究小組。該小組最初由9位年輕人(4名副博士、5名學(xué)士)組成，都是工程師和程序員。С·Л·Соболев、К·А·Семендяев、М·Р·Шура-Бура和И·С·Березин是這個小組的永久成員。他們經(jīng)常在一起討論計算機(jī)架構(gòu)的最優(yōu)化問題以及如何依靠現(xiàn)有的技術(shù)去實(shí)現(xiàn)它。他們甚至還設(shè)想了一些未來計算機(jī)的發(fā)展思路。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，真空管和晶體管等傳統(tǒng)的計算機(jī)元器件逐漸被淘汰，取而代之的是速度更快、可靠性更好的鐵氧體磁芯和半導(dǎo)體二極管。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(jìn)制邏輯電路的實(shí)現(xiàn)提供了可能，因?yàn)殡妷捍嬖谥N狀態(tài)：正電壓(“1”)、零電壓(“0”)和負(fù)電壓(“-1”)。三進(jìn)制邏輯電路非但比二進(jìn)制邏輯電路速度更快、可靠性更高，而且需要的設(shè)備和電能也更少。這些原因促成了三進(jìn)制計算機(jī)“Сетунь”的誕生。

“Сетунь”是一臺帶有快速乘法器的時序計算機(jī)。小型的鐵氧體隨機(jī)存儲器(容量為3頁，即54字)充當(dāng)緩存，在主磁鼓存儲器中交換頁面。這臺計算機(jī)支持24條指令，其中3條為預(yù)留指令，不用。

三進(jìn)制代碼的一個特點(diǎn)是對稱，即相反數(shù)的一致性，因此它就和二進(jìn)制代碼不同，不存在“無符號數(shù)”的概念。這樣，三進(jìn)制計算機(jī)的架構(gòu)也要簡單、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)得多。其指令系統(tǒng)也更便于閱讀，而且非常高效。

在這群天才青年日以繼夜的開發(fā)和研制下，“Сетунь”的樣機(jī)于1958年12月準(zhǔn)備完畢。在頭兩年測試期，“Сетунь”幾乎不需要任何調(diào)試就運(yùn)行得非常順利，它甚至能執(zhí)行一些現(xiàn)有的程序。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(xiàn)出驚人的可靠性和穩(wěn)定性。它的生產(chǎn)和維護(hù)也比同期其它計算機(jī)要容易得多，而且應(yīng)用面廣，因此“Сетунь”被建議立即投入批量生產(chǎn)。

不幸的是，蘇聯(lián)官僚對這個不屬于經(jīng)濟(jì)計劃一部分的“科幻產(chǎn)物”持否定的態(tài)度。他們甚至勒令其停產(chǎn)。而此時，對“Сетунь”的訂單卻如雪片般從各方飛來，包括來自國外的訂單，但10到15臺的年產(chǎn)量遠(yuǎn)不足以應(yīng)付市場需求，更不用說出口了。很快，計劃合作生產(chǎn)“Сетунь”的捷克斯洛伐克工廠倒閉了。1965年，“Сетунь”停產(chǎn)了。取而代之的是一種二進(jìn)制計算機(jī)，但價格卻貴出2.5倍。

Сетунь總共生產(chǎn)了150臺(包括樣機(jī))。從加里寧格勒到雅庫茨克，從阿什哈巴德到新西伯利亞，全蘇都能看到Сетунь的身影。各地都對Сетунь的反應(yīng)不錯，認(rèn)為它編程簡單(不需要使用匯編語言)，適用于工程計算、工業(yè)控制、計算機(jī)教學(xué)等各個領(lǐng)域。

有了Сетунь的成功經(jīng)驗(yàn)，研究員們決定不放棄三進(jìn)制計算機(jī)的計劃。他們在1970年推出了Сетунь 70型計算機(jī)。Сетунь 70對三進(jìn)制的特性和概念有了進(jìn)一步的完善和理解：建立了三進(jìn)制字節(jié)——tryte(對應(yīng)于二進(jìn)制的byte)，每個三進(jìn)制字節(jié)由6個三進(jìn)制位(trit，約等于9.5個二進(jìn)制位bit)構(gòu)成;指令集符合三進(jìn)制邏輯;算術(shù)指令允許更多的操作數(shù)長——1、2和3字節(jié)(三進(jìn)制)，結(jié)果長度也擴(kuò)展到6字節(jié)(三進(jìn)制)。

對Сетунь 70而言，傳統(tǒng)計算機(jī)的字的概念已經(jīng)失去意義了。編程的過程就是對三進(jìn)制運(yùn)算和三進(jìn)制地址的操作。這些基于三進(jìn)制字節(jié)的命令將會通過對虛擬指令的編譯而得到。

Сетунь 70成了莫斯科國立大學(xué)三進(jìn)制計算機(jī)的絕唱。由于得不到上級的支持，這個科研項(xiàng)目不得不無限期停頓下來。

這是三進(jìn)制計算機(jī)“Сетунь”的結(jié)構(gòu)圖，懂俄文的朋友可以看一下。

問題：

1. 由于三進(jìn)制更容易表示人的思維，那么三進(jìn)制是否更適合于人工智能?

2. 在現(xiàn)有的技術(shù)去做三進(jìn)制計算機(jī)會不會擁有超過二進(jìn)制計算機(jī)的性能和優(yōu)點(diǎn)?

3. 如果技術(shù)有優(yōu)勢，是否有人了以投資搞一把?