"Сетунь" - единственный серийный троичный компьютер. Троичный компьютер: Да, нет, может быть: Логика Малая электронная вычислительная машина сетунь

Машина оперировала 18-разрядными (длинными) и 9-разрядными (короткими) троичными словами (18 троичных разрядов в смысле точности представления чисел примерно эквивалентны 29 двоичным разрядам). В качестве оперативной памяти использовался куб на ферритовых сердечниках (ферритах) сравнительно небольшой емкости: 162 коротких слова. В качестве внешнего запоминающего устройства использовался магнитный барабан емкостью 1944 коротких слова или 3888 коротких слов. Обмен информацией между оперативной памятью и магнитным барабаном осуществлялся группами по 54 коротких слова, причем сравнительно быстро, а потому частые обращения к магнитному барабану не очень сильно снижали производительность машины. Среднее быстродействие без учета обращений к барабану составляло 4800 оп./с (время сложения - 180 мкс, умножения - 320 мкс, передачи управления - 100 мкс). Ввод информации осуществлялся с пятидорожечной перфоленты со скоростью 800 строк/с, вывод - на перфоленту со скоростью 20 строк/с и на печатающее устройство (а также на телетайп). Машина могла вводить и выводить алфавитно-цифровую информацию .

Вообще ферритовая память организовывалась, например, следующим образом . В матрице из ферритов, имеющей n строк и m столбцов, каждая строка и каждый столбец прошивались отдельным проводом, так что получалось n “горизонтальных” и m “вертикальных” проводов. Кроме того, все ферриты матрицы прошивались одним общим проводом. Таким образом, каждый феррит пронизывался тремя проводами (имел три обмотки).

Предположим, что сначала каждый феррит находился в состоянии, соответствующем цифре 0. Для записи цифры 1 в феррит, расположенный, к примеру, на пересечении i-й строки и j-го столбца, по i-му “горизонтальному” и j-му “вертикальному” проводам одновременно пропускались токи, сила каждого из которых была равна половине значения, требуемого для перемагничивания феррита. Перемагниченным оказывался только феррит, расположенный на пересечении i-й строки и j-го столбца, поскольку лишь у данного феррита суммарная сила тока, протекающего по его обмоткам, была достаточной для перемагничивания.

Для чтения хранившейся в данном феррите информации по тем же проводам пропускались такие же токи, но в обратном направлении. В этом случае либо перемагничивался только рассматриваемый феррит, если он хранил цифру 1, либо не перемагничивался ни один феррит матрицы, если рассматриваемый феррит хранил цифру 0. Причем через общий провод передавался сигнал, соответствующий цифре, которую хранил рассматриваемый феррит.

Здесь в каждый момент времени можно было обратиться лишь к одному из ферритов матрицы. Поэтому с точки зрения быстродействия оперативной памяти представлялось целесообразным иметь столько таких матриц, сколько разрядов содержало слово машины, и запоминать разные разряды каждого слова в одинаково расположенных ферритах разных матриц (тем самым обеспечивалась возможность одновременного считывания или записи всех разрядов одного слова). Совокупность этих матриц и образовывала ферритовый куб.

Машина Сетунь содержала 37 электронных ламп, около 300 транзисторов, 4500 полупроводниковых диодов и 7000 ферритов (включая ферритовый куб).

Частиков А.П. От калькулятора до суперЭВМ // Новое в жизни, науке, технике. Сер. “Вычислительная техника и ее применение”, № 1/88.

Леонов А.Г., Четвергова О.В. История компьютеров // Информатика, № 35, 41/98.

Эти универсальные полупроводники // Информатика, № 38/ 2000.

Грудинин М.М. “Сетунь” // Энциклопедия кибернетики. Киев: Гл. редакция Украинской советской энциклопедии, 1975. Т. 2.

Жоголев Е.А., Трифонов Н.П. Курс программирования. М.: Наука, 1967.

Информация, которой оперирует компьютер, так или иначе раскладывается на единицы и нули — графика, музыка, тексты, алгоритмы программ. Все просто и понятно: «включено» — «выключено», «есть сигнал» — «нет сигнала». Либо« истина», либо« ложь» — двоичная логика. А между тем еще в 1961-м, в год первого полета человека в космос, в Советском Союзе наладили производство необычных вычислительных машин, оперировавших не двоичной, а троичной логикой

«Лишняя» переменная Недвухзначность логики восходит к основоположнику первой законченной логической теории — Аристотелю, который между утверждением и антиутверждением помещал третье «привходящее» — «может да, а может нет». В последующем развитии логика была упрощена за счет отказа от этого третьего состояния и в таком виде оказалась необычайно живучей, несмотря на свое несоответствие нечеткой, не всегда раскладывающейся на «да» и «нет» действительности. В разные века «расширить» логику пытались Оккам, Лейбниц, Гегель, Кэрролл и некоторые другие мыслители, в конечном же виде трехзначную логику разработал в начале XX века польский ученый Ян Лукасевич.

«Сетунь» Несмотря на то что впоследствии команда Брусенцова разработала вторую модель «Сетунь-70», а в США в 1970-х годах шла работа над аналогичной ЭВМ Ternac, «Сетунь» осталась единственным в истории троичным компьютером, производившимся серийно.

В принципе, у троичной системы счисления было не меньше шансов, чем у двоичной. Кто знает, по какому пути развития пошел бы технический прогресс, если бы «трайты» одержали победу над «байтами». Как выглядели бы современные смартфоны или GPS-навигаторы, как отразилось бы значение «может быть» на их быстродействии? Сложно сказать. Мы проанализируем этот вопрос, а вам предоставим возможность сделать выводы самостоятельно.

Машина Фоулера

Справедливости ради сразу следует заметить: первую вычислительную машину с троичной системой счисления задолго до советских конструкторов построил английский изобретатель-самоучка Томас Фоулер в далеком 1840 году. Его машина была механической и полностью деревянной.

Томас Фоулер работал банковским служащим и по роду деятельности был вынужден производить сложные вычисления. Чтобы облегчить и ускорить свою работу, он сделал таблицы для счета степенями двойки и тройки, а позже опубликовал эти таблицы в виде брошюры.

Затем он пошел дальше, решив полностью автоматизировать расчеты по таблицам, и построил счетную машину. Английская патентная система того времени была несовершенна, предыдущее изобретение Фоулера (термосифон для систем парового отопления) было скопировано с минимальными изменениями и запатентовано множеством недобросовестных «изобретателей», поэтому, опасаясь, что его идею снова могут украсть, он решил изготовить машину в единственном экземпляре и — из дерева. Так как дерево — материал ненадежный, для обеспечения достаточной точности вычислений Фоулеру пришлось сделать машину весьма громоздкой, около 2 м в длину. Впрочем, как писал сам изобретатель в сопроводительной записке, отправляя машину в Лондонский королевский колледж, «если бы ее можно было изготовить из металла, она бы оказалась не больше пишущей машинки».

Машина Фоулера была проста, эффективна и использовала новаторский подход: вместо десятичной системы счисления оперировала «триадами», то есть степенями тройки. К сожалению, замечательное изобретение так и осталось незамеченным, оригинал машины не сохранился до наших времен, и о ее устройстве известно только из сочинения Фоулера-младшего, написавшего биографию отца.

Первые советские опыты

О практическом использовании троичной системы счисления забыли более чем на сто лет. Следующими, кто вернулся к этой идее, были инженеры с кафедры вычислительной математики механико-математического факультета МГУ.

Все началось в 1954 году: кафедре должны были передать электронно-вычислительную машину М-2, но не сложилось. А машину-то ждали, готовились ее устанавливать и налаживать, с нею связывались определенные ожидания и планы. И кто-то предложил: давайте построим свою.

Взяли — и построили, благо в то время в МГУ существовали некоторые теоретические наработки. Руководителем группы, осуществлявшей проектирование и изготовление машины, был назначен Николай Петрович Брусенцов. Задача была такая: сделать машину предельно простой и недорогой (потому что никакого специального финансирования у проекта не было). Поначалу собирались делать двоичную ЭВМ, но позже — как раз из соображений экономичности и простоты архитектуры — пришли к решению, что она будет троичной, использующей «естественный» троичный симметричный код, простейший из симметричных кодов.

К концу 1958 года был закончен первый экземпляр машины, которой дали имя «Сетунь» — по названию московской речки. «Сетунь» была относительно невелика для вычислительных машин того поколения и занимала площадь 25−30 м2. Благодаря своей изящной архитектуре она была способна выполнять 2000−4500 операций в секунду, обладала оперативной памятью в 162 девятитритных ячейки и запоминающим устройством на магнитном барабане емкостью 36−72 страницы по 54 ячейки каждая. Машинных команд было всего 27 (причем три так и остались невостребованными), благодаря чему программный код получался весьма экономным; программирование непосредственно в машинных кодах было настолько простым, что для «Сетуни» даже не разрабатывали свой ассемблер. Данные вводили в машину с перфоленты, результаты выводились на телетайп (причем, что любопытно, отрицательные цифры печатались как обычные, но перевернутые кверху ногами). При эксплуатации машина показывала 95−98% полезного времени (расходуемого на решение задач, а не на поиск неисправностей и устранение неполадок), а в те времена очень хорошим результатом считалось, если машина могла дать хотя бы 60%.

На межведомственных испытаниях 1960 года машину признали пригодной для массового использования в КБ, лабораториях и вузах, последовало распоряжение о серийном выпуске «Сетуни» на Казанском заводе математических машин. С 1961 по 1965 год было построено 50 экземпляров, которые работали по всей стране. Затем производство свернули. Почему перестали выпускать «Сетунь», если она успешно использовалась всюду от Калининграда до Якутска? Одна из возможных причин в том, что компьютер оказался слишком дешевым в производстве и потому невыгодным для завода. Другая причина- косность бюрократических структур, противодействие ощущалось на каждом из этапов.

Впоследствии Николай Брусенцов и Евгений Жоголев разработали более современную версию машины, использовавшую те же принципы троичности, — «Сетунь-70″, но она так и не пошла в серийное производство, единственный опытный образец работал в МГУ до 1987 года.

Трехзначная логика

Двухзначная математическая логика, которая повсеместно царит в мире компьютерной и прочей «интеллектуальной» техники, по мнению создателя троичного компьютера Николая Брусенцова, не соответствует здравому смыслу: «закон исключенного третьего» отрезает иные заключения, кроме «истины» и «не-истины», а между тем процесс познания реальности человеком отнюдь не сводится к дихотомии «да/нет». Поэтому, утверждает Брусенцов, чтобы стать интеллектуальным, компьютеру следует быть троичным.

Трехзначная логика отличается от двухзначной тем, что кроме значений «истина» и «ложь» существует третье, которое понимается как «не определено», «нейтрально» или «может быть». При этом сохраняется совместимость с двухзначной логикой — логические операции с «известными» значениями дают те же результаты.

Логике, оперирующей тремя значениями, естественным образом соответствует троичная система счисления — троичная симметричная, если говорить точнее, простейшая из симметричных систем. К этой системе впервые обратился Фибоначчи для решения своей «задачи о гирях».

В троичной симметричной системе используются цифры: -1, 0 и 1 (или, как их еще обозначают, -, 0 и +). Преимущества ее как симметричной системы состоят в том, что, во‑первых, не нужно как-то особо отмечать знак числа — число отрицательно, если его ведущий разряд отрицателен, и наоборот, а инвертирование (смена знака) числа производится путем инвертирования всех его разрядов; во‑вторых, округление здесь не требует каких-то специальных правил и производится простым обнулением младших разрядов.

Кроме того, из всех позиционных систем счисления троичная наиболее экономична — в ней можно записать большее количество чисел, нежели в любой другой системе, при равном количестве используемых знаков: так, например, в десятичной системе, чтобы представить числа от 0 до 999, потребуется 30 знаков (три разряда, десять возможных значений для каждого), в двоичной системе теми же тридцатью знаками можно закодировать числа в диапазоне от 0 до 32767, а в троичной — от 0 до 59048. Самой экономичной была бы система счисления с основанием, равным числу Эйлера (e = 2,718…), и 3 — наиболее близкое к нему целое.

Если в привычных нам двоичных компьютерах информация измеряется в битах и байтах, то компьютеры на троичной системе счисления оперируют новыми единицами: тритами и трайтами. Трит — это один троичный разряд; подобно тому, как бит может принимать значения 0 и 1 («ложь» и"истина»), трит может быть (+), (0) или (-) (то есть «истина», «неизвестно» или «ложь»).

Один трайт традиционно (так было на «Сетуни») равен шести тритам и может принимать 729 различных значений (байт — только 256). Впрочем, возможно, в будущем трайты станут 9- или 27-разрядными, что естественнее, так как это степени тройки.

Настоящее и будущее троичных компьютеров

После «Сетуни» было несколько экспериментальных проектов, осуществлявшихся энтузиастами (таких, например, как американские Ternac и TCA2), однако это были либо весьма несовершенные машины, далекие от двоичных аналогов, либо и вовсе программные эмуляции на двоичном «железе».

Основная причина состоит в том, что 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. Уже разработчики «Сетуни-70» столкнулись с необходимостью обеспечить совместимость: чтобы обмениваться информацией с другими университетскими машинами, пришлось добавить возможность читать с перфолент двоичные данные и при выводе также конвертировать данные в двоичный формат.

Однако нельзя сказать, что троичный принцип в компьютеростроении — это безнадежный анахронизм. В последнее десятилетие возникла необходимость в поиске новых компьютерных технологий, и некоторые из этих технологий лежат в области троичности.

Одно из таких исследовательских направлений — поиск альтернативных способов увеличения производительности процессоров. Каждые 24 месяца число транзисторов в кристалле процессора увеличивается примерно вдвое — эта тенденция известна как «закон Мура», и вечно продолжаться она не может: масштабы элементов и связей можно измерить в нанометрах, и очень скоро разработчики столкнутся с целым рядом технических сложностей. Кроме того, есть и экономические соображения — чем меньше, тем дороже разработки и производство. И с какого-то момента окажется дешевле поискать альтернативные способы делать процессоры мощнее, нежели продолжать гонку за нанометрами, — обратиться к технологиям, от которых раньше отказывались как от нерентабельных. Переход от однородных кремниевых структур к гетеропереходным проводникам, состоящим из слоев различных сред и способным генерировать несколько уровней сигнала вместо привычных «есть» и «нет», — это возможность повысить интенсивность обработки информации без увеличения количества элементов (и дальнейшего уменьшения их размеров). При этом от двухзначной логики придется перейти к многозначным — трехзначной, четырехзначной и т. д.

Другое направление, также нацеленное на увеличение производительности, — разработки в области асинхронных процессоров. Известно, что обеспечение синхронности процессов в современных компьютерах изрядно усложняет архитектуру и расходует процессорные ресурсы — до половины всех транзисторов в чипе работает на обеспечение этой самой синхронности. Компания Theseus Logic предлагает использовать «расширенную двоичную» (фактически — троичную) логику, где помимо обычных значений «истина» и «ложь» есть отдельный сигнал «NULL», который используется для самосинхронизации процессов. В этом же направлении работают еще несколько исследовательских групп.

Есть и более фантастические направления, где оправдано использование трехзначной логики: оптические и квантовые компьютеры.

© www.aupi.info

В 1959-м году учёные из Московского государственного университета под руководством Николая Брусенцева разработали первую и единственную ЭВМ на основе троичной логики. Называлась она «Сетунь». Других компьютеров на основе троичного кода нет и не было.

Идею использовать для вычислений троичную систему высказал ещё в 13-м веке итальянский математик Фибоначчи. Он сформулировал и решил «задачу о гирях», более известную под названием Баше-Менделеева: если можно класть гири только на одну чашу весов, то удобнее, быстрее и экономичнее делать подсчёты в двоичной системе, а если можно класть гири на обе чаши, то целесообразнее прибегнуть к троичной системе.

Особенность троичной системы счисления в том, что цельночисленное основание в ней равно трём. Это значит, что всё множество целых чисел можно записать с помощью всего трёх цифр, например 0, 1, 2, 10, 11, 12 и так далее. 10 в данном случае соответствует цифре 3 из привычной нам десятичной системы.

Большинство современных компьютеров используют двоичную систему, где разряд равен степени двойки. Брусенцев и его группа пошли по иному пути - в их машине разряд был равен степени тройки. При работе машина использовала двухбитный троичный код. Единицами измерения были не биты, а триты (то есть не 0 и 1, а 0, 1 и 2). Минимальной единицей, с которой работала непосредственно память «Сетуни», был трайт, равный шести тритам (соответствует примерно 9,5 битам в современном двоичном представлении). Для «Сетуни» даже разработали собственный язык программирования - DSSP.

По современным меркам «Сетунь» не был мощным компьютером: тактовая частота процессора у него была всего 200 кГц. Но в 1959-м году, когда создавались только первые прототипы ЭВМ и учёные ещё даже не договорились, сколько разрядов будет в байте, такая машина была выдающимся достижением. Ей было нужно обработать примерно в 1,5 раза меньше суммарных сложений, чем компьютеру с двоичной системой для той же задачи и за то же время. Так что и работать она могла в 1,5 раза быстрее. Закодировать тоже можно было больше.

Но в Советском Союзе было сделано всего 46 таких машин, 30 из которых отдали институтам по всей стране для решения научно-технических задач средней сложности. Затем выпуск машин прекратился, несмотря на то, что у рабочего прототипа недостатков почти не было. Сам создатель машины Брусенцев говорил потом:

«Сетунь» мешала людям с косным мышлением, которые занимали высокие руководящие посты».

По всей видимости, чиновники посчитали, что на обслуживание машины уйдут огромные деньги. Но машина была до того простой, что обслуживать её не требовалось. Тем не менее, «те, кто душил „Сетунь“, раскидали её по всей стране». Итак, уникальный компьютер задавили бюрократы.

По словам Брусенцева, сейчас многие страны пытаются создать свой троичный компьютер, но все попытки безуспешны: люди так привыкли к двоичной логике, что им сложно освоить троичную. Однако это вопрос спорный: вряд ли за все эти годы никто больше не додумался до того, как сделать аппаратную часть такого компьютера. И если во всём мире в компьютерной индустрии пользуются двоичной системой, а на троичную до сих пор никто не перешёл, то, возможно, необходимости в этом и нет.

Робокрысы, дроны-охотники, говорящие мусорки: 10 гаджетов и изобретений, изменяющих города

25 лучших изобретений 2014-го года

В этих невероятных перчатках можно лазить по стенам

Бельгийские дизайнеры придумали съедобную посуду

Таблетки с замороженными фекалиями могут вылечить кишечную инфекцию

В амстердамском аэропорту в каждом писсуаре лежит копия мухи

16-летняя школьница создала фонарик, работающий исключительно за счёт тепла тела

Японское название Японии Nihon (日本) состоит из двух частей – ni (日) и hon (本), оба из которых являются китаизмами. Первое слово (日) в современном китайском произносится rì и обозначает, как и в японском, «солнце» (передаваясь на письме его идеограммой). Второе слово (本) в современном китайском произносится bӗn. Его первоначальное значение – «корень», и передающая его идеограмма представляет собой идеограмму дерева mù (木) с добавленной внизу чёрточкой, обозначающей корень. Из значения «корень» развилось значение «происхождение», и именно в этом значении оно вошло в название Японии Nihon (日本) – «происхождение солнца» > «страна восходящего солнца» (совр. кит. rì bӗn). В древнекитайском слово bӗn (本) имело ещё и значение «свиток, книга». В современном китайском оно в этом значении вытеснено словом shū (書), однако остаётся в нём в качестве счётного слова для книг. Китайское слово bӗn (本) было заимствовано в японский как в значении «корень, происхождение», так и в значении «свиток, книга», и в форме hon (本) означает книгу и в современном японском языке. Это же китайское слово bӗn (本) в значении «свиток, книга» было также заимствовано и в древнетюркский язык, где после добавления к нему тюркского суффикса -ig приобрело форму *küjnig. Тюрки принесли это слово в Европу, где оно из языка дунайских тюркоязычных булгар в форме кънига попало в язык славяноязычных болгар и через церковнославянский распространилось в другие славянские языки, включая русский.

Таким образом, русское слово книга и японское слово hon «книга» имеют общий корень китайского происхождения, и тот же самый корень входит в качестве второго компонента в японское название Японии Nihon.

Надеюсь, всё понятно?)))