计算机二进制的由来,计算机二进制运算原理

(本文三千字,请仔细阅读,如果您有兴趣并仔细阅读,可以打开新世界的大门,别忘了“点赞”和“关注”)当您在电脑上打开软件时、听电影、听歌曲,很难想象它们是由0和1这样的二进制数组成的。但你有没有想过为什么计算机使用二进制文件?是因为它是最有效的吗?但事实并非如此。理论上,三进制计算机比二进制计算机效率更高,甚至苏联也投入了大量资金进行研究。那么为什么不使用这种更高效的计算机呢?

基础体系是源自人类智慧的技术方法。由于我们生来就有10根手指,人类自然选择十进制。常用的拼字法也与五位数系统类似。计算机的二进制系统由0 和1 组成,您将其输入为一,借一用作二。不知道有没有人问为什么计算机不使用更通用的底层系统,但毕竟计算机也要经过人类的改造,这不是反人类吗? 0和1的长串?我读过很多科普书,其中大多数都使用“计算机只能理解0和1”的格言,所以我不明白。但实际上,最重要的原因是在计算机的早期,二进制文件是最容易实现的。事实上,非二进制计算机在历史上一直存在。例如,1945年创建的世界上第一台通用计算机ENIAC就是一台十进制计算机。计算机是由逻辑电路组成的,电路通常只有两种状态:开和关,这两种状态可以用1和0来表示,1和0对应着正确或不正确的逻辑运算。这产生了著名的冯·诺依曼结构,它使二进制在计算机中变得有用。在接下来的几十年里,二进制计算机变得越来越先进,硬件的各个方面都在逐步改进。

你今天在手机或电脑上使用的显卡、女神图片以及各种游戏都依赖于二进制文件,但它们实际上并不是最高效的。理论上,电子基地系统是最有效的。 e的大名是自然常数,也称为欧拉数,它是一个无限不重复的十进制数,约为2.71828。也就是说,2.71828的净值理论上是最高效的净值,但是工程上没有办法达到2.71828的净值。 3 比2 更接近e。由此我们可以得出结论,表示数据最有效的方式是三进制,其次是二进制。但我们现在为什么不使用效率更高的三值计算机呢?接下来,我们不得不提到消失的国家。事实上,苏联早在50多年前就发现了三进制在计算机中的好处。 1958年,莫斯科国立大学计算机研究中心研制出世界上第一台三进制电子计算机。该计算机也称为对称三进制系统而不是常规三进制系统。什么是平衡三元系统?即-1、0、1组成的对应逻辑电路将是负电压、零电压、正电压平衡。三进制是一个非常巧妙的设计,记录的数字可以代表所有整数。负1的引入消除了对负数使用额外的负号的需要,并且由于二进制是无符号数,所以不能直接表示负数。因此,平衡三元系统的计算效率高于二元系统。另外,平衡三进制中又多了一个数字,让计算机多了一种可能。由于布尔逻辑,二进制计算机只有两种状态:true 和false。在平衡三元系统中,零被视为不确定。从认知角度来看,真假不确定性的三种状态更符合人脑的逻辑。在二元系统中,人工智能由于缺乏不确定性而被人为地延迟。在三元体系下,计算机的自主学习能力恐怕会变得非常强大。你认为如果三态计算机真的能够创造自主人工智能,美国人会赢得冷战吗?

回到计算机上,虽然苏联很早就认识到三进制系统的优越性,但莫斯科大学最初并没有认真对待这个项目,只派了一名副博士来开发,只是人和这个新来的研究生。然而他们没想到,这台计算机在各种室温下都出奇的可靠和稳定,而且它的制造和维护也会比同时期的其他计算机容易得多。不久,苏联部长会议通过了批量生产计算机的决议。不过,工信部并不看好这款机器。我们认为,计划经济之外的任何事物都是科幻小说的产物。与此同时,来自日本和国外的订单如雪花般纷至沓来,年产量10至15辆远远不能满足市场需求。奇怪的是,工信部并没有随着订单的增加而增加生产,而是严格限制生产计划,拒绝订单,并于1965年完全停产。这不是不可思议吗?其实,原因并不复杂。 的电子元件产量非常高,同时价格仅为275,000卢布。创下了当时的纪录。同期电脑的价格基本上是他价格的两倍以上。 MoU计算中心原型机已经运行了17年,除了第一年更换了三个有缺陷的部件外,其内部设备从未维修过。它一直发挥作用,直到被摧毁之前。苏联官僚机构废除了后,用性能相同但价格贵2.5倍的二进制计算机代替了它。

说白了,的创建让苏联官僚损失了大量的财政拨款,切断了人民的经济资源,包括杀害了他们的父母,所以这台三元计算机自然成为了政治牺牲品。虽然最终只生产了50辆,但从加里宁格勒到雅库茨克,从阿什哈巴德到新西伯利亚,到处都可以看到它们的身影。而且全世界的人都对他评价很高,认为他的编程简单,非常适合工程计算、工业控制、计算机教育等。 的成功经验让莫达决心保留这台电脑。于是他们顶住压力,于1970年推出了 70计算机。但该项目长期缺乏高层支持,最终不得不无限期叫停。因此, 70 成为莫斯科大学的绝唱。然后苏联解体了,三进制计算机也跟着苏联走,直到今天还没有其他国家能够复制。苏联创造了世界上第一台三进制计算机,但随后亲手毁掉了它。由此,证明了三进制计算机的可行性。但现在想要继续推进几乎是不可能的了。对于非二进制计算机,需要两种以上的稳态材料,所以至少不能使用二极管。二进制只有0和1,很容易区分高低电压,即使有一些误差计算机也能识别,因此与其他二进制相比极其稳定。

虽然这些问题已经被科学家通过科技的发展解决了,但是让大家失望的是,二进制早已以指数级的速度消失了。不用说,随着我们与计算机越来越密不可分,放弃成熟的二进制系统将需要对现有的硬件系统进行改组。大家的电脑、手机等电子产品都会直接变砖。但如今,芯片制造工艺越来越小,半导体逐渐接近量子的形而上境界,突破1纳米只是时间问题。这相当于一个有等级上限的网络游戏。 Binary 几乎已达到完整级别,可能是时候开始玩Trinary 的替代版本了。三个值的明显优点是相同的信息需要更少的组件。与此同时,其余芯片的性能可能只会略有提高,从而推迟了半导体进入不确定的量子形而上学的进程。在这个竞争的量子场中,存在着额外的态,这些态也是不确定的叠加态,可以用额外数量的三元系来表示。 2023年,中国物理学家郭光灿和中国科学技术大学的同事成功完成了三元文化量子信号的传输。这也是量子领域科学家首次成功的三元研究。

近两年,韩国也成功研发出三元半导体,使三元计算机又向前迈进了一步。目前,双轨制下已经成熟的庞大工业体系正逐渐显现出疲惫的迹象,但仍不可能完全取代。三进制计算机的发展过程清楚地表明,在选择一项技术时,我们不仅关注技术本身,而且历史往往受到政治、经济等诸多影响。

很多时候,被历史遗忘的技术并不是天生就有缺陷,它们只是碰巧诞生在错误的时间。而这些看似扭曲的科技树,或许在某个平行时空中,已经成为了不可替代的先进技术。我们这些不知道时间和空间的人会怀念二进制或电子计算机吗?

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