直接在机器码上 debug 的 Jeff Dean 大神除外我们有十个手指,十进制用起来如臂指使;一天 24 小时,一个小时 60 分钟,这些常用进制怎么都要更好理解吧?虽说有时候科普时直接就用“ 机器只听得懂 0 和 1 ”蒙混过关了,不过这也是人赋予的规则,有了合适的材料和逻辑也能改变。其实最重要的原因,是计算机刚出现的时候,二进制最好整了。二进制电路简单好实现,运算逻辑还能直接套用现成的布尔代数,省力省事。计算机靠电路中的高低电平变化就能分别表示 0 和 1这一整就一直整到了现在,几十年来二进制计算机越来越先进,各方面的硬件也逐渐完善。现在你手上的手机,花了大把钞票的显卡,女神的照片,最爱的游戏,靠的全是二进制。可差友们知道么,在理论上二进制并不是最有效率的那个。 也就是说,如果用的不是二进制,我们可能早个几年就过上现在的生活了,面前这块糟心屏幕可能没有刘海没有水滴也没有孔。
那为什么不用最有效率的那个!是嫌科技太发达了还是 GTA 6 等的不够苦? 倒不是那时候的科学家们偷了懒,也不是从理论上说,e 进制才是信息表达的最优进制。 e 的大名叫自然常数,也叫欧拉数,是个数值大约是 2.71828 的无限不循环小数。高中数学提过,记不清的差友把它当成 π 一样的东西就好。 当 n 越来越大时,(1 + 1/n)n 的值越来越趋近 e可能有差友更奇怪了,进制这种东西又不是量化的具体数字,怎么比啊? 曾经有古希腊哲学家问过万物的本源这个问题。对此,毕达哥拉斯的回答是 “ 万物皆数 ”,他认为一切都可以通过特定模型转化成数字。虽然晚了毕达哥拉斯几千年 , 但进制在计算机上的优劣问题同样可以量化成直观的数字。
进制表达信息的能力等于表达的信息量与消耗资源的比值比如说我们要用二进制用 8 位数据来表达信息,那么每一位上都有 1 和 0 两种可能。 8 位就有 28 种不同的排列方式。也就是说,二进制在 8 位 数据上能够表达 256 种不同的信息内容。 而为了表达这些数据每一位上都需要有 0 和 1 两种不同形式,8位数就需要消耗 2 × 8 = 16 个用来表达信息的元件。按照之前的量化公式,我们就可以得到二进制在 8 位数据上的效率是: 256 ÷ 16 = 16 。 当然,我们不可能一个个进制、位数算过来,估计很多差友都想到了,直接代数化就好了。
假设我们要用 x 进制表达 n 位的数据信息,和之前二进制表达 8 位数据同理: 一共能表达 xn 种不同的信息内容,需要消耗 nx 个表达信息的元件。 x 进制的效率就是 xn / nx虽然一堆未知数,其实和分数一个道理,分子不变的情况下,分母越小,得数就越大。 所以消耗的资源 ( nx ) 越小,这种进制的效率就越高。 抽奖时分母越少,中奖概率也越高,可我从来只是分母给大家一个简单的推理。息量 I = x^n 消耗的资源P(x)=nx x进制的效率=x^n/nxP(x)一定时,x^n最大[P(x)/n]^nln{[P(x)/n]^n} =[lnP(x)-lnn]n =nlnP(x)-nlnn lnP(x)-1-ln(n)=0 n=P(x)/e x=e
前面也提过, e 的值大概是 2.71828 左右,也就是 “ 2.71828 进制 ”是理论上最好的进制。 但是 2.71828 进制是个什么鬼???我数数手指还得掰折 0.28172 根手指? 还是得找个整数,不然工业上可能没法实现了。。。因此和这个数更接近的 “ 三 ”应该是坠吼的!
得到结论:数据表达上效率最高的是三进制,其次是二进制。 三进制... 3 ?似乎联想到了什么
虽然三进制效率更高,但是却没有合适的运算逻辑和简易的实现方式。 即使是更好实现的二进制,第一台通用计算机 ENIAC 也需要三万多个电子元件,五百多万手工焊接头,功率达到了惊人的 150 千瓦。 电就是钱啊我的朋友!简单的都这么耗电,更复杂的谁试的起。 当地居民总觉得,每当这台计算机启动的时候,全城的灯都变暗了不过随着科技的发展,这些问题已经得到了解决。
比如科学家们基于波斯特函数优化了三进制的运算逻辑,用对称的双电源供电实现正向饱和导通、负向饱和导通、不导通 3个稳定状态等等。
可这早就是若干年后的事了。科学家们吭哧吭哧解决了这些问题后,却绝望的发现,二进制早就以指数级的增速飞的没影了。 世界上最遥远的距离是你刚断线重连,而对线的人已经超神了一整局
就跟玩了很久,排名靠前的网游大号,就算明知道没选上最强势的职业,也少有人会下决心从零开始玩小号。 更别说是在越来越离不开计算机的今天,抛弃发展完善的二进制体系。
说点看得见的,连现在的硬件体系都要洗牌,一张张燃气灶都成了摆设
不过暗戳戳练个强势职业的小号的人还是有的,万一哪天大号下水道了,谁说得准啊?
最早苏联是直接当大号玩的:在 1958 年制造三进制计算机的 Setun ,1970 年的增强版 Setun 70 ,都是当时的顶尖算力。苏联造-三进制计算机 Setun当然随着苏联解体,三进制计算机也混入了历史的尘埃,西方国家也一直没能复现 Setun 。
到了今天,芯片的制程越来越小,半导体逐渐靠近了量子这个玄学领域。就像开了等级上限的⽹游,二进制发展不动了, 三进制的机会就来了。
之前练没练的小号都开始了。
三进制最显而易见的好处是同样的信息需要的元件数更少,芯片的制程就可以稍微大上那么一点点,拖延半导体进入量子这个说不清道不明的玄学领域的时间。( 虽然从底层改变并不那么实际 )多出来的一个数字,也给了三进制多一种可能性。二值布尔逻辑虽然让二进制飞速发展,但也让二进制里只有“ 真 ”,“ 假 ”两种状态。从认知来说,也许真、假、不确定三种状态才更符合人脑的思维。也许少了“ 不确定 ”状态,才是智能变制杖的原罪,或许在三进制的逻辑下 AI 就能真正智能了呢?在竞争激烈的量子领域,本身就会多一种额外的状态,不确定的叠加态。而这多出的状态,刚好可以用三进制比二进制多出来的那个数来表达。今年中国物理学家郭光灿和中国科技大学( USTC )的同事就成功完成了三进制 qutrit 量子信号的传输,这也是科学家们在量子领域第一次成功的三进制研究。之前在只有经典计算机时,三进制研究的意义可能只是技术积累,但正是这些积累,催生了真正改变我们生活的技术。 而现在,对于研究三进制的科学家来说,二进制虽然有庞大成熟的工业体系,但已经微微呈现疲软:你已行至终局,而我才刚刚开局,但很快你就会发现,我们根本不在一张棋盘上。 “ 变不可能为可能,才是科技的魅力 ”