Предел возможностей компьютеров, основанных на технологиях напыления интегральных микросхем (классических ЭВМ), на практике ограничен физическими габаритами по информационной емкости, паразитными импедансами – по скорости обработки цифровой информации.

Даже при переходе на нанотранзисторную основу классические ЭВМ не могут составить конкуренцию квантовым и нейрокомпьютерам, обладающими свойством естественного параллелизма вычислений.

При решении большинства практических задач вычислительные системы с естественным параллелизмом вычислений не всегда эффективнее классических. Учитывая огромную стоимость квантовых и нейрокомпьютеров, получаемый выигрыш часто не соответствует затратам.

Наши обычные персональные компьютеры будут успешно конкурировать с дорогостоящими системами квантовой или нейронной структуры, если найти простой для технической реализации способ, позволяющий без больших финансовых затрат:

— значительно увеличить вычислительные возможности (информационную емкость и скорость обработки информации) классических компьютеров;

— защитить информацию от раскодирования системами с естественным параллелизмом вычислений.

Решение есть

Способ, основанный на переорганизации машинного языка, позволяет решить эти задачи, не изменяя базовую технологию изготовления интегральных микросхем и других элементов схемотехники.

Посредством способа осуществляется реализация в машинном языке трех символов цифрового алфавита, за счет чего увеличиваются вычислительные возможности ЭВМ.

Задача решается следующим образом. За наименьшую единицу цифровой информации принимают один разряд числа в системе счисления с основанием три, который определяют как трит (trit).

 

Рис.1 Тритный триггер

Для записи информации на машинном языке используют тритный триггер (trit trigger), в каждом трите используют один из трех символов цифрового алфавита 0, 1 или 2.

2 определяют высоким уровнем напряжения (+Е), 1 определяют средним уровнем напряжения, 0 определяют низким уровнем напряжения (-Е).

Триты объединяют в группы. Девятиразрядный машинный код определяют как трайт (tryte). Одним трайтом представляют 19 683 числа. Для определения адреса трита в трайте от 0 до 8 используют 2 разряда.

Предлагаемый способ дает возможность перейти от оперирования битами информации к оперированию тритами информации, от оперирования байтами информации к оперированию трайтами информации, вместо использования 3 разрядов для определения адреса бита в байте занимать только 2 разряда для определения адреса трита в трайте, а также представлять одним трайтом 19 683 числа вместо 256 чисел в одном байте, что повышает информационную емкость в 76,9 раза, увеличивая время записи-считывания информации на 12,5%.

 

Рис.2  Увеличение вычислительных возможностей компьютеров

Способ позволяет значительно увеличить информационную емкость ЭВМ и скорость обработки информации по сравнению с использованием в машинном языке двух символов цифрового алфавита.

Рассмотрим представление чисел на примере использования двух и трех символов цифрового алфавита. Четырьмя разрядами (битами) представляют только 16 чисел.

Таблица 1. Представление 16 чисел битами

Для представления 16 чисел более чем достаточны три трита. Тремя тритами представляют 27 чисел. Четырьмя тритами представляют 81 число.

Одним байтом представляют только 256 чисел, причем для определения адреса бита в байте от 0 до 7 используют 3 разряда.

Таблица 2. Представление 256 чисел байтом

Одним трайтом представляют 19 683 числа, за счет чего увеличивают информационную емкость в 76,9 раза, а для определения адреса трита в трайте от 0 до 8 используют только 2 разряда.

Объединенными позиционно в группу двумя байтами представляют 65 536 чисел.

Объединенными позиционно в группу двумя трайтами представляют 387 420 489 чисел, за счет чего повышают информационную емкость в 5 911,5 раз, увеличивая время записи-считывания информации только на те же 12,5%.

С увеличением количества разрядов, объединенных позиционно в группу, при оперировании тритами многократно увеличиваются вычислительные возможности ЭВМ.

Конкретный пример осуществления способа

Для технической реализации способа используют существующие ныне технологические процессы изготовления интегральных микросхем и других элементов схемотехники.

Для записи информации на машинном языке используют тритный триггер – ячейку памяти с одним выходным состоянием из трех возможных: 0, 1 или 2.

Высокий уровень напряжения (+Е) на выходе тритного триггера принимают равным 2.

Средний уровень напряжения на выходе тритного триггера принимают равным 1.

Низкий уровень напряжения (-Е) на выходе тритного триггера принимают равным 0.

За наименьшую единицу цифровой информации принимают трит. Определяют разрядность машинного кода, для чего производят позиционное группирование тритов.

Разряды (триты) обозначают в соответствии с их позицией от 0 (самый младший) до 2 (самый старший). Назначают соответствующие удельные веса в каждом разряде.

Таблица 3. Возможное состояние единицы информации в трите

В разряде 0 при наличии низкого уровня напряжения удельный вес числа принимают равным нулю (0), при наличии среднего уровня напряжения удельный вес числа принимают равным единице (1), при наличии высокого уровня напряжения удельный вес числа принимают равным двум (2).

В разряде 1 при наличии низкого уровня напряжения удельный вес числа принимают равным нулю (0), при наличии среднего уровня напряжения удельный вес числа принимают равным трем (3), при наличии высокого уровня напряжения удельный вес числа принимают равным шести (6).

В разряде 2 при наличии низкого уровня напряжения удельный вес числа принимают равным нулю (0), при наличии среднего уровня напряжения удельный вес числа принимают равным девяти (9), при наличии высокого уровня напряжения удельный вес числа принимают равным восемнадцати (18).

За трайт принимают 9 трит и обозначают их от 0 до 8 в соответствии с позицией трита в трайте. Назначают соответствующие удельные веса в каждом разряде.

При наличии низкого уровня напряжения в любом разряде удельный вес числа принимают равным нулю. При наличии среднего уровня напряжения удельный вес числа в разряде принимают равным 3ⁿ, где n определяют как позиционный номер трита в трайте. При наличии высокого уровня напряжения удельный вес числа в разряде принимают равным удвоенному значению 3ⁿ.

Для определения позиции трита в трайте используют два разряда.

Таблица 5. Определение позиции трита в трайте

Заключение

Основными достоинствами предлагаемого способа являются:

— относительно небольшая сложность для схемотехнической и аппаратной реализации;

— нетребовательность к изменению технологического процесса изготовления интегральных микросхем и других элементов схемотехники.

Основной технический результат заключается:

— в значительном увеличении информационной емкости ЭВМ за счет использования в машинном языке трех символов цифрового алфавита для записи-считывания информации;

— в увеличении скорости обработки информации по сравнению с использованием в машинном языке двух символов цифрового алфавита.

Такая компьютерная система устойчива к помехам при передаче данных по линиям связи и недоступна для раскодирования системами с естественным параллелизмом вычислений, оперирующими только бинарными данными.