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コンピューターはONとOFFの二進法で成り立っていますが、これが将来、三進法になる可能性は有るでしょうか?

例えば、OFFはゼロとしても、電流が右から左に流れれば1とし、逆に、左から右に流れれば2とする、三進法のコンピューターが開発される可能性はあるでしょうか?

仮に、そのような三進法のコンピューターが開発されたとして、三進法のコンピューターは二進法のコンピューターに比べて、どのような点が優れていると予想されるでしょうか?

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A 回答 (9件)

数年前に何かの雑誌で「対称型三進法」のコンピューターの記事を読みました。


通常の三進法では

0,1,2

で数を表しますが、対称型三進法では

0、-1、+1

で数を表します。
今仮にこれを0、-、+と書くことにします。すると


0は0で、
1は+ですが、
2は二桁で+-と記述されます。

つまり、二桁目が3でそこから1を引くので2になるわけです。

3は+0
4は++
5は+--(9引く3引く1です)

その記事によると、
2値論理回路は負の数を表せないので、引き算をする時には補数を作って足して繰り上がりを消す、ということをしなければならないのだけれども、対称型三進法はもともと負の数が含まれているので、引き算をする時には+と-を逆にして足せば良いので、その分回路が簡単になる、
という趣旨のことが書かれていました。

でもやはり0、+、-の三つを表現するために回路が複雑になってしまうんでしょうね。
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H/Lのみで表す方式を二値論理というのに対し,


ご質問のように3値以上で表す方式を多値論理といいます.
結構昔からありますが, 高性能化という意味では流行っていないようです.

応用としては, たとえば3値論理の場合, "1", "0", "故障"を表現できます.
このため, 通信回路や, ある種の高信頼/高安全回路などに利用される場合があります.
コンピュータ自体ではあまり聞きませんが, その周辺回路で見かける事が多いかもしれません.

多値論理の表現は電圧の高低で表すこともできますが,
交流波形の周波数であるとか, その他区別がつく色々な信号の形で
多値論理が表現されることもあります.
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現在のコンピューターが二進法を使う理由


単純な為に実現し易いからですが この単純さが多くの利点を呈しているのです

一つは 高速化し易い
二つ目 電圧の高/低だけ判定すれば良いのでノイズに強い
三つ目 集積度を上げ易い 現在のCPUは恐らくチップ当たりの素子数(トランジスタ数)は1億個以上いっているはずです

ですから三進法にしますと上記の3条件をクリヤ出来ない限り難しいと思います
現在の動作原理(電圧の高/低)を踏襲する限り二つ目のノイズに対しては絶対にクリヤ出来ません
理由 ノイズは同じで三値を取る為相対的にノイズが凡そ倍になるからです 結果エラーが多くなります

現在と違った動作原理のものが出来たら その限りではありませんが 当分の間は無理ですね。
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大昔のことで忘れてしまいましたが、10進演算をするとき、2進化10進数より、3進化10進数の方が有利という話がありました。


2進化10進数では、0~9を0000~1001で表しますが、そうすると1010~1111がムダになり、しかも対称性がありません。
3進化10進数では、0~9が000~100になり、しかも2だけゲタを履かせると010~110となって、対称性が生じます。
これを利用すると加算機の設計が楽になったように記憶しています。
ただし、これは10進法に縛られた考え方で、現在の計算機では10進演算をやる必要はあまりありません(IBM系や昔のマイクロプロセッサにはあったし、電卓では今でもあるかも知れない)から、3進化10進数をあえて採用する意味はありません。
また、何かの物理量で3進数を表現するのはかなり困難で、3進演算回路を実現するのは不利です。
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#4さんがおっしゃるとおり、記憶の技術として、通常のH/Lの2値記憶でなく、多値記憶をする方式はありまして、


たしか、10年ぐらい前からマスクROMで使われてます。

マスクROMは、記憶に携わる個々のトランジスタの閾値電圧を変えることにより、情報を記録しており、通常は、閾値電圧が2種類、閾値電圧を変えるイオン注入工程用のマスク(レチクル)が1枚です。

多値記憶として実用化されているのは、4値のもの、すなわち、閾値電圧の種類が4つあります。
閾値電圧を変えるためのマスクは、単純考えでは3枚、うまくやれば2枚です。(実用化されているのは、当然、コストの安い2枚マスクのほうです。)
閾値電圧同士の差、それらのばらつき抑制、そして、それらを読み出すセンスアンプの技術を高めることによって実現しています。


さて、
3値を扱うコンピュータの用途として、私が真っ先にイメージするのは、
H/Lの2値出力のMOSゲートではなく、H、L、HiZ(ハイインピーダンス)の3値出力ゲートが回路の中の大多数を占めるような状況のシミュレーションです。
しかし、現実には3値出力ゲートが大多数を占めるような状況は無いので、用途になりそうにありません。


あるいは、
ファジー理論のような、HでもLでもない、中間の部分を扱う計算です。
あるいは、人工知能に使われそうなニューロコンピュータです。
しかしながら、ファジーな部分は基本的に、無限種類ありますから、2値を3値にしたところで、特段、メリットは無さそうな気がします。
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普通はメモリ1セルでOn/Offの1ビットを記憶しますが,4段階の状態で記録すれば1セルで2ビットを記憶できます。

つまり,同じ面積でも2倍の記憶容量になるわけです。マルチビットセルとか多値セル技術などと呼ばれています。
4進法であれば2進法と相性がいいので使いやすいですが,3進法は使いにくいので可能性は低いような気がします。

> 例えば、OFFはゼロとしても、電流が右から左に流れれば1とし、逆に、左から右に流れれば2とする、三進法のコンピューターが開発される可能性はあるでしょうか?

電流は高いところから低いところへと流れますが,電流の流れる向きによって数値を表わすようにしようとすると,プラスとマイナスが逆の状態を作る必要があります。下手をするとショートして回路が燃えてしまいそうな気がします。3進法を実現するなら,電圧が,0VとHighとその中間値を用いることになると思います。というより,中間値を使うなら,中間状態を2段階に分けて4進法的に使えば,2進法と相性がよさそうです。でもノイズには弱そうで誤動作しやすいような気もします。
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わたしも,可能性は無いと思います。


趣味でやってみる物好きなひとはあるいは現れるかもしれませんが…
2進法に較べて3進法(や10進法)が有利なのは,同じ数値を表すのに少ない桁数で済むことでしょう。しかし,他の方が言われるとおり,回路が複雑になります。
また,実際に数値を表示するならばそして数字ごとに別々のランプを用いるならば,必要なランプの数を較べることも意味があるでしょうが,表示はたいした問題ではありません。
2進法の計算回路が簡単なのは,計算の規則が簡単だからです。3進法(や10進法)の計算規則はずっと複雑になります。
2進法は計算規則が簡単なのでキカイ(コンピュータ)に覚えさせやらせるにはちょうどいいのだと思います。

〔2進法〕
0+0=0
0+1=1
1+0=1
1+1=0(一桁繰り上がり)

〔3進法〕
0+0=0
0+1=1
0+2=2
1+0=1
1+1=2
1+2=0(一桁繰り上がり)
2+0=2
2+1=0(一桁繰り上がり)
2+2=1(一桁繰り上がり)
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全く有りません。


eに近い値が桁数が少なくなるのは単なる理屈です。
現在のコンピュータでは電流は流れておらず、単にHLのレベルで計算しています。
3進法にするなら3レベルの電圧となります。
3進法の構成回路は2進のそれに比べ複雑過ぎるのでメリットは全くないでしょう。
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原理的にはe=2.718・・・進法のコンピュータが最も効率がいいそうです。


それに近い3進法が有利なのですが現実的に実現しやすい2進法が使われています。

これは数値を表すランプの数で比べることが出来ます。
10000を表すとすると2進法で2×log2 10000で26.6個です。
2進法・・26.6
e進法・・24.9
3進法・・25.2
10進法・・40

おそらく3進法のコンピュータは作られないでしょう。

ただ、こんな特許があるようです。メモリーの世界では使われるかも知れませんね。
25倍の集積は魅力です。

参考URL:http://72.14.203.104/search?q=cache:FcKsEswZLXQJ …
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