چرا کامپیوترها فقط از صفر و یک استفاده می‌کنند؟

مقدمه

اگر کمی با دنیای کامپیوتر آشنا باشید، حتماً می‌دانید که اساس تمام محاسبات دیجیتال فقط روی دو عدد می‌چرخد: صفر و یک.
اما چرا؟
آیا نمی‌شد سیستم‌هایی ساخت که با سه عدد (مثلاً ۰، ۱ و ۲) یا حتی بیشتر کار کنند؟
جالب است بدانید که شوروی سابق در دهه‌ی ۱۹۵۰ دقیقاً چنین کاری کرد و اولین ابرکامپیوتر سه‌تایی دنیا را ساخت!
اما در نهایت، باینری (سیستم صفر و یک) پیروز میدان شد. بیایید ببینیم چرا.

باینری یعنی چه؟

در ساده‌ترین تعریف، کامپیوتر با دو وضعیت فیزیکی کار می‌کند:

• ولتاژ پایین → صفر (0)

• ولتاژ بالا → یک (1)

این دو حالت ساده، پایه‌ی تمام محاسبات دیجیتال را تشکیل می‌دهند.
هر واحد اطلاعاتی در این سیستم را بیت (bit) می‌نامند، که می‌تواند فقط دو مقدار داشته باشد: ۰ یا ۱.

اگر دو بیت کنار هم قرار دهیم، می‌توانیم چهار حالت بسازیم:

00  
01  
10  
11

و هرچه تعداد بیت‌ها بیشتر شود، تعداد ترکیب‌های ممکن به شکل نمایی افزایش می‌یابد.

سیستم سه‌تایی؛ رؤیای هوشمندانه‌ی شوروی

در دهه‌ی ۱۹۵۰ میلادی، دو دانشمند شوروی به نام‌های سرگی سُبلف و نیکولای بروسِف به این فکر افتادند که چرا فقط دو حالت؟
آنها تصمیم گرفتند سیستم جدیدی طراحی کنند که به جای «بیت»، از تریت (Trit) استفاده کند — واحدی که می‌تواند سه مقدار مختلف بگیرد:

-۱، ۰ و ۱

کامپیوتر سه‌تایی آن‌ها با نام Setun (ستم) ساخته شد.
در این سیستم، هر تریت سه حالت داشت و همین باعث می‌شد حجم اطلاعاتی که می‌توانست ذخیره یا پردازش کند، بسیار بیشتر از سیستم‌های باینری هم‌زمان خودش باشد.

به عنوان مثال:

• در سیستم باینری، ۸ بیت می‌تواند ۲۵۶ حالت (۰ تا ۲۵۵) را نشان دهد.

• اما در سیستم سه‌تایی، ۸ تریت می‌تواند ۶٬۵۶۱ حالت مختلف را نمایش دهد!

از نظر نظریه‌ی اطلاعات، این یعنی راندمان بالاتر و استفاده‌ی بهتر از حافظه و انرژی.

پس چرا سه‌تایی شکست خورد؟

مشکل اصلی، سخت‌افزار بود.
در سیستم باینری، همه‌چیز ساده است:

یا ولتاژ هست (۱) یا نیست (۰).

اما در سیستم سه‌تایی باید سه سطح ولتاژ دقیق داشته باشید، مثلاً:

• ولتاژ پایین (۰ تا ۳۰ ولت) → مقدار -۱

• ولتاژ متوسط (۳۰ تا ۷۰ ولت) → مقدار ۰

• ولتاژ بالا (۷۰ تا ۱۰۰ ولت) → مقدار ۱

کنترل دقیق این سطوح ولتاژ، به‌ویژه در قطعات ریز الکترونیکی، بسیار سخت و پرهزینه است.
کوچک‌ترین نوسان یا نویز باعث می‌شد سیستم خطا کند.
در نتیجه، اگرچه از نظر تئوری سیستم سه‌تایی بهینه‌تر بود، اما در عمل ناپایدارتر و گران‌تر از سیستم باینری شد.

چرا باینری برنده شد

در دنیای مهندسی، همیشه سادگی و پایداری مهم‌تر از پیچیدگی و تئوری است.
باینری با دو حالت ساده‌اش، این مزایا را داشت:

• طراحی آسان‌تر مدارها

• مقاومت بیشتر در برابر نویز

• هزینه‌ی ساخت کمتر

• سرعت بالاتر در پردازش

به همین دلیل، سیستم صفر و یک تبدیل به استاندارد جهانی محاسبات دیجیتال شد.

نتیجه‌گیری

شاید باینری ساده به نظر برسد، اما پشت همین سادگی، دنیایی از مهندسی هوشمندانه پنهان است.
سیستم سه‌تایی «ستم» شوروی نشان داد که می‌توان متفاوت فکر کرد، اما در نهایت، پایداری، دقت و سادگی همان چیزهایی بودند که مسیر تاریخ را تعیین کردند.
امروز همه‌چیز — از موبایل و لپ‌تاپ گرفته تا ابررایانه‌ها — بر پایه‌ی همان دو عدد ساده ساخته شده‌اند:

صفر و یک.