Computer neu erfinden!

Praktisch angewendet wird merhwertige Logik ja schon länger, beispielsweise in Form von Tri-State Gattern die zusätzlich zu den Zuständen 0 und 1 auch den Zustand „high impedance“ (hochohmig) annehmen können, ebenso auch Bussysteme.

Wikipedia: Mehrwertige Logik#Anwendung mehrwertiger Logiken

Wikipedia: Tri-State

Tristate High Imp ist kein Logikzustand - hier gibt es nur High oder Low. Der hochohmige Zustand wird nur dafür verwendet, damit unterschiedliche Digitalsignale nicht kollidieren.

mikemcbike schrieb:Tristate High Imp ist kein Logikzustand

Hast Du da eventuell weiterführende Informationen dazu die diese Aussage bestätigen?

@THX1138:

mikemcbike schrieb:Tristate High Imp ist kein Logikzustand

Die Aussage ist korrekt. Tri-State hat schaltungstechnische Gründe, die Logik bleibt binär.

THX1138 schrieb:Hast Du da eventuell weiterführende Informationen dazu die diese Aussage bestätigen?

Hat du doch selber schon mit dem Wiki-Link getan.

THX1138 schrieb:Wikipedia: Tri-State

Durch Tri‑States ist es möglich, die Ausgänge mehrerer Bauelemente zusammenzuschalten, ohne dass es zu Kurzschlüssen,....<snipsnap>

Das bedeutet, dass mehrere Geräte (CPU, DMA, GPU) auf ein und der selben Leitung (BUS) Adressen und/oder Daten übertragen können. Es muss nur gewährleistet sein, dass eben nur EINES dieser Geräte zugriff auf diese Leitung(en) hat.
Ein T-State-Anschluß kann auch bidirektional verwendet werden, um eben Daten an einer bestimmten Adresse zu schreiben ¹⁾ oder eben von der selben Adresse ²⁾ lesen. Wenn nun ein DMA-Zugriff erfolgt, dann siehe ³⁾

Vorgang bei einer alten Z80-CPU von Zilog: Die einzelnen Anschlüsse der CPU stehen auf Seite 19 und sind in der folge dort beschrieben.

A0-A15 ist der Adressbus Output/TriState, D0-D7 Datenbus Output/Input/TriState

1) Daten in einer Speicherstelle hinderlegen.
- CPU stellt die gewünschte Adresse auf den Adressbus (16Bit) und die Daten (8Bit) auf den Datenbus. Die Ausgänge der beiden Busse sind aktiv und jedes bit hat einen Wert "0" oder "1". Danach wird das Signal "/WR" _(schreiben) aktiviert, das dem Speicherbaustein sagt, dass jetzt Adresse und Daten zum speichern anstehen.

2) Daten aus einer Speicherstelle auslesen.
- CPU stellt die gewünschte Adresse auf den Adressbus (16Bit) und den Datenbus auf TriState bzw auf Input (8Bit). Danach wird das Signal "/RD" _(lesen) aktiviert, das dem Speicherbaustein sagt, dass jetzt Adresse gültig ist und den Speicherinhalt auf den Datenbus ausgibt. Dazu verlässt der Speicher seinen TriState-Zustand und die Ausgänge haben der Wert "0" bzw. "1".

3) DMA-Zugriff Es gibt Bausteine neben der CPU die auch mal die Berechtigung haben Daten von einer Stelle zu einer anderen Stelle zu übertragen, ohne dass die CPU ihre Arbeit unterbrechen muss. (z.Bsp. einen Datenstream an ein anderes Gerät SCHNELL zu schreiben oder aus selbigen zu lesen z.Bsp. Massenspeicher HDD etc.)
Da fordert dieser Baustein bei der CPU über das Signal /BUSREQ die CPU auf, mal kurz den Adress/Daten und Controlbus freizugeben. Somit kann der DMA die funktion 1) und/oder 2) anstelle der CPU ausführen.

DMA-Zugriffe können auch von einer GPU oder auch von einer zweiten/dritten CPU (multiprozessoersysteme) erfolgen

Dank für die Infos und Erläuterungen.

Grundsätzlich ist mir schon klar was es mit Tri State auf sich hat, Sinn Funktion und Einsatzzwecke.

Mich hat das hier wohl "verwirrt":

Wikipedia: Mehrwertige Logik#Anwendung mehrwertiger Logiken

THX1138 schrieb:Mich hat das hier wohl "verwirrt":

Steht ja dort, als Spezifikation für Hardwaredesign/Simulation.

Aber wenn, wie es dort steht zu Konfikten

Die Unterscheidung zwischen starken und schwachen Treibern dient dazu, in einem Konfliktfall (wenn zwei Ausgänge auf eine einzige Leitung zusammengeschaltet sind und verschiedene Werte liefern) zu entscheiden,

Quelle: Wikipedia: Mehrwertige Logik#Anwendung mehrwertiger Logiken

kommt, dann ist mMn ein extrem grober Designfehler vorhanden. Darf ja nicht mal bei einem Kaltstart vorkommen.

Es ist tatsächlich lange her als ich über den Büchern gesessen bin und Gatter "real" in Händen hielt (Z80 war da schon eher "fortgeschritten", kann mich an 4 Bit Teile erinnern...)

https://www.itwissen.info/Tri-State-Logik-tri-state.html

Ich habe das ganze schon als 3 logische Zustände in Erinnerung, inclusive der Wahrheitstabellen.

ich grüble grade über die Boolsche Algebra nach ob ich da einen Zusammenhang, Hinweis oder Fehlschluss finden kann;)

@THX1138: Der hochohmige Zustand kommt in der endgültigen Schaltung bei sauberem Entwurf nie vor. Entweder muss genau einer von mehreren verbundenen Tri-State-Ausgängen auf 0 oder 1 liegen, oder es muss ein Pull-Down- oder Pull-Up-Widerstand vorhanden sein, der die Leitung auf 0 oder 1 zieht. Andernfalls -- ich spreche aus Erfahrung ;) -- können mit dieser Leitung verbundene Eingänge beginnen zu schwingen, was zu allerlei Problemen (z.B. einem stark erhöhten Stromverbrauch) führen kann. D.h. auch ein Tri-State-Ausgang liegt in der endgültigen Schaltung effektiv immer auf 0 oder 1, was binärer Logik entspricht.

@uatu
warste schneller als ich und hast das auch kürzer hinbekommen. Selbiges wollte ich auch gerade erwähnen.

@THX1138: Vielleicht kann man es folgendermassen erläutern: Für eine "richtige" dreiwertige Logik im Sinne mehrwertiger Logiken müsste es auch Tri-State-Eingänge geben, die den dritten, hochohmigen Zustand separat erkennen können. Die gibt es aber nicht (möglicherweise irgendwelche exotischen Sonderfälle ausgenommen).

Warum keine dreiwertige Logik mit folgenden Zuständen?

- Negative Spannung
- Keine Spannung
- Positive Spannung

Marfrank schrieb:Warum keine dreiwertige Logik mit folgenden Zuständen?

- Negative Spannung
- Keine Spannung
- Positive Spannung

RS-232 macht sowas in der Art: -10V/+10V als Logikpegel, Keine Spannung: Kabel kaputt.

Die einzige sinnvolle Multilevel-Logikvariante wird in großen Speicherkarten eingesetzt: Wikipedia

Hier kommen für eine Speicherstelle mehrere Spannungslevel zum Einsatz. Diese müssen aber dann aufwändig decodiert werden, damit ein normaler Prozessor wieder was damit anfangen kann. Und der Signal-Störabstand sinkt, d.h., der Wert kann bei Störungen auch ganz leicht mal falsch gelesen werden...

Ich kenne auf jeden Fall keinen Prozessor, der mit mehr als zwei Logikpegeln umgehen kann.

Marfrank schrieb am 26.09.2023:Warum keine dreiwertige Logik mit folgenden Zuständen?

- Negative Spannung
- Keine Spannung
- Positive Spannung

Weil keine Spannung auch ein Defekt und kein gewünschter Zustand sein kann.

Dieses Problem existiert aber auch bei der zweiwertigen Logik!

@Marfrank womit du recht hast.

ich glaub die schnöde Wahrheit ist: man hat halt in den 40ern mit binärer Logik angefangen und ein Umstieg auf dreiwertige Logik wäre ziemlich kompliziert und würde kaum Vorteile bringen. Der einzige Vorteil der mir spontan einfallen würde wäre, das man kompakter speichern könnte. weil man anstatt n² n³ Informationen hätte. Da wir aber an der Stelle kein Problem haben, lohnt es sich also nicht das anzugehen.

Wenn, dann geht man gleich auf Fuzzy Logic. Arbeitet also mit Wahrscheinlichkeitswerten. (sowas wie wir haben zu 53% eine logische 1)

In der industriellen Messtechnik ist das Problem mit der Frage ob keine Spannung ein defekt oder eine 0 ist, gelöst in dem man Sensoren verwendet, die ein 4-20 mA Signal senden. Dann ist 4mA = Wert ist 0 und 0 mA = Sensor kaputt

Über die Thematik habe ich eine Weile nachgedacht...

Von der Seite des Systemdesigns würde eine dreiwertige Logik einen höheren Aufwand darstellen und es würde deutlich schwieriger werden, einen Fehler zu finden.

Außerdem, wenn wir unser gewohntes Dezimalsystem verlassen, dann liegt uns sicher das Binärsystem "gedanklich viel näher" als das Zahlensystem zur Basis 3.

Ich kann da eigentlich nur Nachteile sehen.

Solche Computer gab es wirklich.
Ternary computer

@FatBaron
Was man da lesen kann, erinnert mich ein wenig an den Wankelmotor.

Man beschwört immer wieder bestimmte systembedingte Vorteile, in der Praxis hat das System aber so viele - ebenfalls systembedingte - Nachteile, dass es sich niemals wirklich durchsetzen konnte.

Über die Aussage vos Genies D. Knuth musste ich aber dann doch nochmal nachdenken.

Der hält diese Art der ternären System ja durchaus für anwendbar und vorteilhaft, dann jedenfalls, wenn die Art der Informationsspeicherung und -übertragung, z.B. durch optische Signale oder auf der Quanten-Ebene diesen entgegenkommt.

Da wären dann meine Bedenken zum "Systemdesign" hinfällig.

Man könnte natürlich auch ein ternäres System auf einer herkömmlichen, digitalen Maschine emulieren (heute wird ja sowieso fast alles irgendwie emulliert). Dann könnte man damit einmal experimentieren.

Ich denke, es gibt hier eine Parallele zur Intervallarithmetik. Auch diese hat gewisse Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Rechnen mit festen Zahlenwerten. In der Praxis wird sie aber nur sehr selten verwendet, weil der zusätzliche Aufwand beim Entwurf und der Verlust an Rechenleistung durch die Vorteile meist nicht aufgewogen wird.

Ein anderes Beispiel ist BCD-Arithmetik (oder andere Dezimal-Arithmetik-Implementierungen). Bei dezimal vorliegenden Ausgangswerten und sehr hohen Genauigkeitsanforderungen kann das vorteilhaft sein (bekanntlich lässt sich ja z.B. noch nicht mal der Wert 0,1 in den üblichen binären Gleitkomma-Implementierungen exakt speichern). Trotzdem wird sie in der Praxis nur sehr selten verwendet.