Siete pronti per il ternario?

L’intuizione che rivoluzionerà il settore mondiale dell’informatica non è venuta nella Silicon Valley e per averla non sono stati necessari grandi investimenti e capitali. E’ venuta ad un calabrese in Calabria e a costo zero. Quella che sto per raccontarvi è una storia eretica che demolisce un pò di false credenze che circolano nel settore da tempo e dimostra come la passione e l’osservazione dei fenomeni, da un punto di vista diverso rispetto a quello convenzionale, possa far fare dei salti enormi verso la scoperta di nuovi mondi. L’intuizione di cui parliamo è venuta all’ingegnere Giuseppe Talarico, professore di Sistemi ed Informatica all’Istituto Tecnico Industriale “E. Scalfaro” di Catanzaro fino al 1 settembre scorso, giorno del suo pensionamento.
Tutto comincia nel lontano 1981 quando, giovane ingegnere della Telettra di Vimercate, il professore Talarico durante una pausa pranzo nella mensa aziendale sentì alcuni suoi colleghi, seduti al tavolo a fianco al suo, parlare di alcuni ricercatori polacchi intenti a studiare una logica chiamata ternaria. “Nessuno di noi, loro compresi, immaginava minimamente di cosa si trattasse, Internet all’epoca non esisteva e quindi non potevamo approfondire le conoscenze su questo tema. Ma questa definizione di “logica ternaria” mi rimase nella testa. A distanza di 33 anni, nel 2014, Andrea Mancuso, uno studente dell’Istituto Scalfaro dove insegnavo, un giorno mi portò delle fotocopie in inglese di un professore dell’Universita dell’Iowa, un certo Douglas Jones, sulla logica ternaria chiedendomi di cosa si trattasse.” Al professore Talarico si riaccese quindi una lampadina rimasta spenta per oltre trent’anni, si mise subito a studiare quei documenti e scoprì un mondo che lui oggi equipara alla scoperta di una nuova galassia.
Studiando il sistema ternario si imbatté in un sito e scoprì che nel 1840 un certo Thomas Fowler, che lavorava nel Ministero del Bilancio inglese, dove teneva i conti dello Stato, si era messo a studiare i sistemi di numerazione e aveva scoperto che il sistema migliore era il ternario bilanciato, una variante della notazione Base-3 in cui ogni cifra può essere espressa come: negativa, zero o positiva. Fowler introdusse questo concetto creando delle tabelle di conversione prima e poi costruendo anche una macchina in legno ma i suoi disegni andarono perduti finché, nel 1997, due ricercatori inglesi si imbatterono nei disegni della macchina di Fowler eseguiti dal grande matematico Augustus De Morgan (a lui si devono i teoremi che sono alla base dei sistemi logici elettronici ed informatici) e riprodussero una versione moderna della macchina con le stampanti 3D.
A questo punto il Prof. Talarico intuisce di trovarsi di fronte ad un mondo tutto da esplorare e, leggendo gli appunti del Prof. Douglas, si accorge che lo stesso si limitava a considerare il comportamento delle sette porte logiche (AND NAND OR NOR XOR XNOR NOT), che consentono di realizzare, attraverso segnali elettrici, le operazioni matematiche nella logica ternaria. “Intuisco, tra le altre cose, che il sistema ternario (a differenza di quello binario su cui si basa il funzionamento di tutti i dispositivi informatici del mondo ndr) si basa non più su bit (0 / 1) ma su trit (-1 / 0 / 1) (chiamati così e non “tit” perché questa parola in inglese significa “tetta” ndr). Nel mondo ternario le porte con un ingresso ed uscita (funzioni monadiche) non sono quattro (due al quadrato) come nel sistema binario ma 27 (tre alla terza). La cosa però che mi ha sconvolto di più è il numero di componenti con due ingressi e un’uscita (funzioni diadiche), mentre nel binario sono solo 16 (2 alla quarta) nel ternario sono 19.683 (3 alla nona), è come se passassimo quindi da un sistema solare ad una galassia che io ho battezzato la ‘galassia ternaria’. Chissà quali soluzioni circuitali fantastiche ci sono in queste 20.000 possibili funzioni che ancora sono tutte da esplorare.
Il Professore si è messo, quindi, subito all’opera e ha creato alcuni nuovi simboli circuitali e ha scoperto alcune relazioni matematico-logiche che ancora non esistevano. Nello stesso anno, nel 2014, simula nei laboratori dell’ITIS Scalfaro di Catanzaro, per la prima volta, un segnale ternario (a tre livelli) e mentre lo sperimentava spiegava agli studenti che stavano per essere testimoni di un evento storico. L’ultimo giorno di scuola, prima di andare in pensione, il 4 giugno di quest’anno, riceve una telefonata da parte del Prof. Claudio La Rosa dell’Istituto Tecnico Industriale “P. Heisenberg” di Monza che aveva visitato il suo sito e stava studiando la possibilità di realizzare una CPU (l’unità di elaborazione centrale di un computer) col sistema ternario. “Il professore non trovava nessuno con cui dialogare, navigando sul Web si era imbattuto nel mio sito internet, aveva studiato i miei appunti e mi contattava per cominciare una collaborazione. Ma riuscire a fare una CPU ternaria non era un compito alla nostra portata (avrebbe richiesto grandi investimenti) gli propongo, quindi, di esplorare quelle 20.000 funzioni ancora sconosciute, perché sono convinto che occorra costruire prima il mondo ternario e poi pensare di iniziare a ragionare su dispositivi più sofisticati.
Un giorno il Prof. La Rosa gli propone di partecipare all’edizione europea del Maker Faire (che si è tenuta a Roma dal 12 al 14 ottobre scorsi ndr) e il Prof. Talarico si mette a ragionare sulla realizzazione delle 27 funzioni delle porte monadiche per creare una scheda, ovvero un componente ternario programmabile, da portare in fiera. Ma si accorge che non esistono in commercio componenti ternari. “Stavo per abbandonare l’impresa se non che mi si accende un’altra lampadina e mi domando come hanno fatto i progettisti che hanno inventato il primo computer a transistor? Hanno usato il transistor (che è un interruttore digitale). Mi sono tornati utili, quindi, i lavori fatti negli anni ’80 in Telettra quando polarizzavamo i transitor per stabilire le tensioni, lo facevamo utilizzando un trucco che adesso mi ritornava utile. Mi metto, quindi, alla ricerca di componenti integrati con dei transistor e con questi switch riesco a realizzare e a generare il segnale ternario. A questo punto il mondo del ternario mi si è aperto.” E’ questa l’altra eresia del Prof. Talarico quella, di fronte ad un problema nuovo, di utilizzare una soluzione vecchia, di ritornare alle origini, agli interruttori (come fecero negli anni ’50). La maggior parte delle persone, oggi, è convinta che per risolvere problemi nuovi occorra studiare soluzioni nuove, dimenticando che spesso le soluzioni sono già state pensate da altri che ci hanno preceduto ma che abbiamo dimenticato.
Al Maker Faire il Prof. Talarico ha presentato la “Ternary Spacecraft Board” che è in grado di generare le 20.000 funzioni delle porte diadiche e con questa si propone di dare un piccolo contributo per lo studio e la piena comprensione della Logica Ternaria Bilanciata. “Questo componente base che ho usato per realizzare la ‘Ternary Spacecraft’ (la navicella per il Ternario) è dotato di 4 switch ed è stato progettato almeno 15-20 anni fa. Io credo che la tecnologia attuale questi 4 switch è in grado di metterli in un unico chip, riducendo di molto lo spazio, se facessero questo mi darebbero il primo mux (un circuito integrato che seleziona uno o più segnali in ingresso analogici o digitali e li inoltra di volta in volta attraverso una singola linea di uscita ndr) ternario della storia. Non solo, la tecnologia attuale è in grado, secondo me, di integrarne forse anche 100 in un unico chip, immaginate che schede potentissime si possono realizzare.
Le implicazioni di questa intuizione sono inimmaginabili. Questo significa ridurre lo spazio, ridurre i collegamenti e aumentare esponenzialmente la velocità delle schede che permettono ai circuiti elettronici di funzionare. La navicella per esplorare la galassia ternaria è pronta e le prime applicazioni che si potrebbero implementare sono dei generatori di segnali ternari che servirebbero per sperimentare le nuove schede ternarie e dare gli stimoli elettrici alle stesse durante i test. Ma i vantaggi non finiscono qui.
Una delle parole chiave del mondo dell’elettronica è la compatibilità, un mux ternario mi consente di lavorare sia in binario sia in ternario, non solo attraverso il sistema ternario capisco molto meglio quello binario ma rivisito tutta la teoria binaria dal punto di vista teorico-didattico che è quello che ho sempre cercato di fare per insegnare ai miei ragazzi a spingersi oltre il già visto e sentito.
Al Maker Faire il successo è stato inaspettato, il prof. Talarico si è trovato a condividere spazi concessi solo ad università europee di un certo livello e a progetti di rilievo internazionale e chi ha avuto l’occasione di toccare con mano la simulazione dei segnali ternari che ha proposto, ha sgranato gli occhi e non ha perso l’occasione per stabilire un contatto col professore che non ha grandi aspirazioni future: “io sono già soddisfatto così, mi sento già estremamente gratificato, sto aprendo una porta verso un mondo tutto da esplorare, tocca ai miei studenti adesso, vecchi e nuovi, ai quali dedico tutto questo lavoro entrare in questo nuovo mondo ed esplorarlo, c’è molto lavoro per loro se vogliono redigere tesi di laurea o di dottorato sul tema. La domanda che gli lascio è la stessa che campeggia sulla copertina dell’opuscolo che ho presentato al Maker Faire: siete pronti per il ternario?

Massimiliano Capalbo

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ottobre 26, 2018

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