Про компьютеры на PCwork.Ru
Волонтеры в помощь детям сиротам. Отказники.ру
Опрос
Есть ли у вас свой интернет-сайт?
Реклама
Главная arrow Аппаратное обеспечение arrow Как будут работать компьютеры на базе ДНК

Как будут работать компьютеры на базе ДНК


Как будут работать компьютеры на базе ДНК Даже когда вы читаете эту статью, идет бешеная гонка производителей компьютерных чипов, целью которой является создание процессора следующего поколения с рекордным быстродействием. Однако рано или поздно это соревнование зайдет в тупик. Кремниевые микропроцессоры в конечном итоге достигнут предела быстродействия и миниатюризации. Производители чипов нуждаются в новом материале, который бы обеспечил более высокую скорость расчетов.

Вы можете не поверить, если я скажу, где ученые нашли новый материал, нужный им для создания микропроцессоров следующего поколения. Миллионы естественных суперкомпьютеров имеются внутри живых организмов, в том числе и внутри вашего тела. Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), материала, из которого строятся наши гены, способны выполнять расчеты во много раз быстрее, чем самые мощные в мире компьютеры, построенные человеком. Возможно, когда-нибудь ДНК встроят в компьютерный чип, и получится биочип, благодаря которому компьютеры начнут работать еще быстрее. Молекулы ДНК уже привлекали к решению сложных математических задач.

Даже находясь в начальной стадии своего развития, компьютеры на базе ДНК смогут хранить в миллиарды раз больше данных, чем ваш персональный компьютер. Прочитав эту статью, вы узнаете, как ученые используют генетический материал для создания нано-компьютеров, которые, может быть, заменят в следующем десятилетии компьютеры на основе кремния.

Технология компьютеров на базе ДНК

Сейчас вы не сможете найти компьютеры на базе ДНК в магазинах электроники. Эта технология все еще находится в стадии разработки, а пятнадцать лет назад не существовало даже такой идеи. В 1994 году Леонард Альдеман (Leonard Adleman) выдвинул идею использования ДНК для решения сложных математических задач. Альдеман, специалист в области теории вычислительных машин и систем, работающий в университете Южной Калифорнии, пришел к заключению, что ДНК обладает мощным вычислительным потенциалом, после того, как прочел книгу Джеймса Уотсона (James Watson) "Молекулярная биология гена" ("Molecular Biology of the Gene"). Уотсон был одним из ученых, открывших в 1953 году структуру ДНК. Как оказалось, принцип хранения информации в генах ДНК очень похож на принцип работы жесткого диска компьютера.

Альдемана часто называют изобретателем компьютеров на базе ДНК. В его статье, опубликованной в 1994 году в журнале Science, описывается возможность использования ДНК для решения хорошо известной математической задачи направленного гамильтонова пути, которую называют также "задачей коммивояжера". В этой задаче нужно найти кратчайший маршрут между рядом городов при условии, что он проходит через каждый город только раз. Чем больше добавляется городов, тем сложнее решить задачу. Альдеман решил найти кратчайший маршрут, проложенный между семью городами.

Возможно, было бы проще изобразить начальные условия на бумаге и найти решение быстрее, чем Альдеман сделал это с помощью экспериментального компьютера на базе ДНК. В эксперименте с участием компьютера Альдемана на базе ДНК выполнялись следующие операции:

  • Нити ДНК представляют семь городов. В генах генетический код отображается буквами A, T, C и G. Каждый город и каждый возможный маршрут полета обозначается последовательностью этих четырех букв.

  • Затем молекулы смешиваются в пробирке и некоторые нити ДНК прилепляются одна к другой. Цепочка этих нитей соответствует возможному ответу.

  • В течение нескольких секунд в экспериментальной пробирке создаются все возможные комбинации, соответствующие вариантам ответов.

  • Альдеман с помощью химических реакций удаляет ненужные молекулы и остаются только маршруты, соединяющие все семь городов.

    Успех компьютера Альдемана на базе ДНК доказывает, что ДНК может использоваться для решения сложных математических задач. Однако этот первый компьютер на базе ДНК далек от того, чтобы по быстродействию опередить компьютеры на базе кремниевых элементов. Компьютер Альдемана создал группу возможных ответов довольно быстро, однако создателю понадобились дни, чтобы выбрать из вариантов требуемый ответ. Еще один недостаток такого компьютера состоит в том, что для его работы требуется участие обслуживающего персонала. Целью конструкторов компьютеров на базе ДНК является создание устройства, работающего без участия человека.

    Через три года после эксперимента Альдемана исследователи из университета Рочестера разработали логические схемы на базе ДНК. Логические схемы являются важнейшими элементами, от которых в значительной степени зависит способ и скорость выполнения команд пользователя. В настоящее время логические схемы интерпретируют входные сигналы, поступающие от кремниевых транзисторов, и преобразуют их в выходной сигнал, который позволяет компьютеру выполнять комплексные функции.

    Созданные рочестерской группой ученых логические схемы на базе ДНК – первый шаг в направлении создания компьютера со структурой, подобной структуре электронного персонального компьютера. Вместо того, чтобы для выполнения логических операций использовать электрические сигналы, в логических схемах на базе ДНК применяют код ДНК. Такие логические схемы в качестве входного сигнала обнаруживают фрагменты генетического материала, соединяют вместе эти фрагменты и на выходе формируют единственный результат. Например, генетический логический элемент "схема И" соединяет два исходных участка ДНК химической связью таким образом, что они замыкаются в непрерывную структуру, подобно тому, как два элемента конструктора "Лего" скрепляются располагающимся между ними третьим элементом. Исследователи считают, что такие логические элементы в сочетании с микросхемами на базе ДНК могут привести к революционному развитию созданных по этой технологии компьютеров.

    Для того, чтобы компьютерные компоненты на базе ДНК – логические элементы и микросхемы – довести до уровня работающего пригодного к практической эксплуатации компьютера, потребуются годы. Ученые утверждают, что если такой компьютер будет создан, он будет по сравнению с обычными компьютерами более компактным, точным и эффективным. В следующем разделе рассмотрим, каким образом компьютеры на базе ДНК смогут обогнать своих кремниевых предшественников и какие задачи они будут решать.

    Продолжение следует

    Источник: www.howstuffworks.com



    Просмотров: 3949

      Ваш коментарий будет первым

    Только зарегистрированные пользователи могут оставлять коментарии.
    Пожалуйста зарегистрируйтесь или войдите в ваш аккаунт.


  • полезная информация
    Всего публикаций на сайте: 1404
    Аппаратное обеспечение
    Периферийные устройства
    Ноутбуки
    КПК
    Сети и системы связи
    Интернет
    Программное обеспечение
    Операционные системы
    Серверные системы
    Реклама
    Статьи
     
    © 2007-2015 PCwork.Ru
    Копирование материалов сайта допускается только при установке обратной ссылки на PCWork.Ru
    Для связи с администрацией: