Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Клеточные и ДНК процессоры




В последнее время все чаще используют биотехнологии, соединяя информационные технологии с молекулярными. Это позволяет решать сложные вычислительные задачи, пользуясь методами биологии, организуя вычисления с помощью живых тканей, клеток, вирусов и биомолекул. Наибольшее распространение получил подход, где в качестве основного элемента (процессора) используются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты. Центральное место в этом подходе занимает ДНК-процессор.

Он характеризуется структурой и набором команд. Структура процессора – это структура молекулы ДНК, а набор команд – это перечень биохимических операций над молекулами. Принцип устройства компьютерной ДНК-памяти основан на последовательном соединении 4 нуклеотидов (из которых состоит молекула ДНК). 3 нуклеотида, соединяясь в любой последовательности, образуют элементарную ячейку памяти – кодон. Кодоны затем формируют цепь ДНК. Основная трудность – проведение избирательных однокодонных реакций (взаимодействий) внутри цепи ДНК. Другая проблема – самосборка ДНК, приводящая к потере информации. Поэтому в клетку вводят специальные вещества, препятствующие самосборке. Уже существует экспериментальное оборудование, позволяющее работать с таким процессором. В 2001 удалось реализовать вычислительное устройство на основе ДНК, которое может работать без вмешательства человека. Система имитирует машину, которая теоретически может решить любую задачу. Молекулы ДНК по своей природе работаютраспадаясь и собираясь в соответствии с информацией, закодированной в цепочках химических соединений. Взаимодействуют молекулы под воздействием специальных ферментов, один из которых расщепляет молекулу ДНК, а другой собирает ее. Поэтому фермент выполняет роль аппаратного, а молекулы ДНК – программного обеспечения.

На уровне отдельных молекул обработка ДНК идет медленно – до 1000 бит/сек. По теоретическим оценкам в одной пробирке может одновременно происходить триллион операций, что при потребляемой мощности нВт,.соответствует миллиарду оп/сек. Кроме ДНК в качестве биопроцессора могут быть использованы также белковые молекулы.

Клеточные компьютеры представляют собой самоорганизующиеся колонии различных микроорганизмов, в геном которых удалось включить логическую схему, которая начинает работать в присутствии определенного вещества. Компьютер будет представлять собой стакан с бактериями. Каждая клетка представляет собой минилабораторию. Если микроорганизм запрограммирован, он производит нужные действия.

Основная проблема – организация всех клеток в единую рабочую систему. В настоящее время создана клетка, способная хранить на генетическом уровне 1 бит. Известно, что гены могут синтезировать белок под воздействием определенных раздражителей. Ученые изменили генетический код бактерий так, что их клетки могут выполнять логические операции. Например, для операции И в клетку подаются два вещества (операнды), под воздействием которых ген вырабатывает определенный белок.

Достоинства биокомпьютеров:

- простая технология изготовления;

- использование троичного кода, т.к. информация кодируется тройками нуклеотидов;

- высокая производительность;

- возможность хранить данные с плотностью, превышающей оптические диски;

- исключительно низкое энергопотребление.

Недостатки: - сложность считывания результатов, низкая точность вычислений, невозможность длительного хранения.

Коммуникационные процессоры. – это микрочипы, представляющие нечто среднее между жесткими специализированными микросхемами и гибкими процессорами общего назначения. КП программируются, как и обычные процессоры, но построены с учетом сетевых задач. Эти процессоры имеют собственную память и оснащен высокоскоростными внешними каналами для соединения с другими процессорами. Присутствие такого процессора освобождает вычислительный процессор от операций обмена. Скоростной КП с RISC ядром позволяет управлять обменом данными по нескольким независимым каналам, поддерживает практически все распространенные протоколы обмена. КП позволяют эффективно работать в системах управления, которые являются распределенными и требуют разветвленных сетей.

Процессоры баз данных - это программно-управляемые комплексы, предназначенные для выполнения функций систем управления базами данных (СУБД). Если раньше базы данных хранили в основном числовую и текстовую информацию, то теперь они рассчитаны на различные виды данных. Эти процессоры выполняют функции управления и распространения, обеспечивают дистанционный доступ к информации и тиражирование.

Потоковые процессоры - это процессоры, в основе которых лежит принцип обработки многих данных с помощью одной команды (МКОД). Эта технология позволяет выполнять одно и то же действие над несколькими наборами чисел одновременно, ускоряет обработку видео, речи, шифрование, обработку изображений.

Существуют однопотоковые процессоры SSP и многопотоковые MSP.

Представителем потоковых процессоров является семейство процессоров, начиная с Pentium 3, в основе которых лежит потоковая обработка по принципу «одна команда – много данных». Представителями многопотоковых процессоров являются матрицы процессоров ILIAC-4, в которых единое управляющее устройство контролирует множество процессорных элементов.

Нейронные процессоры - это процессоры на основе обработки информации в искусственных нейронных сетях (НС). Нейронная сеть – это совокупность элементарных преобразователей информации, называемых нейронами, которые соединены друг с другом каналами обмена информации синаптическими связями. Основу нейровычислителя составляют простые однотипные элементы, имитирующие работу нейронов мозга. Каждый нейрон характеризуется своим текущим состоянием по аналогии с клетками мозга (торможение или возбуждение).

Процессоры с нечеткой логикой. Идея их работы основана на нечеткой математике, т.е. когда входные данные непрерывно меняются во времени и их невозможно задать однозначно (как в теории вероятности). Нечеткая логика не оперирует 0 и 1, а имеет дело со значениями, лежащими в некотором интервале. Задачи решаются следующим образом: численные данные переводятся в нечеткий формат, обрабатываются по определенным правилам и обратно переводятся в привычный формат и подаются на выход. Все это осуществляется без ЗУ и программного обеспечения.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-12-16; Просмотров: 5995; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.008 сек.