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第六代计算机

百纳文秘网  发布于:2021-04-08 08:15:30  分类: 演讲致辞 手机版

在20世纪的科学技术发展史中,时间短暂但对人类社会影响却十分深远的发明,首推电子计算机。电子计算机是20世纪最重大的科技成就之一。自1946年世界上第一台电子计算机“埃尼阿克”诞生以来,计算机科学技术得到了惊人的发展,已经经历了第一代电子管计算机、第二代晶体管计算机、第三代集成电路计算机、第四代大规模集成电路计算机的更新。截止到1985年,出现了第五代人工智能计算机——神经计算机。其特点是可以实现分布式联想记忆,并能在一定程度上模拟人和动物的学习功能。但作为计算机核心元件的集成电路的制造工艺已达到理论极限,在处理一些复杂的科研所遇到的大量数据时,现有的计算机的运算速度和能力显得无能为力了。因此,20世纪80年代以来,生物工程学家对人脑、神经元和感受器的研究倾注了很大精力,以期研制出可以模拟人脑思维、低耗、高效的第六代计算机——生物计算机。

20世纪80年代,美国、日本、前苏联等国家开始着手研制第六代计算机即生物计算机。早在20世纪70年代,人们就发现脱氧核糖核酸(DNA)处于不同状态时可以代表“有信息”或“无信息”。于是,科学家设想:假若有机物的分子也具有这种“开”和“关”的功能。那岂不可以把它们作为计算机的基本构件,从而造出“有机物计算机”吗?后来有科学家发现,一些半醌类有机化合物的分子具备“开”和“关”2种电态功能,可以把它当成一个开关。科学家们还进一步发现,蛋白质分子中的氢也具备“开”和“关”2种电态功能,因而也可以把一个蛋白质分子当成一个开关。这一系列发现激起了科学家们研制生物电子元件的灵感,相继有一些简单的生物元件问世,如生物开关元件、生物记忆元件等。

从理论上说,只要是用半醌类有机化合物的分子或蛋白质的分子作元件,就能制造出“半醌型”或“蛋白质型”的计算机。由于有机物分子总是存在于生物体内,所以人们把这种有机物计算机称作“生物计算机”或“分子计算机”。

由有机物分子作为开关元件而构成的生物计算机,具有几个方面的突出优点。

首先是密集度高。由于DNA生物电子元件比硅芯片上的电子元件要小很多,而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构,其密度要比平面型硅集成电路高5个数量级,因此具有巨大的存储能力。如体积为1m的立方。的液体生物计算机,存储的信息比世界上所有计算机存储的信息总和还要多,而分子集成电路的密集度可以达到现有半导体超大规模集成电路的10万倍。

其次是速度快。分子逻辑元件的开关速度比目前的硅半导体逻辑元件开关速度高出1000倍以上。如果让几万亿个DNA分子在某种酶的作用下进行化学反应,就能使生物计算机同时运行几十亿次,这就意味着运算速度要比当今最新一代超级计算机快十万倍,能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。

此外,它的可靠性高。由生物分子构成的分子集成电路(生物芯片)也同一般的生物体一样,具有“自我修复”的机能,也就是说,即便这种芯片出了点故障也无关大局,它能够慢慢地自动恢复过来,达到“自我修复”。所以,这种生物计算机的可靠性非常高,经久耐用,具有“半永久性”。这对于目前的电子计算机来说,简直是一件不可思议的事情。

最后,由于蛋白质分子能够自我组合,再生新的微型电路,使得生物计算机具有生物体的一些特点,比如能发挥生物本身的调节机能,自动修复芯片发生的故障,还能模仿人脑的思考机制。

目前,生物计算机仅处于起步阶段,不论如何,DNA计算机的提出拓宽了人们的视野,启发人们用算法的观念研究生命,并向众多领域提出了挑战。,要想真正进入实用阶段还需要更多的时间和科学家更多的艰辛探索。但是,生物计算机可能要改变计算机的未来,在病理学和生物医学应用领域以及其他领域将发挥极为重要的作用。

生物计算机是以生物界处理问题的方式为模型的计算机。目前主要有:生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、生物化学反应算法等几种类型。

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