Файл: История развития средств вычислительной техники (Домеханический период).pdf

Первые опыты с молекулярными устройствами еще не гарантируют появления таких компьютеров, однако это именно тот путь, который предначертан всей историей предыдущих достижений.

Молекулярные компьютеры - это вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (в основном органических). Молекулярные компьютеры используют идею вычисления расположения атомов в пространстве.

Хотя теоретические основы молетроники уже хорошо разработаны и созданы прототипы почти всех элементов логических схем, однако на пути реального построения молекулярного компьютера возникают значительные трудности. Кажущаяся очевидной возможность использования отдельных молекул в качестве логических элементов электронных устройств весьма проблематична в силу специфических свойств молекулярных систем и требований к логическим элементам [6].

Прежде всего, логический элемент должен обладать высокой надежностью работы при применении управляющего воздействия. Если рассматривать оптическую связь между элементами, то в системе одна молекула - один фотон надежность переключения будет низкой из-за относительно малой вероятности перехода молекулы в возбужденное состояние. Вы можете попытаться преодолеть эту трудность, используя большое количество квантов одновременно. Но это противоречит другому важному требованию: эффективность преобразования сигнала отдельным элементом должна быть близка к 1, то есть средняя мощность реакции должна быть соизмерима со средней мощностью воздействия. В противном случае при объединении элементов в цепочку вероятность их срабатывания будет уменьшаться по мере удаления от начала цепочки [16].

Кроме того, элемент должен четко переключиться в нужное состояние и оставаться в нем длительное время-до следующего удара. Для относительно простых молекул это требование обычно не выполняется: если переход в возбужденное состояние можно контролировать, то обратный переход может происходить самопроизвольно. При использовании больших органических молекул или их комплексов, в принципе, можно избежать этих трудностей. Эффективная работа будущего компьютера может быть достигнута путем объединения принципов молетроники и комбинированных вычислений, используемых в суперкомпьютерах. Эффективность не снизится, даже если один молекулярный вычислительный элемент не будет обладать надежностью своих кремниевых предшественников. Для этого нужно заставить несколько молекулярных логических элементов работать параллельно. Тогда неправильная работа одного из них не приведет к заметному сбою в расчетах [18].

Молекулярные устройства могут быть использованы в качестве селективных датчиков, которые реагируют только на определенный тип молекулы. Такие датчики необходимы в экологии, промышленности и медицине. Датчик, изготовленный из органических молекул, гораздо легче имплантировать в организм человека, чтобы следить за его состоянием [13].

Сегодня в мире существует более десятка научно-технических центров, занимающихся разработкой устройств молекулярной электроники. Развитие молекулярной электроники сегодня требует усилий широкого круга ученых, работающих в области академических знаний от коллоидной химии и биологии до теоретической физики, а также в области высоких технологий.

3.3 Развитие биокомпьютеров

Применение в вычислительной технике биологических материалов позволит со временем уменьшить компьютеры до размеров живой клетки [13]. Пока эта чашка Петри, наполненная спиралями ДНК, или нейроны, взятые у пиявки и подсоединенные к электрическим проводам. По существу, наши собственные клетки - это не что иное, как биомашины молекулярного размера, а примером биокомпьютера, конечно, служит наш мозг. Ихуд Шапиро (Ehud Shapiro) из Вейцманоского института естественных наук соорудил пластмассовую модель биологического компьютера высотой 30 сантиметров. Если бы это устройство состояло из настоящих биологических молекул, его размер был бы равен размеру одного из компонентов клетки - 0,000025 миллиметров.

Современные достижения в области сборки молекул позволяют создавать устройства клеточного размера, которое можно применять для биомониторинга. Более традиционные ДНК-компьютеры в настоящее время используются для расшифровки генома живых существ. Пробы ДНК применяются для определения характеристик другого генетического материала: благодаря правилам спаривания спиралей ДНК, можно определить возможное расположение четырех базовых аминокислот (A, C, T и G) [16].

Чтобы давать полезную информацию, цепочки ДНК должны содержать по одному базовому элементу. Это достигается при помощи луча света и маски. Для получения ответа на тот или иной вопрос, относящийся к геному, может потребоваться до 80 масок, при помощи которых создается специальный чип стоимостью более 12 тысяч доллоров. Здесь-то и пригодилась микросхема DMD от Texas Instruments: ее микрозеркала, направляя свет, исключают потребность в масках.

Биологические компьютеры, состоящие из нейроподобных элементов, в отличие от кремниевых устройств, смогут искать нужные решения посредством самопрограммирования. Дитто намерен использовать результаты своей работы для создания мозга роботов будущего.

Однако в разработке биокомпьютеров ученые столкнулись с целым рядом серьезных проблем [13]. Первая связана со считыванием результата - современные способы секвенирования (определения кодирующей последовательности) не совершенны: нельзя за один раз секвенировать цепочки длиной хотя бы в несколько тысяч оснований. Кроме того, это весьма дорогостоящая, сложная и трудоемкая операция. Вторая проблема - ошибки в вычислениях. Для биологов точность в 1 процент при синтезе и секвенировании оснований считается очень хорошей. Для ИТ она неприемлема: решения задачи могут потеряться, когда молекулы просто прилипают к стенкам сосудов; нет гарантий, что не возникнут точечные мутации в ДНК и многого другого.

Биокомпьютеры не рассчитаны на широкие массы пользователей, но ученые надеются, что они найдут свое место в медицине и фармации. С помощью клеточных компьютеров станет возможным объединение информационных и биотехнологий. Например, они смогут управлять химическим заводом, регулировать биологические процессы внутри человеческого организма, производить гормоны и лекарственные вещества и доставлять к определенному органу необходимую дозу лекарств [16].

Таким образом, развитие современных компьютерных технологий уже позволяет говорить о компьютерах шестого поколения. Это электронные и оптоэлектронные вычислительные машины, работающие на десятках тысяч микропроцессоров, характеризующиеся массовым параллелизмом и моделирующие архитектуру нейронных биологических систем, что позволяет им успешно распознавать сложные изображения. Последовательно рассмотрев все этапы развития вычислительной техники, стоит отметить интересный факт: изобретения, зарекомендовавшие себя в каждом из них, сохранились до наших дней и продолжают успешно использоваться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная вычислительная техника представляет собой одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Область применения ЭВМ огромна и непрерывно расширяется.

На сегодняшний день сложно представить себе решение сложных вычислительных задач и выполнение операций, которые, на первый взгляд, совсем не связаны с числами, без помощи ЭВМ. Необходимость в расчётах существовала во все времена. В далёком прошлом считали на пальцах или делали насечки на костях. На стадии становления человеческой цивилизации, где-то около 4000 лет назад, были изобретены уже довольно сложные системы счисления, с помощью которых осуществлялись торговые сделки, рассчитывались астрономические циклы и проводились другие вычисления. Первые ручные вычислительные инструменты появились лишь спустя тысячелетия.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ. За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину - персональный компьютер - состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки. В результате этого превращения компьютеры стали применяться повсюду. Устройство будущих компьютеров будет основано на применении главным образом передовых отраслей широкого спектра научных дисциплин (молекулярная электроника, молекулярная биология, робототехника), а также квантовой механики,органической химии. Для их производства будут необходимы значительные экономические затраты.

Компьютер будущего должен облегчить и упростить жизнь человека ещё в десятки раз.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Апонин И.А. История вычислительной техники/ И.А. Апонин.-М: Наука, 2008.-843с.

2.Астафьева В. В. История развития вычислительной техники / В. В. Астафьева. - Текст : непосредственный // Молодой ученый. - 2020. - № 3 (293). - С. 16-19.

3.Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. Регулярная и хаотическая динамика. - М., Ижевск, 2001. - 350 с.

4.Громов А.Н. Основы информатики и вычислительной техники/ А.Н. Громов. -М: ЮНИТИ, 1994,-118с.

5.Емельянова С.В. Вычислительные системы. Нанотехнологии. Прикладные аспекты информатики. - М.: Ленанд, 2012. - 108 c.

6. Каймин В.А. Информатика: Учебник для вузов / В.А. Каймин. - М.: ИНФРА-М, 2017. - 272 c.

7.Конев Ф.Б. История развития компьютерной техники и информационных технологий: учебное пособие / Ф. Б. Конев. - Москва: Изд-во МГОУ, 2010. - 77 с.

8.Крайзмер Л.П. Информатика и вычислительная техника / Л.П. Крайзмер. - М.: Лениздат, 2017. - 270 c.

9.Ларионов А.М.. Единая система - М.: Статистика, 2015. - 136 c.

10 Малиновский Б.Н. История вычислительной техники в лицах. - Калининград: КИТ,1995. - 384 с

11.Мелехин В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети / В.Ф. Мелехин. - М.: Академия, 2017. - 304 c.

12.Полунова Ю.Л От абака до компьютера: судьбы людей и машин Т. 1. М. : Русская Редакция- 2004. - 478 с.