تحقیق: DNA جای‏گزینى براى سیلیگون‏

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 10

DNA جای‏گزینى براى سیلیکون‏ مطابق قانون مور (1(Moor Law هر 18 ماه، تعداد قطعات الکترونیکى موجود در تراشه‏هاى کامپیوترى (Chip) دو برابر می‏شود و سرعت نیز چند برابر افزایش می‏یابد. از طرفى هر روز شاهد کوچک‏تر شدن وسایل الکترونیکى هستیم؛ اما بالاخره سرعت فیزیکى و کوچک‏سازى براى ریزپردازنده‏هاى (Microprocessor) سیلیکونى (نیمه‏هادى به کار رفته در ساخت مدارهاى الکترونیکى) به پایان خواهد رسید؛ به طورى که از نظر ساخت کارخانه‏اى با مشکلروبه‏رو خواهیم شد. تراشه‏سازان، سال‏هاست که به دنبال جای‏گزینى براى سیلیکون هستند که این جای‏گزینى، همان مولکول DNA موجود در سلول‏هاى ارگانیسم زنده است؛ منبعى فراوان و ارزان که بر خلاف مواد سمى ریزپردازنده‏هاى رایج، از نظر مسائل زیست محیطى، منبعى پاک محسوب می‏شود. از طرفى مطابق نظریه دانیل ایلى، مولکول DNA همانند یک سیم مولکولى، هادى جریانالکترون‏هاست. DNA چیست و چه ارتباطى با سیستم‏هاى کامپیوترى دارد؟ همان گونه که اشاره شد، آدلمان، ریاضی‏دان و دانشمند علوم کامپیوتر، با مطالعه کتاب بیولوژىمولکولى واتسون و بررسى ساختار DNA در مدل واتسون - کریک (آوریل‏1953م.) توانست به عمل‏کرد مشابه مولکول DNA و سیستم‏هاى کامپیوترى پى ببرد. نکات برجسته مدل واتسون - کریک را در عبارات زیر می‏توان خلاصه کرد: 1. مولکول 2 DNA مارپیچى دوگانه است و براى تجسم این مارپیچ، «ستون فقرات» متناوبى از گروه‏هاى فسفات و قند را در نظر بگیرید که حول یک استوانه فرضى بلند، پیچیده شده باشد؛ این یکى از رشته‏هاى مارپیچ دوگانه است. در مارپیچ DNA، دو رشته وجود دارد که توسط بازهایى که بیرون از رشته‏ها به سمت مولکول قرار دارند، با تشکیل پیوندهاى شیمیایى ضعیف یکدیگر را نگه می‏دارند. 2. در DNA، چهار نوع نوکلئوتید (واحد ساختارى DNA)وجود دارد که عبارتند از آدنین(A)، تیمین(T)، سیتوزین(C) وگوانین(G). بر طبق مدل مذکور، میزان آدنین و تیمین برابر است؛ زیرا بازهاى آدنین در یکى از دو رشته،همیشه به تیمین رشته مقابل می‏پیوندد. به طور مشابهى میزان گوانین با سیتوزین نیزبرابر است؛ زیرا دو باز در مولکول DNA، همواره به هم پیوند می‏خورند. از این‏رو، اگر دو رشتهمولکول DNA با شکستن پیوندهاى بین بازها جدا شوند، هر رشته تمام اطلاعات لازم جهت سنتز رشته مقابل را فراهم می‏کند. توانایى خود همانندسازى DNA، قابلیتى است که هر مولکول فرضى به عنوان ماده ژنتیکى باید آن را داشته باشد. DNA نیز این گونه است؛ به طورى که با جدا شدن هر دو رشته مارپیچ از هم و سپس الگو قرار دادن هر رشته براى سنتز رشته جدید، همانندسازى می‏کند. مهم‏تر این‏که مدل واتسون - کریک نشان داد که اطلاعات ژنتیکى به نحوى در ردیف بازهاى مولکول DNA رمزشده است؛ درست و همانند آن چه که در کامپیوترها اتفاق می‏افتد؛ یعنى ذخیرهداده‏ها به صورت رشته‏هاى دودویى (Binary) متشکل از دو رقم 0 و 1 می‏باشد. یک رقم دودویى، بیت (Bit) خوانده می‏شود. اطلاعات در کامپیوترهاى دیجیتال، به وسیله گروه‏هایى از بیت نشان داده می‏شوند. با استفاده از تکنیک‏هاى کدگذارى، بیت‏ها نه تنها براى نمایش اعداد دودویى، بلکه براى سایر سمبل‏هاى گسسته، همچون ارقام ده‏دهى و یا حروف الفبا نیز به کار برده می‏شوند. با استفاده صحیح از مجموعه‏هاى دودویى و به کارگیرى روش‏هاى مختلف کدگذارى، می‏توانگروه‏هاى بیت‏ها را براى ساخت مجموعه‏هاى کامل دستورالعمل‏ها جهت انجام محاسبات به کاربرد. در مباحث علوم کامپیوتر، داده‏ها را به طرق مختلفى سازماندهى می‏کنند. مدل منطقى یا ریاضى یک سازمان معین براى داده‏ها را اصطلاحاً ساختمان داده‏ها می‏نامند. ساختمان داده‏ها، در واقع به گونه‏اى است که می‏توان داده‏ها را در چارچوب آن ساختمان پردازش نمود. جالب است بدانیم که یک رشته DNA رمزگذارى شده با چهار باز A, T, C, G و با فاصله‏اى حدود 35/0 نانومترى نوکلئوتیدها از هم، یک ساختمان داده‏اى منحصر به فرد است. از سویى دیگر، تراکم داده‏اى DNA یا همان حجم اطلاعاتى که می‏تواند در خود نگه دارد، درمقایسه با کامپیوترهاى امروزى، فوق‏العاده است. این در حالى است که بیش از 10 تریلیون مولکول DNA در یک سانتی‏متر مکعب (06/0 اینچ مکعب) جاى می‏گیرد. با این حجم از DNA می‏توان 10 ترا بایت (1000 گیگا بایت) اطلاعات را ذخیره نمود و 10 تریلیون محاسبه را در یک لحظه به انجام رساند. همچنین یک گرم DNA خشک که تقریباً به اندازه نصف یک حبه قند است می‏تواند اطلاعات یک تریلیون CD را در خود ذخیره کند. تراکم مؤثر DNA حدود 100000 بار،بیشتر از هارد دیسک‏هاى مدرن است. آدلمان با استعدادى که داشت، پى برد که DNA در طبیعت، همانند ماشین تورینگ عمل می‏کند. ماشین تورینگ که به یاد ریاضی‏دان انگلیسى Alan Turing نام‏گذارى شده است، یک آتاماتون است و آتاماتون یک مدل انتزاعى از کامپیوتر می‏باشد. حافظه موقت ماشین تورینگ، نوار است. این نوار به سلول‏هایى تقسیم شده است که هر یک از آنها قادر به نگه‏دارى یک علامت است. در ارتباط با نوار، یک هد خواندن و نوشتن وجود دارد که می‏تواند به راست و چپ حرکت کند و در هر حرکت، یک علامت بخواند. ماشین تورینگ، فایل ورودى و یا مکانیزم خروجى مشخصى ندارد. هر نوع ورودى و یا خروجى، به واسطه نوار انجام می‏شود و داشتن فایل ورودى و خروجى، تغییرى در نتیجه به وجود نمی‏آورد.

طبق ایده آدلمان و تحقیقات گسترده پروفسور 3 shapiro، مولکول DNA همانند ماشین تورینگ، اطلاعات را پردازش کرده، آنها را به صورت یک توالى یا فهرستى از علائم، ذخیره می‏کند. از این رو، دانشمندان براى ساخت نانوکامپیوتر در پى جای‏گزینى ریزپردازنده‏هاى