Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Хотя на уровне отдельных молекул обработка ДНК происходит медленно — с типичной скоростью от 500 до 1000 бит/с,что во много миллионов раз медленнее современных кремниевыхпроцессоров, по своей природе она допускает массовый параллелизм. По оценкам Шапиро и его коллег, в одной пробирке можетодновременно происходить триллион процессов, так что при потребляемой мощности в единицы нВт (10~9 ватт) может выполнятьсямиллиард операций в секунду.В конце февраля 2002 г. появилось сообщение, что фирмаOlympus Optical претендует на первенство в создании коммерческойверсии ДНК-компьютера, предназначенного для генетического анализа.
Машина была создана в сотрудничестве с доцентом Токийского университета А. Тояма.3.4. Перспективные типы процессоров ЭВМ279Компьютер, построенный Olympus Optical, имеет молекулярнуюи электронную составляющие. Первая из них осуществляет химические реакции между молекулами ДНК, обеспечивает поиск и выделение результата вычислений, вторая — обрабатывает информациюи анализирует полученные результаты.Клеточные компьютеры.
Клеточные компьютеры представляютсобой самоорганизующиеся колонии различных «умных» микроорганизмов, в геном которых удалось включить некую логическуюсхему, которая могла бы активизироваться в присутствии определенного вещества. Для этой цели идеально подошли бы бактерии,стакан с которыми и представлял бы собой компьютер.
Главнымсвойством компьютера такого рода является то, что каждая их клетка представляет собой миниатюрную химическую лабораторию.Если биоорганизм запрограммирован, то он просто производитнужные вещества. Достаточно вырастить одну клетку, обладающуюзаданными качествами, и можно легко и быстро вырастить тысячиклеток с такой же программой.Основная проблема, с которой сталкиваются создатели клеточных биокомпьютеров, — организация всех клеток в единую работающую систему. На сегодняшний день практические достижения вобласти клеточных компьютеров напоминают достижения 20-х гг. вобласти ламповых и полупроводниковых компьютеров.
Сейчас вЛаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического университета создана клетка, способная хранить на генетическом уровне 1 бит информации. Также разрабатываются технологии, позволяющие единичной бактерии отыскивать своих соседей, образовывать с ними упорядоченную структуру и осуществлятьмассив параллельных операций.В 2001 г. американские ученые создали трансгенные микроорганизмы (т. е. микроорганизмы с искусственно измененными генами),клетки которых могут выполнять логические операции И и ИЛИ.Специалисты лаборатории Оук-Ридж, штат Теннесси, использовали способность генов синтезировать тот или иной белок под воздействием определенной группы химических раздражителей.
Ученыеизменили генетический код бактерий Pseudomonas putida таким образом, что их клетки обрели способность выполнять простые логические операции. Например, при выполнении операции И в клеткуподаются два вещества (по сути — входные операнды), под влиянием которых ген вырабатывает определенный белок. Теперь ученыепытаются создать на базе этих клеток более сложные логическиеэлементы, а также подумывают о возможности создания клетки, выполняющей параллельно несколько логических операций.280Глава 3. Вычислительные системыПотенциал биокомпьютеров очень велик. К достоинствам, выгодно отличающим их от компьютеров, основанных на кремниевыхтехнологиях, относятся:• более простая технология изготовления, не требующая длясвоей реализации столь жестких условий, как при производстве полупроводников;• использование не бинарного, а тернарного кода (информациякодируется тройками нуклеотидов), что позволит при меньшем количестве шагов перебрать большее число вариантовпри анализе сложных систем;• потенциально исключительно высокая производительность,которая может составлять до 1014 операций в секунду за счетодновременного вступления в реакцию триллионов молекулДНК;• возможность хранить данные с плотностью, во много раз превышающей показатели оптических дисков;• исключительно низкое энергопотребление.Однако, наряду с очевидными достоинствами, биокомпьютерыимеют и существенные недостатки, такие, как:• сложность со считыванием результатов — современные способы определения кодирующей последовательности не совершенны, сложны, трудоемки и дороги;• низкая точность вычислений, связанная с возникновениеммутаций, прилипанием молекул к стенкам сосудов и т.
д.;• невозможность длительного хранения результатов вычисленийв связи с распадом ДНК в течение времени.Хотя до практического использования биокомпьютеров ещеочень далеко, и они вряд ли будут рассчитаны на широкие массыпользователей, предполагается, что они найдут достойное применение в медицине и фармакологии, а также с их помощью станет возможным объединение информационных и биотехнологий.
Вероятно, в будущем их смогут использовать не только для вычислений,но и как своеобразные «нанофабрики» лекарств. Поместив подобное «устройство» в клетку, врачи смогут влиять на ее состояние, исцеляя человека от самых опасных недугов.Коммуникационные процессорыКоммуникационные процессоры — это микрочипы, являющиесобой нечто среднее между жесткими специализированными интегральными микросхемами и гибкими процессорами общего назна-3.4. Перспективные типы процессоров ЭВМ281чения. Коммуникационные процессоры программируются, как ипривычные ПК-процессоры, но построены с учетом сетевых задач,оптимизированы для сетевой работы, и на их основе производители(как процессоров, так и другого оборудования) создают программное обеспечение для специфических приложений. Коммуникационный процессор имеет собственную память и оснащен высокоскоростными внешними каналами для соединения с другими процессорными узлами. Его присутствие позволяет в значительной мереосвободить вычислительный процессор от нагрузки, связанной спередачей сообщений между процессорными узлами.
Скоростнойкоммуникационный процессор с RISC-ядром позволяет управлятьобменом данными по нескольким независимым каналам, поддерживать практически все распространенные протоколы обмена, гибко и эффективно распределять и обрабатывать последовательныепотоки данных с временным разделением каналов.Сама идея создания процессоров, предназначенных для оптимизации сетевой работы — и при этом достаточно универсальных дляпрограммной модификации, — родилась в связи с необходимостьюустранить различия в подходах к созданию локальных сетей (различные подходы к архитектуре сети, классификации потокови т. д.). Несомненно, истинной причиной бума сетевых процессоровстало ускорение темпов развития рынка. Когда рынок движется на«Internet-скорости», поставщики оборудования уже не могут тратитьпо два года на разработку специализированных микросхем для реализации конкретных сетевых функций.
Эти два года (и вложенныеденьги) будут потрачены зря, если рынок за это время уйдет в другом направлении. Выход один — разрабатывать процессоры, которые поставщики оборудования могут внедрить и выпустить в новомпродукте в течение нескольких месяцев. Бум сетевых процессоров,окончательно оформившийся в середине 1999 г., не был кратким, ив последующие годы индустрия развивалась крайне бурно.По прогнозам, рынок коммуникационных процессоров в 2004 г.составит около 2,9 млрд долл. и с увеличением объемов специальные микросхемы будут вытеснены стандартными сетевыми процессорами.
Более «умеренные» аналитики считают, что у сетевых процессоров, без сомнения, есть будущее, но они смогут преобладатьтолько на некоторых сегментах рынка, где необходимы укороченные циклы разработки, быстрота и гибкость.Прогнозируется, что на этом рынке не будет преобладать какая-либо одна компания, как, например, Intel на рынке ПК. Однакосчитается, что Intel все же будет одним из ключевых игроков, разделив 2,9 млрд долл.
с IBM, Motorola и дюжиной других компаний.282Глава 3. Вычислительные системыСерия коммуникационных процессоров INTEL IXP4xx построена на базе распределенной архитектуры XScale и включает мультимедийные возможности, а также развитые сетевые интерфейсыEthernet. Сочетание высокой производительности и низкого энергопотребления позволяет эффективно применять коммуникационныепроцессоры INTEL не только в классических сетевых приложениях,но и для построения Internet-ориентированных встраиваемых систем промышленного назначения.Эффективность работы промышленных предприятий сегоднянапрямую зависит от гибкости применяемых систем автоматизированного управления. Крупные производственные установки требуютиспользования нескольких децентрализованных систем управления,связанных друг с другом мощной информационной сетью, способной работать в сложных промышленных условиях.
Зачастую этисредства промышленной коммуникации призваны обеспечить возможность гибкого управления, программирования и контроля работы распределенных систем управления из удаленных диспетчерскихпунктов. Осуществление этих целей возможно с помощью коммуникационных процессоров, предназначенных для подключения персональных компьютеров к промышленным информационным сетям.Дополнительные возможности, обеспечиваемые коммуникационными процессорами, должны быть интересны, прежде всего, темпользователям, которым необходимо осуществлять сложные транзакции или наладить прямую голосовую и видеопередачу в рамкахсетевой инфраструктуры.Процессоры баз данныхПроцессорами (машинами) баз данных принято называть программно-аппаратные комплексы, предназначенные для выполнениявсех или некоторых функций систем управления базами данных(СУБД).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
