請問一下生物計算機的原理,計算機的工作原理是什麼?簡述!

2021-08-09 22:58:19 字數 4968 閱讀 6056

1樓:月似當時

生物計算機的原理是資訊以波的形式傳播,當波沿著蛋白質分子鏈傳播時,會引起蛋白質分子鏈中單鍵、雙鍵結構順序的變化,開始計算。

其主要原材料是生物工程技術產生的蛋白質分子,並以此作為生物晶片。生物晶片比矽晶片上的電子元件要小很多,而且生物晶片本身具有天然獨特的立體化結構,其密度要比平面型的矽積體電路高五個數量級。

生物計算機能夠如同人腦那樣進行思維、推理,能認識文字、圖形,能理解人的語言,因而可以成為人們生活中最好的夥伴,擔任各種工作,如可應用於通訊裝置、衛星導航、工業控制領域,發揮它重要的作用。

美國貝爾實驗室生物計算機部的物理學家們正在研製由晶片構成的人造耳朵和人造視網膜,這項技術的成功有望使聾盲人**。

生物電腦的成熟應用還需要一段時間,但是科學家已研製出生物電腦的主要部件———生物晶片。美國明尼蘇達州立大學已經研製成世界上第一個「分子電路」,由「分子導線」組成的顯微電路只有目前計算機電路的千分之一。

擴充套件資料

科學家通過對生物組織體研究,發現組織體是由無數的細胞組成,細胞由水、鹽、蛋白質和核酸等有機物組成,而有些有機物中的蛋白質分子像開關一樣,具有「開」與「關」的功能。

因此,人類可以利用遺傳工程技術,仿製出這種蛋白質分子,用來作為元件製成計算機。科學家把這種計算機叫做生物計算機。

生物計算機主要是以生物電子元件構建的計算機。它利用蛋白質有開關特性,用蛋白質分子作元件從而製成的生物晶片。

其效能是由元件與元件之間電流啟閉的開關速度來決定的。用蛋白質製成的計算機晶片,它的一個儲存點只有一個分子大小,所以它的儲存容量可以達到普通計算機的十億倍。

由蛋白質構成的積體電路,其大小隻相當於矽片積體電路的十萬分之一。而且執行速度更快,只有1×10^(-11)秒,大大超過人腦的思維速度。

2樓:河邊的小小草

生物計算機與量子計算機

首先是生物計算機

人類有一門學科叫仿生學,即通過對自然界生物特性的研究與模仿,來達到為人類社會更好地服務的目的。典型的例子如,通過研究蜻蜒的飛行製造出了***;對青蛙眼睛的表面「視而不見」,實際「明察秋毫」的認識,研製出了電子蛙眼;對蒼蠅飛行的研究,仿製出一種新型導航儀——振動陀螺儀,它能使飛機和火箭自動停止危險的「跟頭」飛行,當飛機強烈傾斜時,能自動得以平衡,使飛機在最複雜的急轉彎時也萬無一失;對蝙蝠沒有視力,靠發出超聲波來定向飛行的特性研究,製造出了雷達、超聲波定向儀等;對「變色龍」的研究,產生了隱身科學和保護色的應用……

仿生學同樣可應用到計算機領域中。

科學家通過對生物組織體研究,發現組織體是由無數的細胞組成,細胞由水、鹽、蛋白質和核酸等有機物組成,而有些有機物中的蛋白質分子像開關一樣,具有「開」與「關」的功能。因此,人類可以利用遺傳工程技術,仿製出這種蛋白質分子,用來作為元件製成計算機。科學家把這種計算機叫做生物計算機。

生物計算機有很多優點,主要表現在以下幾個方面:

首先,它體積小,功效高。在一平方毫米的面積上,可容納幾億個電路,比目前的積體電路小得多,用它製成的計算機,已經不像現在計算機的形狀了,可以隱藏在桌角、牆壁或地板等地方。

其次,當我們在運動中,不小心碰傷了身體,有的上點兒藥,有的年輕人甚至藥都不上,過幾天,傷口就癒合了。這是因為人體具有自我修復功能。同樣,生物計算機也有這種功能,當它的內部晶片出現故障時,不需要人工修理,能自我修復,所以,生物計算機具有永久性和很高的可靠性。

再者,生物計算機的元件是由有機分子組成的生物化學元件,它們是利用化學反應工作的,所以,只需要很少的能量就可以工作了,因此,不會像電子計算機那樣,工作一段時間後,機體會發熱,而它的電路間也沒有訊號干擾。

2023年,美國公佈了研製生物計算機的設想之後,立即激起了發達國家的研製熱潮。當前,美國、日本、德國和俄羅斯的科學家正在積極開展生物晶片的開發研究。從2023年開始,日本每年用於研製生物計算機的科研投資為86億日元。

目前,生物晶片仍處於研製階段,但在生物元件,特別是在生物感測器的研製方面已取得不少實際成果。這將會促使計算機、電子工程和生物工程這三個學科的專家通力合作,加快研究開發生物晶片。

生物計算機一旦研製成功,可能會在計算機領域內引起一場劃時代的革命。

然後是量子計算機

量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、儲存及處理量子資訊的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子資訊,執行的是量子演算法時,它就是量子計算機。量子計算機的概念源於對可逆計算機的研究。

研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題。

20世紀60年代至70年代,人們發現能耗會導致計算機中的晶片發熱,極大地影響了晶片的整合度,從而限制了計算機的執行速度。研究發現,能耗**於計算過程中的不可逆操作。那麼,是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢?

問題的答案是:所有經典計算機都可以找到一種對應的可逆計算機,而且不影響運算能力。既然計算機中的每一步操作都可以改造為可逆操作,那麼在量子力學中,它就可以用一個么正變換來表示。

早期量子計算機,實際上是用量子力學語言描述的經典計算機,並沒有用到量子力學的本質特性,如量子態的疊加性和相干性。在經典計算機中,基本資訊單位為位元,運算物件是各種位元序列。與此類似,在量子計算機中,基本資訊單位是量子位元,運算物件是量子位元序列。

所不同的是,量子位元序列不但可以處於各種正交態的疊加態上,而且還可以處於糾纏態上。這些特殊的量子態,不僅提供了量子平行計算的可能,而且還將帶來許多奇妙的性質。與經典計算機不同,量子計算機可以做任意的么正變換,在得到輸出態後,進行測量得出計算結果。

因此,量子計算對經典計算作了極大的擴充,在數學形式上,經典計算可看作是一類特殊的量子計算。量子計算機對每一個疊加分量進行變換,所有這些變換同時完成,並按一定的概率幅疊加起來,給出結果,這種計算稱作量子平行計算。除了進行平行計算外,量子計算機的另一重要用途是模擬量子系統,這項工作是經典計算機無法勝任的。

無論是量子平行計算還是量子模擬計算,本質上都是利用了量子相干性。遺憾的是,在實際系統中量子相干性很難保持。在量子計算機中,量子位元不是一個孤立的系統,它會與外部環境發生相互作用,導致量子相干性的衰減,即消相干。

因此,要使量子計算成為現實,一個核心問題就是克服消相干。而量子編碼是迄今發現的克服消相干最有效的方法。主要的幾種量子編碼方案是:

量子糾錯碼、量子避錯碼和量子防錯碼。量子糾錯碼是經典糾錯碼的類比,是目前研究的最多的一類編碼,其優點為適用範圍廣,缺點是效率不高。

迄今為止,世界上還沒有真正意義上的量子計算機。但是,世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。如何實現量子計算,方案並不少,問題是在實驗上實現對微觀量子態的操縱確實太困難了。

目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。現在還很難說哪一種方案更有前景,只是量子點方案和超導約瑟夫森結方案更適合整合化和小型化。將來也許現有的方案都派不上用場,最後脫穎而出的是一種全新的設計,而這種新設計又是以某種新材料為基礎,就像半導體材料對於電子計算機一樣。

研究量子計算機的目的不是要用它來取代現有的計算機。量子計算機使計算的概念煥然一新,這是量子計算機與其他計算機如光計算機和生物計算機等的不同之處。量子計算機的作用遠不止是解決一些經典計算機無法解決的問題

計算機的工作原理是什麼?簡述!

3樓:drar_迪麗熱巴

計算機的基本原理是存貯程式和程式控制。預先要把指揮計算機如何進行操作的指令序列(稱為程式)和原始資料通過輸入裝置輸送到計算機記憶體貯器中。每一條指令中明確規定了計算機從哪個地址取數,進行什麼操作,然後送到什麼地址去等步驟。

組成部分

軟體系統

軟體系統包括:作業系統、應用軟體等。應用軟體中電腦行業的管理軟體,it電腦行業的發展必備利器,電腦行業的erp軟體。

硬體系統

硬體系統包括:機箱(電源、硬碟、磁碟、 記憶體、主機板、cpu-**處理器、cpu風扇、光碟機、音效卡、網絡卡、顯示卡)、顯示器、ups(不間斷電源**系統)、鍵盤、滑鼠等等(另可配有耳機、麥克風、音箱、印表機、攝像頭等)。家用電腦一般主機板都有板載音效卡、網絡卡。

部分主機板裝有整合顯示卡。

4樓:匿名使用者

計算機工作原理:

1、採用二進

制形式表示資料和指令。

2、將程式(資料和指令序列)預先存放在主儲存器中(程式儲存),使計算機在工作時能夠自動高速地從儲存器中取出指令,並加以執行(程式控制)。

3、依此進行下去。直至遇到停止指令。

擴充套件資料計算機工作過程

第一步:將程式和資料通過輸入裝置送入儲存器。

第二步:啟動執行後,計算機從儲存器中取出程式指令送到控制器去識別,分析該指令要做什麼事。

第三步:控制器根據指令的含義發出相應的命令(如加法、減法),將儲存單元中存放的運算元據取出送往運算器進行運算,再把運算結果送回儲存器指定的單元中。

第四步:當運算任務完成後,就可以根據指令將結果通過輸出裝置輸出。

5樓:愛做作業的學生

計算機的基本工作原理是儲存程式和程式控制。

計算機硬體是構成計算機系統各功能部件的集合。是由電子、機械和光電元件組成的各種計算機部件和裝置的總稱,是計算機完成各項工作的物質基礎。計算機硬體是看得見、摸得著的,實實在在存在的物理實體。

計算機軟體是指與計算機系統操作有關的各種程式以及任何與之相關的文件和資料的集合。其中程式是用程式設計語言描述的適合計算機執行的語句指令序列。

擴充套件資料

計算機系統由硬體系統和軟體系統兩大部分組成。美藉匈牙利科學家馮·諾依曼(john von neumann)奠定了現代計算機的基本結構,這一結構又稱馮·諾依曼結構,其特點是:

(1)計算機由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置五部分組成。

(2)採用儲存程式的方式,程式和資料放在同一個儲存器中,指令和資料一樣可以送到運算器運算,即由指令組成的程式是可以修改的。

(3)資料以二進位制**表示。

(4)指令由操作碼和地址碼組成。

(5)指令在儲存器中按執行順序存放,由指令計數器指明要執行的指令所在的單元地址,一般按順序遞增,但可按運算結果或外界條件而改變。

(6)機器以運算器為中心,輸入輸出裝置與儲存器間的資料傳送都通過運算器。

現代計算機系統結構有了很大新發展,但原則上變化不大,習慣上仍稱之為馮·諾依曼機。

計算機的工作原理是什麼計算機的工作原理是什麼?

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