تبلیغات
تبلیغات متنی
محبوبترینها
ساقدوش کیست ؟ | وظیفه ساقدوش در مراسم عقد و عروسی چیست ؟
قایق‌سواری تالاب انزلی؛ تجربه‌ای متفاوت با چاشنی تخفیف
چگونه ویزای توریستی فرانسه را بگیریم؟
معرفی و فروش بوته گرافیتی ریخته گری
بهترین بروکر برای معاملات فارکس در سال 2024
تجربه رانندگی با لندکروز در جزیره قشم؛ لوکس‌ترین انتخاب
اکسپرتاپ: 10 شغل پردرآمد برای مهاجران کاری در کانادا
بهترین سایتهای خرید تیک آبی رسمی اینستاگرام در ایران
صفحه اول
آرشیو مطالب
ورود/عضویت
هواشناسی
قیمت طلا سکه و ارز
قیمت خودرو
مطالب در سایت شما
تبادل لینک
ارتباط با ما
مطالب سایت سرگرمی سبک زندگی سینما و تلویزیون فرهنگ و هنر پزشکی و سلامت اجتماع و خانواده تصویری دین و اندیشه ورزش اقتصادی سیاسی حوادث علم و فناوری سایتهای دانلود گوناگون
مطالب سایت سرگرمی سبک زندگی سینما و تلویزیون فرهنگ و هنر پزشکی و سلامت اجتماع و خانواده تصویری دین و اندیشه ورزش اقتصادی سیاسی حوادث علم و فناوری سایتهای دانلود گوناگون
آمار وبسایت
تعداد کل بازدیدها :
1815594058
پردازش قطره ای: کامپیوتری که به جای الکترون از حرکات قطرات آب استفاده می کند
واضح آرشیو وب فارسی:ماهنامه شبکه: قرار گرفتن آب در کنار مدارهای پردازشی چندان منطقی به نظر نمی رسد و تصور این که کامپیوتری با آب کار کند، خیلی رؤیایی است. ولی این ایده ای است که پس از ده سال تحقیق و پژوهش توسط محققان دانشگاه استنفورد به واقعیت پیوسته است و حاصل آن ساخت کامپیوتری بوده است که به جای الکترون ها از حرکات قطرات ریز آب مغناطیس شده استفاده می کند. همان طور که انتظار می رود، این سیستم پردازشی مبتنی بر قطرات، بسیار بسیار کندتر از کامپیوترهای دیجیتال رایج است، اما در تحقیقات علمی همیشه این سرعت پردازش نیست که حرف نخست را می زند، بلکدر واقع، سیستم پردازشی مبتنی بر قطرات یک کامپیوتر سنکرون است و مانو پراکاش، استادیار زیست مهندسی دانشگاه استنفورد و دانشجویان او روی آن کار کرده اند. استفاده از مواد فیزیکی به عنوان داده های پردازشی در کامپیوترها ایده جدیدی نیست و حتی از چنین ایده ای در کامپیوترهای اولیه هم استفاده شده است. نظیر UNIVAC I که در آن از حافظه ای مبتنی بر جیوه مایع استفاده شده بود. آن چه در سیستم اخیر نوآوری محسوب می شود این است که می توان از ساختار فیزیکی تراشه برای هدایت حرکات ماده به روشی قابل اعتماد و از پیش برنامه ریزی شده استفاده کرد. پراکاش در زمینه این سیستم پردازشی چنین می گوید: «در حال حاضر، کامپیوترهای دیجیتال را در اختیار داریم که برای پردازش اطلاعات از آن ها استفاده می کنیم. هدف ما رقابت با کامپیوترهای الکترونیکی یا اجرای نرم افزارهایی نظیر واژه پرداز نیست. هدف ما ایجاد رده کاملاً جدیدی از کامپیوترها است که قادر باشند ماده فیزیکی را به دقت کنترل و دستکاری کنند.» به گفته وی با استفاده از این نوع کامپیوترها نه تنها اطلاعات پردازش می شود، بلکه به طور الگوریتمی روی ماده فیزیکی نیز پردازش صورت می گیرد. آن ها تاکنون موفق شده اند این نوع پردازش را در مقیاس مزو (10 میکرون تا 1 میلی متر) پیاده سازی کنند. با این روش، می توان به طور هم زمان میلیون ها قطره را در یک تراشه هدایت کرد. نکته مهم ویژگی قطرات است. هر قطره به طور طبیعی این قابلیت را دارد که موادی را مثل یک بسته در میان خود بگیرد و جابه جا کند. بنابراین، می توان به جای قرار دادن مواد در لوله های آزمایش، آن ها را در این قطرات قرار داد و با هدایت قطرات حاوی مواد مختلف، واکنش های مورد نظر را آزمایش کرد. تراشه ای که خوب طراحی شده باشد، به این روش می تواند آزمایش های شیمیایی را که شاید ماه ها طول می کشد، در چند دقیقه کامل کند. ایده ده ساله نزدیک به یک دهه است که روی ساخت چنین کامپیوتری کار می شود و این ایده مدت ها است ذهن پراکاش را به خود مشغول کرده است؛ این که آیا می توان از قطرات کوچک به عنوان بیت های اطلاعاتی استفاده کرد و با استفاده از حرکات دقیق این قطرات، به طور هم زمان اطلاعات و مواد فیزیکی را پردازش کرد. پراکاش پیش از این در زمینه داینامیک قطرات سیال تحقیقاتی انجام داده بود و طراحی پردازنده مبتنی بر قطرات با تکیه بر تجربیات وی عملی شده است. با این که کنترل قطرات و حرکت دادن آن ها در یک مارپیچ اساساً کار ساده ای است (می توان با قرار دادن نانو ذرات مغناطیسی در قطرات این کار را انجام داد)، اما یافتن راهی برای هماهنگ کردن این حرکات بخش چالش برانگیز پروژه بوده است. او با رجوع به شیوه طراحی کامپیوترهای دیجیتال، راه حل را در استفاده از «ساعت» (Computer clock) دید. ساعت به عنوان قلب یک کامپیوتر سنکرون به حساب می آید و پراکاش تصمیم گرفت برای هم گام کردن قطرات از یک میدان مغناطیسی دوار استفاده کند که نقشی مشابه ساعت سیستم های کامپیوتری دیجیتال (الکترونیک) را بازی می کرد. ساعت مغناطیسی بدون وجود یک ساعت برای ایجاد هماهنگی، روند اجرای اعمالی که کامپیوتر باید انجام دهد، با اشکال مواجه می شود. همان طور که پراکاش می گوید: «دلیل دقیق کار کردن کامپیوترها این است که تک تک عملیات انجام شده به طور هماهنگ و هم گام اجرا می شود. این رمز قدرت منطق دیجیتال است.» هر برنامه کامپیوتری هم مجموعه ای از دستوراتی است که باید توسط پردازنده به طور گام به گام اجرا شوند و قرار دادن یک ساعت در معماری کامپیوتر این اطمینان را فراهم می کند که این اعمال با زمان بندی صحیح از ابتدا تا انتها اجرا شود. به طور خلاصه می توان گفت وجود ساعت نوعی هماهنگی بین اجزای معماری برقرار می کند. به منظور پیاده سازی یک ساعت مناسب برای کامپیوتر مبتنی بر سیال، چند مورد مهم باید در نظر گرفته شود؛ سادگی کار با چنین ساعتی و در عین حال قابلیت تأثیرگذاری هم زمان بر چند قطره و همچنین مقیاس پذیری. بدین معنا که بتوان در آینده تعداد قطرات را اضافه کرد و این قطرات بدون مشکل با هم ارتباط برقرار کنند. به عقیده پراکاش استفاده از یک میدان مغناطیسی دوار راه کار خوبی برای رسیدن به این اهداف است. ساختمان ساختمان این سیستم به صورت آرایه ای از میله های آهنی کوچک به شکل T و I است که روی اسلاید شیشه ای قرار گرفته اند (شکل 1). یک لایه شیشه ای روی آن قرار داده شده و بین این دو شیشه لایه ای از روغن قرار می گیرد. قطرات آب حاوی نانو ذرات مغناطیسی به این مجموعه وارد می شوند. با استفاده از میدان مغناطیسی دوار می توان قطرات مغناطیس شده را بر اساس الگوهای معین کنترل کرد و حرکت داد. شکل 1 ـ الف: آرایه ای از میله های به شکل T و I مسیر حرکت قطرات را تشکیل می دهند. ب: مجموعه آرایه و قطرات تزریقی در میان سیم پیچ هایی قرار می گیرد که میدان مغناطیسی دوار را به آن اعمال می کنند. میدان مغناطیسی (ساعت سیستم) توسط سیم پیچ هایی که در اطراف مجموعه ذکر شده قرار دارند، به سیستم اعمال می شود. با هر بار گردش میدان، قطبیت میله ها معکوس می شود و قطرات مغناطیس شده را در یک جهت جدید و از پیش تعیین شده قرار می دهد. هر گردش میدان در حکم یک سیکل ساعت است و با هر سیکل ساعت، همه قطرات قرار داده شده در سیستم دقیقاً یک گام به پیش می روند. با چرخش مکرر میدان، قطرات روی مسیرهایی حرکت می کنند و نتیجه نهایی ظاهر می شود. به عنوان مثال، اگر در یکی از ورودی های گیت OR یک قطره قرار داده شود، به منزله ورودی یک و قرار نگرفتن قطره در ورودی دیگر به منزله ورودی صفر است. با اعمال پالس ساعت (گردش میدان مغناطیسی) قطره گام به گام حرکت می کند و روی خروجی گیت OR قرار می گیرد و این به منزله یک شدن خروجی است (شکل 2). شکل 2 الف: 1- پیاده سازی گیت OR و AND: ورودی های A (قرمز) و B (آبی) این گیت ها در شکل مشخص است. فلش ها مسیر حرکت قطره را نشان می دهد. به طور مثال، اگر قطره ای در A قرار داده شود، مسیر قرمز را طی می کند. 2- جدول درستی برای گیت های OR و AND 3- شماتیک دو گیت پیاده شده در حالت کلی 4- بر اساس جدول درستی، اگر ورودی A=0 و ورودی B=1 باشد (قطره فقط در B قرار داده شود)، با اعمال میدان مغناطیسی، قطره به مرور از نقطه B حرکت و مسیر نشان داده شده را طی می کند و به نقطه C (خروجی OR) می رسد. حضور قطره در این نقطه به معنای C=1 و نبود قطره در نقطه D (خروجی AND) به معنای D=0 است که مطابق جدول درستی است. 5- اگر A=1 و B= 0 باشد، قطره فقط در خروجی OR دیده می شود. در نتیجه C=1 و D=0 است. 6- در صورت یک بودن هر دو ورودی، در خروجی هر دو گیت قطره وجود دارد و نتیجه خروجی گیت OR و AND یک است. ب: پیاده سازی XOR (روند کار مشابه بخش الف) با تغییر چیدمان و طرح میله های روی تراشه، تمام گیت های یونیورسال مورد استفاده در الکترونیک قابل پیاده سازی هستند. با استفاده از گیت های یونیورسال می توان هر نوع تابع منطقی را پیاده سازی کرد. در نتیجه، با کمک این قطرات کوچک مغناطیسی که به اطراف حرکت می کنند، می توان هر مدار منطقی بولی را ساخت. در مقاله منتشر شده در نشریه نیچر، این گروه پیاده سازی گیت هایOR ،AND و XOR را تشریح و ساخت فلیپ فلاپ (ماشین حالت ساده با قابلیت ذخیره یک بیت) را نیز نشان داده اند (شکل 3 و 4). به دلیل نوع پیاده سازی منطق در این کامپیوتر مبتنی بر قطرات، این سیستم به لحاظ نظری می تواند هر نوع عملیاتی را که یک کامپیوتر الکترونیکی معمولی قادر به انجام آن است اجرا کند، البته با سرعتی فوق العاده پایین تر. این سرعت پایین به عنوان یک محدودیت برای این سیستم مطرح نیست و پراکاش و همکارانش برای این کامپیوتر اهداف جاه طلبانه ای در نظر گرفته اند. تراشه های فعلی به اندازه نصف یک تمبر پستی هستند. با این حال، می توان چنین سیستمی را در ابعاد کوچک تر پیاده سازی کرد. امکان کوچک سازی به همراه قابلیت کنترل هم زمان میلیون ها قطره توسط میدان مغناطیسی، میزان مقیاس پذیری این سیستم را نیز فوق العاده بالا می برد. شکل 3: ترکیب گیت های مختلف و نتایج حاصل کاربردها به عقیده پراکاش، یکی از کاربردهایی که از هم اکنون می توان به آن فکر کرد، امکان استفاده از چنین سیستمی برای پردازش های بسیار پیچیده در آزمایشگاه های زیستشناسی و شیمی است. به جای واکنش ها در لوله های آزمایشگاهی بزرگ، هر قطره استفاده شده در این سیستم می تواند برخی مواد شیمیایی را حمل کند و خود در حکم یک لوله آزمایش باشد. سیستم پردازشی مبتنی بر قطره، کنترل بی نظیری روی این واکنش ها ارائه می دهد. می توان این سیستم را کوچک و کوچک تر کرد، به حدی که در هر لحظه اعمال بیش تری را انجام دهد و چنان کوچک شود که با قطراتی با ابعاد کوچک تر کار کند و روی یک تراشه کارهای بیش تری انجام شود. همین کوچک سازی نویدبخش کاربردهای جدیدتری نیز برای آن خواهد بود. شکل 4: پیاده سازی بر اساس فلیپ فلاپ و نتایج حاصل پراکاش در نظر دارد ابزاری طراحی برای این مدارهای مبتنی بر قطرات را در اختیار عموم قرار دهد. اکنون گروه های مختلف مردم می توانند قطعات اولیه منطقی را کنار هم قرار دهند و هر مدار مبتنی بر قطره را با هر پیچیدگی بسازند. پراکاش می گوید: «خیلی علاقه مند هستیم همه کسانی که می خواهند با این دستاورد کار کنند را درگیر کنیم تا همه قادر به طراحی مدارهای جدید بر اساس بلاک های سازنده ای که ما در این مقاله شرح داده ایم باشند و حتی خود بلاک های جدیدی بسازند.» قطرات محاسباتی پراکاش قطرات را بسته هایی می داند که می توانند مواد را جابه جا کنند. او درباره این سیستم می گوید: «هدف دستکاری سریع تر اطلاعات نیست، بلکه دستکاری سریع تر مواد است و این چیزی است که تاکنون به آن دسترسی نداشته ایم.» یکی از دلایلی که چنین ایده ای از نظر پراکاش جالب به نظر می رسد، این موضوع است که چنین راه کاری نگاه ما به محاسبات در دنیای فیزیکی را دگرگون می سازد. برخی معتقدند Computing اساساً یک فرآیند فیزیکی است و با ارائه سیستمی نظیر سیستم پردازشی استنفورد، می توان درک بهتری از این موضوع داشت. منابع: - http://news.stanford.edu/news/2015/june/computer-water-drops-060815.html - http://www.nature.com/nphys/journal/v11/n7/full/nphys3341.html - http://www.wired.co.uk - http://www.extremetech.com - http://www.sciencealert.com
چهارشنبه ، ۴آذر۱۳۹۴
[مشاهده متن کامل خبر]
این صفحه را در گوگل محبوب کنید
[ارسال شده از: ماهنامه شبکه]
[مشاهده در: www.shabakeh-mag.com]
[تعداد بازديد از اين مطلب: 11]
-
گوناگون
پربازدیدترینها