生物计算机发展现状与趋势探究
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2013-11-18
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生物计算机
计算机科学导论专题报告
生物计算机发展现状与趋势探究
一．生物计算机的概念与种类：
生物计算机又称仿生计算机，是以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计
的晶体管制成的计算机。它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以
此作为生物芯片。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当
今最新一代的计算机快 10 万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，存
储信息的空间仅占百亿亿分之一。（摘自《百度百科》）
目前生物计算机原理可分为两个方向。一种基于神经网络原理的神经生物计算
机，主要在细胞层面实现计算，突破了冯．诺依曼模型和二进制原理。另一种是仍
基于冯．诺依曼模型，通过蛋白质或 DNA 的某些二态性，在分子生物层面进行运
算的蛋白质计算机和 DNA 计算机。目前，受神经生物学发展的限制，神经网络计
算 机 的
研 究 还
以 仿 生
为 主 。
DNA 计
算 机 被
学 界 认
为 是 目
前 较 有
前 途 的
研 究 方
向 。 但
我 认 为
神经网络计算机才是最有竞争力的生物计算机。
二．产生背景：
1．电子计算机逃脱不了各种传输门延迟时间的束缚。
2. 作为电子计算机核心元件的大规模集成电路多以硅为材料.按传统工艺,在硅
片上集成度有一定的限量。若提高了集成度,电路密集引起的散热问题又难于解决。
[1]
3.大型计算机存在严重的电磁干扰问题。
4.随着集成电路工艺的提高，摩尔定律逐渐失效。
5.计算机没有学习能力，人脑的高级功能无法用计算机实现。
因此我们需要从一个全新的角度来考虑计算机的构造。与此同时，生物芯片技
术日趋成熟，神经学研究也取得进展进展。生物计算机便应运而生了。
三.生物计算机的优点：
1. 体积小,功效高。1mm2 的面积上可容纳数亿个电路,比目前的电子计算机
提高了上百倍。发热和电磁干扰都大大降低。
2. 若能使生物本身的修复机制得到发挥，则即使芯片出了故障也能自我修复，
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