วิวัฒนาการของหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ – จากสารกึ่งตัวนำไปเป็นโปรตีน

วิวัฒนาการของหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ – จากสารกึ่งตัวนำไปเป็นโปรตีน

หน่วยความจำคอมพิวเตอร์แบบเดิมเรียกว่า “หน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์” และถูกคิดค้นขึ้นในปีพ. ศ. 2511 โดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า “เซมิคอนดักเตอร์” ซึ่งถูกคิดค้นขึ้นเมื่อปีพ. ศ. 2490 สารกึ่งตัวนำหลายตัวถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันเรียกว่า “วงจรรวม” ชิปคอมพิวเตอร์ ” ตัวอย่างของหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ ได้แก่ ROM แรมและหน่วยความจำแฟลช ประโยชน์ใหญ่ของ RAM คอมพิวเตอร์ (หน่วยความจำหลัก) คือราคา; ram มีราคาไม่แพง ข้อเสียเปรียบหลักของ RAM คือความผันผวน เมื่อคุณปิดคอมพิวเตอร์ของคุณเนื้อหาแรมจะหายไป

หน่วยความจำโมเลกุล

หน่วยความจำโมเลกุลเป็นชื่อของเทคโนโลยีที่ใช้โมเลกุลอินทรีย์เพื่อเก็บข้อมูลไบนารี จอกศักดิ์สิทธิ์ของเทคโนโลยีนี้คือการใช้โมเลกุลหนึ่งเพื่อเก็บไว้หนึ่งบิต ในอนาคตอันใกล้นี้จะเป็นจริงมากขึ้นที่จะคาดหวังให้มีระบบที่ใช้กลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อแสดงเป็นบิต มีการวิจัยโมเลกุลประเภทต่างๆรวมทั้งโมเลกุลโปรตีน ชื่อของระบบหน่วยความจำโมเลกุลที่ใช้โมเลกุลโปรตีนอย่างแม่นยำยิ่งขึ้นคือ Protein Memory หน่วยความจำโมเลกุลประเภทอื่น ๆ จะมีชื่อที่แม่นยำขึ้นจากประเภทของโมเลกุลที่ใช้เทคโนโลยี

หน่วยความจำโปรตีน

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1990 การพัฒนาระบบหน่วยความจำแบบโปรตีนเป็นโครงการของ Robert Birge – ศาสตราจารย์ด้านเคมีและผู้อำนวยการ WM Keck Center for Molecular Electronics เขาได้รับความช่วยเหลือจาก Jeff Stuart นักชีวเคมีและหนึ่งในนักศึกษาปริญญาโทของ Birge โมเลกุลของโปรตีนที่เรียกว่า bacteriorhodospin มีสีม่วงอยู่ในจุลินทรีย์ halobacterium halobium ซึ่งเจริญเติบโตในบ่อเกลือที่อุณหภูมิสามารถเข้าถึง 140 F ได้

โปรตีนนี้ผ่านการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลเมื่ออยู่ภายใต้แสงทำให้เหมาะสำหรับการแสดงข้อมูล การเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลแต่ละครั้งเป็นส่วนหนึ่งของชุดของรัฐที่แตกต่างกันหลายแห่งที่เรียกว่าโฟโตไซเคิล มีสามสถานะหลักคือสถานะ bR สถานะ O และสถานะ Q สถานะ O หมายถึงไบนารี 0 และสถานะ Q แสดงถึงเลขฐานสอง 1 ขณะที่ bR หรือสถานะที่เหลือเป็นกลาง เพื่อให้สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยของบ่อเกลือโปรตีนจะต้องมีเสถียรภาพอย่างเหลือเชื่อซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่จะนำมาใช้แทนข้อมูล

ในขณะที่อยู่ในสถานะ bR โปรตีนจะอยู่ในเรือโปร่งใสที่เรียกว่า Cuvette ขนาด 1 x 1 x 2 นิ้ว Cuvette เต็มไปด้วยเจลแล้ว โปรตีนถูกตรึงอยู่ในตำแหน่งโดยการแข็งตัวของเจล 2 อาร์เรย์ของเลเซอร์ – หนึ่งสีแดงและหนึ่งสีเขียว – ใช้ในการอ่านและเขียนข้อมูลขณะที่ใช้เลเซอร์สีฟ้าสำหรับลบข้อมูล

การอ่านการเขียนและการจัดเก็บข้อมูล

เราจะเริ่มต้นในสถานะ bR ของวงจรไฟ กลุ่มของโมเลกุลมีจุดมุ่งหมายและถูกตีด้วยอาร์เรย์เลเซอร์สีเขียวหรือที่เรียกว่าเลเซอร์ Paging โมเลกุลเหล่านี้อยู่ในสถานะ O ซึ่งแสดงถึงไบนารี 0 สถานะ O ช่วยให้สามารถดำเนินการได้ 2 แบบ:

อ่าน•ทำด้วยชุดเลเซอร์สีแดงที่ความเข้มต่ำ

•การเขียนไบนารี 1 – ทำด้วยชุดเลเซอร์สีแดงที่ความเข้มสูงซึ่งจะย้ายโมเลกุลไปสู่สถานะ Q

สถานะ Q ช่วยให้สามารถดำเนินการได้ 2 แบบ:

อ่าน•ทำด้วยชุดเลเซอร์สีแดงที่ความเข้มต่ำ

•การลบรอย – ทำด้วยเลเซอร์สีน้ำเงินซึ่งเคลื่อนที่โมเลกุลกลับไปเป็นสถานะ bR

ระบบจัดเก็บข้อมูล bacteriorhodospin ช้า แม้ว่าโมเลกุลจะเปลี่ยนสถานะเป็นมิลลิวินาที (ล้านวินาที) แต่ก็ช้าเมื่อเทียบกับหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีเวลาในการเข้าถึงที่วัดได้ในนาโนวินาที แต่น่าเสียดายที่เวลาที่ต้องใช้ในการอ่านหรือเขียนจะยิ่งใหญ่กว่าในลำดับของสิบมิลลิวินาที (thousandths of second) อัตราการถ่ายโอนข้อมูลบนอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลประเภทนี้ยังช้ามาก – 10 MBps (MB ต่อวินาที) ในทางทฤษฎี cuvette ขนาด 1 x 1 x 2 นิ้วสามารถเก็บข้อมูลได้ 1 TB หรือประมาณหนึ่งล้านล้านไบต์ ในความเป็นจริง Birge สามารถจัดเก็บข้อมูลได้ถึง 800 MB และหวังว่าจะสามารถบรรลุความจุได้ 1.3 GB (billion bytes) เทคโนโลยีนี้พิสูจน์ตัวเองได้จนถึงจุดที่ NASA กำลังสำรวจวิธีการปรับปรุงเทคโนโลยีในระหว่างปฏิบัติการกระสวยอวกาศซึ่งอันที่จริงแล้วมีความหนาแน่นสูงขึ้น

ข้อสรุป

การค้นคว้าวิจัยของ Birge เพื่อสร้างระบบหน่วยความจำโปรตีนสำหรับคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปไม่ประสบผลสำเร็จ แม้ว่าการมองเห็นของ Birge ล้มเหลวการพัฒนาหน่วยความจำโมเลกุลบางอย่าง (อาจเป็นหน่วยความจำโปรตีน) สำหรับคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปดูเหมือนจะเป็นไปได้ นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำงานอย่างต่อเนื่องในการพัฒนาแนวคิดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับหน่วยความจำโปรตีน หนึ่งความคิดจากปี 2006 คือการใช้เลเยอร์โปรตีน bR กับพื้นผิวของแผ่น DVD เพื่อเพิ่มความจุในการจัดเก็บข้อมูลทฤษฎีได้ถึง 50 TB (มากกว่า 50 ล้านล้านไบต์) ดิสก์ Blu-ray แบบ dual layer มีความจุ 50 GB (มากกว่า 50 พันล้านไบต์)