تطور ذاكرة الكمبيوتر من أشباه الموصلات إلى البروتينات

ذاكرة شبه موصل

تعرف ذاكرة الكمبيوتر التقليدية باسم "ذاكرة أشباه الموصلات" وتم إختراعها عام ١٩٦٨. إنها تعتمد على التكنولوجيا المعروفة باسم "أشباه الموصلات" التي تم إختراعها في عام ١٩٤٧. يطلق على العديد من أشباه الموصلات المجمعة معا "دائرة متكاملة"، تعرف على نحو أكثر شيوعا باسم "رقاقة حاسوبية". وتشمل أمثلة ذاكرة أشباه الموصلات ذاكرة ذاكرة ROM و RAM وذاكرة الفلاش. تتمثل الميزة الكبيرة لذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بالكمبيوتر في السعر؛ الكبش غير مكلف. يتمثل العيب الرئيسي في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) في التقلب؛ عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر، يتم فقد محتويات RAM.

الذاكرة الجزيئية

الذاكرة الجزيئية هي اسم التكنولوجيا التي تستخدم جزيئات عضوية لتخزين البيانات الثنائية. الكأس المقدسة من هذه التكنولوجيا ستكون إستخدام جزيء واحد لتخزين جزء واحد. في المستقبل القريب، سيكون من الواقعي أن نتوقع وجود أنظمة تستخدم مجموعات كبيرة من الجزيئات لتمثيل جزء واحد. وقد تم بحث أنواع مختلفة من الجزيئات، بما في ذلك جزيئات البروتين. والاسم الأكثر دقة لنظام الذاكرة الجزيئية الذي يستخدم جزيئات البروتين هو ذاكرة البروتين. وهناك أنواع أخرى من الذاكرة الجزيئية يمكن أن تكون لها أسماء أكثر دقة مشتقة من أنواع الجزيئات التي تقوم عليها هذه التكنولوجيات.

ذاكرة البروتين

في منتصف التسعينات، كان تطوير نظام ذاكرة يعتمد على البروتين هو مشروع روبرت بيرج - أستاذ الكيمياء ومدير برنامج دبليو.إم. مركز كيك للإلكترونيات الجزيئية. وقد تلقى المساعدة من جيف ستيوارت، المتخصص في الكيمياء الحيوية وأحد طلاب الدراسات العليا في شركة بيرج. يسمى جزيء البروتين المعني بكتيرونوروهودوسبين. اللون الأرجواني اللون، موجود في العضويات المكروية الهالوبيوم التي تعيش في مستنقعات ملحية حيث تصل درجات الحرارة إلى ١٤٠ فهرنهايت.

يخضع البروتين لتغير جزيئي عندما يخضع للضوء مما يجعله مثاليا لتمثيل البيانات. كل تغيير جزيئي هو جزء من سلسلة من الحالات المختلفة المعروفة باسم الدورة الضوئية. هناك ثلاث ولايات رئيسية: الولاية الثانية، ولاية أو، وولاية س. حالة O تمثل الثنائي ٠ وحالة

تمثل حالة O الثنائي ٠ وتمثل حالة Q الثنائية ١ بينما تكون حالة BR أو حالة الراحة محايدة. للبقاء على قيد الحياة في الظروف القاسية لمسبخات الملح، يجب أن يكون البروتين مستقرا بشكل لا يصدق، وهو عامل حاسم إذا كان له أن يستخدم لتمثيل البيانات.

أثناء وجوده في حالة BR، يتم وضع البروتين في وعاء شفاف يسمى العربة، قياس ١ × ١ × ٢ بوصة. ثم تمتلئ العلبة بهلام. ويتم تثبيت البروتين في مكانه من خلال تصلب الهلام. يستخدم صفوفان من الليزر أحدهما أحمر والآخر أخضر لقراءة وكتابة البيانات بينما يستخدم الليزر الأزرق للمسح.

سعة القراءة والكتابة والتخزين

سنبدأ في حالة الدورة الضوئية. مجموعة من الجزيئات تستهدف ويصدمها صفيف الليزر الأخضر، المعروف أيضا باسم ليزر الصفحات. هذه الجزيئات الآن في حالة O التي تمثل ثنائي ٠. تسمح ولاية O بخطوتين محتملتين:

・ القراءة - يتم ذلك باستخدام صفيف الليزر الأحمر الذي يتم ضبطه عند شدة منخفضة

・ كتابة ثنائي ١ - يتم باستخدام صفيف الليزر الأحمر الذي يتم ضبطه بقوة عالية والذي ينقل الجزيئات إلى الحالة Q

تسمح الحالة Q بخطوتين محتملتين:

・ القراءة - يتم ذلك باستخدام صفيف الليزر الأحمر الذي يتم ضبطه عند شدة منخفضة

・ المسح - يتم بواسطة الليزر الأزرق الذي ينقل الجزيئات مرة أخرى إلى حالة BR

يتسم نظام التخزين القائم على البكتيريوتورهودوسن بالبطء. على الرغم من أن الجزيئات تغير الحالات في ميكروثانية (مليون ثانية)، إلا أنها بطيئة بالمقارنة مع ذاكرة أشباه الموصلات التي لها وقت وصول يقاس بالنانوف. ولسوء الحظ، فإن الوقت المطلوب للقيام فعلا بقراءة أو كتابة هو أكثر، بمعدل ١٠ مللي ثانية (آلاف الثانية). معدل نقل البيانات على هذا النوع من أجهزة التخزين بطيء جدا أيضا - ١٠ ميجابايت في الثانية (ميجابايت في الثانية). ومن الناحية النظرية، يمكن أن تحتوي العلبة المكونة من ١ × ١ × ٢ بوصة على ١ تيرابايت من البيانات أو ما يقرب من تريليون بايت. وفي الواقع، تمكنت شركة بيرج من تخزين ٨٠٠ ميجابايت وكانت تأمل في تحقيق سعة ١.٣ جيجابايت (مليار بايت). لقد أثبتت التكنولوجيا نفسها لدرجة أن وكالة ناسا تقوم باستكشاف الطرق
تحسين التكنولوجيا أثناء بعثات مكوك الفضاء، التي أدت في الواقع إلى زيادة كثافة التخزين.

خاتمة

لم يكن سعي بيرج لبناء نظام ذاكرة يعتمد على البروتين لكمبيوتر مكتبي ناجحا. وعلى الرغم من فشل رؤية بيرج، إلا أن تطوير شكل ما من أشكال الذاكرة الجزيئية (ربما الذاكرة البروتينية) لأجهزة الكمبيوتر المكتبية يبدو ممكنا. كما واصل العلماء العمل على تطوير أفكار أخرى تتضمن ذاكرة البروتين. ومن بين الأفكار التي طرحت في عام ٢٠٠٦ تطبيق طبقة من البروتينات البنفسجية على سطح أقراص DVD لزيادة سعة التخزين، حتى ٥٠ تيرابايت نظريا (أكثر من ٥٠ تريليون بايت). يتميز قرص Blu-ray ثنائي الطبقة بسعة ٥٠ جيجابايت (أكثر من ٥٠ مليار بايت).