Удивительная история информатики и автоматики

По прогнозам ученых, в ближайшие 15–20 лет появятся вычислительные машины совершенно нового типа — молекулярные компьютеры, которые будут в миллиарды раз производительнее, чем нынешние электронные компьютеры. Вместо кремниевых транзисторов в них будут использоваться органические и другие молекулы. Правда, не любые, а имеющие несколько (не менее двух) устойчивых состояний. Изменение их состояния под влиянием различных внешних воздействий (например, химических реакций) в некотором смысле эквивалентно переключению из «о» в «1» и обратно. А это значит, что из таких молекул можно создать устройства, моделирующие работу любой логической схемы. Считается, что впервые идея молекулярного компьютера была реализована в 1994 году американским исследователем Леонардом Аделманом. В своих опытах он показал, как можно успешно решать сложные переборные задачи из области теории графов, и в частности, известную «задачу коммивояжера», в которой требуется найти кратчайший маршрут обхода всех вершин графа. Оказалось, что все варианты решения (каждый из которых закодирован одной из нитей ДНК) могут быть получены в лабораторной пробирке посредством ряда биохимических реакций, после чего остается лишь отделить нить ДНК, соответствующую решению.

С тех пор появилось множество аналогичных работ и были предложены методы решения многих других задач. Мы не будем их описывать и говорить о многочисленных все еще нерешенных проблемах. Отметим лишь, что, пожалуй, одним из наиболее интересных результатов, достигнутых к настоящему времени, является создание ДНК-компьютера, играющего в «крестики-нолики» против человека.

В ноябре 2006 года журнал «Nano Letters» опубликовал статью группы американских ученых, в которой был описан предназначенный для этой цели ДНК-компьютер MAYA-II. Аббревиатура MAYA (Molecular Array of YES and AND gates) переводится как «матрица молекулярных логических элементов ДА и И», а цифра «II» означает, что это вторая версия устройства (первый, гораздо более простой компьютер MAYA I был построен за несколько лет до этого).

ДНК-компьютер MAYA-II

Компьютер состоит из набора микроколбочек, внутри которых находится раствор с цепочками ДНК, подобранными так, чтобы выполнять функции логических элементов, но для игры используются только 9 колбочек, образующих игровое поле 3x3. Всего компьютер содержит 128 логических элементов и, таким образом, представляет собой устройство со средней степенью интеграции.

Игра всегда начинается ходом компьютера в центральную колбочку игрового поля (разумеется, это ограничение значительно упрощает устройство компьютера). Каждому ответному ходу игрока соответствует определенная цепочка ДНК, которую он добавляет во все восемь лунок (это необходимо, чтобы каждая из них обладала всей информацией о ходе игры). В колбочке, соответствующей полю, выбранному игроком для своего хода, происходит цепочка биохимических реакций, и ее содержимое окрашивается в зеленый цвет. Кроме того, это вызывает ответный ход компьютера, проявляющийся в красной флуоресценции раствора в одной из оставшихся колбочек. Игра продолжается до победы компьютера, а на каждый ход затрачивается около получаса.

Литература по истории информатики и вычислительной техники

Академик В. М. Глушков — пионер кибернетики / Сост. В. П. Деркач. — Киев: Юниор, 2003.

Аксель Иванович Берг. 1893–1979 / Ред. — сост. Я. И. Фет; сост.: Е. В. Маркова, Ю. Н. Ерофеев, Ю. В. Грановский; отв. ред. А. С. Алексеев. — М.: Наука, 2007.

Андрей Петрович Ершов / Сост. Н. А. Черемных, И. А. Крайнева. — Новосибирск: ООО «Сибирское научное издательство», 2009. (Материалы к биобиблиографии сибирских ученых.)

Апокин И. А., Майстров Л. Е. История вычислительной техники (от простейших счетных приспособлений до сложных релейных систем). -М.: Наука, 1990.

Апокин И. А., Майстров Л. Е. Развитие вычислительных машин. — М.: Наука, 1974.

Апокин И. А., Майстров Л. Е., Эдлин И. С. Чарльз Бэбидж (1791–1891). — М.: Наука, 1981.

Гладких Б. А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность: учебное пособие. — Томск: Изд-во НТЛ, 2005.

Гутер Р. С., Полунов Ю. Л. От абака до компьютера. 2-е изд., испр. и доп. — М.: Знание.

Гутер Р. С., Полунов Ю. Л. Чарльз Бэббидж. — М.: Знание, 1973.

Данилов Ю. А. Джон фон Нейман. — М.: Знание, 1981.

Дашевский Л. Н., Шкабара Е. А. Как это начиналось: Воспоминания о создании первой отечественной электронно-вычислительной машины МЭСМ. — М.: Знание, 1981. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. Математика, кибернетика; № 1.)

Долгов В. А. Китов Анатолий Иванович — пионер кибернетики, информатики и автоматизированных систем управления: Научно-биографический очерк / Под общ. ред. К. И. Курбакова. — М.: КООИНФ, 2010.

Из истории кибернетики / Ред. — сост. Я. И. Фет. — Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2006.