12、DNA计算中的现场可编程门阵列（FPGA）技术解析

DNA计算中的现场可编程门阵列（FPGA）技术解析

1. 引言

DNA计算，也被称为生物计算，利用生物化学和生物学方法来处理信息。目前，这种计算技术在解决各类组合搜索问题上颇受欢迎。与传统的基于硅的技术相比，DNA计算在逻辑电路方面具有诸多优势：
- 低功耗 ：相较于基于硅的计算机，DNA计算的功耗更低。
- 可重复使用 ：基于DNA的逻辑门具有可重复使用的特性。
- 高数据密度 ：DNA分子能够提供极高的数据密度，可存储大量信息。
- 独特的纠错机制 ：由于存在互补碱基对，其纠错机制非常独特。
- 并行处理能力 ：与传统计算机不同，DNA计算支持并行处理。
- 易于保存 ：通过调节温度，基于DNA的逻辑门可以长时间有效保存。

目前，已经有许多基于DNA计算的研究成果。例如，Fujiwara等人提出了一种使用遗传分子进行推理和数值运算的模型；Xu等人提出了一种使用脱氧核酶逻辑门执行逻辑运算的半加法器逻辑；Khoshkhahesh等人提出了使用DNA逻辑门的全加法器和减法器等。

为了可靠地在DNA序列中存储和检索信息，本文引入了一种利用DNA计算的FPGA块。

2. 背景

2.1 DNA计算

在DNA计算中，信息使用DNA序列（A、T、C和G）进行编码和存储，而不是传统的二进制数字（1和0）。这些DNA序列遵循反平行模式，即一个序列