شناسایی و تشخیص خطا در محاسبات دی ان ای مبتنی بر مدل ادلمن-لیپتون
الموضوعات : مجله فناوری اطلاعات در طراحی مهندسیفرزانه فاموری 1 , امیر صباغ ملاحسینی 2 , آزاده سادات عمرانی زرندی 3
1 - PHD student of Islamic Azad University, Kerman Branch- Faculty Member of Islamic Azad University, Zahedshahr Branch
2 - گروه مهندسی کامپیوتر - دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان
3 - Department of Computer Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
الکلمات المفتاحية: محاسبات DNA, سیستم اعداد مانده‌ای افزونه (RRNS), تشخیص خطا, تصحیح خطا,
ملخص المقالة :
محاسبات DNA حوزه ای از محاسبات طبیعی است و بر اساس این ایده است که فرآیندهای زیست شناسی مولکولی می تواند برای اعملیات حسابی و منطقی روی اطلاعات رمزگذاری شده به عنوان رشته های DNA استفاده شود. DNA معمولاً در لوله‌های آزمایشی که مستعد خطا هستند محاسبه می‌شود. سیستم عددی منطبق شده برای سادگی و قابلیت اطمینان فرایندهای محاسباتی DNA حائز اهمیت است. سیستم اعداد مانده‌ای انتخاب خوبی برای قابل‌اعتماد کردن و کارآمدتر کردن عملیات محاسباتی DNA است. قابلیت‌های سیستم تشخیص و تصحیح خطای RNS را می‌توان برای محاسبات DNA مستعد خطا به کار برد. در این مقاله، یک سیستم محاسباتی DNA را بر اساس سیستم اعداد مانده ای افزونه (RRNS) پیشنهاد شده است. این سیستم می تواند دو خطا را تشخیص و یک خطا را نیز تصحیح کند. مدل ادلمن-لیپتون برای انجام عملیات DNA با قابلیت تشخیص و تصحیح خطا استفاده شده است. مزیت این سیستم محاسباتی پیشنهادی توانایی تشخیص و تصحیح خطاها است. با این حال، عملیات محاسباتی پیشنهادی روی اعداد بزرگتر ارائه شده توسط DNA کار می کند، که RNS این اعداد را به اعداد کوچکتر تقسیم می کند. اجرای عملیات حسابی بر روی این اعداد کوچک، احتمال خطا در عملیات DNA را کاهش می دهد.
[1] H. M. H. Babu. "Multiple-Valued Computing in Quantum Molecular Biology: Arithmetic and Combinational Circuits". CRC Press, 2023.
[2] S. Minocha, S. Namasudra. "Research challenges and future work directions in DNA computing." Advances in Computers 129 (2023): 363-387.
[3] C. Zhang, G. Lulu, Z. Yuchen, S. Ziyuan,Z. Zhiwei, Zaichen, Y. Xiaohu You. "DNA computing for combinational logic." Science China Information Sciences 62 (2019): 1-16.
[4] F. Hochella, M., "There’s plenty of room at the bottom: Nanoscience in geochemistry," Elsevier, 2001.
[5] L. M. Adleman. "Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science", 266(5187), 1021-1024, 1994
. [6] L. Sousa. "Nonconventional computer arithmetic circuits, systems and applications." IEEE Circuits and Systems Magazine 21, no. 1 (2021): 6-40
. [7] CH. Chang, A. Sabbagh Molahosseini, A. Emrani Zarandi, TF. Tay, "Residue Number Systems: A New Paradigm to Data path Optimization for Low-Power and High-Performance Digital Signal Processing Applications," IEEE Circuits and systems magazine, vol. 15, no. 4, pp. 26-44, 2015
. [8] B. Yurke, A. J. Turberfield, A.P. Mills Jr, F. C. Simmel, J. L. Neumann, "A DNA-fuelled molecular machine made of DNA," Nature, vol. 406, no. 6796, pp. 605-608, 2000
. [9] X. Zheng, B.Wang, C. Zhou, X. Wei, Q. Zhang, "Parallel DNA Arithmetic Operation With One Error Detection Based on 3-Moduli Set," IEEE transactions, vol. 15, no. 5, pp. 499-507, 14 June 2016
[10] X. Zheng, J. Xu, W. Li, "Parallel DNA arithmetic operation based on the n-moduli set," Applied Mathematics and Computation, vol. 212, no. 1, Jun 2009, pp. 177-184
. [11] F. Famoori, A. Sabbagh Molahosseini. A, and A. Alsadat Emrani Zarandi. "DNA Arithmetic With Error Correction." IEEE Transactions on NanoBioscience 22.2 (2022): 329-336
. [12] M. Sarkar, P Ghosal, SP Mohanty, "Exploring the Feasibility of a DNA Computer: Design of an ALU using Sticker Based DNA Model," IEEE Transactions on Nanobioscience, vol. 16, no. 20, pp. 383-399, 2017
. [13] A. Fujiwara, KI. Matsumoto, W. Chen, "Procedures for logic and arithmetic operations with DNA molecules," International Journal of Foundations of Computer Science, vol. 15, no. 3, 2004
. [14] A. Molahosseini, L. Sousa, C. Chang (Eds), “Embedded Systems Design with Special Arithmetic and Number Systems”, Springer, 2017
. [15] L Sousa, S Antao, P Martins, “Combining Residue Arithmetic to Design Efficient Cryptographic Circuits and Systems”, IEEE Circuits and Systems Magazine, 16 (4), pp. 6-32, 2016
. [16] F. J. Taylor, "Residue Arithmetic A Tutorial with Examples," IEEE Computer, vol. 17, no. 5, pp. 50–62, 1984
. [17] EB Olsen, "Introduction of the Residue Number Arithmetic Logic Unit with Brief Computational Complexity Analysis (Rez-9soft processor)," Whitepaper, Digital System Research 2015
. [18] Ds. Anderson, "Design and Implementation of an Instruction Set Architecture and an Instruction Execution Unit for the REZ9 Coprocessor System," M.S. Thesis, U of Nevada LV, 2014
. [19] K. Navi, A. Sabbagh Molahosseini. M. Esmaeildoust, "How to Teach Residue Number System to Computer Scientists and Engineers," IEEE Transactions on Education, vol. 54, no. 1, pp. 156-163, 2011
. [20] T. F. Tay and C. H. Chang, "A non-iterative Multiple Residue Digit Error Detection and Correction Algorithm in RRNS,” IEEE Transactions on Computers, vol. 65, no. 2, pp. 396-408, February 2016
[21] F. Guarnieri, M. F. Liss, C. Bancroft, "Making DNA add," Science, vol. 273, no. 5272, pp. 220-223, 1996
. [22] A. Fujiwara, S. Kamio," Procedures for Multiple Input Functions with DNA strands," Journal of Foundations of Computer Science 2005
. [23] W. Wang, M. N. S. Swamy, and M. Omair Ahmad. "Moduli selection in RNS for efficient VLSI implementation." 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). Vol. 4. IEEE, 2003
. [24] A. Sabbagh Molahosseini, K.Navi, C. Dadkhah, O. Kavehei, S. Trimarchi, "Efficient Reverse Converter Designs for the New 4-Moduli Sets {2n–1, 2n, 2n+1, 22n+1–1} and {2n–1, 2n+1, 22n, 22n+1} Based on New CRTs," IEEE Transactions on Circuits and Systems-I, vol. 57, no. 4, pp. 823-835, 2010
. [25] B. Deng, S. Srikanth, E. R. Hein, T. M. Conte, E. Debenedictis, Je. Cook, M.P. Frank, "Extending Moore’s Law via Computationally Error Tolerant Computing," ACM Transactions on Architecture and Code Optimization (TACO), vol. 15, no. 1, 2018
. [26]
https://www.xlnsresearch.com/sticker1.htm
