Molekulare Algorithmen

Markus Steinberg & Felix Heinemann

Chemische Digitalcomputermodelle

Aufgabenstellung

 

 

  • Chemisches Modell eines 3-Bit-Subtrahierers

  • Operanden als 3-Bit-Binärzahlen

  • Nichtnegative Subtraktion:

  • Experiment: Parameter

Arbeitsablauf

  • Erstellen der Schalttabelle

  • Ermitteln/Vereinfachen der Schaltfunktionen

  • Erstellen der Schaltungen

  • Erstellen der chemischen Modelle

  • Testen der chemischen Modelle

  • Testen der Reaktionsparameter

Schalttabelle

Vereinfachung

  • Algorithmus: Quine-McCluskey

  • Idee:

    • Eine Funktion je Ausgabebit

    • DNF aus Mintermen der Schalttabelle

    • Verschmelzen von Konjunktionstermen

  • Bedingung:

(x _ 0 \land x_1 \land x_2) \lor (x_0 \land x_1 \land \overline x_2) = (x_0 \land x_1)
(x0x1x2)(x0x1x2)=(x0x1)(x _ 0 \land x_1 \land x_2) \lor (x_0 \land x_1 \land \overline x_2) = (x_0 \land x_1)

Schaltfunktionen

f = z_2 = (x_2\land \overline y_2\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_1)
f=z2=(x2y2y1y0)(x2x0y2y1)f = z_2 = (x_2\land \overline y_2\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_1)
\lor (x_2\land x_1\land \overline y_2\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_1\land \overline y_2\land \overline y_1)
(x2x1y2y0)(x2x1y2y1) \lor (x_2\land x_1\land \overline y_2\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_1\land \overline y_2\land \overline y_1)
\lor (x_2\land x_1\land x_0\land \overline y_2)
(x2x1x0y2) \lor (x_2\land x_1\land x_0\land \overline y_2)

Schaltfunktionen

g = z_1 = (x_1\land \overline y_2\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_1\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_1) \lor
g=z1=(x1y2y1y0)(x1x0y2y1)g = z_1 = (x_1\land \overline y_2\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_1\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_1) \lor
(x_2\land x_1\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_1\land x_0\land \overline y_1) \lor
(x2x1y1y0)(x2x1x0y1) (x_2\land x_1\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_1\land x_0\land \overline y_1) \lor
(x_2\land \overline x_1\land \overline y_2\land y_1 \land \overline y_0) \lor (x_2\land \overline x_1\land x_0\land \overline y_2 \land y_1) \lor
(x2x1y2y1y0)(x2x1x0y2y1)(x_2\land \overline x_1\land \overline y_2\land y_1 \land \overline y_0) \lor (x_2\land \overline x_1\land x_0\land \overline y_2 \land y_1) \lor
(x_2\land \overline x_1\land \overline x_0\land \overline y_2\land \overline y_1 \land y_0) \lor (x_2\land x_1\land \overline x_0\land \overline y_2 \land y_1 \land y_0)
(x2x1x0y2y1y0)(x2x1x0y2y1y0)(x_2\land \overline x_1\land \overline x_0\land \overline y_2\land \overline y_1 \land y_0) \lor (x_2\land x_1\land \overline x_0\land \overline y_2 \land y_1 \land y_0)
h = z_0 = (x_0\land \overline y_2\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_1\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_1) \lor
h=z0=(x0y2y1y0)(x1x0y2y1)h = z_0 = (x_0\land \overline y_2\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor (x_1\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_1) \lor
(x_2\land \overline x_0\land \overline y_2\land y_0) \lor (x_2\land x_0\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor
(x2x0y2y0)(x2x0y1y0) (x_2\land \overline x_0\land \overline y_2\land y_0) \lor (x_2\land x_0\land \overline y_1\land \overline y_0) \lor
(x_2\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_1\land x_0\land \overline y_0) \lor
(x2x0y2y0)(x2x1x0y0)(x_2\land x_0\land \overline y_2\land \overline y_0) \lor (x_2\land x_1\land x_0\land \overline y_0) \lor
(x_2\land x_1\land \overline x_0\land \overline y_1\land y_0) \lor (\overline x_2\land x_1\land \overline x_0\land \overline y_2 \land \overline y_1 \land y_0)
(x2x1x0y1y0)(x2x1x0y2y1y0)(x_2\land x_1\land \overline x_0\land \overline y_1\land y_0) \lor (\overline x_2\land x_1\land \overline x_0\land \overline y_2 \land \overline y_1 \land y_0)

Schaltungen

Funktion f = z2

Chemische Modelle

Benötigte Gatter:

  • 2 Bit AND
  • 4 Bit AND
  • 2 Bit OR
  • 4 Bit OR

Chemische Modelle

Idee: für jedes Gatter ein Modul

 

Lösung: JigCell Model Connector

 

 

Chemische Modelle

Wiederholung aus der Vorlesung

Chemische Modelle

4 Bit AND (COPASI)

Chemische Modelle

Funktion f = z2

Chemische Modelle

Funktion f = z2

Modell -> Simulation

  • JCMC = "Bausteine" zusammensetzen
  • Export als SBML (Systems Biology Markup Language)
  • Import in COPASI
  • Festlegung der Startkonzentrationen
  • Simulation

Simulation

111 - 011 = 100

Simulation

111 - 011 = 100

Simulation

111 - 011 = 100

Simulation

Reaktionskonstante

  • Höhere Konstante = Schnellere Reaktion
  • Schnellere Reaktion = Schneller bei 99% des Zielwerts
  • Experimentell diese Abhängigkeit darstellen

Reaktionskonstante

k = 0.1

Reaktionskonstante

k = 0.5

Reaktionskonstante

k = 1.0

Reaktionskonstante

k = 3.0

Reaktionskonstante

k = 5.0

Reaktionskonstante

Fragen?

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By diangryus

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