Сравнение получения, восприятия и обработки информации человеком и компьютером

 

Содержание

Введение

Внутреннее ухо и восприятие звуков

Диапазон восприятия звуков

Зрительная рецепция

Аккомодация

Сравнение шины с нервными волокнами

Шины

Анализ работы средств обработки информации в человеке и технике

Кэш данных и команд

Мозг

Заключение

Литература

Введение

Тенденции развития современного мира заставляют человечество пересматривать отношение к некоторым, казалось бы привычным, вещам. Например, развитие технологий связанных с производством экологически чистой энергии или создание массового производства автомобилей с электрическими двигателями. Эта волна не могла не коснуться и сферы информационных технологий, и вот огромные деньги вкладываются в оптимизацию труда, множество рабочих мест заменены роботизированными системами. И, конечно же, остро встала проблема ограниченных функциональных возможностей автоматических систем; во много раз превосходя человека в скорости реакции, всё же существует огромная зависимость от человеческого труда. Целые группы программистов и техников трудятся над оптимизацией подобного рода систем. Необходимость уменьшить зависимость автоматизированных систем от человеческого вмешательства только растёт, следовательно, возникает вопрос, а что дальше? Ответ оказался довольно прост, наряду с открытием нового, необходимо разведывать ещё не до конца изученный потенциал человека и использовать его. Ведь можно перенять некоторые механизмы, реализованные в человеке и успешно функционирующие на протяжении тысячелетий. Однако не всё так просто: человеческий организм представляет собой целую галактику, которая не исследована даже на половину, особенно это касается мозговой деятельности, области представляющей наибольший интерес в наше время. Поэтому в своей работе я постарался максимально широко сравнить передачу и получение информации живым организмом и компьютером.

Сравнение скорости пропускной способности физической среды передачи со скоростью восприятия различного рода сигналов человеком

ТехникаЧеловекХарактеристикиОптоволокноКоаксиальный кабельВитая параБеспроводная передачаОптическое восприятиеЗвуковое восприятиеУлитка ухаПропускная способность Несколько терабит10 Мбит/cдо 100 Гбит/cДо 100 Гбит/с8.5 Мбит/cСкорость передачиСкорость света68-70%72%74% Скорость светаСкорость звука1,4 - 0,28 10?2м/секСветовая волнаЭлектромагнитная волнаЭлектромагнитная волнаЭлектромагнитная волнаСветовая волнаЗвуковая волнаВибрация

В основе оптоволоконной передачи лежит передача с помощью света по нити из оптически прозрачного материала, передача осуществляется на скорости света, поэтому теоретически возможности оптоволокна практически безграничны.

В основе принципа функционирования коаксиального кабеля и витой пары лежит способ передачи с помощью отрицательно заряженных частиц или электронов, для этого создаётся разница потенциалов на концах кабеля. Но всё же есть довольно существенные различия, а именно, коаксиальные кабели лучше предназначены для передачи высокочастотных сигналов, за счёт чего они и получили широкое распространение в телевидении. Это возможно, благодаря специальной конструкции, что обеспечивается расположением внутреннего и внешнего проводников в кабеле.

По витой паре также передаётся электромагнитная волна, но основное отличие её от коаксиального кабеля заключается в том, что коаксиальный кабель имеет монолитный медный сердечник, а витая пара состоит из медных попарно перекрученных жил. Свивается витая пара с целью уменьшить электромагнитные наводки токопроводящих жил друг на друга.

Воздушная среда представляет собой универсальную среду передачи. То есть существует возможность передавать как низкочастотные, так и высокочастотные сигналы, всё зависит лишь от дальности и мощности передатчика. Также довольно удобно, что лишь передатчик имеет довольно большие габариты, в то время как приёмник довольно компактен.

Вывод: как следует из таблицы, что имеет место существенное различие:

. У человека идёт дифференцировка на уровни дифференцировка сигнала ещё до его обработки 2. В технике, по одному кабелю передаётся разнообразная информация, например: и звуковая, и подвижные изображения. Исходя из всего вышеперечисленного, следует: что вопрос остаётся открытым и для того, чтобы понять, что эффективнее в техническом, экономическом и других направлениях необходимы дальнейшие более глубокие исследования.

Типы принимающих устройств и органов приёма

Виды воздействийУстройства приёма Орган обработкиСветовая волнаПолупроводниковый фотоэлементРецепторный аппарат глазЭлектромагнитный импульсПриёмопередатчикРецепторный аппарат всего организму, где есть разность потенциаловЭлектромагнитная волнаАнтеннаРецепторный аппарат всего организмуЗвуковая волнаМикрофон Рецепторный аппарат уха

В основе приёма и обработки световых сигналов, лежит принцип использования полупроводников на основе кадмия или кремния. Принцип заключается в том, что при воздействии фотонов на поверхность полупроводника, возникает эффект отделения электронов валентного уровня полупроводника, тем самым мы преобразуем свет в электрический ток, соответственно в зависимости от его интенсивности получается различная сила сгенерированного тока, что позволяет нам передавать по одному кабелю большое количество данных.

Что касается использования воздуха как среды передачи, то здесь будет уместен пример передачи и приёма радиоволн. Устройством непосредственной передачи волны является антенна, которая может быть представлена обычным металлическим стержнем. Как известно, благодаря такому явлению, как электромагнитная индукция, электромагнитная волна вызывает индуктивные токи во всех проводниках, которые попадаются ей на пути, но тогда возникает логичный вопрос, как в наше время, когда эфир достаточно загружен, выделить именно ту волну, которая необходима? Ответ довольно таки прост, как вариант, возможно использование колебательного контура, который, благодаря своим конструктивным возможностям, напомню, колебательный контур состоит из индуктивности и конденсатора, тем самым регулируя ёмкость конденсатора, колебательный ток пропустит лишь ток той частоты, которая совпадает с частотой тока колебательного контура. Далее возникает необходимость в усилении принятого сигнала, так как индуктивный ток создаваемый волной в антенне-приёмнике может быть довольно малым, что прямо пропорционально зависит от расстояния приёмника до передатчика. Для этого возможно использовать вакуумные лампы, которые, безусловно, являются не самыми идеальными устройствами или же воспользоваться более современными транзисторами. Тем самым регулируя ток базы или напряжение решётки между анодом и катодом, возможно усилить принятый сигнал до значения необходимого микрофону.

Для передачи электромагнитной волны, на приёмном конце, возможно также установить колебательный контур, что также позволит нам фильтровать токи по частоте, например, для предоставления услуги телевидения по коаксиальному кабелю. А изменяя ёмкость, соответственно, получим возможность переключать каналы.

В случае со звуковой волной, наиболее наглядным и простым примером является микрофон с мембраной и чашечкой, заполненной угольным порошком, в зависимости от силы звуковых колебаний, мембрана сжимает угольный порошок и тем самым изменяется ток, проходящий через порошок.

Внутреннее ухо и восприятие звуков

В человеческом организме за восприятие звуков отвечает улитка уха, которая представляет собой костный спиральный, постепенно расширяющийся канал, образующий у человека 2% витка. Диаметр костного канала у основания улитки 0,04 мм, а на вершине ее - 0,5 мм. Весь костный канал разделён 2 перепонками: вестибулярной и основной мембраной. На вершине улитки обе эти мембраны соединяются и в них имеется отверстие. Вестибулярная мембрана и основная мембрана разделяют костный канал улитки на три узких хода: верхний, средний и нижний. верхний и нижний каналы представляют собой как бы единый канал, начинающийся овальным окном и заканчивающийся круглым окном. Верхний и нижний каналы улитки заполнены перилимфой, напоминающей по составу спинномозговую жидкость. Перилимфа каналов отделена от воздушной полости среднего уха. Между верхним и нижним каналом - между вестибулярной и основной мембраной - находится средний канал. Полость этого канала не сообщается с полостью других каналов улитки и наполнена эндолимфой. Эндолимфа продуцируется специальным сосудистым образованием, которое находится на наружной стенке перепончатого канала. Состав эндолимфы отличается от состава перилимфы примерно в 30 раз большим содержанием ионов калия и в 20 раз меньшим содержанием ионов натрия. Такое отличие состава эндолимфы от перилимфы является причиной того, что первая является заряженной положительно по отношению ко второй. За счёт разница потенциалов, становится возможной передача электромагнитного сигнала. Это пример натуральной батарейки, где два электрода один из которых более положительно заряжен и создаётся возможность для дифференцировки и передачи импульса. Внутри среднего канала улитки на основной мембране расположен звуковоспринимающий аппарат или кортиев орган, содержащий рецепторные волосковые клетки. Эти клетки трансформируют звуковые колебания в процесс нервного возбуждения.

Опыты Г. Бекеши показали, что при действии на улитку звуковых колебаний низкой частота вовлекается в колебательный процесс вся жидкость на всем протяжения верхнего и нижнего каналов улитки. Низкочастотные колебания передаются с верхнего канала на нижний по всей длине основной мембраны и через геликотрему. Это происходит потому, что собственная частота колебания длинного столба жидкости, заполняющей верхний и нижний каналы улитки, относительно невелика и потому он точно воспроизводит низкочастотные колебания (ниже 800-1000 герц). При действии звуковых колебаний высокой частоты в колебательный процесс вовлекается не весь столб жидкости каналов улитки, а только его часть, более близкая к овальному окну, т.е. к началу ходов улитки. Чем выше частота звуковых колебаний, тем короче длина столба жидкости, вовлекаемого в колебательный процесс, и тем ближе к овальному окну участок основной мембраны, через который передаются колебания с верхнего канала на нижний.

Диапазон восприятия звуков

Человек воспринимает звуки с частотой колебаний от 16 до 20 000 в секунду. Этот диапазон соответствует 10-11 октавам. Верхняя граница воспринимаемых звуков зависит от возраста: чем человек старше, тем она ниже; старики часто не слышат высоких тонов, например звука, издаваемого сверчком. У многих животных верхняя граница слуха лежит значительно выше: у собаки, например, удается образовать условные рефлексы на очень высокие, неслышимые человеком звуки.

Зрительная рецепция

Орган зрительной рецепции - глаз - включает в себя рецепторный аппарат, находящийся в сетчатке, и оптическую систему, которая фокусирует световые лучи и обеспечивает четкое изображение предметов на сетчатке в уменьшенном и обратном виде.

Поступающие в глаз световые лучи, прежде чем они попадают на сетчатку, проходят через несколько преломляющих поверхностей - переднюю и заднюю поверхности роговой оболочки, хрусталика и стекловидного тела.

Ход лучей зависит от показателей преломления и радиуса кривизны поверхности роговой оболочки, хрусталика и стекловидного тела. Преломляющую силу оптической системы глаза можно выразить в диоптриях. Одна диоптрия (D) - это преломляющая сила линзы с фокусным расстоянием в 100 см. При увеличении преломляющей силы фокусное расстояние уменьшается. При фокусном расстоянии 50 см преломляющая сила линзы равна 2 D, при фокусном расстоянии 25 см - 4 D и т.д.

Преломляющая сила оптической системы глаза в целом равна около 59D при рассматривании далеких предметов и 70,5 D при рассматривании близких предметов. Преломляющая сила роговой оболочки равна 43,05 D, хрусталика - 19,11 D при рассматривании далеких предметов и 33,06 D при рассматривании близких предметов. Различный коэффициент преломления глазных сред и различная кривизна сферических образований глаза затрудняют определение величины изображения на сетчатке. По этой причине ряд исследователей предлагает пользоваться упрощенной моделью, так называемым редуцированным глазом.

Рис. Построение изображения

В такой упрощенной модели все преломляющие среды имеют один и тот же показатель преломления и единую сферическую поверхность - роговую оболочку; хрусталик в этой модели устранен. Вместо двух узловых точек глаза, лежащих друг от друга на небольшом расстоянии (0,3 мм), при построении модели редуцированного глаза допускают существование всего одной узловой точки, находящейся на расстоянии 1,15 мм сзади от вершины роговой оболочки и на расстоянии 15 мм спереди от сетчатки. Для того чтобы построить на сетчатке изображение, нужно провести линии от концов рассматриваемого предмета к узловой точке и продолжить их до пересечения с сетчаткой. При этом изображение на сетчатке получается действительным, уменьшенным и обратным.

Аккомодация

Для ясного видения предмета необходимо, чтобы лучи от каждой его точки были сфокусированы на сетчатке. (рис.) Если смотреть вдаль, то близкие предметы видны неясно и расплывчато. Это зависит от того, что лучи от ближних точек собираются за сетчаткой, а на сетчатке получаются круги светорассеяния. Видеть одновременно одинаково ясно предметы, разно удаленные от глаза, невозможно. В этом легко убедиться, читая через марлевую сетку книгу, находящуюся достаточно далеко от сетки. В этом случае можно ясно видеть либо шрифт книги, либо марлевую сетку, но нельзя видеть их одновременно одинаково.

Приспособление глаза к ясному видению разноудаленных предметов называется аккомодацией.

Аккомодация осуществляется путем изменения кривизны хрусталика и, следовательно, его преломляющей способности. При рассматривании близких предметов хрусталик делается более выпуклым, благодаря чему расходящиеся лучи сходятся в одной точке (рис.).

Рис. Ход лучей от разноудаленных точек.

От далекой точки А (параллельные лучи) изображение а получается на сетчатке при ненапряженном аккомодационном аппарате; в тех же условиях от близкой точки Б (расходящиеся лучи) изображение в получается за сетчаткой,

В изменении выпуклости хрусталика можно убедиться, если спереди или сбоку от исследуемого глаза поставить два каких-либо светящихся предмета, например две свечи или лампочки; при этом видны отражения, так называемые образы Пуркине - Сансона, от трех поверхностей.

Вывод: при современном этапе развития науки и техники, а также объёме знаний о человеческом организме, парадигма функционирования технических средств приёма сигналов, является достаточной и требует только дальнейшей оптимизации, минимизации, усовершенствования связей. Также технические возможности дают возможности создавать искусственные органы и для человека замещать повреждённые и их элементы.

Сравнение шины с нервными волокнами

Если сравнивать компьютер с человеком как единую систему, то шины данных реализованные в компьютере работают на порядок быстрее, чем нервные волокна человека. В человеческом организме различают два вида волокон: 1) мякотные или миелиновые и 2) безмякотные. Различие их состоит в скорости передачи и принципе передачи. Если первые проводят электрический импульс только через определённый участок, называемый ещё перехватом Ранвье, то вторые же проводят вдоль всего волокна.

Отсюда следует, что миелиновые волокна проводят сигнал быстрее и требуют меньших затрат ресурсов организма, это обусловлено наличием миелиновой оболочки, которая имеет липидную основу являющуюся отличным изолятором, поэтому импульс проводится как бы скачками от одного перехвата другому.

Безмякотные же, в связи с отсутствием миелиновой оболочки проводят вдоль всего волокна, соответственно импульс идёт дольше.

Рис. Распространение возбуждения в мякотном нервном волокне

Стоит отметить, что нервное волокно, которое не подвергается внешним или внутренним воздействием не проводит импульс, но стоит только появится раздражающим факторам, как внешняя сторона мембраны в перехватах Ранвье меняет положительный заряд на отрицательный, тем самым создаётся разница потенциалов и соответственно электрический импульс. Также очень занимателен тот факт, что величина отводимого потенциала действия нервного ствола равна алгебраической сумме потенциалов на всех волокнах этого ствола, что даёт нам прямую ссылку на закон Ома и позволяет сделать вывод, что электротехнические законы также актуальны и для нервной проводимости. К тому же раздражению слабой силы соответствует небольшой потенциал действия, по мере усиления раздражения амплитуда пика возрастает достигая максимального значения, достигнув которого остаётся неизменной, как уже было упомянуто, это объясняется 2м законом Ома, а также тем, что нервное волокно функционирует по принципу всё или ничего, то бишь, если есть раздражение, то есть и импульс. А дальше по мере усиления воздействия, так как пороги раздражения разных волокон отличаются, соответственно захватываются не только поверхностно расположенные волокна, но и более глубинные. В случае, если все волокна задействованы, мы имеем максимальную амплитуду потенциала действия на нервном стволе.

Рис. Ответы седалищного нерва лягушки на электрические стимулы возрастающей силы

Впервые Н.Е. Введенский показал, что нерв в атмосфере воздуха сохраняет способность к проведению возбуждений даже при многочасовом " (около 8 часов) непрерывном раздражении. Это свидетельствует, что нерв в атмосфере воздуха практически не утомляем или мало утомляем. В дальнейшем было показано, что если поместить нерв в атмосферу азота, т.е. создать такие условия, при которых нормальный обмен веществ нерва нарушен, и подвергать его ритмическим раздражениям, то амплитуда потенциалов действия нервных волокон снижается, а их способность проводить возбуждение и воспроизводить высокие ритмы раздражений прогрессивно падает.

Относительная неутомляемостъ нерва отчасти зависит от того, что нерв тратит при своем возбуждении сравнительно мало энергии. Так, по данным А. Хилла, 1 г нерва лягушки выделяет при максимальном раздражении только на 20-100% больше тепла, чем при покое. Такой прирост очень незначителен по сравнению с тем, что имеет место при возбуждении мышцы. Благодаря этому процессы ресинтеза в нерве в состоянии покрывать его относительно малые расходы при возбуждении даже в том случае, если это возбуждение длится много часов.

Энергетические траты при возбуждении нервных волокон связаны главным об-им с работой натрий-калиевого насоса, который активируется поступлением внутрь протоплазмы ионов Na'. В условиях нормального кровоснабжения нерва натрий-калиевый насос обеспечивает устойчивое поддержание ионного состава протоплазмы, так как число ионов Na', поступающих внутрь волокна, и ионов К', покидающих волокно при каждом импульсе, очень мало по сравнению с общим их содержанием в протоплазме в межклеточной жидкости. Расчеты показывают, что если число ионов, пересекающих единицу площади мембраны, в различных волокнах одинаково, то изменение концентрации этих ионов в протоплазме должно быть обратно пропорционально диаметру волокна. Поэтому волокно с диаметром 0,5 мк при каждом импульсе должно терять 1/1000 содержания ионов К' вместо 1/1 000 000, как это наблюдается в гигантских аксонах кальмара.

Чем, по-видимому, и объясняется тот факт, что тонкие нервные волокна утомляются значительно быстрее, чем толстые волокна.

Принято различать нервные волокна по скорости проведения возбуждения, длительности различных фаз потенциала действия и строению на три основных типа A, B и C:

Свойства различных нервных волокон теплокровных

Волокна типа АВолокна типа ВВолокна типа С????Диаметр (мк) 12-228-124-81-41-30,5-1Скорость проведения (м/сек) 70-12040-7015-405-153-140,5-2Длительность потенциала действия (мсек) 0,4-0,50,4-0,60,5-0,70,6-11-22Длительность отрицательного следового потенциала (мсек) 12-20----50-80Длительность положительного следового потенциала (мсек) 40-60---100-300300-1000ФункцияМоторные волокна скелетных мышц, афферентные волокна от мышечных рецепторовАфферентные волокна от рецепторов прикосновенияАфферентные волокна от рецепторов прикосновения и давления, эфферентные волокна к мышечным веретенамАфферентные волокна от некоторых рецепторов тепла, давления, болиПреганглионарные вегетативные волокнаПостганглионарные вегетативные волокна, афферентные волокна от некоторых рецепторов тепла, давления, боли

Шины

Основу любого персонального компьютера составляет материнская плата и процессор. От них зависит производительность всей системы. На материнской плате для каждого устройства - клавиатуры, дисководов и т.д. имеется управляющая электронная схема - адаптер, или контроллер. Некоторые контроллеры могут управлять сразу несколькими устройствами.

Различные компоненты компьютера взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которая называется также системной шиной. Различают несколько видов шин:

Параллельные или последовательные

-Локальные или системные

Системная шина предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а также оперативной памятью. Локальной шиной, как правило, называется шина, непосредственно подключенная к контактам микропроцессора, т.е. шина процессора. Под последовательной шиной понимают канал, в котором за один промежуток времени передаётся один бит, в параллельных же передаются сразу несколько бит по системе из несколькиз параллельных каналов.

Кроме системной шины на современных материнских платах имеется несколько шин и соответствующих им разъемов для подключения устройств:

шина памяти - для обмена информацией между оперативной памятью и центральным процессором;

шина AGP - для подключения видеоадаптера.

шина кэш-памяти - для обмена информацией между кэш-памятью и центральным процессором;

шины ввода-вывода (интерфейсные шины) - служат для подключения различных устройств.

Существует три основных показателя работы шины компьютера: тактовая частота, разрядность, скорость передачи данных или пропускная способность. Работа любого компьютера зависит от тактовой частоты, определяемой кварцевым генератором, который представляет собой оловянный контейнер с помещенным в нем кристаллом кварца. Под воздействием электрического напряжения в кристалле возникают электрические колебания. Частота этих колебаний и называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходит через определенные интервалы времени, называемыми тактами. Таким образом, наименьшей единицей измерения времени для большинства логических устройств компьютера есть период тактовой частоты. На каждую операцию требуется минимум один такт, хотя некоторые современные устройства успевают выполнить множество операций за один такт. Тактовая частота компьютера измеряется в мегагерцах (МГц или ГГц). Существуют так называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого-либо другого устройства. Так организована работа оперативной памяти и процессора компьютера, тактовая частота которого значительно выше тактовой частоты оперативной памяти.

Для передачи электрических сигналов шины используют множество каналов. Если используются 32 канала, то шины считаются 32-разрядными, если 64 канала - то шины 64-разрядные. В действительности шины любой разрядности имеют большее количество каналов. Дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Каждая шина компьютера отличается от простого проводника тем, что имеет три типа линий: линии данных (шина данных), линии адреса (шина адреса), линии управления (шина управления).

По шине данных происходит обмен между центральным процессором, установленными в слоты картами расширения и оперативной памятью компьютера.

Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент персонального компьютера и каждая ячейка оперативной памяти имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство. Для адресации к какому-либо устройству служит шина адреса, по которой передается уникальный адрес устройства. Максимальный объем оперативной памяти зависит от разрядности адресной шины компьютера (числа линий) и равен 2 в степени n, где n - число линий шины адреса. Например, компьютеры с процессором 80486 и выше имеют 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гб памяти.

Для успешной передачи данных по шине недостаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине адреса. Необходим еще ряд служебных сигналов, которые передаются по шине управления компьютера.

Быстродействие каждой шины компьютера характеризуется ее пропускной способностью, максимально возможному объему информации, передаваемому по шине в единицу времени, и измеряется в Мбайт/с или Гбайт/c. Пропускная способность шины определяется произведением разрядности линии данных и тактовой частоты. Чем выше пропускная способность, тем выше производительность всей системы.

В действительности на пропускную способность шины компьютера влияет множество всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, недостатки конструкции и сборки и многое другое. Разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25 %.

Вывод: при сравнении нервных волокон с шинами компьютера, одним из основных критериев сравнения заключается в количестве проводимых сигналов в каждый момент времени, нервные волокна могут передавать лишь один сигнал, в отличии от параллельных шин. Но если миелиновое волокно проводит импульс скачками через перехваты Ранвье, то шины или безмякотные волокна проводят вдоль волокна или проводника. Этот механизм позволяет затрачивать меньше энергии при передаче, поэтому реализация подобных методов в технике, могла бы открыть новые горизонты развития.

Анализ работы средств обработки информации в человеке и технике

Процессор

Шины также являются составляющей частью процессора, который является главной составляющей компьютера. Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.

Кэш данных и команд

Используется для хранения часто используемых данных и команд. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.

Работа процессора

Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти. Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа.

Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров. Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или остановки). Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

нервное волокно шина кэш

Мозг

Проведём параллель между мозгом и центральным процессором компьютера. Это может показаться довольно смелым сравнением, однако, если мы рассмотрим функции выполняемые обоими, мы убедимся в абсолютной уместности подобного шага. Так что все таки представляет из себя нервная система? Функциями нервной системы являются восприятие аффективных (центростремительных) импульсов возникающих при раздражении рецепторов, расположенных по всюду в организме человека, а также анализ и синтез этих раздражений и формирование потоков эфферентных (центробежных) импульсов, вызывающих или прекращающих деятельность периферических органов или поддерживающих их тонус. Центральная нервная система обеспечивает индивидуальное приспособление организма к внешней среде и наиболее совершенное регулирование и объединение деятельности всех систем, органов и тканей.

Основной структурной единицей нервной системы является нейрон. Специфическая форма деятельности нейронов состоит в восприятии раздражений, генерации импульсов и проведении их к другим клеткам.

В каждом нейроне различают сому, или тело, и отростки. Последние разделяют на аксоны и дендриты. Аксон - длинный отросток, функцией которого является проведение возбуждения по направлению от тела клетки к другим клеткам или к периферическим органам. Особенностью аксона является то, что от тела клетки отходит всего один такой отросток. Место отхождения аксона от тела нервной клетки называется аксонным холмиком. На протяжении первых 50 - 100 мк аксон не имеет миелиновой оболочки. Этот безмякотный участок аксона вместе с аксонным холмиком, от которого он берет свое начало, называют начальным сегментом. Его особенностью является высокая возбудимость: порог его раздражения примерно в 3 раза ниже, чем других участков нейрона. Дендриты - это многочисленные ветвящиеся отростки, функция которых состоит в восприятии импульсов, приходящих от других нейронов, и проведении возбуждения к телу нервной клетки. В центральной нервной системе тела нейронов сосредоточены в сером веществе больших - s полушарий головного мозга, подкорковых образований, мозгового ствола, мозжечка и спинного мозга. Покрытые миелином отростки нейронов образуют белое вещество различных отделов головного и спинного мозга. Тело нервной клетки и ее отростков покрыто мембраной, избирательно проницаемой в состоянии покоя для ионов калия, а при возбуждении - для ионов натрия. Мембранный потенциал покоя составляет примерно 70 мв, а потенциал действия - около 110 мв.

То есть, если рассматривать мозг в сравнении с процессором, нейрон выполняет, как функции АЛУ и блока управления, так и функции внутренней шины, благодаря аксону, который является связывающим звеном между соседними нейронами. Если упрощённо объяснить, как работает память, то информация хранится в виде определённых биохимических соединений. Кратковременный электрический импульс вызывает образование биохимических молекул, которые быстро разрушаются - это кратковременная память, приотворяющемся однотипном электрическом импульсе, образуются более сложные биохимические молекулы, в которых связи между атомами более устойчивые - это долговременная память. Если электрический импульс этого типа не повторяется, связи разрушаются и человек забывает, если этот сигнал повторяется, связи в молекуле обновляются и информация сохраняется дальше. Казалось бы схема довольно проста, но воссоздать этот процесс вне организма ещё не удалось никому.

До сих пор остаются загадкой для науки такие феномены как: интуиция или возможность принятия решений в условии недостатка информации, способность к анализу, ассоциативное мышление, в связи с этим в ближайшее время предстоит напряжённая совместная работа физиологов и инженеров над дальнейшим исследованием и последующим внедрением этих механизмов в технике.

ФункцияЧеловекКомпьютерУстройство/орган обработки сигналовЦентральная нервная системаПроцессорУстройство/орган храненияГоловной мозг (в виде химических соединений) Память/кэшПередача/орган сигналовАксоны, нервные волокнашины

Заключение

Ни одно устройство не может сравниться с человеком по потенциалу аналитической обработки информации, существует мнение, что человек может обрабатывает несколько терабайт информации и запомнить около 15 20% информации. Также, на данный момент существуют суперкомпьютеры, которые могут обрабатывать миллионы или даже миллиарды операций в секунду, а также датацентры, в которых хранятся пентабиты информации и происходит обработка большого количества информации в короткие сроки.

Если соединить весь объём информации, который может приниматься через зрение, обоняние, осязание, слух за 1 секунду, получим довольно внушительное число, но следует учесть, что лишь ничтожный процент информации запоминается, а также при обработке мозг не в состоянии проработать все данные, полученные им, одновременно. Конечно, существуют определённые тренинги позволяющие увеличить способности организма по обработке и анализу информации, но до высокопроизводительных процессоров или каскадов процессоров человеку ещё очень далеко. Но в то же время, есть такие процессы у человека, как интуиции или анализ ситуации, даже при очень скудных данных, что в принципе довольно трудоёмкий процесс даже для суперкомпьютеров. Например, человек может сделать предположение о том какая погода будет завтра за несколько секунд, проанализировав данные о погоде в предыдущие дни или воспользоваться какими-то иными, не всегда научными, данными, такими как приметы, в то же время суперкомпьютеру может понадобиться несколько часов, чтобы прийти к решению.

Человеческий организм, является универсальным объектом, который сочетает в себе функции множества устройств. В человеке гармонично сочетаются функции по приёму, передаче и обработке информации. Кроме того на достаточно малой площади сосредоточены огромные функциональные возможности, чтобы попытаться смоделировать подобное необходимо будет задействовать несколько гектар. Человек является универсальным устройством, которое воспринимает даже такие физические явления как, давление, вибрации. Например, давление воспринимается с помощью специальных барорецептеров, вибрации же воспринимает улитка уха.

С другой стороны процесс минимизации позволил создавать объекты небольшого размера, обладающие огромными техническими возможностями.

На данный момент времени, научное развитие человечества позволяет заменять некоторые органы или механизмы человека искусственными, сюда можно отнести вводитель ритма, искусственный хрусталик и искусственную почку, которая не может быть вживлена в человеческий организм, но помогает людям, которые, например, стоят в очереди на пересадку почки. Также можно упомянуть протезирование, в этой области ведётся множество исследований, что позволяет современным протезам облегчать жизнь людям, которые в силу некоторых обстоятельств имеют физические ограничения. И это лишь немногие области, в которых современная наука достигла существенных успехов. Исходя из этих фактов возможно сделать вывод, что в целом, проникновение технических наук в физиологию и медицину достаточно успешно, следовательно стоит ожидать лишь усиления интеграции.

Выводы: В работе я показал, что казалась бы уходят секунды на передачу, приём, восприятие и обработку, но процесс сложный многогранный, задействовано множество механизмов. Моя специальность уже не узкая, а работает в содружестве с другими науками такими как: математика, физика, химия, радиотехника, архитектура компьютеров, программирование, физиология, нейрофизиология, анатомия и даже присутствует философский компонент. И процесс слияния будет продолжаться. Ссылаясь на научные данные использованные мною в этой работе, мы видим, что на каждом этапе любое из существующих технических средств или биологический механизм имеют свои плюсы и минусы, в некоторых случаях преобладает техника, а в некоторых человек. В связи с этим можно предположить, что процесс создания кибермеханизма идёт не только по пути копирования инженерами функций живого организма, но при использовании технической поддержки при решении проблем в медицине связанных с утратой функции какого-либо органа. В будущем стратегические преимущества получит та страна, которая будет финансировать эти отрасли и готовить специалистов этих направлений и высокого уровня.

Литература

1.Сайты:

#"justify">2.Книги:

3.Михаил Гук "Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия", Москва, 1998 год.

.Е.Б. Бабский, А.А. Зубков, Г.И. Косицкий, Б.И. Ходоров "Физиология человека", Москва 1966

.Е. Айсберг "Радио? Это очень просто.", Ленинград 1967

.Е. Айсберг "Транзистор? Это очень просто.", Москва 1964

.А.С. Колдунов Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. Москва 2003

.А.С. Колдунов Радиолюбительская азбука. Том 2. Аналоговые устройства. Москва 2004

.Таненбаум, Остин Архитектура компьютера. Издательство: Питер, 2013 г.

.Георгий Исаев Проектирование информационных систем. Учебное пособие. Издательство: Омега-Л, 2013 г.

.Введение в кибернетику. У. Росс Эшби. Издательство: КомКнига. 2006.

.Физиология человека под редакцией В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько. 2007 г.

.Нормальная физиология К.В. Судаков. Издательство: медицинское информационное агентство.

Содержание Введение Внутреннее ухо и восприятие звуков Диапазон восприятия звуков Зрительная рецепция Аккомодация Сравнение шины с нервным

Больше работ по теме: