Индивидуальный проект по информатике на тему: "компьютер и здоровье". Реферат на тему "Компьютер внутри человека", сопровождаемый презентацией Научный исследовательский проект компьютер внутри нас

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации: Компьютер внутри насВыполнил Устюжанин Иван ВикторовичСпециальность 15.02.07«Автоматизация технологических процессов и производств» (по отраслям)Группа: 16 ТЭМ2-9 Цель работы: выяснить: что общего между компьютером и человеком? Выдвижение гипотезы: возможно, человек "списывал" компьютер с себя. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:Узнать, является ли мозг компьютером?Узнать, чем похожи человек и компьютер?Узнать, может люди созданы как компьютеры? Между компьютерами и нами есть много общего и это необходимо знать, т.к. нам в жизни приходится часто сталкиваться с компьютерами Наш внутренний компьютер (головной мозг) обрабатывает поступившие данные: анализирует, систематизирует, запоминает, сравнивает с ранее полученными сообщениями и уже имеющимся опытом. Мозг спинной – служит связующим звеном с вышестоящими отделами биологического компьютера. Исследование показало, что после ночного сна мозг человека «загружается», как операционная система при включении компьютера.Такая загрузка активирует отделы мозга, ответственные за выполнение сложных операций, а сигнал на ее начало подается в химическом виде. Утром в мозг поступает разная информация – от солнечного света до звуков будильника. Эта информация должна быть систематизирована и проанализирована мозгом. Только после первичного анализа мозг способен выполнять более сложные задачи.Отделы мозга, отвечающие за мышление, предоставляют нечто подобное набору шаблонов, при помощи которых обрабатывается поступающая информация. Блок питания преобразует электричество в удобную для восприятия системы форму. У человека это кислород и другие химические элементы, полученные путем газообмена в легких и процессами пищеварения в пищеварительной системе. Оперативная память хранит в себе текущую информацию, работает, пока на нее подается напряжение, имеет крайне ограниченный объем, относительно физической памяти. Человек решает текущие мелкие задачи, о которых мгновенно забывает, в памяти это хранится очень короткий промежуток времени, это временная (быстрая) память. Физическая память на компьютере в виде жесткого диска или флеш памяти имеет немалый объем. У человека существует такая же физическая память, только информация хранится в виде результата химической реакции и все же больше напоминает флеш память. Ведь если заряд на флешке полностью иссякнет, информация на ней будет утеряна, так же и у нас, если мы периодически не вспоминаем ее, она попросту стирается. Из данного проекта, мы узнали,что компьютер не умнее человека. Но какую-то часть своего ума и знаний человек сумел передать компьютеру, компьютер стал его верным помощником в самых разных делах и занятиях. Компьютер помогает врачу ставить диагноз и назначать лечение. Помогает художнику создавать картины и мультипликационные фильмы. Инженеры с помощью компьютера ведут сложные расчёты, составляют чертежи новых машин, космических кораблей. Спасибо за внимание

Муниципальное образовательное учреждение

сош №3

Межпредметный проект

на тему:

Компьютер внутри нас.

Реальность или преувеличение?

Директор школы: Чиженькова Светлана Анатольевна.

Почтовый адрес школы: Саратовская область, г. Красный Кут, ул. Московская, д.50, МОУ сош №3.

Телефон школы: 88456052686

Руководитель работы: Литвинова Наталья Викторовна.

г. Красный Кут

1. Цель проекта 3

2. Задачи проекта 3

3. Гипотеза 3

4. Введение 4

5. Информационные процессы в природе, обществе, технике.

Информационная деятельность человека 4-7

6. Что такое компьютер? 7-8

7. Человек 8

1. 
   Органы чувств и их значение 8-9
2. 
   Закономерности работы головного мозга 9
3. 
   Высшая нервная деятельность человека 9
4. 
   Безусловные и условные рефлексы 9-11
5. 
   Познавательные процессы 11-12
6. 
   Наследственность 12

8. Мои выводы из изученного материала 12-14

9. Тандем человека и компьютера: что будет дальше? 15-18

10. Выводы 19

10. Литература 20

Компьютер внутри нас.

Цель проекта: выяснить: может ли компьютер заменить человека в ближайшем будущем.

Гипотеза: информационные процессы в компьютере и в организме человека протекают одинаково.

^ Задачи проекта:

1. 
   Используя учебную и научно-популярную литературу, журналы, ресурсы интернета изучить вопросы:

по информатике

Понятие о процессе;

Информационные процессы в обществе;

Информационные процессы в живой природе;

Информационные процессы в технике;

Информационные технологии;

ПК – основное устройство ИТ.

по биологии

Органы чувств и их значение;

Закономерности работы головного мозга;

Высшая нервная деятельность человека;

Познавательные процессы;

Наследственность.

2. Получить представление об информационных процессах и особенностях их протекания в природе, компьютере, организме человека.

3. Проанализировать и сравнить протекание информационных процессов в организме человека и в окружающей его действительности.

4. Сделать выводы.

Введение

Жизнь прекрасна! Жизнь в ее многообразии – это радость и наслаждение. И никто в настоящее время не сможет убедить человечество в обратном. Научившись по своему усмотрению и потребностям управлять своими мыслями, эмоциями, желаниями и действиями в любых жизненных ситуациях, включая стрессовые и экстремальные человек приобрел бесценное чувство внутренней свободы, избавился от зависимостей, страхов, предрассудков. Он ощутил каждой клеточкой организма полноту и красоту своей собственной жизни.

Что делает человека человеком? Чего не достает машинам: чувств, абстракции, интуиции? Может ли компьютер когда-нибудь заменить человека?

В этом проекте мы попытаемся найти ответ на этот вопрос.

^ Информационные процессы в природе, обществе, технике.

Информационная деятельность человека.

К концу XX в. стала складываться, сначала в рамках кибернетики, а затем информатики, информационная картина мира. Информационная картина мира рассматривает окружающий мир под особым, информационным, углом зрения, при этом она не противопоставляется вещественно-энергетической картине мира, но дополняет ее. Строение и функционирование сложных систем различной природы (биологических, социальных, технических) оказалось невозможным объяснить, не рассматривая общих закономерностей информационных процессов.

Но что такое процесс вообще?

Если заглянуть в социологический словарь, то там можно найти следующее определение:

Процесс (лат. processus - прохождение, продвижение) - это последовательная смена состояний, тесная связь закономерно следующих друг за другом стадий развития, представляющих непрерывное единое движение, например, процесс работы и т.д.

В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал любой страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства - автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем - ученые и т. д.

Однако число людей, которые могли воспользоваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.

Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, созданному И. Гутенбергом в 1440 году, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов - библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах - обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы - каждые пять лет.

Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей « увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы - энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику - создавать новые картины, а композитору - музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере. Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.

^ Что такое компьютер?

Компьютер, или электронно-вычислительная машина, - это одно из самых умных изобретений человека. Сейчас нет ни одной отрасли знания, где бы не использовались компьютеры.

Сердце компьютера - особая электронная схема, которая называется процессором. Именно она производит обработку всей информации, которая поступает в компьютер.

Руководит работой процессора программа. Она написана на специальном языке, который понимает машина, и выполняет ту же функцию, что ноты для музыканта.

Если бы не было программ, то даже самый совершенный компьютер не смог бы решить простейшей арифметической задачи.

В настоящее время создано огромное количество различных программ, благодаря которым компьютеры умеют создавать книги, переводить с одного языка на другой, выполнять сложнейшие математические расчеты и даже рисовать мультфильмы.

Таким образом – это машина, созданная человеком, работающая под руководством человека и на человека.

Человек

Человек - общественное существо, представляющее собой высшую ступень развития жизни на Земле, способное производить орудия труда и с их помощью воздействовать на окружающий мир, обладающее сложно организованным мозгом, сознанием и членораздельной речью.

Тело человека, как и всех животных, состоит из отдельных маленьких клеточек. Они образуют различные ткани (мышечную, нервную, костную и др.), выполняющие каждая свою функцию. Из тканей составляются органы и системы - пищеварения, кровообращения, дыхания и т. д.

Человеческий организм - единое целое, и работа всех его органов тесно связана. Связь между тканями, органами и всего организма с внешней средой осуществляется нервной системой.

^ Органы чувств и их значение

Все живые организмы, в том числе и человек, нуждаются в информации об окружающей среде. Организм человека связан с внешним миром с помощью органов чувств. С помощью анализаторов человек познает окружающий мир. Органы чувств: слух, зрение, вкус, обоняние, осязание, орган равновесия, костно-мышечное чувство. Так же в мозг поступают сигналы о химическом составе внутренней среды организма, о давлении крови, о степени наполнения мочевого пузыря и т. д.

Каково же значение органов чувств? Шесть органов чувств дают человеку многообразную информацию об окружающем мире, которая отражается в его сознании в виде ощущений, восприятий и представлений памяти . Органы чувств играют большую роль в приспособлении человека к условиям существования.

Еще Фридрих Энгельс называл органы чувств «орудиями мозга». Да потому что от органов чувств организм получает информацию о состоянии и изменении внешней и внутренней среды, перерабатывает эту информацию, составляет на её основе программу деятельности организма. Уже здесь мы видим, что в организме человека так же как и в компьютере есть программа для действий.

^ Закономерности работы головного мозга

Основными принципами деятельности головного мозга человека являются формирование ассоциативных связей при выработке условных рефлексов, закономерности закрепления и угасания условнорефлекторной деятельности, явление торможения нервных процессов, открытие законов иррадиации (распространения) и концентрации (т.е. сужение сферы деятельности) возбуждения и торможения.

^ Высшая нервная деятельность человека

Высшая нервная деятельность (ВНД) - это деятельность коры больших полушарий головного мозга и ближайших к ней подкорковых образований, обеспечивающая наиболее совершенное приспособление (поведение) высокоорганизованных животных и человека к окружающей среде. В работе русского физиолога И. М. Сеченова «Рефлексы головного мозга» (1863) впервые была высказана мысль о связи сознания и мышления человека с рефлекторной деятельностью головного мозга. Эта идея была экспериментально подтверждена и развита академиком И. П. Павловым, который по праву является создателем учения о высшей нервной деятельности. Ее основой являются условные рефлексы.

^ Безусловные и условные рефлексы.

Все рефлекторные реакции организма на различные раздражители И. П. Павлов подразделил на две группы: безусловные и условные.

Безусловные рефлексы -это врожденные рефлексы, передаваемые по наследству от родителей. Они являются видовыми, относительно постоянными и осуществляются низшими отделами ЦНС - спинным мозгом, стволом н подкорковыми ядрами головного мозга. Безусловные рефлексы (например, сосательный, глотательный, зрачковый рефлексы, кашель, чихание и др.) сохраняются у животных, лишенных больших полушарий. Они образуются в ответ на действие определенных раздражителей. Так, рефлекс слюноотделения возникает при раздражении пищей вкусовых сосочков языка. Возникшее возбуждение в виде нервного импульса проводится по чувствительным нервам в продолговатый мозг, где находится центр слюноотделения, откуда оно по двигательным нервам передается слюнным железам, вызывая слюноотделение. На основе безусловных рефлексов осуществляются регуляция и согласованная деятельность разных органов и их систем, поддерживается само существование организма.

В изменчивых условиях окружающей среды сохранение жизнедеятельности организма и приспособительное поведение осуществляется благодаря образованию условных рефлексов с обязательным участием коры больших полушарий головного мозга. Они не являются врожденными, а образуются в течение жизни на базе безусловных рефлексов под воздействием определенных факторов внешней среды. Условные рефлексы строго индивидуальны, т. е. у одних особей вида тот или иной рефлекс может присутствовать, у других - отсутствовать.

Образование и биологическое значение условных рефлексов.

Условные рефлексы образуются в результате сочетания безусловного рефлекса с действием условного раздражителя. Для этого необходимо соблюдение двух условий: 1) действие условного раздражителя должно обязательно несколько предшествовать действию безусловного раздражителя (для образования у собаки условного слюноотделительного рефлекса на звонок нужно, чтобы он начал звонить за 5-30 с до подачи корма и некоторое время сопровождал процесс еды); 2) условный раздражитель должен неоднократно подкрепляться действием безусловного раздражителя. Так, после нескольких сочетаний звонка с приемом пищи у собаки будет наблюдаться слюноотделение при одном звуке звонка без пищевого подкрепления.

Механизм образования условного рефлекса состоит в установлении временной связи (замыкания) между двумя очагами возбуждения в мэре головного мозга. Для рассмотренного примера такими очагами являются центры слюноотделения и слуха. Дуга условного рефлекса в отличие от таковой безусловного значительно усложнена и включает рецепторы, воспринимающие условное раздражение, чувствительный нерв, проводящий возбуждение в головной мозг, участок коры, связанный с центром безусловного рефлекса, двигательный нерв и рабочий орган.

Биологическое значение условных рефлексов в жизни человека и животных огромно, так как они обеспечивают их приспособительное поведение - позволяют точно ориентироваться в пространстве и времени, находить пищу (по виду, запаху), избегать опасности, устранять вредные для организма воздействия. С возрастом число условных рефлексов возрастает, приобретается опыт поведения, благодаря которому взрослый организм оказывается лучше приспособленным к окружающей среде, чем детский. Выработка условных рефлексов лежит в основе дрессировки животных, когда тот или иной условный рефлекс образуется в результате сочетания с безусловным (дача лакомства и др.).

^ Познавательные процессы.

Уильям Джеймс, американский психолог и философ, писал: «Наша наука – это капля, наше неведение - море».

Эти слова можно отнести и к познанию мира, и к познанию человека. Но и в том, и в другом познании участвуют познавательные процессы. Познавая мир, человек познает и себя. К познавательным процессам человека относятся:

1. 
   Ощущение – отражение свойств реальности, возникающее в результате воздействия их на органы чувств и возбуждения нервных центров головного мозга.

Восприятие – сложный процесс приема и преобразования информации, обеспечивающий отражение объективной реальности и ориентировку в окружающем мире.

1. 
   Мышление:

• 
  это высший познавательный процесс.
• 
  это движение идей, раскрывающее суть вещей. Его итогом является не образ, а некоторая мысль, идея, (понятие - обобщенное отражение класса предметов в их наиболее общих и существенных особенностях)
• 
  это особого рода теоретическая и практическая деятельность, предполагающая систему включенных в нее действий и операций ориентировочно - исследовательского, преобразовательного и познавательного характера.

Мышление - высшая ступень человеческого познания.

1. 
   Внимание – это способность человека сконцентрировать свои «познавательные процессы» да одном объекте с целью его изучения (познания).
2. 
   Память - это способность к воспроизведению прошлого опыта, одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.
3. 
   Воображение – это особая форма человеческой психики, стоящая отдельно от остальных психических процессов и вместе с тем занимающая промежуточное положение между восприятием, мышлением и памятью
4. 
   Речь – это совокупность произносимых или воспринимаемых звуков, имеющих тот же смысл, и то же значение, что и соответствующая им система письменных знаков.

Через познавательные процессы человек приобретает не только знания, но и умение жить, работать, строить свою личную жизнь, участвовать в общественной жизни.

Познавательные процессы являются основой познания человеком мира.

Наследственность

Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

Вывод

Человек - один из видов животного царства с высокоразвитым мозгом, сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, формирующими сознание и делающими малозаметными биологические первоосновы организма.

Человек - субъект общественно-исторического процесса, развития материальной и духовной культуры на Земле, биосоциальное существо, генетически связанное с другими формами жизни, но выделившееся из них благодаря способности производить орудия труда, обладающее членораздельной речью и сознанием, творческой активностью и нравственным самосознанием.

^ Мои выводы из изученного материала

Итак, что же получается?

Определение

(человек и компьютер)

^ Получение информации

Человек

Компьютер

Каждый день человек узнаёт что-то новое, получает информацию. Информация – это знания, получаемые человеком из окружающего его мира. Причём первичную информацию об окружающем мире (о температуре, цвете, запахе, вкусовых качествах, физических свойствах предметов) люди получают через органы зрения, слуха, вкуса, осязания, обоняния, через вестибулярный аппарат и нервную систему. Полученную информацию человек может представить в виде записей, изображений, звуков и т.д. Это гигантский объём информации с которым человеку с каждым годом справляться становится всё труднее и труднее.

Компьютер – это обычное явление сейчас, которое облегчает труд человека, усиливает его интеллектуальные способности, помогает справляться с гигантским объёмом информации. Он хранит, обрабатывает и передаёт информацию. Всё это делается с помощью человека и под руководством человека. Получить информацию самостоятельно он не может.

^ Хранение информации

Память делят на внутреннюю (оперативную) и внешнюю. Это можно отнести как к человеку, так и к компьютеру.

Человек

Компьютер

Каждый человек хранит определённую информацию в собственной памяти – «в уме». Память человека можно назвать оперативной, потому что содержащаяся в ней иформация воспроизводится достаточно быстро. Но так уж устроен человек, что он не может долго хранить большие объёмы информации в собственной памяти: если не закреплять знания постоянными упражнениями, информация очень быстро забывается. Чтобы этого избежать человек использует записные книжки, справочники, энциклопедии и другие внешние хранилища информации – внешнюю память. Эту память назувают долговременной.

В компьютерах так же различают два вида памяти: оперативную и внешнюю. Однако в отличии от человека, информация в оперативной памяти компьютера хранится до тех пор пока работает компьютер, т.е компьютеру нес свойственно забывать. Внешние носители необходимы для того, чтобы переносить информацию. Хотя в настоящее время с развитием сети интернета в этом необходимость отпадает. Это существенный плюс для компьютеров.

^ Передача информации

Любой процесс передачи информации можно представить с помощью схемы:

Источник информации →информационный канал →приёмник информации. В передачи информации всегда участвуют две стороны: тот, кто передаёт информацию (источник информации) и тот, кто её получает (приёмник информации).

^ Обработка информации

Компьютер и человек выполняют одни и те же действия с информацией. Но есть существенная разница. Человек это делает сам добровольно или принудительно, а компьютер только с помощью программ, сделанных человеком.

Таким образом, информационные процессы в организме человека и в окружающей его действительности, а так же в компьютере протекают абсолютно одинаково. А каково мнение учёных? А что происходит в науке? Сможет ли тогда компьютер заменить человека, его память, интеллект, душу?

^ Тандем человека и компьютера: что будет дальше?

Все учёны однозначно отвечают, что нет, компьютер не может пока заменить человека. Они рассматривают только тандем (совместная с кем-либо деятельность) человека и компьютера.

За свое, относительно не долгое существование компьютер уже успел занять место во многих областях жизнедеятельности человека, он уже не заменим на работе, помогает детям в учёбе, и конечно же является одним из самых любимых развлечений для них. С появлением интернет он ещё и стал лучшим способом поиска информации, делового общения, отдыха и т.д. в общем, некоторым людям уже трудно представить жизнь без компьютера.

Компьютерные инновации и человеческий мозг – пожалуй, самый эффективный тандем для создания когнитивной революции. Чтение мыслей на расстоянии, управление техникой разумом, протезы, действующие по импульсу – когда-то подобные изобретения считались выдумкой фантастов. Но сейчас это уже не абстрактные представления, а конкретная наука, которая постепенно входит в повседневную жизнь. Что ждет нас в ближайшем будущем?

Когнитивный – дословно с латыни обозначает «познавательный». На практике когнитивная наука изучает восприятие мира человеком, его мысли, память и т.д. А значит, появляются устройства, учитывающие наше состояние и даже следящие за работой нашего мозга.

Искусственные органы чувств

Технологии способны заменить глаза, уши, носы и прочие органы. В лабораториях мира идет разработка зрительных протезов, которые сделают зрячими даже абсолютно слепых людей. При этом не нужно задействовать глаз и зрительный нерв - сигнал с миниатюрной камеры идет напрямую в кору головного мозга, куда вживляется специальный чип. На теоретическом уровне вся технология уже понятна и опробована на крысах и кошках. Сейчас речь идет уже о технических деталях.

Уже через несколько лет начнется массовое излечение слепых и глухих. А через несколько десятилетий вживленная электроника сможет стать чувствительнее, чем живые органы. А видеть можно будет не только впереди себя, но и сзади, сбоку и сверху.

Когнитивные ассистенты

На смену секретаршам уже идет электроника. Всевозможные системы начинают помогать человеку следить за своей деятельностью. Небольшая компания «Нейроком» выпускает датчики бодрствования машиниста. Состояние, предшествующее засыпанию, можно определить по ритмам мозга, движениям глаз, особенностям речи или электропроводимости кожи. Человек еще не успел погрузиться в сон, а прибор уже пищит и мигает. Приборы уже стоят в кабинах нескольких тысяч российских локомотивов. Скоро должно начаться серийное производство подобных устройств для водителей автомобилей.

Подобное изобретение может войти в массовый оборот в ближайшие годы. Такая система будет помогать во всем - бодрствовать, вести машину, учить иностранные языки, справляться с приступами гнева.

Мозго-машинные интерфейсы

Системы, позволяющие напрямую передавать сигналы от мозга к компьютеру, сегодня разрабатываются и на биофаке МГУ, и в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, и в ростовском НИИ нейрокибернетики. Разрабатываются системы и методы управления биообъектами (биороботами), в качестве которых выступают черепахи, кролики, дельфины. Несколько лет назад черепахе вживили электроды, установили ей на панцирь процессор, в итоге движениями животного можно было управлять с помощью джойстика.

Через два-три года в компьютерном супермаркете можно будут купить устройство, позволяющее играть в стрелялку-бродилку с помощью силы мысли. А рано или поздно станет доступно мысленное управление любыми устройствами, и такая мелочь, как компьютеры и мобильные телефоны, перекочуют из наших карманов прямиком в мозг, подсоединенный к Великой сети.

Интеллектуальные роботы

Ученые и инженеры стараются сделать механические устройства все более и более похожими на человека не только внешне, но и интеллектуально. Создание роботов, которые бы умели шутить, сопереживать человеку, “понимать” и поддерживать его, - это исключительно привлекательная идея для современной цивилизации: именно такими роботы показаны в фантастических романах и кинофильмах. За основу берется эмоциональное поведение живых людей - их речь, интонации, мимика, поведение. Получившаяся модель алгоритмизируется и превращается в программный код. В результате на экране компьютера уже общаются рисованные человечки, способные и пошутить, и разозлиться.

По прогнозу компании TechCast, к 2022 году интеллектуальные роботы, чувствующие среду окружения, принимающие решения, обучаемые, будут использоваться в 30% домашних хозяйств и организаций.

Аналитики будут не нужны

Миром правит уже не тот, кто владеет информацией, а тот, кто умеет ее фильтровать и обрабатывать. Компьютерные системы не только умеют раскладывать документы по полочкам, но и пытаются понять их содержание. Ученые создали новую форму описания документа, основными элементами которой являются так называемые смысловые единицы. Фактически этот подход является не чем иным, как попыткой реализации механизма абстрактного мышления в системах искусственного интеллекта.

Лет через десять аналитикам, журналистам, переводчикам и многим другим профессионалам придется конкурировать с машинами. Системы будут сами сопоставлять тексты и цифры, после чего делать выводы. И велик риск, что человек эту борьбу проиграет. Уже сейчас компьютер способен переваривать тысячи страниц в секунду, а когда он научится еще и анализировать эту информацию, людям придется туго.

Умные гаджеты

Удивительную систему создали компьютерные специалисты из Дартмутского колледжа (Dartmouth College). Называется новинка "Нейрофон" (NeuroPhone, PDF-документ). Она считывает мозговую деятельность, чтобы управлять приложениями телефона.

Фотографии абонентов попеременно подсвечиваются или выделяются каким-то иным способом. В этот момент человек смотрит на экран телефона и думает о том, кому хочет позвонить. Тут следует сделать оговорку: сначала данные со считывателя попадают на ноутбук, который проводит предварительную обработку сырого сигнала, выделяя из всего потока ту часть информации, которая потребуется именно в данном приложении. Лэптоп через Wi-Fi передаёт этот "промежуточный результат" на iPhone, а тот уже завершает цикл обработки. Использование одного только телефона было бы затруднительным: переваривание всего массива сигналов с сенсоров ЭЭГ – это довольно ресурсоёмкая задача.

Авторы "Нейрофона" признают, что другие технологии управления приложениями мобильника (вроде программ распознавания речи) могут в ряде случаев оказаться удобнее, но зато мысленное управление пригодится там, где нужно подать несколько команд телефону беззвучно и по-прежнему в режиме hands-free.

Вывод

В ходе работы над проектом, изучив и проанализировав все вопросы, я пришёл к выводу о том, что компьютер не может иметь сознания, сколько-нибудь адекватного человеческому. Человеческое мышление, разум, интеллект - продукты биологической и социальной эволюции. Несмотря на утверждения ученых о возможности адекватной компьютерной эволюции, ее реализация невозможна, так как такой эволюцией в конечном счете будет управлять человек.

Сегодня у компьютера недостаточная емкость памяти и быстродействие при синтезе и поиске образов. Мы не знаем, как преобразуется информация в мозгу человека. Мы не знаем, возможно ли математическое описание операций, проводимых мозгом, и насколько оно универсально? Главная проблема, стоящая ныне перед учеными всего мира, состоит в решении сложных вопросов моделирования, а возможно, и воспроизведения нервных процессов, протекающих в человеческом мозге. Она равнозначна задаче получения живого вещества, необязательно белковой природы, искусственным путем. Именно при реализации такого подхода станет возможно, например, моделирование ощущений. Решение этой сложнейшей проблемы имеет, в первую очередь, огромное медицинское значение и чрезвычайно важно для восстановления функций мозга путем трансплантации необходимых частей, Необходимо создать именно биологическое вещество, идентичное по свойствам веществу мозга. По сути, речь идет о создании искусственного мозга. Если такие компьютеры появятся, они, по сути, станут живыми существами. Это пока обсуждается лишь фантастами. В реальности же мы столкнемся с такими моральными проблемами, решить которые еще не готовы. Считать ли такую машину живым существом? Как к ней относиться? Должна ли она обладать правами - и какими? Означает ли прекращение деятельности такой "машины" убийство? Ответов на эти вопросы пока нет и появятся не скоро.

Человечество к этому не готово.

Литература

• 
  Интернет-ресурсы
• 
  Учебник по биологии 8 класс – авт.

А.Г. Драгомилов

• 
  Учебник по информатике 10-11 класс «Информатика и ИКТ» – авт. Н.Д. Угринович

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Средняя общеобразовательная школа

с углубленным изучением отдельных предметов №256

Р Е Ф Е Р А Т

по информатике

ТЕМА: Компьютер внутри человека

Исполнитель Руководитель

Шмелёва Михайличенко

Анна Алексеевна Наталия Викторовна

г. Фокино

Введение...............................................................................................3

1. Нейрон – структурная единица ЦНС.....................................................4

2. Принципы кодирования информации в ЦНС..........................................5

2.1. Нейронные механизмы восприятия.................................................8

2.2.Восприятие цвета с позиции векторной модели

обработки информации.................................................................11

вегетативными реак­циями............................................................12

3. Нейронные сети................................................................................14

4. Настоящий компьютер внутри человека..............................................16

Заключение..........................................................................................17

Список литературы................................................................................18

Приложение 1........................................................................................19

Приложение 2........................................................................................21

Введение

Многие исследователи уподобляют нервную систему компьютеру, регули­рующему и координирующему жизнедеятельность организма. Чтобы человек удачно вписался в картину окружающего мира, этому внутреннему компью­теру приходится решать четыре главные задачи. Они являются основными функциями нервной системы.

Прежде всего, она воспринимает все действующие на организм раздражи­тели. Всю воспринятую информацию о температуре, цвете, вкусе, запахе и других характеристиках явлений и предметов нервная система преобразует в электрические импульсы, которые передаёт в отделы мозга - головного и спинного. Каждый из нас обладает «биологическим телеграфом» - в его пре­делах сигналы распространяются со скоростью до 400 км/час. «Теле­графные провода» - корешки, корешковые нервы, узлы и магистральные нервные стволы. Их насчитывают 86, причём каждый разделяется на множе­ство более мелких веточек, и все они «приписаны» к периферической нерв­ной системе (см. Приложение 1, рис.1).

Наш внутренний компьютер обрабатывает поступившие данные: анализи­рует, систематизирует, запоминает, сравнивает с ранее полученными сооб­щениями и уже имеющимся опытом. «Генеральный штаб», обрабатывающий сигналы, подаваемые как извне, так и изнутри тела, - головной мозг. Вер­ный «адъютант» при штабе - мозг спинной ­– служит своеобразным органом ме­стного самоуправления, а также связующим звеном с вышестоящими отде­лами биологического компьютера. Вместе с головным спинной мозг обра­зует центральную нервную систему (ЦНС).

В своем реферате я рассмотрела процессы передачи и кодирования ин­формации, происходящие в нервной системе, с точки зрении информацион­ных технологий, кратко рассказала об искусственных нейронных сетях и о компьютере, способном работать внутри человека.

1. Нейрон – структурная единица ЦНС

Безупречную слаженность нервной системы обеспечивают 20 млрд. ней­ронов (греч. «нейрон» - «жила», «нерв») - специализированных клеток. Четвёр­тая часть нейронов сосредоточена в спинном мозге и примыкающих к нему спинномозговых узлах. Остальные располагаются в так называемом се­ром веществе (коре и подкорковых центрах) головного мозга.

Нейрон состоит из тела (сома с ядром), множества древовидных отро­стков - дендритов - и длинного аксона (см. Приложение 1, рис.3). Дендриты слу­жат в качестве входных кана­лов для нервных импульсов от других ней­ронов. Импульсы поступают в сому, вызывая её специфическое возбужде­ние, рас­пространяющееся затем по вы­водному отростку - аксону. Соеди­няются ней­роны с помощью спе­ци­альных контактов - синапсов, в ко­торых разветвления аксона одного ней­рона под­ходят очень близко (на расстоянии нескольких десятков микронов) к соме или дендритам друго­го нейрона.

Нейроны, размещающиеся в ре­цепторах, воспринимают внешние раздра­же­ния, в сером веществе ство­ла головного и спинного мозга - управляют дви­жениями человека (мышцами и железами), в мозге - связывают чувстви­тельные и двига­тельные нейроны. Последние обра­зуют различные мозговые центры, где происходит преобразование инфор­мации, поступившей от внеш­них раз­дражителей, в двигательные сигналы.

Как же работает эта система? В нейронах происходят три основных про­цесса: синаптическое возбужде­ние, синаптическое торможение и возникно­вение нервных импульсов. Синаптические процессы обеспе­чиваются осо­быми химическими веществами, которые выделяются окончаниями одного нейрона и вза­имодействуют с поверхностью дру­гого. Синаптическое возбуж­дение вы­зывает ответную реакцию нейрона и при достижении определён­ного по­рога переходит в нервный импульс, быстро распространяющийся по отросткам. Торможение, напротив, уменьшает общий уровень возбуди­мости нейрона.

2.Принципы кодирования информации в нервной системе

Сегодня можно говорить о нескольких принципах кодирования в нервной системе. Одни из них достаточно просты и характерны для периферического уровня обработки информации, другие - более сложны и характеризуют пе­редачу информации на более высоких уровнях нервной системы, включая кору.

Одним из простых способов кодирования информации признается специ­фич­ность рецепторов, избирательно реагирующих на определенные пара­метры стимуляции, например колбочки с разной чувствительностью к длинам волн видимого спектра, рецепторы давления, болевые, тактильные и др.

Другой способ передачи информации получил название частотного кода. Наиболее явно он связан с кодированием интенсивности раздражения. Час­тотный способ кодирования информации об интенсивности стимула, вклю­чающего операцию логарифмирования, согласуется с психофизическим за­коном Г. Фехнера о том, что величина ощущения пропорциональна лога­рифму интенсивности раздражителя.

Однако позже закон Фехнера был подвергнут серьезной критике. С. Сти­вене на основании своих психофизических исследований, проведенных на людях с применением звукового, светового и электрического раздражения, взамен закона Фехнера предложил закон степенной функции. Этот закон гласит, что ощущение пропорционально показателю степени стимула, при этом закон Фехнера представляет лишь частный случай степенной зависимо­сти.

Анализ передачи сигнала о вибрации от соматических рецепторов пока­зал, что информация о частоте вибрации передается с помощью частоты, а ее ин­тенсивность кодируется числом одновременно активных рецепторов.

В качестве альтернативного механизма к первым двум принципам кодиро­ва­ния - меченой линии и частотного кода - рассматривают также паттерн от­вета нейрона. Устойчивость временного паттерна ответа - отличительная черта нейронов специфической системы мозга. Система передачи информа­ции о стимулах с помощью рисунка разрядов нейрона имеет ряд ограниче­ний. В нейронных сетях, работающих по этому коду, не может соблюдаться принцип экономии, так как он требует дополнительных операций и времени по учету начала, конца реакции нейрона, определения ее длительности. Кроме того, эффективность передачи информации о сигнале существенно за­висит от состояния нейрона, что делает данную систему кодирования недос­таточно надежной.

Идея о том, что информация кодируется номером канала, присутствовала уже в опытах И.П. Павлова с кожным анализатором собаки. Вырабатывая ус­ловные рефлексы на раздражение разных участков кожи лапы через «ка­салки», он установил наличие в коре больших полушарий соматотопической проекции. Раздражение определенного участка кожи вызывало очаг возбуж­дения в определенном локусе соматосенсорной коры. Пространственное со­ответствие места приложения стимула и локуса возбуждения в коре полу­чило подтверждение и в других анализаторах: зрительном, слуховом. Тоно­топическая проекция в слуховой коре отражает пространственное рас­поло­жение волосковых клеток кортиевого органа, избирательно чувстви­тельных к различной частоте звуковых колебаний. Такого рода проекции можно объ­яснить тем, что рецепторная поверхность отображается на карте коры по­средством множества параллельных каналов - линий, имеющих свои номера. При смещении сигнала относительно рецепторной поверхности мак­симум возбуждения перемещается по элементам карты коры. Сам же элемент карты представляет локальный детектор, избирательно отвечающий на раз­дражение определенного участка рецепторной поверхности. Детекторы ло­кальности, обладающие точечными рецептивными полями и избирательно реагирующие на прикосновение к определенной точке кожи, являются наи­более простыми детекторами. Совокупность детекторов локальности обра­зует карту кожной поверхности в коре. Детекторы работают параллельно, каждая точка кожной поверхности представлена независимым детектором.

Сходный механизм передачи сигнала о стимулах действует и тогда, когда стимулы различаются не местом приложения, а другими признаками. Появ­ление локуса возбуждения на детекторной карте зависит от параметров сти­мула. С их изменением локус возбуждения на карте смещается. Для объясне­ния организации нейронной сети, работающей как детекторная сис­тема, Е.Н. Соколов предложил механизм векторного кодирования сигнала.

Принцип векторного кодирования информации впервые был сформулиро­ван в 50-х годах шведским ученым Г. Йохансоном, который и положил на­чало новому направлению в психологии - векторной психологии. Г. Йохансон по­казал, что если две точки на экране движутся навстречу друг другу - одна по горизонтали, другая по вертикали, - то человек видит дви­жение одной точки по наклонной прямой. Для объяснения эффекта иллюзии движения Г. Йохансон использовал векторное представление. Движение точки рассмат­ривается им как результат формирования двухкомпонентного вектора, отра­жающего действие двух независимых факторов (движения в го­ризонтальном и вертикальном направлениях). В дальнейшем векторная мо­дель была рас­пространена им на восприятие движений корпуса и конечностей человека, а также на движение объектов в трехмерном про­странстве. Е.Н Соколов развил векторные представления, применив их к изучению нейронных механизмов сенсорных процессов, а также двигатель­ных и вегетативных реакций.

Векторная психофизиология - новое направление, ориентированное на со­единение психологических явлений и процессов с векторным кодирова­нием информации в нейронных сетях.

2.1. Нейронные механизмы восприятия

Сведения о нейронах сенсор­ных систем, накопленные за последние десятилетия, подтверждают детекторный принцип нейронной организации са­мых разных анализаторов. Рассмотрим механизмы восприятия в нервной системе на примере зрительного анализатора.

Для зрительной коры были описаны нейроны-де­текторы, избирательно отвечающие на элементы фигуры, контура - ли­нии, полосы, углы.

Важным шагом в развитии теории сенсорных систем явилось открытие константных нейронов-детекторов, учитывающих, кроме зрительных сигна­лов, сигналы о положении глаз в орбитах. В теменной коре реакция кон­стантных нейронов-детекторов привязана к определенной области внешнего пространства, образуя константный экран. Другой тип константных нейро­нов-детекторов, кодирующих цвет, открыт С. Зеки в экстрастриарной зри­тельной коре. Их реакция на определенные отражательные свойства цвето­вой поверхности объекта не зависит от условий освещения.

Изучение вертикальных и горизонтальных связей нейронов-детекторов различного типа привело к открытию общих принципов нейронной архитек­туры коры. В. Маунткасл - ученый из медицинской школы Университета Джонса Гопкинса - в 60-х годах впервые описал вертикальный принцип ор­ганизации коры больших полушарий. Исследуя нейроны соматосенсорной коры у наркотизированной кошки, он нашел, что они по модальности сгруп­пированы в вертикальные колонки. Одни колонки реагируют на стимуляцию правой стороны тела, другие - левой, а два других типа колонок различа­лись тем, что одни из них избирательно реагировали на прикосновение или на отклонение волосков на теле (т.е. на раздражение рецепторов, располо­женных в верхних слоях кожи), другие - на давление или на движение в суставе (на стимуляцию рецепторов в глубоких слоях кожи). Колонки имели вид трехмерных прямоугольных блоков разной величины и проходили через все клеточные слои. Со стороны поверхности коры они выглядели как пла­стины размером от 20-50 мкм до 0,25-0,5 мм. Позже эти данные подтвер­дились и на наркотизированных обезьянах другие исследователи уже на не­наркотизированных животных (макаках, кошках, крысах) также предста­вили дополнительные доказательства колончатой организации коры.

Благодаря работам Д. Хьюбела и Т. Визеля сегодня мы более детально представляем колончатую организацию зрительной коры. Исследователи ис­пользуют термин «колонка», предложенный В. Маунткаслом, но отмечают, что наиболее подходящим был бы термин «пластина». Говоря о колончатой организации, они подразумевают, что «некоторое свойство клеток остается постоянным во всей толще коры от ее поверхности до белого вещества, но изменяется в направлениях, параллельных поверхности коры» Сначала в зрительной коре были обнаружены группы клеток (колонок), связанных с разной глазодоминантностъю, как наиболее крупные. Было замечено, что всякий раз, когда регистрирующий микроэлектрод входил в кору обезьяны перпендикулярно ее поверхности, он встречал клетки, лучше реагирующие на стимуляцию только одного глаза. Если же его вводили на несколько мил­лиметров в сторону от предыдущего, но также вертикально, то для всех встречающихся клеток доминирующим был только один глаз - тот же, что и раньше, или другой. Если же электрод вводили с наклоном и как можно бо­лее параллельно поверхности коры, то клетки с разной глазодоми-нантно­стью чередовались. Полная смена доминантного глаза происходила примерно через каждый 1 мм.

Кроме колонок глазодоминантности, в зрительной коре разных живот­ных (обезьяна, кошка, белка) обнаружены ориентационные колонки. При верти­кальном погружении микроэлектрода через толщу зрительной коры все клетки в верхних и нижних слоях избирательно реагируют на одну и ту же ориентацию линии. При смещении микроэлектрода картина остается той же, но меняется предпочитаемая ориентация, т.е. кора разбита на колонки, предпочитающие свою ориентацию. Радиоавтографы, взятые со срезов коры после стимуляции глаз полосками, определенным образом ориентирован­ными, подтвердили результаты электрофизиологических опытов. Соседние колонки нейронов выделяют разные ориентации линий.

В коре обнаружены также колонки, избирательно реагирующие на на­правление движения или на цвет. Ширина цветочувствителъных колонок в стриарной коре около 100-250 мкм. Колонки, настроенные на разные длины волн, чередуются. Колонка с максимальной спектральной чувствительностью к 490-500 нм сменяется колонкой с максимумом цветовой чувствительности к 610 нм. Затем снова следует колонка с избирательной чувствительностью к 490-500 нм. Вертикальные колонки в трехмерной структуре коры образуют аппарат многомерного отражения внешней среды.

В зависимости от степени сложности обрабатываемой информации в зри­тельной коре выделено три типа колонок. Микроколонки реагируют на от­дельные градиенты выделяемого признака, например на ту или другую ориентацию стимула (горизонтальную, вертикальную или другую). Макроко­лонки объединяют микроколонки, выделяющие один общий признак (напри­мер, ориентацию), но реагирующие на разные значения его градиента (раз­ные наклоны - от 0 до 180°). Гиперколонка, или модуль, представляет со­бой локальный участок зрительного поля и отвечает на все стимулы, попа­дающие на него. Модуль - вертикально организованный участок коры, вы­полняющий обработку самых разнообразных характеристик стимула (ориен­тации, цвета, глазодоминантности и др.). Модуль собирается из мак­роколо­нок, каждая из которых реагирует на свой признак объекта в локаль­ном уча­стке зрительного поля. Членение коры на мелкие вертикальные подразделе­ния не ограничивается зрительной корой. Оно при­сутствует и в других областях коры (в теменной, префронтальной, моторной коре и др.).

В коре существует не только вертикальная (колончатая) упорядочен­ность размещения нейронов, но и горизонтальная (послойная). Нейроны в колонке объединяются по общему признаку. А слои объединяют нейроны, выделяю­щие разные признаки, но одинакового уровня сложности. Нейроны-детек­торы, реагирующие на более сложные признаки, локализованы в верх­них слоях.

Таким образом, колончатая и слоистая организации нейронов коры сви­де­тельствуют, что обработка информации о признаках объекта, таких, как форма, движение, цвет, протекает в параллельных нейронных каналах. Вме­сте с тем изучение детекторных свойств нейронов показывает, что принцип дивергенции путей обработки информации по многим параллельным каналам должен быть дополнен принципом конвергенции в виде иерархически орга­низованных нейронных сетей. Чем сложнее информация, тем более сложная структура иерархически организованной нейронной сети требуется для ее обработки.

2.2.Восприятие цвета с позиции векторной модели обработки информации

Анализатор цвета включает рецепторный и нейронный уровни сетчатки, ЛКТ таламуса и различные зоны коры. На уровне рецепторов падающие на сетчатку излучения видимого спектра у человека преобразуются в реакции трех типов колбочек, содержащих пигменты с максимумом поглощения кван­тов в коротковолновой, средневолновой и длинноволновой частях видимого спектра. Реакция колбочки пропорциональна логарифму интенсивности сти­мула. В сетчатке и ЛКТ существуют цветооппонентные нейроны, противопо­ложно реагирующие на пары цветовых стимулов (красный-зеленый и жел­тый-синий). Их часто обозначают первыми буквами от английских слов: +К-С; -К+С; +У-В; -У+В. Различные комбинации возбуждений колбочек вы­зы­вают разные реакции оппонентных нейронов. Сигналы от них достигают цве­точувствительных нейронов коры.

Восприятие цвета определяется не только хроматической (цветочувст­ви­тельной) системой зрительного анализатора, но и вкладом ахроматической системы. Ахроматические нейроны образуют локальный анализатор, детек­тирующий интенсивность стимулов. Первые сведения об этой системе можно найти в работах Р. Юнга, показавшего, что яркость и темнота в нервной сис­теме кодируются двумя независимо работающими каналами: нейронами В, измеряющими яркость, и нейронами В, оценивающими темноту. Существова­ние нейронов-детекторов интенсивности света было подтверждено позже, когда в зрительной коре кролика были найдены клетки, селективно реаги­рующие на очень узкий диапазон интенсивности света.

2.3.Векторная модель управления двигательными и

вегетативными реак­циями

Согласно представлению о векторном кодировании информации в ней­ронных сетях реализацию двигательного акта или ее фрагмента можно опи­сать следующим образом, обратившись к концептуальной рефлекторной дуге (см. Приложение 1, рис.2). Исполнительная ее часть представлена команд­ным нейроном или полем командных нейронов. Возбуждение командного нейрона воздейст­вует на ансамбль премоторных нейронов и порождает в них управляющий вектор возбуждения, которому соответствует определенный паттерн возбуж­денных мотонейронов, определяющий внешнюю реакцию. Поле командных нейронов обеспечивает сложный набор запрограммирован­ных реакций. Это достигается тем, что каждый из командных нейронов по­очередно может воз­действовать на ансамбль премоторных нейронов, создавая в них специфиче­ские управляющие векторы возбуждения, которые и определяют разные внешние реакции. Все разнообразие реакций, таким образом, можно пред­ставить в пространстве, размерность которого опреде­ляется числом премо­торных нейронов, возбуждение последних образуют управляющие векторы.

Структура концептуальной рефлекторной дуги включает блок рецепто­ров, выделяющих определенную категорию входных сигналов. Второй блок - предетекторы, трансформирующие сигналы рецепторов в форму, эффек­тив­ную для селективного возбуждения детекторов, образующих карту ото­бра­жения сигналов. Все нейроны-детекторы проецируются на командные нейроны параллельно. Имеется блок модулирующих нейронов, которые ха­рактеризуются тем, что они не включены непосредственно в цепочку пере­дачи информации от рецепторов на входе к эффекторам на выходе. Образуя «синапсы на синапсах», они модулируют прохождение информации. Модули­рующие нейроны можно разделить на локальные, оперирующие в пределах рефлекторной дуги одного рефлекса, и генерализованные, охватывающие своим влиянием рефлекторных дуг и тем самым определяющие общий уро­вень функционального состояния. Локальные модулирующие нейроны, уси­ливая или ослабляя синаптические входы на командных нейронах перерас­пределяют приоритеты реакций, за которые эти командные нейроны ответст­венны. Модулирующие нейроны действуя через гиппокамп, куда на нейроны «новизны» и «тождества» проецируются детекторные карты.

Реакция командного нейрона определяется скалярным произведением вектора возбуждения и вектора синаптических связей. Когда вектор синап­тических связей в результате обучения совпадает с вектором возбуждения по направлению, скалярное произведение достигает максимума и командный нейрон становится селективно настроенным на условный сигнал. Дифферен­цировочные раздражители вызывают векторы возбуждения, отличающиеся от того, который порождает условный раздражитель. Чем больше это разли­чие, тем меньше вероятность вызова возбуждения командного нейрона. Для выполнения произвольной двигательной реакции требуется участие нейро­нов памяти. На командных нейронах сходятся пути не только от детекторных сетей, но и от нейронов памяти.

Управление двигательными и вегетативными реакциями осуществляется комбинациями возбуждений, генерируемыми командными нейронами, кото­рые действуют независимо друг от друга, хотя, по-видимому, некоторые стандартные паттерны их возбуждений появляются более часто, чем другие.

3. Нейронные сети

Изучение структуры и функций ЦНС привело к появлению новой научной дисциплины – нейроинформатики. По сути, нейроинформатика есть способ решения всевозможных задач с помощью искусственных нейронных сетей, реализованных на компьютере.

Нейронные сети представляют собой новую и весьма перспективную вы­чис­лительную технологию, дающую новые подходы к исследованию дина­миче­ских задач в финансовой области. Первоначально нейронные сети открыли новые возможности в области распознавания образов, затем к этому приба­вились статистические и основанные на методах искусственного ин­теллекта средства поддержки принятия решений и решения задач в сфере финансов.

Способность к моделированию нелинейных процессов, работе с зашум­ленными данными и адаптивность дают возможности применять нейронные сети для решения широкого класса финансовых задач. В последние не­сколько лет на основе нейронные сетей было разработано много программ­ных систем для применения в таких вопросах, как операции на товарном рынке, оценка вероятности банкротства банка, оценка кредитоспособности, контроль за инвестициями, размещение займов.

Приложения нейронные сетей охватывают самые разнообразные об­ласти: распознавание образов, обработка зашумленные данных, дополнение образов, ассоциативный поиск, классификация, оптимизация, прогноз, ди­агностика, обработка сигналов, абстрагирование, управление процессами, сегментация данных, сжатие информации, сложные отображе­ния, моделиро­вание сложных процессов, машинное зрение, распознавание речи.

Несмотря на большое разнообразие вариантов нейронных сетей, все они имеют общие черты. Так, все они, так же как и мозг человека, состоят из большого числа однотипных элементов – нейронов, которые имитируют ней­роны головного мозга, связанных между собой. На рисунке 4 (см. Приложе­ние 1) показана схема нейрона.

Из рисунка видно, что искусственный нейрон, так же как и живой, состоит из синапсов, связывающих входы нейрона с ядром, ядра нейрона, которое осу­ществляет обработку входных сигналов и аксона, который связывает ней­рон с нейронами следующего слоя. Каждый синапс имеет вес, который опре­де­ляет, насколько соответствующий вход нейрона влияет на его состояние.

Со­стояние нейрона определяется по формуле

– число входов нейрона;

– значение i-го входа нейрона;

– вес i-го синапса.

Затем определяется значение аксона нейрона по формуле

Г
де - некоторая функция, которая называется активационной. Наиболее часто в качестве активационной функции используется так называемый сиг­моид, который имеет следующий вид:

4. Настоящий компьютер внутри человека

В предыдущих разделах о компьютере внутри человека говорилось в пере­носном смысле; однако достижения науки дают основания перейти от мета­форы к прямому значению слов.

Израильские ученые создали молекулярный компьютер, который использует ферменты для произведения подсчетов.

Итамар Виллнер, сконструировавший молекулярный калькулятор со своими коллегами в Еврейском университете Иерусалима, считает, что ком­пьютеры, работающие на ферментах, когда-нибудь можно будет вживлять в человече­ский организм и использовать, например, для регулирования вы­броса ле­карств в систему метаболизма.

Ученые создали свой компьютер, используя два фермента - глюкозу де­гидро­геназу (glucose dehydrogenase, GDH) и пероксидаз из хрена (horseradish peroxidase, HRP) - для запуска двух взаимосвязанных химиче­ских реакций. Два химических компонента - перекись водорода и глюкоза - использовались как вводимые значения (А и В). Присутствие каждого из хи­мических веществ соответствовало 1 в двоичном коде, а отсутствие - 0 в двоичном коде. Хими­ческий результат ферментной реакции определялся оп­тически.

Ферментный компьютер использовали для проведения двух фундаменталь­ных логических вычислений, известных как AND (где A и B должны быть равными единице) и XOR (где A и B должны иметь разные зна­чения). Добав­ление еще двух ферментов - глюкозооксидазы (glucose oxidase) и каталазы (catalase) - связало две логические операции, дав воз­можность сложить дво­ичные числа, используя логические функции.

Ферменты уже используют при вычислениях, применяя специально закоди­рованную ДНК. Такие ДНК-компьютеры потенциально способны пре­взойти по скорости и мощности кремниевые компьютеры, поскольку могут осуществ­лять множество параллельных вычислений и помещать огромное количество компонентов в крошечное пространство.

Заключение

Работая над рефератом, я узнала много нового об устройстве центральной нервной системы человека и обнаружила тесную связь между процессами, происходящими внутри человека и внутри машины. Несомненно, изучение устройства ЦНС и мозга открывает перед человечеством огромные перспек­тивы. Нейронные сети уже сейчас решают задачи, непосильные для искусст­венного интеллекта. Нейрокомпьютеры особенно эффективны там, где нужен аналог человеческой интуиции для распознавания образов (узнавания лиц, чтения рукописных текстов), подготовки аналитических прогнозов, перевода с одного естественного языка на другой и т.п. Именно для таких задач обычно трудно сочинить явный алгоритм. В ближайшем будущем возможно создание электронных носителей, сопоставимых по ёмкости с человеческим мозгом. Но для того, чтобы осуществить все смелые замыслы ученых, необ­ходима прочная теоретическая база. А обеспечить её поможет молодая, стремительно развивающаяся наука, своеобразный союз биологии и инфор­матики – биоинформатика.

Список литературы

Энциклопедия для детей. Том 22. Информатика. М.: Аванта+, 2003.

Энциклопедия для детей. Том 18. Человек. Ч. 1.Происхождение и природа че­ловека. Как работает тело. Искусство быть здоровым. М.: Аванта+, 2001.

Энциклопедия для детей. Том 18. Человек. Ч. 2. Архитектура души. Психоло­гия личности. Мир взаимоотношений. Психотерапия. М.: Аванта+, 2002.

Данилова Н.Н. Психофизиология: Учебник для вузов.- М.: Аспект Пресс, 2001

Марцинковская Т. Д. История психологии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений.- М.: Издательский центр "Академия", 2001

NewScientist.com news service; Angewandte Chemie International Edition (vol. 45, p. 1572)

Приложение 1

рис.1. Нервная система человека – центральная, вегетативная и перифери­ческая

рис.2. Образование рефлекторной дуги

рис.3. Нейрон с множеством дендритов, получающий информацию через синаптический контакт с другим нейроном.

рис.4. Строение искусственного нейрона

Приложение 2

Краткий словарь терминов и понятий

Аксон - отросток нервной клетки (нейрона), проводящий нервные импульсы от тела клетки к иннервируемым органам или др. нервным клеткам. Пучки аксонов образуют нервы.

Гиппокамп - структура, расположенная в глубинных слоях доли височной го­ловного мозга.

Градиент - вектор, показывающий направление наискорейшего изменения некото­рой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой.

Дендрит - ветвящийся цитоплазматический отросток нервной клетки, проводящий нервные импульсы к телу клетки.

Кортиевый орган - рецепторный аппарат слухового анализатора.

ЛКТ – латеральное коленчатое тело.

Локус - конкретный участок ДНК, отличающийся каким-либо свойством.

Нейрон - нервная клетка, состоящая из тела и отходящих от него отростков - отно­сительно коротких дендритов и длинного аксона.

Паттерн - пространственно-временная картина развития какого-то процесса.

Рецептивное поле - периферическая область, раздражение которой оказывает влияние на разряд данного нейрона.

Рецепторы - окончания чувствительных нервных волокон или специализированные клетки (сетчатки глаза, внутреннего уха и др.), преобразующие раздражения, вос­принимаемые извне (экстерорецепторы) или из внутренней среды организма (инте­рорецепторы) в нервное возбуждение, передаваемое в центральную нервную систему.

Синапс - структура, которая передает сигналы от нейрона к соседнему (или к дру­гой клетке).

Сома - 1) тело, туловище; 2) совокупность всех клеток организма, за исключением репродуктивных клеток.

Соматосенсорная кора - область коры больших полушарий мозга, где представ­лены афферентные проекции частей тела.

Таламус - основная часть промежуточного мозга. Главный подкорковый центр, на­правляющий импульсы всех видов чувствительности (температурный, болевой и др.) к стволу мозга, подкорковым узлам и коре больших полушарий.

infourok.ru

Компьютер внутри нас: реальность или преувеличение?

Все люди, живущие в обществе, являются коммуникаторами, поскольку всякое индивидуальное действие осуществляется в условиях прямых или косвенных отношений с другими людьми, т.е. включает (наряду с физическим) коммуникативный аспект. Действия, сознательно ориентированные на смысловое их восприятие другими людьми, иногда называют коммуникативными действиями. Коммуникацию можно считать эффективной, если ее функция (управленческая, информативная или фатическая) успешно выполнена. К сожалению, на практике далеко не всегда коммуникативные действия приводят к ожидаемому коммуникатором эффекту. Одной из причин этого является неумение общаться правильно. Многие люди часто общаются не столько с человеком, сколько с представлением об этом человеке. Иногда складывается впечатление, что у них в голове что-то вроде магнитофона и им просто надо сказать тот текст, который записан на пленку. Например, какой-нибудь продавец в магазине продолжает убеждать посетителя в прелестях товара, тратя и свое и его время, хотя тот уже всем видом показал, что он ЭТОГО НЕ ХОЧЕТ. Кончается это тем, что посетитель, отвязавшись наконец от навязчивого консультанта,стремительно покидает помещение, а тот ищет новую жертву. В данном случае можно говорить о неэффективной коммуникации, так как ни продавец, ни покупатель не достигли своей цели. Стратегия эффективной коммуникации. Когда изучали успешных коммуникаторов, то выяснили, что у них существует одна общая стратегия. Эта стратегия общения построена на взаимодействии людей. Профессиональный коммуникатор всегда получает обратную связь и может, если надо, изменить собственное поведение. Стратегия успешного коммуникатора включает ряд шагов, смысл и последовательность которых кратко выглядит так: 1. Калибровка 2. Подстройка. 3. Ведение. 1. Калибровка. Человек, с которым мы общаемся, может находиться в разных эмоциональных и психологических состояниях, которые необходимо учитывать в процессе взаимодействия. Обнаружение даже мельчайших внешних признаков этих состояний и называется калибровкой. Калибровка требует развития определенных навыков анализа движений, напряжения мышц, изменений голоса или дыхания и т.п. Различия, которые нужно определить, могут быть достаточно тонкими – легкий поворот головы, понижение голоса и т.п. Однако, если быть достаточно внимательным, то всегда можно найти эти отличия, какими бы крошечными они ни казались. Наиболее стандартный набор для калибровки, это определение 6 состояний: 1. Положительное активное (радость, восторг, счастье). 2. Положительное пассивное (спокойствие, умиротворение). 3. Состояние интереса, обучения. 4. Состояние принятия решения. 5. Отрицательное пассивное (грусть, разочарование). 6. Отрицательное активное (злость, ярость). Еще несколько полезных калибровок, это: 1. Да – Нет. 2. Нравится – Не нравится. 3. Правда – Ложь. Определение каждого из этих состояний позволяет оптимальным образом построить взаимодействие с партнером для достижения нужного результата. Полезно в этом смысле умение расшифровывать невербальные источники информации. Австралийский специалист А. Пиз утверждает, что с помощью слов передается 7 % информации, звуковых средств - 38%, мимики, жестов, позы - 55%. Иными словами, не столь значимо, что говорится, а как это делается. Владение языком жестов позволяет лучше понимать собеседника и при случае самому применять средства невербальной коммуникации с целью воздействия на собеседника. Важно обращать внимание не только на выражение лица – мимику, но и на жесты, поскольку люди больше контролируют свое выражение лица, чем позу и жесты. Ниже описывается ряд наиболее типичных жестов и способов реагирования на них. Жесты нетерпения: Постукивание предметами или пальцами, ерзание по стулу, помахивание ногой, разглядывание часов, взгляд «мимо» Вас. Если человек сидит на краешке стула, всем телом как бы устремлен вперед, руками уперся в колени - он спешит, или ему настолько надоел разговор, что он хочет поскорее его закончить. Жесты эмоционального дискомфорта: Собирание несуществующих ворсинок, отряхивание одежды, почесывание шеи, снимание и надевание кольца говорят о том, что партер испытывает внутреннее напряжение. Он не готов принимать решения и брать на себя ответственность. Постарайтесь его успокоить. Некоторое время ведите разговор «ни о чем» или переключитесь на менее значимую тему. Обязательно выслушивайте ответы даже на дежурные вопросы, люди не любят чувствовать, что с ними общаются «формально», не интересуясь их мнением реально. Жесты лжи: Когда человек хочет скрыть что-либо, он бессознательно касается рукой лица - как бы «прикрывает» ладонью угол рта, или потирает нос. Не стоит показывать человеку, что Вы сомневаетесь в его словах и ловить его на лжи. Лучше, переспросите его («То есть, если я Вас правильно понял, то:..»), так, чтобы оставить ему путь для отступления, чтобы ему легче было вернуться в конструктивное русло. Жесты превосходства: Направленный на Вас указательный палец, высоко поднятый подбородок, фигура в форме «руки в боки». Подыгрывать такому «важному» человеку, сутулясь, подобострастно кивая и соглашаясь с каждым его словом, либо повторять все его движения, расправить плечи, поднять подбородок будет не очень эффективно. Лучше всего, встретив такого напыщенного человека, подчеркнуть его значимость, сохраняя при этом свое лицо. Например, заявить: «Мне рекомендовали Вас как опытного, знающего специалиста», или «А как бы Вы поступили на моем месте?». Задав подобный вопрос, разумеется, надо обязательно внимательно выслушать ответ, каким бы парадоксальным он ни казался Вам. Естественно, внешние реакции каждого человека отличаются, поэтому не стоит безоговорочно следовать этим рекомендациям, а лучше изучать вашего собеседника и стараться лучше понять его индивидуальные реакции. 2. Подстройка. Для людей очень важно, чтобы тот, с кем они общаются был «свой». Чем более «свой», тем выше доверие, тем лучше коммуникация. Процесс становления «своим» и называется подстройкой. Подстройка – вполне естественный элемент человеческого (и не только) поведения. Люди практически не могут общаться, если они не подстроены. А чем подстрока лучше, тем лучше общение, успешнее достигается понимание. Задача подстройки – максимально точно совпасть с состоянием другого человека, при этом состояние собеседника Вы определили в процессе калибровки (см. выше). Состояние – нечто внутреннее, что так или иначе проявляется внешними признаками: модуляциями голоса, ритмом дыхания, позой, скоростью и стилем речи. Для того, чтобы под человека хорошо подстроиться, нужно сесть в похожую позу (подстройка по позе), дышать с ним в одном ритме (подстройка по дыханию), говорить похожим голосом (подстройка по голосу) и тому подобное. В психологических тренингах ипользуется упражнение, называемое «Спор». Оно довольно простое. Люди объединяются в пары, и их просят найти тему, в которой они друг с другом не согласны. После того, как тема найдена, нужно ее обсуждать, находясь при этом все время в одинаковых позах. Получается довольно забавно – те, кто честно находятся в одинаковых (подстроенных) позах, обычно очень быстро находят что-то общее в своих мнениях. А те пары, которые увлеклись спором, очень быстро стараются отстроиться друг от друга. Потом следует обратное задание – выбрать темы, в которых собеседники совершенно согласны друг с другом, и обсуждать их в отстроенных (разных) позах. Результат оказывается прямо противоположным: те, кто сидят в отстроенных позах, очень быстро находят, о чем можно поспорить. А те, кто более увлечен обсуждением, постепенно садятся в похожие позы. 3. Ведение. После того, как Вы подстроились, наступает очень интересное состояние (его иногда называют раппортом) – если Вы начинаете менять собственное поведение, Ваш собеседник «идет» за Вами. Вы меняете позу – он тоже ее меняет. Вы сменили тему, он с удовольствием ее обсуждает. Стали более веселым – он тоже повеселел. Когда Вы хорошо подстроены, то Вы в достаточной степени стали своим, к Вам высока степень доверия со стороны другого человека (или других), Вы находитесь в раппорте. Если при этом Вы будете менять свое поведение, Ваш партнер последует за Вами. Вы поднимаете руку, и он тоже. Вы меняете дыхание, и он вслед за Вами. А в более широком смысле – это возможность направлять человека в нужную сторону, вести как вербально, так и невербально. Состояние ведения так же естественно при общении, как и процесс подстройки. Успешность исполнения роли ведущего или ведомого определяется изначально темпераментом, но осознание этого механизма в процессе коммуникации может помочь Вам сменить при необходимости одну роль на другую для достижения наилучшего результата, причем не всегда роль ведущего будет предпочтительной. Проиллюстрировать эффективное взаимодействие для достижения общей цели можно на примере братьев наших меньших. Стая лебедей способна лететь так долго в одном ритме, потому что они подстроены. Их ведущий создает воздушную волну, а все остальные на ней катятся, как на серфинге. Когда один лебедь устает, другой становится ведущим. Лебеди ведут (и ведутся) для достижения общей цели. Использование Я-высказывания для эффективной коммуникации. Описанная выше стратегия успешного коммуникатора дает механизм направления межличностного взаимодействия в нужное Вам русло в ситуации спокойного конструктивного общения. Однако, иногда люди сталкиваются с проблемами в общении, вырастающими из непонимания друг друга, неумения донести до партнера свои мысли и чувства. В стрессовой ситуации мы часто не можем слышать, что происходит с другим человеком, пока не почувствуем того, что сами услышаны и поняты. Но если мы ощущаем, что нас на самом деле услышали и поняли, поняли то, что мы хотим или в чём нуждаемся - то мы расслабляемся и можем услышать наконец, что же важно для нашего собеседника. Как этого добиться? Психологи предлагают применять для облегчения взаимопонимания так называемое Я-высказывание. При формулировке Я-высказывания необходимо: Озвучить то, что происходит (в конфликте это обычно то, что произошло, приведя нас в расстроенные чувства): "Когда я (увидел, услышал, и тд) ....... (описание) ........" Озвучить свои чувства: "Я почувствовал.... (ваши ощущения переданные в доступной форме) ......" Озвучить скрытые желания, нужды, ценности и важные вещи: "Потому что я хотел........ (ваши ожидания, надежды и тп) ......" При необходимости попросить о помощи: «И сейчас мне бы хотелось...... (просьба, но ни в коем случае не требование) ....» Когда мы озвучиваем свои желания, потребности, стремления и тд - важно пытаться озвучивать их в позитивном, нежели негативном ключе. Например, Вы можете сказать "Я хочу жить в доме, в котором грязная одежда не разбросана на полу" и это при небольшом мысленном усилии приводит к выводу - "Жить в доме, в котором чисто и прибрано". Но согласитесь, как по разному это ощущается, когда желания озвучены в позитивном ключе.Еще один пример. Женщина говорила своему мужу: "Мне не нравится то, что ты проводишь так много времени на работе". Подумав, что жене не нравитcя его трудоголизм, муж на следующей неделе вступил в команду по боулингу. Но это не сделало его жену счастливее. Потому что она на самом деле хотела, чтобы он больше проводил времени с ней. Итак, если мы будем более точными при озвучивании своих желаний, мы скорее получим то, что мы на самом деле ожидаем получить. Заключение. Эффективное общение - это не просто передача информации. Важно не только уметь говорить, но еще уметь слушать, слышать и понимать, о чем говорит собеседник. Большинство людей применяют те или иные принципы эффективной коммуникации хотя бы на интуитивном уровне. Понимание и сознательное использование психологических аспектов общения может помочь нам строить отношения с окружающими наилучшим образом. При этом следует помнить, что самый главный принцип эффективной коммуникации - это действительно искренне стараться быть услышанным и понятым теми людьми, которым надо донести информацию. Использованные материалы: А.Любимов. Стратегия эффективной коммуникации. www.trenings.ru Д. Рассел. Основы эффективной коммуникации. www.rafo.livejournal.com Основы эффективной коммуникации. www. f-group.org Принципы эффективной коммуникации. www. dizk.ru Коммуникация. www. ru.wikipedia.org

nsportal.ru

Проект по информатике Компьютер внутри нас

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.Текстовое содержимое слайдов презентации: Авторы: Научный руководитель: г. Абакан, 2016 годЧичинина Ирина и Деева Анастасия,ученицы 11 классаЛадыгина Светлана Валерьевна,учитель информатикиМуниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 3»КОМПЬЮТЕР ВНУТРИ НАС

Актуальность Тема очень актуальна в современном обществе, когда человек проводит большую половину дня, работая с компьютером. Конечно, мы все понимаем, что от компьютера нам никуда не деться, но при этом осознаём весь тот вред, который он нам причиняет. Внутри каждого человека имеется определенный механизм биологического типа, работа которого напоминает устройство ПК. Все процессы, протекающие в организме, являются взаимосвязанными, и поэтому все они при нормальных условиях могут подстраиваться друг под друга определенным образом. Но иногда случаются сбои систем, и тогда нам требуется помощь специалистов - врачей и программистов. Эндокринологи, диетологи, ортопеды, дантисты, так же, как и другие врачи, способны перепрограммировать организм таким образом, что процессы различных органов и систем будут протекать с полной логичностью происходящего, не нанося никаких неудобств и не становясь причиной тревожностей. ГипотезаЕсли человечество будет заинтересовано в развитии компьютеров, то в дальнейшем возможно такое, что в конечном итоге жизнедеятельности людей, будет искусственно продлена жизнь путем внедрения чипов и определенных механизмов, способных активировать нервные окончания либо провоцировать выплески определенной частоты, заставляющей приходить в движение наше тело, несмотря на такую, казалось бы естественную процедуру, как «завершение работы».Каждый день мы выключаем компьютер дома, а потом вновь включаем. Так почему бы и не попробовать шагнуть навстречу развитию в целях перенятия этой обычной процедуры на организм человека? ЦельВыяснить, может ли компьютер заменить человека в ближайшем будущем. Задачи1) Получить представление об информационных процессах и особенностях их протекания в природе, компьютере, организме человека.2) Проанализировать и сравнить протекание информационных процессов в организме человека и в окружающей его действительности.3) Сделать вывод.

weburok.com

Презентация к индивидуальному проекту на тему: Компьютер внутри нас

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.Текстовое содержимое слайдов презентации: Компьютер внутри насВыполнил Устюжанин Иван ВикторовичСпециальность 15.02.07«Автоматизация технологических процессов и производств» (по отраслям)Группа: 16 ТЭМ2-9 Цель работы: выяснить: что общего между компьютером и человеком? Выдвижение гипотезы: возможно, человек "списывал" компьютер с себя. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:Узнать, является ли мозг компьютером?Узнать, чем похожи человек и компьютер?Узнать, может люди созданы как компьютеры? Между компьютерами и нами есть много общего и это необходимо знать, т.к. нам в жизни приходится часто сталкиваться с компьютерами Наш внутренний компьютер (головной мозг) обрабатывает поступившие данные: анализирует, систематизирует, запоминает, сравнивает с ранее полученными сообщениями и уже имеющимся опытом. Мозг спинной – служит связующим звеном с вышестоящими отделами биологического компьютера. Исследование показало, что после ночного сна мозг человека «загружается», как операционная система при включении компьютера.Такая загрузка активирует отделы мозга, ответственные за выполнение сложных операций, а сигнал на ее начало подается в химическом виде. Утром в мозг поступает разная информация – от солнечного света до звуков будильника. Эта информация должна быть систематизирована и проанализирована мозгом. Только после первичного анализа мозг способен выполнять более сложные задачи.Отделы мозга, отвечающие за мышление, предоставляют нечто подобное набору шаблонов, при помощи которых обрабатывается поступающая информация. Блок питания преобразует электричество в удобную для восприятия системы форму. У человека это кислород и другие химические элементы, полученные путем газообмена в легких и процессами пищеварения в пищеварительной системе. Оперативная память хранит в себе текущую информацию, работает, пока на нее подается напряжение, имеет крайне ограниченный объем, относительно физической памяти. Человек решает текущие мелкие задачи, о которых мгновенно забывает, в памяти это хранится очень короткий промежуток времени, это временная (быстрая) память. Физическая память на компьютере в виде жесткого диска или флеш памяти имеет немалый объем. У человека существует такая же физическая память, только информация хранится в виде результата химической реакции и все же больше напоминает флеш память. Ведь если заряд на флешке полностью иссякнет, информация на ней будет утеряна, так же и у нас, если мы периодически не вспоминаем ее, она попросту стирается. Из данного проекта, мы узнали,что компьютер не умнее человека. Но какую-то часть своего ума и знаний человек сумел передать компьютеру, компьютер стал его верным помощником в самых разных делах и занятиях. Компьютер помогает врачу ставить диагноз и назначать лечение. Помогает художнику создавать картины и мультипликационные фильмы. Инженеры с помощью компьютера ведут сложные расчёты, составляют чертежи новых машин, космических кораблей. Спасибо за внимание

Приложенные файлы

schoolfiles.net

Два компьютера внутри человека - Блог

Отец мой покойный, математик, приводил такую метафору. У нас внутри есть два компьютера – простой, управляемый нами, которым мы пользуемся для всякой фигни (типа читать, играть в шахматы или девушку уговаривать), то есть повседневный ум.

И есть второй компьютер, которым мы почти не можем управлять – суперкомпьютер, который используется для решения реально важных и сложность задач: управление зрением, слухом, осязанием, равновесием, пищеварением, кровообращением, сердечным ритмом, давлением, нервами, дыханием, обменом веществ, прочими жизненно важными, смертельно важными процессами.Сложность этих задач бесконечно больше наших мелких повседневных задачек типа теорем или статей.

И этот второй компьютер соответственно мощнее в бесконечное число раз, он может легко решать такие задачи, как мгновенный расчёт траектории снежка, который мы кидаем на бегу или биохимическая борьба с утренним похмельем.

Поэтому наши игрушечные задачи типа доказать теорему или написать статью он может решать за доли секунды – но у нас нет доступа в этот машинный зал с этой ерундой. Машинное время никто не даст – оно занято повседневным выживанием организма.

Как его получить?

Есть несколько способов. Скажем, отец мой говорил мне, что он выработал для себя очень простой способ: он решал задачу, не вставая из-за стола от зари до темна и думая о ней сутками. Просто, говорил он, если организм поймёт, что я сдохну, если не докажу эту теорему, то он в определённый момент повышает приоритет задаче, переводит её в ранг задач выживания, даёт окошко в суперкомпьютере, а там – щёлк! и она мгновенно решается.

Я пробовал этот метод, он очень мучительный. Я, как второе поколение, более расслабленное, выработал свой способ – непрерывно думать о задаче, чтобы она превратилась в невроз. Забывать о ней, вспоминать, но чувствовать дискомфорт, чтоб резидент в голове сидел непрерывно. Тогда тоже происходит этот щелчок. Спутать щелчок с чем-то другим трудно. Но это тоже мучительно, создавать такую одержимость, впрочем, я лично по-другому не могу.

Есть люди, которые думают, что пролезть в этот машинный зал они смогут с заднего хода, обманув охрану – с помощью трансов (“медитаций”), алкоголя, конопли и других веществ. Я некоторых таких маркетологов и пиарщиков знаю – они, как нужен креатив, решают “дунуть”. Коллективно или индивидуально. Кончается это выжиганием – потом и дунуть не помогает, и уже отличить реальное решение от иллюзии креатива они уже не могут.

Они даже когда хотят написать на форуме, сначала считают правильным дунуть как следует, так что тут иногда можно видеть результат – “креативные тексты” с какими-то безумными “сказками”, аналогиями, запутанной логикой, стихами без рифмы и т.п. Впрочем, некоторых так прёт и без конопли, просто от собственной дури.

В общем, моя простая мысль в том, что некоторые вещи без сверхусилия и сверхупёртости сделать нельзя – ни в спорте, ни в математике, ни в искусстве.

alexandrblohin.livejournal.com

Компьютер может жить … внутри человека

Молекулярный компьютер, который использует ферменты для произведения подсчетов, создали израильские ученые. Итамар Виллнер, сконструировавший молекулярный калькулятор со своими коллегами в Еврейском университете Иерусалима, считает, что компьютеры, работающие на ферментах, когда-нибудь можно будет вживлять в человеческий организм и использовать, например, для регулирования выброса лекарств в систему метаболизма.

Ученые создали свой компьютер, используя два фермента – глюкозу дегидрогеназу (glucose dehydrogenase, GDH) и пероксидаз из хрена (horseradish peroxidase, HRP) – для запуска двух взаимосвязанных химических реакций. Два химических компонента – перекись водорода и глюкоза – использовались как вводимые значения (А и В). Присутствие каждого из химических веществ соответствовало 1 в двоичном коде, а отсутствие – 0 в двоичном коде. Химический результат ферментной реакции определялся оптически.

Ферментный компьютер использовали для проведения двух фундаментальных логических вычислений, известных как AND (где A и B должны быть равными единице) и XOR (где A и B должны иметь разные значения). Добавление еще двух ферментов – глюкозооксидазы (glucose oxidase) и каталазы (catalase) – связало две логические операции, дав возможность сложить двоичные числа, используя логические функции.

Ферменты уже используют при вычислениях, применяя специально закодированную ДНК. Такие ДНК-компьютеры потенциально способны превзойти по скорости и мощности кремниевые компьютеры, поскольку могут осуществлять множество параллельных вычислений и помещать огромное количество компонентов в крошечное пространство.

Но Виллнер говорит, что ферментный компьютер создан не ради скорости: для вычисления ему может потребоваться несколько минут. Скорее всего, он будет встраиваться в биосенсорное оборудование и использоваться для мониторинга и корректировки реакции пациента на определенные дозировки препарата, передает «Newsru.com».

"Это компьютер, который можно интегрировать в человеческий организм, – рассказал Виллнер New Scientist. – Нам кажется, что ферментный компьютер можно использовать для вычисления пути метаболизма".

Мартин Амос из Университета Эксетера, Британия, тоже считает такие устройства очень перспективными. "Разработка простых приборов вроде счетчиков необходима для успешного создания биомолекулярных компьютеров, – сказал он.

"Если такие счетчики встроить в живые клетки, мы можем представить себе, что они играют роль приложений, например, "умной" доставки лекарств, когда терапевтический агент создается там, где возникает проблема, – говорит Амос. – Счетчики также обеспечивают биологический "предохранительный клапан", не дающий клеткам бесконтрольно разрастаться"

Спасибо за Вашу активность, Ваш вопрос будет рассмотрен модераторами в ближайшее время

for-ua.com

Примерный перечень тем проектов по информатике

По теме «Информация и информационные технологии»: «Шифрование информации». Учащимся предлагается понять и изучить возможные способы и методы шифрования информации. От простейших примеров – шифра Цезаря и Виженера до самых современных методов открытого шифрования, открытых американскими математиками Диффи и Хелманом. «Методы обработки и передачи информации». В рамках данного проекта необходимо исследовать способы передачи информации от одного объекта к другому, найти возможные положительные и отрицательные стороны того или иного технического решения. «Организация данных». Учащимся предлагается разработать простые и эффективные алгоритмы поиска нужных документов, добавления новых, а также удаления и обновления устаревших. В качестве примера можно взять виртуальную библиотеку. «Компьютер внутри нас». Учащимся предлагается подумать над тем, какие информационные процессы происходят внутри человека, проанализировать уже известные человеческие реакции (безусловный рефлекс, например, или ощущение боли) и оценить их с точки зрения теории информации. «Мир без Интернета». В рамках данного проекта необходимо проанализировать тот вклад, который внесла Глобальная Паутина в нашу жизнь, и каков бы мог быть мир без Интернета. Есть ли ему альтернативы, почему Интернет называют уникальным изобретением? «Россия и Интернет». В рамках данного проекта учащийся должен проанализировать перспективы развития Интернета в России, найти сдерживающие факторы и факторы, ускоряющие его распространение. «Информационное общество». Что же такое информационное общество? В чем его отличительные черты? Сделайте выводы, существует ли оно в России. «Лучшие информационные ресурсы мира». Расскажите о лучших, на ваш взгляд, информационных ресурсах мира. Свое мнение обоснуйте. «Виды информационных технологий». Что такое информационные технологии и как они связаны с научно-техническим прогрессом? «Мировые информационные войны». Найдите причину их возникновения, подумайте, почему победа в информационной войне так важна и от чего она зависит. «Киберпреступность». Хакеры, киберсквоттеры, спаммеры и т.д. Какие существуют способы профилактики киберпреступности и способы борьбы с ней? «Проблема защиты интеллектуальной собственности в Интернете». Сегодня любое произведение, будь то музыкальная композиция или рассказ, помещенное в Интернет, может быть безпрепятственно своровано и незаконно растиражировано. Какие вы видите пути решения этой проблемы? «Internet v. 1.2». Чего не хватает сегодняшнему Интернету, а что из него надо немедленно убрать. Ваши советы по модернизации Глобальной Паутины. По теме «Устройств и функционирование ЭВМ»: «Искусственный интеллект и ЭВМ». В рамках данного проекта учащимся предлагается подумать, каковы возможности современных компьютеров и каковы перспективы их развития с точки зрения искусственного интеллекта. Компьютер – это просто инструмент или самостоятельный субъект? «Операционная система. Принципы и задачи». В наше время трудно представить себе компьютер, на котором бы не была установлена операционная система. Так зачем же она нужна? Почему нельзя обойтись без нее и что она делает? «Компьютеризация 21 века. Перспективы». Учащиеся должны подумать, какие сферы человеческой деятельности еще не компьютеризированы, где компьютеризация необходима, а где она категорически недопустима, и нужна ли она вообще. «Клавиатура. История развития». История развития клавиатуры с начала 70-х годов и до наших дней. Какие клавиши за что отвечают, зачем были введены и почему клавиши, которые уже не выполняют тех задач, для выполнения которых были изначально введены (например, Scroll Lock), до сих пор не убраны. «История Операционных Систем для персонального компьютера». Учащиеся должны сравнить ныне существующие и уже отжившие свое ОС, выделить отличия и найти сходства. «Техника безопасности при работе в классе Информатики 30 лет назад и сейчас» . Желательно отыскать перечень правил техники безопасности для работы в кабинетах с компьютерами (первыми полупроводниковыми). Сравните их с современными правилами. Проанализируйте результаты сравнения. «Вирусы и борьба с ними». Проект желательно подготовить в виде красочной презентации с большим числом кадров, звуковым сопровождением и анимацией, где бы учащийся рассказал о способах защиты от вирусов, борьбы с ними и советы, сводящие к минимуму возможность заразить свой компьютер. «USB1.1, USB 2.0. Перспективы». Зачем создавался USB если уже существовали технология SCSI, а на компьютерах наличествовало по несколько LPT и COM портов? Каковы перспективы его развития, ведь для современных устройств даже 12 Мбит/с уже катастрофически недостаточно. «Random Access Memory». История появления, основные принципы функционирования. Расскажите о самых современных видах оперативной памяти, обрисуйте перспективы ее развития. «Принтеры». Человечеством изобретен добрый десяток принципов нанесения изображения на бумагу, но прижились очень немногие. И сейчас можно говорить о полном лидерстве лишь двух технологий – струйной и лазерной. Подумайте, почему. «Шифрование с использованием закрытого ключа». От учащегося требуется уяснить основные принципы шифрования с использованием так называемого открытого ключа. Проанализировать преимущества такого способа и найти недостатки. «BlueRay противDVD». Заменит ли в ближайшее время эта технология ставшую уже привычной технологию DVD? Если нет, то почему? «Central Processor Unit». Расскажите об истории создания первого процессора, истории развития отрасли в целом. Какие фирмы сегодня занимают лидирующие позиции на рынке, почему? Опишите структуру CPU, какие задачи он решает. Какие принципы лежат в основе его функционирования. «Компиляторы и интерпретаторы». Что это за программы, на основе чего строится их работа и зачем они нужны? «Мертвые языки программирования». От учащегося требуется описать этапы развития языков программирования, рассказать об их разновидностях, а затем показать, почему те или иные языки программирования так и не прижились. «Они изменили мир». Рассказ о выдающихся личностях, внесших существенный вклад в развитие вычислительной техники.

>> Інформатика:Типова архітектура персонального комп"ютера. Класифікація та основні характеристики ПК.

Компьютер изнутри

1.Основные принципы
2.Персональный компьютер
3.Хранение целых чисел
4.Битовые операции
5.Вещественные числа

Тема 1. Основные принципы

Определения

Компьютер (computer) – это программируемое электронное устройство для обработки числовых и символьных данных.
аналоговые компьютеры – складывают и умножают аналоговые (непрерывные) сигналы
цифровые компьютеры – работают с цифровыми (дискретными) данными.
Hardware – аппаратное обеспечение, «железо».
Software – программное обеспечение, «софт».

Программа – это последовательность команд, которые должен выполнить компьютер.

Команда – это описание операции (1…4 байта):

код команды
операнды – исходные данные (числа) или их адреса
результат (куда записать).

Типы команд:

безадресные (1 байт)
одноадресные (2 байта)
двухадресные (3 байта)
трехадресные (4 байта)

Структура памяти

Память состоит из нумерованных ячеек.

Линейная структура (адрес ячейки – одно число).
Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая собственный адрес (4, 6, 7, 8, 12 бит).
На современных компьютерах 1 байт = 8 бит.

Архитектура компьютера

Архитектура – принципы действия и взаимосвязи основных устройств компьютера (процессора, ОЗУ, внешних устройств).

Принстонская архитектура (фон Неймана):

Гарвардская архитектура – программы и данные хранятся в разных областях памяти.

Принципы фон Неймана

«Предварительный доклад о машине EDVAC» (1945)

1.Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде.
2. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
3. Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти.
4. Принцип адресности : память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

Выполнение программы

Счетчик команд (IP = Instruction Pointer) – регистр, в котором хранится адрес следующей команды.

1.Команда, расположенная по этому адресу, передается в УУ. Если это не команда перехода, регистр IP увеличивается на длину команды.
2.УУ расшифровывает адреса операндов.
3.Операнды загружаются в АЛУ.
4.УУ дает команду АЛУ на выполнение операции.
5.Результат записывается по нужному адресу.
6.Шаги 1-5 повторяются до получения команды «стоп».

Архитектуры компьютеров

Тема 2. Персональный компьютер

ПК – это компьютер, предназначенный для личного использования (доступная цена, размеры, характеристики).

Принцип открытой архитектуры

на материнской плате расположены только узлы, которые обрабатывают информацию (процессор и вспомогательные микросхемы, память)

схемы, управляющие другими устройствами (монитором и т.д.) – это отдельные платы, которые вставляются в слоты расширения

схема стыковки новых устройств с компьютером общедоступна (стандарт)

конкуренция, удешевление устройств

производители могут изготавливать новые совместимые устройства

пользователь может собирать ПК «из кубиков»

Взаимосвязь блоков ПК
Шина – многожильная линия связи, доступ к которой имеют несколько устройств.

Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по сигналам процессора.

Тема 3. Хранение целых чисел

Целые беззнаковые числа

Беззнаковые данные – не могут быть отрицательными.
Байт (символ)
память: 1 байт = 8 бит
диапазон значений 0…255, 0…FF 16 = 2 8 - 1

Си: unsigned char Паскаль: byte

Целые беззнаковые числа

Целое без знака
память: 2 байта = 16 бит диапазон значений 0…65535, 0…FFFF16 = 216-1
Си: unsigned int Паскаль: word

Длинное целое без знака
память: 4 байта = 32 бита диапазон значений 0…FFFFFFFF16 = 232-1
Си: unsigned long int Паскаль: dword

Целые числа со знаком

Сколько места требуется для хранения знака?

Старший (знаковый) бит числа определяет его знак. Если он равен 0, число положительное, если 1, то отрицательное.

Двоичный дополнительный код

Задача: представить отрицательное число (–a) в двоичном дополнительном коде.
Решение:
Перевести число a–1 в двоичную систему.
Записать результат в разрядную сетку с нужным числом разрядов.
Заменить все «0» на «1» и наоборот (инверсия).
Пример: (– a) = – 78, сетка 8 бит

Целые числа со знаком

Ошибки

Переполнение разрядной сетки: в результате сложения больших положительных чисел получается отрицательное (перенос в знаковый бит).
Перенос: при сложении больших (по модулю) отрицательных чисел получается положительное (перенос за границы разрядной сетки).

Тема 4. Битовые операции

Инверсия (операция НЕ)

Инверсия – это замена всех «0» на «1» и наоборот.

Операция И – обнуление битов

Маска: обнуляются все биты, которые в маске равны «0».
Задача: обнулить 1, 3 и 5 биты числа, оставив остальные без изменения.

Тема 5. Вещественные числа

Нормализация двоичных чисел

Нормализованные числа в памяти

Вещественные числа в памяти

Арифметические операции

Перейти до презентації можна клікнувши на текст "Презентація " і встановивши Microsoft PowerPoint

Надіслав викладач інформатики Манжула Анна Михайлівна.

Календарно-тематичне планування з інформатики, відео з інформатики онлайн , Інформатика в школі

1 Компьютер изнутри © К.Ю. Поляков, Основные принципыОсновные принципы 2.Персональный компьютерПерсональный компьютер 3.Хранение целых чиселХранение целых чисел 4.Битовые операцииБитовые операции 5.Вещественные числаВещественные числа

3 Определения Компьютер (computer) – это программируемое электронное устройство для обработки числовых и символьных данных. аналоговые компьютеры – складывают и умножают аналоговые (непрерывные) сигналы цифровые компьютеры – работают с цифровыми (дискретными) данными. Hardware – аппаратное обеспечение, «железо». Software – программное обеспечение, «софт»

4 Определения Программа – это последовательность команд, которые должен выполнить компьютер. Команда – это описание операции (1…4 байта): код команды операнды – исходные данные (числа) или их адреса результат (куда записать). Типы команд: безадресные (1 байт) – увеличить регистр AX на 1 регистр – ячейка быстродействующей памяти, расположенная в процессоре одноадресные (2 байта) AX AX + 2 двухадресные (3 байта) X X + 2 трехадресные (4 байта) Y X + 2 inc AX add AX, 2 add ax,2 addX2 X2Y

5 Структура памяти Память состоит из нумерованных ячеек. Линейная структура (адрес ячейки – одно число). Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая собственный адрес (4, 6, 7, 8, 12 бит). На современных компьютерах 1 байт = 8 бит. 0123… Слово = 2 байта Двойное слово = 4 байта

6 Архитектура компьютера Архитектура – принципы действия и взаимосвязи основных устройств компьютера (процессора, ОЗУ, внешних устройств). Принстонская архитектура (фон Неймана): процессор ОЗУ (программа и данные) устройства вывода устройства ввода данные управление прямой доступ к памяти Гарвардская архитектура – программы и данные хранятся в разных областях памяти. прямой доступ к памяти скорость (одновременно читаем команду и данные) нужно больше контактов у процессора

7 Принципы фон Неймана «Предварительный доклад о машине EDVAC» (1945) 1.Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде. 2.Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 3.Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. 4.Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

8 Выполнение программы Счетчик команд (IP = Instruction Pointer) – регистр, в котором хранится адрес следующей команды. IP 1.Команда, расположенная по этому адресу, передается в УУ. Если это не команда перехода, регистр IP увеличивается на длину команды. 2.УУ расшифровывает адреса операндов. 3.Операнды загружаются в АЛУ. 4.УУ дает команду АЛУ на выполнение операции. 5.Результат записывается по нужному адресу. 6.Шаги 1-5 повторяются до получения команды «стоп». AB3D 16 по адресу AB3D 16

9 Архитектуры компьютеров фон Неймана многомашинная (независимые задачи) ОЗУ АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ многопроцессорная (части одной задачи, по разным программам) АЛУ УУ ОЗУ АЛУ УУ АЛУ УУ АЛУ ОЗУ АЛУ УУ АЛУ параллельные процессоры (части одной задачи, по одной программе)

11 Персональный компьютер (ПК) ПК – это компьютер, предназначенный для личного использования (доступная цена, размеры, характеристики) Apple-II 1981 IBM PC (personal computer) ЕС-1841 iMac (1999) PowerMac G4 Cube (2000)

12 Принцип открытой архитектуры на материнской плате расположены только узлы, которые обрабатывают информацию (процессор и вспомогательные микросхемы, память) схемы, управляющие другими устройствами (монитором и т.д.) – это отдельные платы, которые вставляются в слоты расширения схема стыковки новых устройств с компьютером общедоступна (стандарт) конкуренция, удешевление устройств производители могут изготавливать новые совместимые устройства пользователь может собирать ПК «из кубиков»

13 Взаимосвязь блоков ПК процессор память шины адреса, данных, управления порты клавиатура, мышь, модем, принтер, сканер видеокарта сетевая карта контроллеры дисководов Шина – многожильная линия связи, доступ к которой имеют несколько устройств. Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по сигналам процессора. контроллеры

15 Целые беззнаковые числа Беззнаковые данные – не могут быть отрицательными. Байт (символ) память: 1 байт = 8 бит диапазон значений 0…255, 0…FF 16 = Си: unsigned charПаскаль: byte биты младший старший старший полубайт старшая цифра младший полубайт младшая цифра 4 16 E = 4E 16 = N

17 Целые беззнаковые числа Целое без знака память: 2 байта = 16 бит диапазон значений 0…65535, 0…FFFF 16 = Си: unsigned intПаскаль: word биты старший байтмладший байт 4D 16 7A = 4D7A 16 Длинное целое без знака память: 4 байта = 32 бита диапазон значений 0…FFFFFFFF 16 = Си: unsigned long intПаскаль: dword

18 «-1» – это такое число, которое при сложении с 1 даст 0. 1 байт: FF = байта:FFFF = байта:FFFFFFFF = Целые числа со знаком Сколько места требуется для хранения знака? ? Старший (знаковый) бит числа определяет его знак. Если он равен 0, число положительное, если 1, то отрицательное. не помещается в 1 байт!

19 Двоичный дополнительный код Задача: представить отрицательное число (–a) в двоичном дополнительном коде. Решение: 1.Перевести число a–1 в двоичную систему. 2.Записать результат в разрядную сетку с нужным числом разрядов. 3.Заменить все «0» на «1» и наоборот (инверсия). Пример: (– a) = – 78, сетка 8 бит 1. a – 1 = 77 = = – 78 знаковый бит

20 Двоичный дополнительный код Проверка: 78 + (– 78) = ? – 78 = 78 = +

22 Целые числа со знаком Байт (символ) со знаком память: 1 байт = 8 бит диапазон значений: max min – 128 = – 2 7 … 127 = 2 8 – 1 Си: charПаскаль: – можно работать с отрицательными числами уменьшился диапазон положительных чисел 127 – 128

23 Целые числа со знаком Слово со знаком память: 2 байта = 16 бит диапазон значений – … Си: intПаскаль: integer Двойное слово со знаком память – 4 байта диапазон значений – 2 31 … Си: long intПаскаль: longint

24 Ошибки Переполнение разрядной сетки: в результате сложения больших положительных чисел получается отрицательное (перенос в знаковый бит) – 128

25 Ошибки Перенос: при сложении больших (по модулю) отрицательных чисел получается положительное (перенос за границы разрядной сетки) – в специальный бит переноса

27 Инверсия (операция НЕ) Инверсия – это замена всех «0» на «1» и наоборот Си:Паскаль: int n; n = ~n; int n; n = ~n; var n: integer; n:= not n; var n: integer; n:= not n;

28 Операция И Обозначения: И, & (Си), and (Паскаль) & маска 5B 16 & CC 16 = ABA & B x & 0 = x & 1 = x & 0 = x & 1 = 0 x

29 Операция И – обнуление битов Маска: обнуляются все биты, которые в маске равны «0». Задача: обнулить 1, 3 и 5 биты числа, оставив остальные без изменения маска D Си:Паскаль: int n; n = n & 0xD5; int n; n = n & 0xD5; var n: integer; n:= n and $D5; var n: integer; n:= n and $D5;

30 Операция И – проверка битов Задача: проверить, верно ли, что все биты 2…5 – нулевые маска С 16 Си: Паскаль: if (n & 0x3C == 0) printf (Биты 2-5 нулевые.); else printf (В битах 2-5 есть ненулевые.); if (n & 0x3C == 0) printf (Биты 2-5 нулевые.); else printf (В битах 2-5 есть ненулевые.); if (n and $3C) = 1 writeln (Биты 2-5 нулевые.) else writeln (В битах 2-5 есть ненулевые.); if (n and $3C) = 1 writeln (Биты 2-5 нулевые.) else writeln (В битах 2-5 есть ненулевые.);

31 Операция ИЛИ Обозначения: ИЛИ, | (Си), or (Паскаль) ИЛИ маска 5B 16 | CC 16 = DF 16 ABA или B x ИЛИ 0 = x ИЛИ 1 = x ИЛИ 0 = x ИЛИ 1 = 1 x

32 Операция ИЛИ – установка битов в 1 Задача: установить все биты 2…5 равными 1, не меняя остальные маска С 16 Си: Паскаль: n = n | 0x3C; n:= n or $3C;

33 Операция «исключающее ИЛИ» ABA xor B Обозначения:, ^ (Си), xor (Паскаль) XOR маска 5B 16 ^ CC 16 = x XOR 0 = x XOR 1 = x XOR 0 = x XOR 1 = НЕ x x

34 «Исключающее ИЛИ» – инверсия битов Задача: выполнить инверсию для битов 2…5, не меняя остальные маска С 16 Си: Паскаль: n = n ^ 0x3C; n:= n xor $3C;

35 «Исключающее ИЛИ» – шифровка (0 xor 0) xor 0 = (1 xor 0) xor 0 = 0 1 (0 xor 1) xor 1 = (1 xor 1) xor 1 = 0 1 (X xor Y) xor Y = X код (шифр) «Исключающее ИЛИ» – обратимая операция. ? Шифровка: выполнить для каждого байта текста операцию XOR с байтом-шифром. Расшифровка: сделать то же самое с тем же шифром.

1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left " title="36 Логический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево: 0 0 0 11011011 01101101 1 1 Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left " class="link_thumb"> 36 36 Логический сдвиг Влево: Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left shift right 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left "> 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left shift right"> 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left " title="36 Логический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево: 0 0 0 11011011 01101101 1 1 Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left "> title="36 Логический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево: 0 0 0 11011011 01101101 1 1 Вправо: 0 0 в бит переноса в бит переноса Си: Паскаль: n = n > 1; n = n > 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; n:= n shl 1; n:= n shr 1; в бит переноса в бит переноса shift left ">

37 Логический сдвиг Какой арифметической операции равносилен логический сдвиг влево (вправо)? При каком условии? ? Логический сдвиг влево (вправо) – это быстрый способ умножения (деления без остатка) на сдвиг влево сдвиг вправо 4590

38 Циклический сдвиг Влево: Вправо: Си, Паскаль: – только через Ассемблер

39 Арифметический сдвиг Влево (= логическому): Вправо (знаковый бит не меняется!): Си: Паскаль: – n = -6; n = n >> 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3 > 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3"> > 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3"> > 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3" title="39 Арифметический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево (= логическому): 0 0 0 11111010 11111101 0 0 Вправо (знаковый бит не меняется!): Си: Паскаль: – n = -6; n = n >> 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3"> title="39 Арифметический сдвиг 11011011 1011011 1 1 Влево (= логическому): 0 0 0 11111010 11111101 0 0 Вправо (знаковый бит не меняется!): Си: Паскаль: – n = -6; n = n >> 1; n = -6; n = n >> 1; – 6 – 3">

40 Пример Задача: в целой переменной n (32 бита) закодирована информация о цвете пикселя в RGB: Выделить в переменные R, G, B составляющие цвета. Вариант 1: 1.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 0000FF Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 0RGB Си: G = (n & 0xFF00) >> 8; Паскаль: G:= (n and $FF00) shr 8; А надо ли обнулять? ? > 8; Паскаль: G:= (n and $FF00) shr 8; А надо ли обнулять? ?">

> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;" title="41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF 16 0RGB 31 2423 1615 87 0 Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;" class="link_thumb"> 41 41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: FF 16 0RGB Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF; > 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> > 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> > 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;" title="41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF 16 0RGB 31 2423 1615 87 0 Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> title="41 Пример Вариант 2: 1.Сдвинуть вправо так, чтобы число G передвинулось в младший байт. 2.Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF 16 0RGB 31 2423 1615 87 0 Си: G = (n >> 8) & 0xFF; Паскаль: G:= (n shr 8) and $FF;"> 45 Нормализованные числа в памяти IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic (IEEE 754) 15,625 = 1 1, s = 1 e = 3 M = 1, pm Знаковый бит: 0, если s = 1 1, если s = – 1 Знаковый бит: 0, если s = 1 1, если s = – 1 Порядок со сдвигом: p = e + E (сдвиг) Порядок со сдвигом: p = e + E (сдвиг) Дробная часть мантиссы: m = M – 1 Дробная часть мантиссы: m = M – 1 Целая часть M всегда 1, поэтому не хранится в памяти! ?

46 Нормализованные числа в памяти Тип данных Размер, байт Мантисса, бит Порядок, бит Сдвиг порядка, E Диапазон модулей Точность, десятичн. цифр float single ,4· … 3,4· double ,7· … 1,7· long double extended ,4· … 3,4· Типы данных для языков: Си Паскаль
48 Арифметические операции сложение 1.Порядок выравнивается до большего 5,5 = 1, = 1, = 0, Мантиссы складываются 1, Результат нормализуется (с учетом порядка) 10, = 1, = 1000,1 2 = 8,5 5,5 + 3 = 101, = 8,5 = 1000,1 2

49 Арифметические операции вычитание 1.Порядок выравнивается до большего 10,75 = 1,25 = 1, = 0, Мантиссы вычитаются 1, – 0, Результат нормализуется (с учетом порядка) 0, = 1, = 101,1 2 = 5,5 10,75 – 5,25 = 1010,11 2 – 101,01 2 = 101,1 2 = 5,5

50 Арифметические операции умножение 1.Мантиссы умножаются 7 = 1, = 1, Порядки складываются: = 3 3.Результат нормализуется (с учетом порядка) 10, = 1, = = = = = 21 =

51 Арифметические операции деление 1.Мантиссы делятся 17,25 = 1, = 1, : 1,1 2 = 0, Порядки вычитаются: 4 – 1 = 3 3.Результат нормализуется (с учетом порядка) 0, = 1, = 101,11 2 = 5,75 17,25: 3 = 10001,01 2: 11 2 = 5,75 = 101,11 2