Что такое бионика

Электронная машина и мозг

Описанию принципа действия и устройства электронных вычислительных машин посвящено в настоящее время огромное число книг и брошюр. Не будем повторять их содержания, напомним только, что в общую схему электронной вычислительной машины входят такие непременные составные части, как приспособления для подготовки и пробивки перфоленты, на которую может наноситься программа работы машин, вводное устройство, оперативная и долговременная «память», арифметическое устройство, устройство и пульт управления, выводное и печатающее устройства (рис. 20).

Рис. 20. Основные части электронно-вычислительной машины.

Основной носитель сигнала в электронной машине, как известно, электрический ток. Он выступает здесь в форме импульсов, имеющих весьма малую продолжительность (порядка миллиардной доли секунды). Поскольку в схеме машины используются электронные лампы или полупроводники, имеющие весьма незначительную инерцию, то и время реакции схемы получается очень небольшим, в сотни тысяч меньшим, чем у механических и электромеханических устройств. Все это и определяет высокие скорости работы машины. Вот не раз публиковавшиеся цифры, говорящие о ее феноменальной производительности.

Электронная машина способна производить вычисления с огромной скоростью — порядка миллионов арифметических операций в секунду с 10—15-разрядными числами. За несколько минут работы она сделает больше, чем вычислитель за всю свою жизнь. При этом непросто заменяется труд многих вычислителей, но возникают принципиально новые возможности. Машина способна выполнять не только математические операции огромного объема и диапазона, но и логические операции.

Но так ли уж совершенны электронные вычислительные машины, что в этой области не нужны данные бионики? Нет, этого сказать никак нельзя, и результаты исследований ученых, изучающих передачу и прием информации в живом организме, и в особенности работу нервной системы и мозга, оказываются весьма ценными.

Результаты исследований в области бионики уже дали себя знать при разработке программ для электронных вычислительных машин. На основе наблюдений над тем, как человек подходит к решению специальных задач, и по образцу этого была создана так называемая эврестическая программа, имитирующая этот процесс у человека. Она происходит от эврестического метода нахождения истины путем постановки наводящих вопросов. При использовании такой программы машина успешно доказала 38 из 52 теорем.

Теперь перейдем к процессу передачи информации. Мы уже говорили, что в машине сигналом является импульс напряжения. Числа в ней записываются в двоичной системе, в которой основанием счисления является два. Любое число записывается комбинацией из нулей и единиц. В табл. 3 дано сравнение записи чисел в десятичной и двоичной системах счисления.

Таблица 3

Сравнение записи чисел в десятичной и двоичной системах счисления

Нуль и единица означают либо отсутствие, либо наличие импульса электрического напряжения. В передаче этих импульсов и состоит элементарный акт электронной машины. На входе машины применяется цепочка так называемых триггеров. Суть их устройства состоит в том, что они содержат две электронные лампы, включенные так, что система имеет лишь два устойчивых состояния: при отсутствии тока в одной лампе и при отсутствии тока в другой. Первое состояние можно считать соответствующим нулю, второе — единице. Взяв цепочку триггеров, можно «записать» число в двоичной системе, такая цепочка именуется регистром. Если на регистре уже записано число и на него подается еще одно, то можно получить сумму их. Устройство, служащее для этой цели, называют сумматором. Числа передаются от одного узла машины к другому по проводам в виде электрических импульсов.

Не вдаваясь более в подробности работы машины, обратимся к тому, что известно о передаче информации в нервной системе. Сначала покажем несомненное превосходство устройств этого рода в живых организмах перед техническими. Специалисты как-то решили сравнить кодирование и полосу пропускания (полосу частот, пропускаемую без искажений) мозга и телевизионной системы. Для оценки указанных характеристик взяли обычное сновидение. Оценив количество кадров и элементов, как это обычно делается в отношении телепередачи, специалисты получили астрономическую величину для полосы пропускания 10²⁰—10²³ гц. Поскольку верхняя граница полосы в физиологических процессах не выше 100 гц, а число параллельных каналов не может превышать 10⁹—10¹⁰, предполагается, что способ кодирования информации в мозгу в громадное число раз экономнее, чем в современном телевидении. Как бы обогатила технику, в том числе и электронно-счетную автоматику, разгадка этого способа кодирования.

Что же представляют собой сигналы, передающие различную информацию в живом организме? Как уже говорилось выше, это импульсы нервного возбуждения.