Техника - молодёжи 1956-12, страница 41

чудовищная простота

Третий путь — физиоЛо1бд. Каналы контроля и управления в организме. Таинственный сгусток, укутанный в три пелены. Что она может? Личность в двоичном выражении.

натомичеСкие исследования показали, что Все тело человека Пронизано цепями специализированных нервных клеток — нейронов. От кожи, мышц, от всех органов и тканей нервы сходятся к головному и спинному мозгу. Нервы приносят в мозг сигналы о состоянии организма и о воздействии на него внешней среды и уносят команды действий, исходящие ив мозга.

В прошлом йене один физиолог удалил у голубя полушария головного мозга. Голубь не умер. Но если и обычный голубь не отличается умом, то оперированный был образцовым идиотом. Он сидел на жердочке и ничего не видел, ничего не Делал, ни к чему не стремился. Если ему в рот толкали пищу, он ее глотал и переваривал, но сам найти пищу не Мог.

Из этого и Многих других опытов следует, что высшая нервная деятельность животных и мышление человека связаны с работой слоя клеток толщиной Всего в несколько миллиметров, находящегося на поверхности больших полушарий.

Клетки головного мозга были подвергнуты самому тщательному микроскопическому исследованию. Но вто мало приблизило нас к раскрытию тайны мысли. Как и все Нейроны, клетки коры оказались лишь способными возбуждаться и передавать возбуждение соседним клеткам по своим отросткам. В 1871 году было установлено, что небольшие дозы раздражения не вызывают возбуждения, но когда величина раздражения переходит некоторый порог, клетка возбуждается сразу, резко, и дальнейшее усиление возбуждения иа ней не сказывается. Это свойство клетки было названо законом «все или ничеГб»; на языке точных наук она называется «экстремальностью», так как «экстремум» — вто общее название для крайних точек любого процесса — максимума и минимума.

Любая клетка коры Головного моЗг4, даже та, которая вместе с другими занята процессом самой возвышенной творческой мысли, не может ничем внести свой вклад в вто дело, кроМе одного: она может быть возбужденной или не быть возбужденной. Чем резче разница между этими состояниями, тем лучше клеТ-ка выполняет свою задачу.

И если бы мы захотели описать состояние длинной цепи клеток, нам пришлось бы выбрать два произвольных знака: один для возбужденной клетки, например спокойной, например 0, причем описание оказалось бы двоичным числом. Выходит, что Всякое сообщение, поступающее в мозг от органов чувств, всякое понятие и суждение, находящиеся в мозгу, имеют внешнюю форму двоичного числа, так как они могут воплотиться только в состояние цепи нервных клеток.

Удивительно ли, что в основаниях логики мы находим законы двоичной арифметики?

Невольные модели

Четвертый путь — инженеров. Машина, имеющая самое произвольное устройство. Дискретность или непрерывность? Вычитание сложением. Цифры, понятные машине. Нули и единицы все-таки пробрались. Триггер. Будущее — в кристалле. Археологи останутся в заблуждении.

нженеры, строители счетных машин, конечно, знали математику. Но До последних дней они мало интересовались логикой И, уж конечно, не заглядывали в микрофизиоло-Гию нервной системы. Что же касается двоичной арифметики, знакомство с нею сопровождалось массой неприятностей, свй-ванных с пересчетом в десятичную. Поэтому так поучительно пересечение пути инженеров с ранее описанными путями.

Все усложняющиеся хозяйственные и научные потребности общества еще в прошлом веке потребовали Ускорения вычислительных процессов. Поскольку все человечество пользуется десятичной системой Исчисления, изобретатели и конструкторы стали создавать десятичные счетные машины.

В принципе счетная машина может иметь Любое устройство. Это может быть зубчатая передача, гальваническая ванна, Несколько стержней на шарнирах или радиолампа. У все* них есть какое-то начальное звено, вход, куда в определенной мере подает-

1, а другой — для

ей энергия, и конечное звено, выход, где получается другая Мера энергии (той же саМой или Другой, преобразованной). Описывая действие машИны, мы даем ей количественную характеристику — определяем закон, по которому преобразуется Мера энергии, поданная на вход. И если вта характеристика является широко распространенной, мы можем заставить Любую машину работать «впустую», без какой-либо практической нагрузки, просто затем, чтобы снимать на выходе характеристику ее «холостого» хода. Тогда мы получим счетную машину — аналог, математическую модель любого другого процесса, описываемого тем же количественным законом.

Счетные машины можно разделять по шкале задаваемых и получаемых величин. В одних эта шкала непрерывна — как при повороте рукоятки радиоприемника Мы можем с равной легкостью задать и Два оборота и пол-оборота и 7/8... В другие величины могут поступать только «квантованными» или «дискретными» — как при Нажиме на клавишу пишущей машинки можно отпечатать А или Б, но не. нечто среднее Между ними. МашИны-аналоги обычно бывают непрерывного действия, а универсальные счетные машины — дискретного. Русские Счеты построены по принципу дискретного счета, а Логарифмическая линейка — по принципу непрерывного действия.

На первый взгляд кажется, что Машины непрерывного Действий точнее: ведь они могут воспринимать величины без «округления». На самом деле в результате потерь внутри машины непрерывные величины искажаются непоправимо, а ее < к Дискретная величина потеряет часть, меньшую, чем половина единицы счета, ее легко восстановить.

Первые счетные машины, вроде известного арифмометра, состояли из зубчатых колес со сменным числом зубцов на них; ввод величин, вращение колес и запись результатов оператор выполнял сам. Потом к ним добавили электрический привод.

Затем появились счетно-аналитические машины, которые сами считывали исходные данные с картонных карточек. На этих карточках сведения излагались доступным для машины языком: в графах пробивали отверстия. Счетно-аналитические машины автоматически перекладывали карточки и записывали итоги выборки данных, на которые настроена машина. И вот оказалось, что данные стали записываться двоичными числами, потому Что пробитое отверстие — вто единица, а непробитое — нуль.

Когда затем потребовалось на ходу переналаживать Машину — сменять ее программу, — команды также стали записывать на карточках перфорацией. Теперь двоичным числом стали не только исходные данные, но и вся программа работы.

В 1938 году французский инженер Луи КуффИналь предложил использовать вместо десятичных сумматоров двоичные, так как любой прибор, имеющий только два состояния, работает гораздо быстрее, чем прибор, имеющий десять состояний. Постепенно в качестве сумматора в больших счетных машинах начинают применять электромагнитные реле, а потом и влектронные реле — триггеры. В связи с втим всплыли, конечно, все неудобства пересчета, но на них пришлось пойти.

Вакуумный электронный триггер — одноразрядный сумматор — представляет собой две обычные радиолампы — два триода, смонтированные в общем баллоне. Анод каждой из ламп соединен с сеткой другой лампы отрицательной обратной связью, так что триггер экстремален: он имеет два устойчивых состояния, обозначаемых нулем и единицей. При нуле проводит левая лампа и заперта правая, и наоборот (см. цветной рисунок). Вследствие того, что все вакуумные электронные приборы практически безинерционны, скорость переключений (опрокидываний) триггера может достигать десятков и сотен тысяч раз в секунду.

Наглядно модель цепочки триггеров можно представить в виде счетов, где на каждой проволоке имеется всего одна косточка.

Прежде всего на таких счетах можно отложить, обозначить двоичное число, и пока мы не сдвинем косточек, число будет «храниться». Это свойство цепи триггеров называю* памятью.

Если в схеме предусмотрен перевод сигнала в высший разряд при заполнении низшего с одновременной очисткой низшего разряда, цепь триггеров является сумматором. Вычитание Можно заменить сложением, если вместо вычитаемого числа прибавить «дополнительное».

Так, при двух разрядах десятичной системы 25 - 15 -» 10,

Все рав'Ю что

25 + 85 - 110,

так как Первая цифра сне помешается» в двух разрядах и теряется.

Умножение и деление в двоичной системе есть просто сложение плюс перемещение числа по сетке разрядов. Но если цепь триггеров может выполнять четыре действия арифметики, она может выполнить любой сложнейший расчет, так как все они сводятся в конечном счете к действиям арифметики.

Принципиально говоря, кроме ввода и вывода, автоматическая электронная счетная машина не нуждается ни в каких других частях, кроме триггеров, так как команды, указывающие порядок действия, могут храниться в виде Двоичных чисел в триггерах памяти, как и все промежуточные результаты.

Первая большая электронная счетная машина была построена

36