موضوع: مقایسه اجمالی کامپیوتر و مغز انسان اختراع رايانه تحول بزرگي در زندگي بشر داشت به طوري كه بيشتر پيشرفتها در زمينه‌هاي گوناگون مديون اين اختراع بوده است. محاسبات پيچيده علم نجوم ، ساخت دستگاه‌هاي پيشرفته پزشكي ، اتوماسيون‌هاي اداري متكي بر رايانه ، طراحي ساختمانها و ماشين‌آلات صنعتي و رفع عيب آنها قبل از ساخت و ...
نوشته: حسین دباغان
مقدمه :
اختراع رايانه تحول بزرگي در زندگي بشر داشت به طوري كه بيشتر پيشرفتها در زمينه‌هاي گوناگون مديون اين اختراع بوده است. محاسبات پيچيده علم نجوم ، ساخت دستگاه‌هاي پيشرفته پزشكي ، اتوماسيون‌هاي اداري متكي بر رايانه ، طراحي ساختمانها و ماشين‌آلات صنعتي و رفع عيب آنها قبل از ساخت و ... همه و همه مديون اين پيشرفت است. اما آيا واقعا انسان مخترع رايانه است و قبل از آن رايانه‌اي وجود نداشته است؟ در جواب بايد گفت اينطور نيست! چرا كه حضرت آدم از همان روزي كه پاي بر زمين گذاشت رايانه‌اي را با خود به زمين آورد كه وجه تمايز انسان با موجودات ديگر بود و آن رايانه چيزي نبود جز مغز انسان. رايانه چه از نظر سخت افزاري و چه از نظر نرم افزاري تقريباً مشابه مغز انسان عمل ميكند، اما هنوز نتوانسته تمامي قابليت‌هاي مغز انسان را انجام دهد. در اين مقاله سعي شده به تعدادي از جنبه‌هاي گوناگون سخت‌افزاري و نرم‌افزاري تشابه رايانه با مغز انسان و مقايسه آنها پرداخته و با ذكر مثالهايي آنها را تشريح كند.
فصل اول سخت افزار
پردازنده (CPU) :
تمام عمليات‌هاي محاسباتي رايانه توسط پردازنده آن انجام مي‌شود. سرعت پردازنده يكي از عوامل مهم در سرعت رايانه است. مغز انسان داراي يك يا حتي چند پردازنده قوي است كه تمامي پردازشها را بدون اينكه شما متوجه آن باشيد انجام ميدهد. مانند پردازش تصاوير دريافتي از چشم ، صداهاي دريافتي از گوش و درك آنها ، پيامهاي دريافتي از حواس و ... همه جزء پردازشهاي پس‌زمينه مغز شماست.
موضوعي كه در رايانه‌هاي امروزي زياد به چشم مي‌خورد موضوع استفاده از چند پردازنده در رايانه است. به اين معني كه پردازشها به صورت موازي توسط دو يا چند پردازنده انجام شوند. اين كار سبب تسريع در انجام پردازشها مي‌شود. اما ببينيم مغز چند پردازنده دارد؟ آيا تاكنون به نحوه انجام كارها توسط دستانتان توجه كرده‌ايد؟ شما مي‌توانيد هر يك از دستانتان را به هر سمتي كه بخواهيد ببريد يا با هر كدام كاري مجزا انجام دهيد بدون اينكه در كار يكديگر تداخلي ايجاد كنند. پس با همين مثال ساده متوجه مي‌شويم كه مغز حداقل دو پردازنده دارد. اما اين فقط دستان شما نيستند كه توسط مغزتان كنترل مي‌شوند، سروگردن (به چه سمتي بچرخد يا باستد)، چشم‌ها (به كدام جهت نگاه كنند)، پاها (به چه سمتي و با چه سرعتي حركت كنند) و ... همه تحت كنترل مغز هستند. پس شايد بتوان گفت مغز حتي بيش از دو پردازنده دارد.
از نظر سرعت پردازنده، اگر مغز انسان را با يك رايانه خانگي مقايسه كنيم شايد ابتدا اينطور به نظر آيد كه رايانه عمليات محاسباتي رياضي را سريعتر از مغز انسان انجام ميدهد، اما در واقع اينطور نيست. چراكه پژوهشها نشان داده حتي دانشمندان بزرگي چون انيشتن فقط 6 درصد از مغزشان استفاده مي‌كنند در حالي كه رايانه براي انجام پردازشها تقريباً از تمام توان خود كمك مي‌گيرد، اما با اين حال كساني هستند كه با تمرين توانسته‌اند محاسبات رياضي را تقريباً نزديك به سرعت رايانه انجام دهند.
اما اين فقط يك جنبه ماجراست. زيرا همان طور كه گفته شد پردازشهاي پس‌زمينه‌اي نيز وجود دارد كه اين پردازشها در مغز بسيار بيشتر و پيچيده‌تر از پردازشهاي پس‌زمينه در رايانه است. رايانه هيچ كدام از حواس انسان را ندارد و تنها پردازش پس‌زمينه آن مربوط به سيستم عامل است. با توجه به اين موضوع درمي‌يابيم كه مغز چقدر سريعتر از رايانه عمل ميكند به طوري كه هيچ گاه ما متوجه اين پردازشها نيستيم.
حافظه اصلي (RAM) :
در رايانه اطلاعاتي كه نياز به پردازش و اجرا دارند ابتدا در حافظه‌اي با سرعتي نزديك به پردازنده كپي مي‌شود. اين حافظه باعث مي‌شود پردازنده كه بيشترين سرعت را در بين قطعات رايانه دارد ، منتظر دريافت داده‌ها از حافظه‌هاي جانبي كندتر مانند ديسك سخت(Hard Disk) نماند. سرعت اين حافظه هر چند زياد و نزديك به سرعت پردازنده است اما با قطع برق تمامي اطلاعات اين حافظه از بين ميرود.
اين حافظه در انسان همان حافظه موقت ماست. حافظه موقت همان طور كه از نامش پيداست اطلاعات را به صورت موقت در خود نگه مي‌دارد و پس از مدتي آنها را پاك ميكند(اينكه چگونه و تا چه زماني اطلاعات را نگه مي‌دارد در ادامه بررسي خواهد شد). به عنوان مثال فرض كنيد مي‌خواهيد به مسافرت برويد و براي اطلاع از ساعت حركت قطارها شماره تلفن اطلاعات راه‌آهن را از 118 مي‌گيريد و در حافظه موقت خود نگه مي‌داريد و پس از شماره‌گيري چون ديگر نيازي به آن نداريد، شماره تلفن به صورت اتوماتيك از حافظه موقت شما پاك مي‌شود و شايد نيم ساعت بعد ديگر آن را به ياد نياوريد. با مثالي ديگر اين حافظه را بيشتر بررسي مي‌كنيم.
شما دانشجو هستيد و امروز دو كلاس رياضي و برنامه‌نويسي داريد. ابتدا به كلاس رياضي مي‌رويد. مغز شما بدون اينكه شما متوجه باشيد داشته‌هاي قبلي شما را از رياضي به حافظه اصلي شما بارگذاري ميكند و شما در طول كلاس از آن استفاده مي كنيد و اگر سوالي در مورد رياضي از شما شود به سرعت به آن جواب خواهيد داد. اما اگر زماني كه كاملاً مشغول گوش دادن به درس رياضي يا حل يكي از مسائل آن هستيد كسي از شما سوالي در مورد درس برنامه‌سازي بپرسد، ابتدا اندكي مكث مي‌كنيد سپس به سوال پاسخ خواهيد داد. علت اين مكث چيست؟ اين مكث كوتاه به اين علت است كه مغز شما در حال بارگذاري اطلاعات مربوط به درس برنامه‌سازي در حافظه اصلي شماست. اين مكث در اغلب موارد بسيار كوتاه بوده و ملموس نيست.
حافظه دائمي (Hard Disk) :
همان طور كه گفته شد پس از قطع برق اطلاعات از روي حافظه اصلي (RAM) پاك مي‌شود. پس نياز به يك حافظه دائمي داريم تا حتي در زمان خاموشي رايانه بتواند اطلاعات را در خود نگه دارد. رايجترين حافظه دائمي در رايانه‌ها ديسك‌سخت است. ظرفيت ديسك‌سخت بيشتر از حافظه اصلي و سرعت آن به مراتب كمتر از آن است.
خيلي چيزها مثل نام خود و اعضاي خانواده‌تان در ذهن شما ماندگارند و هيچگاه پاك نمي‌شوند، حتي زماني كه به خواب مي‌رويد. آنها در حافظه دائمي شما ذخيره شده‌‌اند.
نحوه ذخيره‌سازي اطلاعات در مغز و رايانه با هم متفاوت است. اطلاعات هر چه بيشتر در مغز مورد استفاده قرار گيرند و به آنها رجوع شود، بيشتر در آن ماندگارند و ديرتر از ياد مي‌روند(اينكه تا چه زماني در مغز مي‌مانند در بحث نرم‌افزار بررسي مي‌شود). اما در مورد رايانه‌ها اينطور نيست. ديسك سخت در رايانه از تعدادي صفحه تشكيل شده كه بر روي هر كدام يك هد قرار دارد كه اطلاعات را بر روي صفحات ذخيره ميكند و تا زماني كه از روي ديسك پاك نشده‌اند يا صدمه نديده‌اند در آن ماندگارند.
حافظه دائمي مغز بسيار وسيع‌تر از ديسك‌هاي سخت امروزي است. بهترين ديسك‌هاي سخت رايانه‌هاي خانگي حدود 500 تا 1000 گيگابايت ظرفيت دارند در حالي كه ظرفيت مغز انسان تقريباً غير قابل محاسبه است و مي‌توان گفت نامتناهي است. آيا تاكنون شنيده‌ايد كسي بگويد ظرفيت مغز من پر شده است؟! چنين حرفي در مورد مغز انسان خنده‌دار است اما براي رايانه‌ها زياد به كار ميرود.
صدمات سخت‌افزاري :
رايانه‌ها در برابر ضربه و يا اختلالات الكتريكي آسيب پذيرند. مغز انسان نيز در برابر ضربات خارجي آسيب‌پذير است، به طوري‌كه در بعضي از موارد مشاهده مي‌شود در اثر ضربه شديد به سر، انسان دچار فراموشي موقت و يا حتي دائمي مي‌شود.
فصل دوم نرم افزار
بخش اول نرم افزارهاي سيستمي
1- سيستم‌عامل (Operation System)
سخت‌افزارهاي رايانه‌اي زبان خاص خود را دارند و اين زبان براي انسانها نامفهوم است. سخت‌افزار با زبان صفر و يك به انتقال يا پردازش اطلاعات مي‌پردازد. پس ما نياز به يك مترجم داريم تا زبان سخت‌افزار را براي ما و زبان ما را براي سخت‌افزار ترجمه كند. اين وظيفه بر عهده سيستم‌عامل رايانه است كه يك نرم‌افزار سيستمي است. به بيان بهتر ، سيستم‌عامل مدير منابع سيستم بوده و استفاده از سخت‌افزار را آسانتر ميكند. سيستم‌عامل تمامي منابع سيستم را كنترل كرده و نحوه اختصاص آنها را به نرمافزارهاي مختلف مديريت ميكند.
شايد در ابتدا تصور كنيد در مغز چيزي به نام نرم‌افزار يا سيستم‌عامل وجود ندارد، اما اينطور نيست. بالاخره چيزي بايد وجود داشته باشد تا عملكرد مغز و منابع بدن انسان (چشم‌ها، دهان، دست‌ها و ...) را كنترل كند. در ادامه به اين موضوع و نحوه عملكرد سيستم‌عامل پرداخته و آن را با سيستم‌عامل مغز! مقايسه خواهيم كرد.
راه اندازي سيستم‌عامل (Boot Operation System) :
قبل از اينكه سيستم‌عامل بتواند كاري انجام دهد، بايد در سيستم راه‌اندازي شود. زماني كه رايانه را روشن مي‌كنيم، سيستم پس از چك صحت سخت افزارها كنترل سيستم را در اختيار سيستم‌عامل مي‌گذارد و سيستم‌عامل در رايانه راه‌اندازي (Boot) مي‌شود. از اينجا به بعد است كه سيستم‌عامل مدير سيستم شده، آن را در اختيار مي‌گيرد. در حين راه‌اندازي سيستم، سيستم‌عامل منابع را شناخته، آنها را راه‌اندازي كرده و اطلاعات مورد نياز خود را از ديسك‌سخت به حافظه اصلي بارگذاري ميكند.
در مغز نيز مشابه همين اتفاقات روي ميدهد. زماني كه از خواب بيدار مي‌شويد كمي گيج و گنگ هستيد و اين به خاطر اين است كه مغز شما هنوز آماده فعاليت نيست و اتفاقات اطراف شما را به درستي پردازش نمي‌كند. بنابراين ممكن است اعمالي از شما سر بزند كه زياد عاقلانه نباشد.
اولين كاري كه مغز شما پس از بيدار شدن انجام ميدهد بارگذاري اطلاعات مورد نياز شما بر روي حافظه اصلي (موقت) است. احتمالاً ابتدا موقعيت شما را از لحاظ مكاني (در كجا و چه مكاني قرار داريد) شناسايي ميكند. سپس مشخص ميكند براي چه از خواب بيدار شده‌ايد (مثل خواندن نماز يا رفتن به سر كار كه براي هر كدام كارهاي بخصوصي بايد انجام دهيد) و آيا در همان زماني كه مي‌خواستيد بيدار شده‌ايد يا نه. پس از آن احتمالاً اكنون مغز شما آماده فعاليت است و به سراغ اطلاعاتي ميرود كه شما اكنون براي انجام كارتان به آن نياز داريد.
مغز نيز ممكن است به صورت ناگهاني خاموش شود! زماني كه ضربه‌اي سخت به سر يك نفر برخورد ميكند او به صورت ناگهاني بيهوش مي‌شود و زماني كه به‌هوش مي‌آيد نه به خاطر مي‌آورد در كجاست و نه اتفاقي كه براي او افتاده را به ياد مي‌آورد
پايان كار سيستم‌عامل (Shut Down Operation System) :
پس از پايان كار با رايانه بايد آن را به صورت صحيح خاموش كنيم. در حالت كلي به اين عمل Shut Down كردن رايانه گفته مي‌شود. اين عمل سبب مي‌شود سيستم‌عامل آمادگي لازم از قبيل بستن تمامي برنامه‌هاي در حال اجرا و ذخيره اطلاعات خود بر روي ديسك‌سخت را جهت خاموش شدن پيدا كند. تا زماني كه تمامي برنامه‌ها بسته نشوند سيستم‌عامل Shut Down نخواهد شد. در صورت خاموشي ناگهاني رايانه، احتمالاً به سيستم‌عامل صدمه وارد خواهد شد.
مغز نيز ممكن است به صورت ناگهاني خاموش شود! زماني كه ضربه‌اي سخت به سر يك نفر برخورد ميكند او به صورت ناگهاني بيهوش مي‌شود و زماني كه به‌هوش مي‌آيد نه به خاطر مي‌آورد در كجاست و نه اتفاقي كه براي او افتاده را به ياد مي‌آورد. اين همان خاموش شدن ناگهاني مغز است كه چنين صدماتي را به دنبال دارد. پس مغز نيز نياز به آمادگي جهت به خواب رفتن شما دارد و اين كار را قبل از خوابيدن شما انجام ميدهد. جهت آماده شدن مغز براي به خواب رفتن نياز است شما بدون اينكه به كاري هر چند ساده مشغول باشيد چشمان خود را ببنديد و در جايي تقريباً ساكت بخوابيد. به همين خاطر است كه شما در حال راه رفتن يا بازي كردن نمي‌توانيد بخوابيد، چرا كه مغز شما آرامش كافي را جهت Shut Down شدن! ندارد.
مديريت منابع :
در رايانه هر نرم‌افزاري كه اجرا مي‌شود منابع مورد نياز خود را از سيستم‌عامل مي‌گيرد. اين سيستم‌عامل است كه تعيين ميكند چه منبعي به چه نرم‌افزاري داده شود يا چه پردازشي توسط پردازنده انجام شود.
در مغز نيز همين طور است. فرض كنيد در حال تماشاي تلوزيون هستيد و در جلوي شما روي ميز يك كتاب و مداد قرار دارد. شما مي‌خواهيد كتاب و مداد را برداريد. كدام دست شما به سمت كتاب و كدام دست شما به سمت مداد ميرود؟ آيا نياز است چشم شما به سمت كتاب نگاه كند تا موقعيت آن را پيدا كند؟ چه مدت زمان چشم شما بايد از تماشاي تلوزيون گرفته شود و به اين كار اختصاص داده شود؟ تمام اين تصميمات توسط مغز گرفته مي‌شود. اين فقط يك نمونه ساده براي اثبات اين قضيه است.
مديريت حافظه :
مديريت حافظه يكي از مهمترين وظايف سيستمعاملها است كه آنها را از هم متمايز ميكند. سيستم‌عامل‌هاي اوليه تك‌برنامگي (SinglePrograming) بودند. بعدها و با پيشرفت سيستمعاملها موضوع چند‌برنامگي (MultiPrograming) پديد آمد كه باعث اهميت هرچه بيشتر مديريت حافظه شد. سيستم‌عامل‌هاي چند‌برنامگي قادرند چندين برنامه را به صورت همزمان اجرا كرده و راندمان سيستم را بالا ببرند.
مغز نيز همين طور است. شما به صورت همزمان مي‌توانيد چندين كار را با هم انجام دهيد. به عنوان مثال در حين رانندگي با تلفن همراه خود صحبت كنيد. هر چند ممكن است اين كار براي شما مفيد باشد اما مشاهده خواهيد كرد كه تمركز شما بين اين دو كار تقسيم مي‌شود و هر چه اين تعداد كارهايي كه با هم انجام مي‌دهيد بيشتر باشد دقت و سرعت شما پايين‌تر خواهد آمد.
2- ويروس ياب ها
در ابتداي پيدايش رايانه نرم‌افزارهايي به نام ويروس‌ياب وجود نداشت زيرا اصلاً ويروسي نوشته نشده بود كه نيازي به ويروس‌ياب باشد. اما با گسترش سيستمعاملها ، نرم‌افزارها و افزايش شركتهاي نرم‌افزاري و رقابت آنها ويروس نويسي رواج يافت. اغلب ويروسها قصد ضربه زدن به نرم‌افزارها را دارند و ويروس‌يابها وظيفة پيدا كردن و جلوگيري از فعاليت آنها را دارند. ويروس‌يابها بايد به‌روز شوند تا بتوانند ويروسهاي جديد را شناسايي كنند.
مغز نيز ويروس‌ياب دارد ، اما اين ويروس‌ياب فقط در مغز فعال نيست و در تمامي بدن فعاليت دارد. اين ويروس‌ياب همان سيستم‌ايمني بدن يا به عبارت بهتر گلبولهاي سفيد خون هستند. سيستم‌ايمني بدن در صورتي بتواند ويروسها را شناسايي كند آنها را از بين مي‌برد.
سيستم‌ايمني بدن نيز به‌روز مي‌شود. واكسن‌ها، آمپولها و داروهايي كه انسان استفاده ميكند در واقع حكم به‌روزرساني سيستم‌ايمني بدن را دارد.
بخش دوم نرم افزارهاي كاربردي (Application Softwares)
1- نرمافزارهاي مديريت ديسك
اينگونه نرم‌افزارها جهت حذف فايلهاي اضافي در رايانه‌ها استفاده مي‌شوند و از شلوغي بيش از حد ديسك‌سخت جلوگيري مي‌كنند. در برخي از سيستمعاملها نمونه‌اي از اين نرم افزارها به صورت پيش فرض تدارك ديده شده كه بايد توسط كاربر اجرا شوند و پس از بررسي ديسك فايلهاي اضافي را پيدا كرده و پاك كند.
در مغز اين كار به صورت اتوماتيك انجام مي‌شود به اين صورت كه اطلاعات بر حسب تعداد مراجعات به آن نگهداري مي‌شود. به عنوان مثال شما نام خود را هيچگاه از ياد نمي‌بريد زيرا هر روز با آن سر و كار داريد، اما ممكن است نام همكلاسي دوران دبستان خود را كه مدت زيادي است او را نديده‌ايد از ياد برده باشيد. با يك مثال ساده اين موضوع را بيشتر بررسي مي‌كنيم. فرض كنيد همكلاسي دوران راهنمايي خود را پس از چند سال در خيابان مي‌بينيد. شايد هيچكدام نام يكديگر را به ياد نياوريد و يا فقط نام كوچك يكديگر را به ياد بياوريد و اين به اين خاطر است كه مدت زمان زيادي است كه از نام يكديگر استفاده نكرده‌ايد و مغز شما اين اطلاعات را به صورت اتوماتيك پاك كرده است.
2- نرمافزارهاي گرافيكي
نرمافزارهاي گرافيكي در رايانه‌ها براي انجام تغييرات، ادغام و ساخت تصاوير جديد كاربرد فراواني دارند. با اين نرم‌افزارها مي‌توان عكسهاي قديمي را ترميم و يا عكسي را به دلخواه ويرايش نمود و يا حتي چهره شخصي را با تنه شخصي ديگر عوض كرد. در ابتداي پيدايش رايانه‌ها اين نرم‌افزارها وجود نداشتند اما با پيدايش عكسهاي ديجيتال نياز به آنها احساس شد.
اگر فكر مي‌كنيد در مغز چنين نرم‌افزارهايي وجود ندارد كاملاً در اشتباه هستيد! با يك مثال آن را اثبات مي‌كنيم. تصوير يكي از نزديكانتان را در ذهن خود تصور كنيد. در ذهنتان يك عكس 4*3 از او بگيريد، رنگ پس‌زمينه عكس و پيراهنش را به رنگ دلخواه عوض كنيد. حال تمام اين تغييرات را به حالت اوليه برگردانيد. تصوير شخص مورد نظرتان را بصورت سه‌بعدي در ذهنتان بچرخانيد. ملاحظه مي‌كنيد كه شما هر كاري كه بخواهيد مي‌توانيد با اين تصوير انجام دهيد. او را در لباس يك زنداني، بازيگر، كارگر، مهندس و يا هر هويت ديگري تصور كنيد و اين در حالي است كه اولاً تمام اين كارها فقط با مغز شما انجام مي‌شود بدون آنكه نيازي به نصب يك نرم‌افزار گرافيكي باشد! و ثانياً اين قابليتها از ابتدا در مغز وجود داشته و چيز جديدي نيست.
هر نرم‌افزاري كه در دنياي رايانه سراغ داريد را مي‌توانيد در مغز خود تصور كنيد و يا حتي يك نرم‌افزار جديد خلق كنيد. قدرت مغز در انجام اين امور فوق‌العاده است.
پیوند مرتبط: