1. ¿Cuánto tiempo puede funcionar de manera estable el cerebro humano?
El cerebro humano solo tiene tres estados de trabajo de vigilia, sueño no REG y sueño REM , y no hay estado de "apagado", por lo que el cerebro humano no tiene el proceso de reinicio desde el estado de apagado al estado de trabajo. En otras palabras , el cerebro humano no se puede reiniciar .
En la actualidad, la esperanza de vida humana promedio es de más de 70 años, y algunas personas pueden vivir hasta más de 100 años, lo que significa que el cerebro humano puede funcionar de manera estable durante 100 años sin reiniciar .
Sin embargo, la computadora personal actual tiene una alta probabilidad de fallar después de varios meses de funcionamiento continuo, y un servidor con un rendimiento excelente necesita reiniciarse activamente después de 3 a 5 años de funcionamiento .
¿Por qué el cerebro humano puede funcionar de forma estable y continua durante 100 años, mientras que una computadora con un rendimiento excelente solo puede funcionar de forma estable durante 3 a 5 años? La relación del tiempo de funcionamiento sin problemas entre los dos es de 20:1 .
De hecho, si los seres humanos pueden vivir 200 años, el cerebro humano también puede funcionar de manera estable durante 200. En otras palabras, mientras el cerebro humano pueda sobrevivir, ¡puede funcionar de manera estable durante el mayor tiempo posible ! ¿Qué hace que el cerebro humano pueda funcionar de forma continua y estable durante tanto tiempo?
2. El misterio del funcionamiento estable
La siguiente imagen muestra un grifo común y un centro de control de una central hidroeléctrica , los cuales realizan la "misma" función: abrir y cerrar el agua.
Solo pregunte: ¿Cuál de estos dos dispositivos tiene una mayor probabilidad de cometer errores durante la operación?
Obviamente, los grifos ordinarios tienen una menor probabilidad de fallar y es posible que no fallen en toda la vida . De hecho, las dos funciones de abrir y cerrar el agua siempre se pueden completar normalmente dentro de la vida útil del grifo.
¿Por qué los grifos ordinarios tienen una baja probabilidad de error y un tiempo de funcionamiento estable más prolongado?
¡La razón es porque la función es única y la operación es simple!
¡Cuanto más simple, mejor! ¡Cuanto más simple, menos propenso a errores! El más simple y más estable!
La ley del aumento de entropía establece que cuanto mayor es la entropía, más estable es el sistema . Cuanto más unitario es el sistema, más uniforme es la distribución de energía, y cuanto más uniforme es la distribución de energía, mayor es la entropía, y cuanto mayor es la entropía, más estable es el sistema. El primer principio de responsabilidad única, Principio de responsabilidad única (SRP), entre
los cinco principios del diseño de software (SOLID), el principio único es el primero entre los cinco principios, ¡lo que ilustra su importancia! El diseño de software debe cumplir con el principio único, realizar una función única y una lógica simple. Solo de esta manera se puede garantizar la calidad del software y el software puede ejecutarse de manera más estable. La razón importante por la que el cerebro humano puede funcionar de manera continua y estable es el uso de un solo principio .
3. Cómo implementar el principio único
La razón importante por la que el cerebro humano puede funcionar de manera estable mientras el cerebro pueda sobrevivir es que se utiliza un solo principio en todos los aspectos . Los métodos de implementación específicos del sistema nervioso del cerebro humano son: división, partición, capa y grupo .
Echemos un vistazo a cómo el sistema cerebral humano logra estos " cuatro puntos ".
3.1 Dividir
El sistema cerebral humano tiene múltiples componentes, incluyendo principalmente: cerebro, cerebelo, diencéfalo y tronco encefálico.
1. Cerebro: El cerebro es la parte más avanzada del sistema nervioso central, que cumple funciones relacionadas con las emociones avanzadas, el espíritu, la visión, el lenguaje y los movimientos corporales 2. Diencéfalo: cumple funciones relacionadas con el sueño, la ingesta de alimentos, el lenguaje, y densidad sensorial
Función
3. Cerebelo: realiza principalmente funciones relacionadas con el equilibrio y el control motor fino
4. Tronco cerebral: principalmente relacionado con el estado de conciencia, centro vital, etc.;
Dividimos el cerebro humano en múltiples componentes, y estos componentes se denominan divisiones del cerebro humano . Cada subcuerpo realiza una función específica, y cada subcuerpo realiza sus propios deberes. Las funciones realizadas por el subcuerpo y el subcuerpo son diferentes, y la estructura física del subcuerpo también es diferente.
Dado que cada cuerpo dividido solo es responsable de un tipo específico de función, estas funciones son relativamente simples en comparación con la función completa del sistema nervioso del cerebro humano , lo que garantiza el funcionamiento estable del cuerpo dividido .
3.2 Partición
El cerebro humano se compone de múltiples divisiones, cada una de las cuales se divide en múltiples particiones funcionales , cada una de las cuales puede realizar de forma independiente una función específica. El cerebro es una división importante del cerebro humano, y sus divisiones son las siguientes:
Las áreas 17, 18 y 19 de la corteza cerebral son divisiones visuales, que se utilizan especialmente para procesar la visión humana.
Las áreas 1, 2 y 3 de la corteza cerebral son divisiones somatosensoriales, que son específicamente responsables de las áreas somatosensoriales. Las
áreas 41 y 42 de la corteza cerebral son divisiones auditivas, que están especializadas en la audición humana compleja.
El área 43 de la corteza cerebral es la partición del gusto, que es responsable del gusto del cuerpo humano.
La estrategia de partición permite que cada partición funcional complete una función específica, y la partición solo necesita enfocarse en las funciones de las que es responsable , descomponiendo así una función compleja en múltiples funciones simples.
3.3 Capas
Cuando las funciones procesadas por algunas particiones funcionales son más complejas, las particiones dividirán las funciones complejas de acuerdo con la relevancia lógica del procesamiento. A esto lo llamamos división jerárquica . Cada capa completa una función específica y múltiples capas completan el trabajo de toda la partición.
Tomando como ejemplo el sistema visual en el sistema nervioso, la corteza visual primaria es la parte del cerebro que procesa la visión, o la corteza estriada. La disposición de las neuronas en la corteza estriada se puede dividir aproximadamente en seis capas. Estas capas de células se denominan I, II, III, IV, V y VI. La estructura celular de la corteza estriada se muestra a continuación:
Estas capas de células de la corteza estriada están compuestas de axones y dendritas. La información recibida por la retina se transmite al LGN (núcleo geniculado lateral) y finalmente a la corteza estriatal.
En respuesta a los estímulos, diferentes tipos de células ganglionares en la retina transmiten información a diferentes capas de la corteza estriada para su procesamiento.
La visión que vemos en realidad incluye la percepción de diferentes características de los objetos, como el color, la forma, el movimiento, etc. Estas características son procesadas en paralelo por diferentes células en la corteza estriada, y diferentes capas en la corteza estriada completan un proceso especial. procesamiento de información
Esta estrategia de capas puede subdividir funciones complejas en algunas funciones relativamente simples , y cada capa solo necesita enfocarse en algunas funciones simples, lo que garantiza la estabilidad de la operación.
3.4 Agrupación
Algunas funciones en el sistema del cerebro humano se componen de una serie de subfunciones idénticas. En este momento, el sistema nervioso del cerebro humano agrupará esta serie de subfunciones, y cada grupo solo necesita enfocarse en una subfunción específica. función _
Por ejemplo, en el sistema auditivo humano, hay órganos de Coty en la cóclea, y estos órganos de Coty contienen receptores auditivos.
Las células sensoriales en diferentes partes de la cóclea reciben señales de sonido de diferentes frecuencias.
Las señales de sonido de diferentes frecuencias finalmente se transmiten a diferentes células en la corteza auditiva para su procesamiento.
La agrupación puede subdividir la misma función en una serie de subfunciones con funciones similares Estas subfunciones son relativamente simples y cada grupo solo se enfoca en una subfunción simple, lo que garantiza la estabilidad de la operación.
3.5 Acceso dedicado
Hablé sobre la división, partición, estratificación y agrupación que utiliza el cerebro humano para realizar el principio único. Además, para realizar el principio único, la mayoría de las vías de información en el cerebro humano utilizan vías de información dedicadas , lo que significa que cada vía de información solo es responsable de un tipo de información.
vía auditiva
vía motora
vía del gusto
Resumen:
El sistema del cerebro humano "subdivide infinitamente" el problema a través de operaciones como división, partición, estratificación y agrupación, de modo que las células subyacentes solo necesitan completar una tarea simple, lo que garantiza la estabilidad del sistema.
Este tipo de estrategia de operación es como administrar un país. Es muy difícil administrar un país enorme. Por lo tanto, dividimos el país en diferentes niveles y dividimos el país enorme en regiones administrativas más pequeñas, para lograr una administración científica y efectiva.
Tomando como ejemplo a la gran China , China divide todo el país en varias provincias, cada provincia se divide en varias ciudades, cada ciudad se divide en varios condados, cada condado se divide en varias ciudades, cada ciudad se divide en varias aldeas.
4. Cómo los ingenieros de software pueden aprender de la estrategia de operación del cerebro humano
4.1 Dividir y Particionar
Dividir y particionar son esencialmente lo mismo , y ambos usan la estrategia " divide y vencerás ", que consiste en dividir todo el software en múltiples tareas o módulos de acuerdo con sus funciones. Cada tarea completa una función específica, y cada tarea solo se enfoca en las funciones de las que es responsable , y no sobre las funciones de otras tareas.
Una tarea debe incluir todos los códigos relevantes para completar una función específica dentro de ella, de modo que la tarea pueda ejecutarse de manera completamente independiente sin depender de otras tareas y lograr una alta cohesión.
La siguiente figura es el archivo de ingeniería de un proyecto de puerta de enlace. En la figura se puede ver que todo el proyecto adopta la estrategia de "divide y vencerás". Dividimos todo el proyecto en múltiples tareas, cada tarea cumple una función independiente y cada la tarea no Depende de otras tareas.
4.2 Capas
Una función de software compleja se puede dividir horizontalmente en un número razonable de capas de subsistemas . Las partes relacionadas del sistema se agrupan en la misma capa independiente.
La realización de la función de la capa superior necesita llamar a la función de la capa inferior y obtener una respuesta, y dos capas adyacentes se ajustan a la relación entre el cliente y el servidor. La capa inferior proporciona servicios para la capa superior y devuelve resultados para las llamadas de la capa superior, es decir, las funciones de la capa inferior sirven a la capa superior .
Reglas de estructura en capas:
1. La capa n solo depende de la capa n-1 inferior
2. La capa n no depende de la capa n+1
3. La capa n solo proporciona servicios para la capa n+1
4 La n-ésima capa Estratificación de servicios proporcionados por la capa n-1 a través de interfaces
Siguiendo tomando como ejemplo la ingeniería del proyecto de la puerta de enlace, se puede ver en la figura que cada tarea adopta una estrategia en capas, por lo general, dividimos las tareas en tres capas . La primera capa es responsable de completar las transacciones relacionadas con los registros del procesador, la segunda capa es responsable de completar las transacciones relacionadas con el control del controlador y la tercera capa es responsable de completar las transacciones relacionadas con el negocio.
La arquitectura en capas es muy adecuada para el mantenimiento y el trasplante , si la tarea necesita ser trasplantada a otras plataformas de procesador, solo se necesita modificar la primera capa, si la plataforma del procesador no ha cambiado pero solo se han modificado los periféricos, solo necesitamos para modificar la segunda capa; si el procesador y los periféricos no han cambiado y la lógica de negocios necesita ser modificada, solo necesitamos cambiar la tercera capa.
4.3 Agrupación
Algunas operaciones contienen una serie de operaciones similares, podemos agrupar estas operaciones similares y seleccionar la agrupación correspondiente según las necesidades reales.
Por ejemplo, podemos agrupar la adición de diferentes tipos de datos: esta operación se llama sobrecarga
en java .
5. Referencias
1. "Neurociencia: exploración del cerebro" - Mark F. Bear, Barry W. Connors, Michael A. Paradiso
2. "Comprensión profunda de los sistemas informáticos" - Randal E.Bryant / David O'Hallaron
3. "Composición informática Diseño y diseño" - David A. Patterson (David A. Patterson) / John L. Hennessy (John L. Hennessy)
4. "Arquitectura y patrones de software" - Joachim Goll
