Педагогічна дифузіологія

План

Begin

Begin

Begin

Begin

Begin

Var

Begin

Var

Begin

Var

Begin

Var

Const

Begin

Var

Begin

Var

End.

Begin

Var

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ

Классификация ЭВМ по принципу действия

Электронная вычислительная машина, компьютер - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач [6].

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 5.1): аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).

Рис.5.1. Классификация вычислительных машин по принципу действия.

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 5.2).

Рис.5.2. Две формы предоставления информации в машинах:

а- аналоговая; б- цифровая импульсная.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения)

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровыевычислительные машины, обычноназываемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания обихцифровомхарактере.

Классификация ЭВМ по этапам создания

По этапамсозданияи используемой элементнойбазе ЭВМ условно делятсяна поколения:

1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

Примечание. Интегральная схема - электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающихмикропроцессоров,позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общегоназначения),проблемно-ориентированные и специализированные (рис. 5.3).

Рис.5.3. Классификация ЭВМ по назначению.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных ЭВМ являются:

• высокая производительность;

• разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;

• обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;

• большая емкость оперативной памяти;

• развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.

К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить (рис. 5.4) на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

Рис. 5.4. Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

• быстродействие, измеряемоеусредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

• разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

• номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

• номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

• типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

• способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

• типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

• наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

• способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

• система и структура машинных команд;

• возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

• эксплуатационная надежность ЭВМ;

• коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ показаны в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Сравнительные параметры классов современных ЭВМ

Параметр	Супер ЭВМ	Большие ЭВМ	Малые ЭВМ	Микро ЭВМ
Производительность, MIPS	1000 -100000	10 - 1000	1 -100	1 - 100
Емкость ОП, Мбайт	2000 - 10000	64 - 10000	4 - 512	4 - 256
Емкость ВЗУ, Гбайт	500 - 5000	50 - 1000	2 -100	0,5 - 10
Разрядность,бит	64 - 128	32 - 64	16 - 64	16 - 64

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.

Примечание. Первая большая ЭВМ ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 г. (в 1996 г. отмечалось 50-летие создания первой ЭВМ). Эта машина имела массу более 50 т, быстродействие несколько сотен операций в секунду, оперативную память емкостью 20 чисел; занимала огромный зал площадью около 100 кв.м.

Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.

Появление в 70-х гг. малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой - избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управления технологическими процессами. Они более компактны и значительно дешевле больших ЭВМ.

Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению супермини-ЭВМ - вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых ЭВМ, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.

Изобретение в 1969 г. микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х гг, еще одного класса ЭВМ - микроЭВМ (рис. 5.5). Именно наличие МП служило первоначально определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ.

Рис.5.5. Классификация микроЭВМ.

• Многопользовательские микроЭВМ - это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

• Персональные компьютеры (ПК) - однопользовательские микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

• Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).

• Серверы (server) - многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.

Конечно, вышеприведенная классификация весьма условна, ибо мощная современная ПК, оснащенная проблемно-ориентированным программным и аппаратным обеспечением, может использоваться и как полноправная рабочая станция, и как многопользовательская микроЭВМ, и как хороший сервер, по своим характеристикам почти не уступающий малым ЭВМ.

Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов ЭВМ.

a,b,dx,x,y:Real;

begin {Начало головной программы}

Readln(a,b,dx);

x:=a;

while x<=b do

if x<=-1 then y:=Sqrt(1-x);

if Abs(x)<1 then y:=x/(2*x*x+3);

if x>=1 then y:=Sqrt(x+1);

Writeln(' x = ',x:12:6,' f(x) = ',y:12:6);

x:=x+dx

end;

Табулирование функции непосредственно реализовано с помощью оператора цикла с предусловием. Функция, как видно из постановки задачи, задана тремя ветвями: на интервале от –¥ до –1 она принимает значения выражения ; на интервале [–1;1] – значения выражения ; и, наконец, на интервале от 1 до +¥ – значения выражения . Вычисление значений функции во всех трех ветвях реализовано с использованием трех условных операторов IF в сокращенной форме IF...THEN.... Вычисление значений аргумента осуществляется так. Сначала задается его начальное значение (x:=a), затем в конце цикла значение x каждый раз изменяется, увеличиваясь на шаг dx. Вычисленные аргумент x и значение функции y выводятся на экран.

Пример 4. Вычисление суммы последовательности чисел, заданных общей формулой.

Составить программу для вычисления суммы:

Решение:

PROGRAM Ex4;

Const N=17;

i:Integer;

s:Real;

s:=0;

for i:=1 to N do s:=s+(2*i+1)/(i*i+2);

Writeln(' s = ',s:13:7);

end.

Сумма чисел, заданных общей формулой, вычисляется в цикле путем накопление результата в переменой s. Перед тем, как реализовать цикл, задается начальное значение суммы, равное нулю.

Пример 5 (вариант предыдущего примера). Вычисление суммы элементов массива.

Задан одномерный массив действительных чисел a_k, k = 1,2, …, 20. Составить программу для вычисления суммы

.

Решение:

PROGRAM Ex5;

Const N=20;

k:Integer;s:Real;

a: array [1..N] of Real;

for k:=1 to N do Read(a[k]);Readln;

s:=0; for k:=1 to N do s:=s+a[k];

Writeln(' s = ',s:13:7);

end.

Массив описан в разделе VAR. Элементы массива вводятся с помощью клавиатуры в одной строке, отделяются друг от друга пробелами. В конце ввода следует нажать [Enter]. Сумма вычисляется с помощью оператора цикла с параметром; ее начальное значение, равное нулю, задается до выполнения цикла, затем в цикле, как и в предыдущем примере производится ее накопление.

Пример 6. Вычисление среднего геометрического положительных элементов одномерного массива.

Задан одномерный массив a_k, k = 1,2, …, 25. Вычислить

.

Решение:

PROGRAM Ex6;

N=25;

k,m:Integer;

p:Real;

a: array [1..N] of Real;

for k:=1 to N do Read(a[k]);Readln;

p:=1;m:=0;

for k:=1 to N do

if a[k]>0 then

begin p:=p+a[k];m:=m+1; end;

if m<>0 then Writeln(' p = ',Exp(Ln(p)/m):13:7)

else Writeln('No solve');

end.

Известно, что среднее геометрическое равно корню степени m из произведения заданных чисел, где m – количество этих чисел. Параметр m вначале задан равным нулю (в предположении, что положительных элементов в массиве может не быть). В программе выполняется проверка на положительность очередного элемента: если текущий элемент больше нуля, то, во-первых, выполняется умножение и, во-вторых, увеличение величины m на единицу (так как увеличилось на единицу число положительных элементов массива). Но, поскольку положительных элементов в массиве может не оказаться вообще, после завершения оператора цикла параметр m останется, равным нулю. В данном случае задача решений не имеет, что и должна вывести программа. Если же окажется, что этот параметр отличен от нуля, то задача имеет решение. Так как операция "возведение в степень" в языке Object Pascal отсутствует, ее придется заменить на некоторое выражение (в каждом конкретном случае – свое), связывающее экспоненту и логарифм (по определению логарифма ), что и реализовано в программе.

Пример 7. Нахождение наименьшего (наибольшего) элемента в массиве.

Задан одномерный массив a_k, k = 1,2, …, 15. Найти

.

Решение:

PROGRAM Ex7;

Const N=15;

k:Integer;min:Real;

a: array [1..N] of Real;

for k:=1 to N do Read(a[k]);Readln;

min:=a[1];

for k:=2 to N do

if a[k]<min then min:=a[k];

Writeln(' min = ',min:10:4);

end.

В данной программе реализован так называемый метод "пузырька". Сначала предполагается, что наименьшим элементом является первый элемент в массиве. Затем в цикле выполняется проверка. Если очередной элемент меньше текущего минимального, то последнему присваивается значение этого элемента, в противном случае ничего не выполняется.

Пример 8 (вариант предыдущего примера). Задан одномерный массив a_k, k = 1,2, …, 15. Найти наибольший положительный элемент массива и его номер.

Решение:

PROGRAM Ex8;

Const N=15;

k,m:Integer;max:Real;

a: array [1..N] of Real;

for k:=1 to N do Read(a[k]);

Readln;

max:=0; m:=0;

for k:=1 to N do

if a[k]>max then begin max:=a[k];m:=k; end;

if m>0

then Writeln(' a[',m:1,'] = ',max:10:4)

else Writeln(' No solve');

end.

Задача решается аналогично предыдущей. Отличие лишь в том, что, во-первых, выполняется поиск наибольшего значения (поэтому в программе знак "<" заменен на ">") и, во-вторых, выполняется поиск наибольшего из положительных элементов массива (поэтому в программе выполняется проверка на положительность). Данная задача может не иметь решения, если все элементы массива отрицательные. Поэтому при m>0 выводится наибольший элемент с его номером; в противном случае – сообщение о том, что решений нет.

Пример 9. Преобразование массива.

Задан одномерный массив из 18 вещественных чисел. Получить новый массив, в котором все положительные элементы исходного массива заменены нулями.

Решение:

PROGRAM Ex9;

Const N=18;

k,i:Integer;a,b: array [1..N] of Real;

for k:=1 to N do Read(a[k]);Readln;

for k:=1 to N do

if a[k]>0 then b[k]:=0 else b[k]:=a[k];

Writeln(' a = ',a[k]:10:4,' b = ',b[k]:10:4);

end;

end.

Программа выводит на экран два массива (в виде двух столбцов).

Пример 10. Рекуррентное преобразование массива.

Задана последовательность чисел, называемых числами Фибоначчи, определяемых следующими соотношениями:

F ₀ = 1; F ₁ = 1; …; F_k = F_{k -1} + F_{k -2}, k = 2,3,…, N,…

Вычислить первые не более 1001 (то есть до N =1000) чисел Фибоначчи..

Решение:

PROGRAM Ex10;

Const NN=1000;

label 1;

var N,k:Integer;F: array [0..NN] of Real;

Readln(N);

F[0]:=1; if N=0 then goto 1;

F[1]:=1; if N=1 then goto 1;

for k:=2 to N do F[k]:=F[k-1]+F[k-2];

1: for k:=0 to N do Writeln(' F[',k:3,'] = ',F[k]);

end.

Первые два числа Фибоначчи задаются, равными 1, остальные вычисляются в цикле. Программа рассчитана только до N=1000 (в противном случае произойдет ошибка при проверке границ массива).

Пример 11. Вычисление корней нелинейного уравнения.

Составить программу для решения нелинейного уравнения:

итерационным методом дихотомии (половинного деления отрезка) с заданной точностью e>0.

Решение:

PROGRAM Ex11;

label 1,2,3;

var a,b,x,y,eps:Real;

function f(x:Real):Real;

f:=x*x*x-3*x

end;

Readln(eps);

1:Readln(a,b);

if f(a)*f(b)>0

then begin Write(Input a and b: '); goto 1; end;

2:x:=(a+b)/2;

if Abs(f(x))<eps then goto 3;

if f(a)*f(x)<0 then b:=x else a:=x;

goto 2;

3:Writeln(' f(',x:12:6,') = ',f(x):13:7);

end.

В данной программе реализовано два цикла. Оба цикла организуются операторами IF и GOTO. Такие циклы принято называть неявными. Вычисление функции f (x) оформлено в виде нестандартной функции. На первом этапе вводится точность e>0 (близкое к нулю положительное число) и концы интервала (a, b), на котором ищется корень, и происходит проверка, существует ли на этом интервале хотя бы один корень. Если нет, то концы интервала вводятся заново. Если да, то процесс продолжается. С этой целью находится середина интервала (a, b) и следом проверяется, достигнута ли требуемая точность. Если да, то результат считается найденным и выводится на экран; в противном случае проверяется, в какой из половин интервала (левой или правой) находится корень и соответствующим образом меняются концы интервала. Затем находится середина нового интервала. И так далее. Таким образом, интервал (a, b) с каждым шагом сужается. Рано или поздно, корень будет найден, как только требуемая точность будет достигнута.

В некоторых случаях может произойти "зависание" или "зацикливание" программы, если текущее значение x оказывается равным его предыдущему. Для того, чтобы программа всегда завершалась сама, вводится ограничитель числа итераций (скажем, ограничить число повторений последнего неявного цикла до 100 или 1000). Если программа завершилась по истечению заданного числа итераций, то требуемая точность может быть еще не достигнута. Тогда применяются другие приемы. Например, можно уменьшить точность или увеличить ограничитель числа итераций, изменить концы интервала, на котором находится корень. С целью уточнения концов интервала, можно предварительно вывести таблицу значений функции на выбранном интервале, а затем ввести другие концы интервала, а именно, где функция меняет знак.

1. Значениезапаха в жизни человека.

2. Строение органа обоняния и механизм восприятия запаха.

3. Теории восприятия запаха.

4. Классификация запахов.

5. Особенности восприятия запахов.

6. Условия определения запахов и влияние факторов на обонятельные ощущения.

1. Значение запаха в жизни человека. Запах воспринимается органом обоняния. Это первый дистанционный рецептор живых организмов. Обоняние с древних времен обеспечивало существам их две главнейшие функции – питание и размножение.

Обоняние – чрезвычайно тонкое чувство. Шкала чувствительности органов обоняния настолько велика, что даже самые совершенные приборы пока не могут конкурировать с человеком. Человек без труда различает и запоминает до 1000запахов, а опытный специалист способен различить 10000-17000 запахов.

Наука о запахах называется осмией (от лат. слова osme – запах), а вещества, обусловливающие запах, осмофорами или осмофорическими веществами.

Способы измерения остроты обоняния называются ольфактометрией.

Под понятием запах понимают вообще любые ощущения, воспринимаемые органом обоняния. Наряду с понятием запаха используют термины «аромат» для обозначения приятного запаха и «букет» для характеристики сложного аромата, развивающегося в результате ферментативных и химических процессов.

До настоящего времени отсутствуют приемы для точного определения запаха такие, как для определения цветов, звука или вкуса.

Поэтому при определение ощущений обоняния обычно применяют описательную терминологию.

Импульсы запаха влияют на функции людского организма, особенно на его сосудистую систему. Приятные запахи:

1. вызывают расширение сосудов;

2. повышают продуктивность труда;

3. снижают температуру, снижают давление, замедляют пульс, в результате чего наступает приятное, блаженное состояние организма (запах розы, сирени и т.д.);

4. успокаивающе действуют на нервную систему.

Неприятные запахи:

1. вызывают сужение окончаний кровеносных сосудов, ускорение пульса;

2. повышают кровяное давление и температуру;

3. производят неприятное и даже отталкивающее впечатление.

Обнаружено возбуждающее влияние определенных запахов на способность к интенсивной физической или умственной работе, а также успокаивающее влияние отдельных запахов на нервную и другие системы человека. В Японии некоторые фирмы применяют эти свойства эфирных масел для управления работоспособностью; сотрудников и повышения эффективности деятельности своих фирм. В течение рабочего дня воздух в служебных помещениях одорируется через систему кондиционеров определенным запахом, стимулирующим нервную систему (в первой половине) или успокаивающим работников (в конце рабочего дня).

Запах и орган обоняния имеет большое значение в жизни насекомых, рыб, животных, человека.

С помощью органа обоняния человек:

- охраняет себя от приема недоброкачественной пищи;

- различает массу разнообразных веществ, определяет качество продуктов;

- запах сигнализирует об опасности (запах гари, запах гнили).

Большое значение имеют запахи при усвоении пищи, вкусная и ароматная пища лучше усваивается.

2. Строение органа обоняния и механизм восприятия запаха. Рецепторами обоняния являются обонятельные клетки, расположенные в носовой полости. Обонятельные клетки представляют собой овальное тело веретеноподобной формы с двумя отростками:

- верхний – периферийный отросток;

- нижний – центральный.

Обонятельный эпителий располагается на площади 300-500 мм², имеет желтый цвет благодаря присутствию зернышек красящего вещества в особых, чувствительных клетках, расположенных в слизистой оболочке верхней части перегородки, свода носа и других его частях. Обонятельный эпителий, расположенный в верхней части носовой полости, находится в прямой связи с ротовой полостью. Поэтому молекулы летучих ароматобразующих веществ легко попадают через носоглотку в носовую полость при дегустировании продукта (рис. 1).

		1 – ноздри; 2 – носовые раковины (нижняя, центральная, верхняя); 3 – обонятельный эпителий области обоняния; 4 – твердое нёбо; 5 – носовая часть горла, ведущая в ротовую полость и легкие

Рис. 1. Схема воздушных потоков при обонянии

Количество рецепторов обоняния велико, около 40 млн., на площади 1 мм² расположено более 100 тыс. обонятельных клеток.

В слизистой оболочке носа расположены также специальные железы Боумена, которые постоянно выделяют серозную жидкость, смачивающую слизистую оболочку и окончания рецепторов обоняния.

Действие этих желез можно сравнить с действием слюнных желез. Экстракт желез Боумена действует в качестве очищающего фактора, удаляя возможный избыток ароматических веществ, которые могли бы поразить орган обоняния из-за чрезмерного раздражения, а также предотвращает восприятие сильных вновь появляющихся импульсов запаха.

Разновидность обоняния возникает при возбуждении тройничного нерва, имеющего множество окончаний в носовой полости. Нервы глотки и языка, блуждающий нерв гортани и другие нервы плохо возбуждаются при воздействии ароматобразующих веществ.

3. Теории восприятия запаха. Известно, что запахи, попадая вместе с воздухом в носовую полость, растворяются в жидкости нюхательного эпителия, в результате чего в обонятельной клетке возникает импульс возбуждения – биоток, который передается в обонятельный центр коры головного мозга.

Установлено, что для возникновения импульса в рецепторе обоняния необходимо воздействие около 8-ми молекул пахнущего вещества. Для возникновения ощущения запаха необходимо возбуждение не менее 40 обонятельных клеток.

За последние 100 лет выявлено около 30 различных теорий запаха, однако до сих пор нет научно доказанной теории. На сегодняшний день приняты следующие основные теории восприятия запахов:

1. Химическая теория: возникновение импульса в рецепторах обоняния происходит в результате химического возбуждения нервных клеток при соприкосновении с молекулами пахнущих веществ, находящихся во вдыхаемом воздухе.

2. Вибрационная теория (теория колебаний): возникновение импульса в рецепторах обоняния происходит в результате вибрационного (колебательного) возбуждения нервных клеток, вызванного присутствием во вдыхаемом воздухе частиц веществ, обладающих запахом.

3. Волновая теория: возникновение импульса в рецепторах обоняния происходит в результате волнового возбуждения нервных клеток вследствие излучения, выделяемого пахнущими частицами и возбуждающими орган обоняния аналогично тому, как световые лучи возбуждают орган зрения.

4. Мембранная теория объясняет возникновение запаха проницаемостью клеточной мембраны молекулами летучего вещества, но не обосновывает широкого диапазона воспринимаемых обонятельных ощущений;

5. Согласно стереохимической гипотезе распознавание запаха зависит от соответствия размера и формы молекул ароматобразующего вещества (так называемой геометрии частиц) определенным отверстиям (порам) в обонятельной области носа.

П. Мартин (Англия) получил Нобелевскую премию за гипотезу о механизме чувства обоняния. Она основана на взаимодействии ферментов, активированных молекулами пахучего вещества, с соответствующими коферментами.

Однако ни одна из этих теорий не в состоянии объяснить всех наблюдаемых свойств обоняния.

4. Классификация запахов. Наряду с неразрешенными трудностями в теоретическом истолковании механизма восприятия запахов органом обоняния остается нерешенной проблема классификации запахов.

Классификация запахов значительно сложнее классификации ощущений, воспринимаемых при помощи других органов чувств.

Классификация тем лучше, чем меньше необходимое для определения различий количество основных запахов.

Существует несколько классификаций запахов, отличающиеся между собой по количеству основных запахов, которые в сочетании создают существующие оттенки, но ни одна из них не является совершенной:

1. Классификация К. Линнея (1756 г.) – подразделяет запахи на 9 групп:

1. эфирный;

2. ароматный;

3. благовонный;

4. мускусный;

5. луковый;

6. пригорелый;

7. наркотический;

8. отвратительный;

9. отталкивающий.

2. Классификация, созданная Крокером и Гендерсоном (1927 г.), подразделяет все известные запахи на четыре группы:

1. цветочный;

2. кислотный;

3. запах гари;

4. каприловый (козий).

Все остальные запахи являются смесью этих основных запахов. Интенсивность каждого запаха в этой системе авторы оценивали по шкале от 1 до 8. Применяя категорию интенсивности от 1 до 8, каждый запах можно выразить четырехчисловым числом, отдельные цифры которого характеризуют интенсивность каждого из основных запахов, в названной последовательности.

Цветочным запахом обладают в основном цветы, но он свойствен также другим веществам. Наиболее выраженный цветочный запах свойствен некоторым кетонам, обладающим запахом фиалки, а также запахом мускуса. Для них интенсивность цветочного запаха обозначена числом 8.

Наиболее близок к чистому цветочному запаху запах ванилина, состав которого обозначен 6021. Это число показывает, что ванилин содержит, кроме основного цветочного (6), еще запах гари (2) и каприловый (1), обладающие очень низкой интенсивностью.

Кислотный запах не совпадает с химическим понятием кислоты, так как кислотный элемент запаха обнаружен в одинаковой степени в муравьиной и уксусной кислотах, а также в запахе сернистого газа, камфоры, ацетона.

Наиболее характерно он выражается в уксусной кислоте, в которой значительно преобладает кислотный элемент – 3803.

Запах гари наиболее ярко выражается такими веществами, как жареный кофе и фурфурол.

Каприловый запах (козий) встречается в сивушных маслах, прогорклых жирах, керосине, бензине. Этот запах свойствен также в значительной степени запахам разлагающихся трупов и выделениям животных.

Существенным недостатком данной классификации является то, что авторы не смогли найти в природе вещество, которое обладало бы только одним основным запахом, т.е. было бы эталонным запахом, что позволили бы дать ему точную формулировку. Вместо этого они установили запаховые числа для 25 веществ и предложили их в качестве стандартов.

3. Классификация Девиса все запахи подразделяет на 10 основных запахов:

1. мускусный;

2. амбровый;

3. кедровый;

4. цветочный;

5. камфорный;

6. перцовый;

7. миндальный;

8. эфирный;

9. фруктовый;

10. спиртовый.

4. Классификация Амура (Эймура) (1962 г.) получила наибольшее распространение. Выделяет семь основных, или первичных, запахов:

1. камфорный (гексахлорэтан);

2. мускусный (мускус, ксилол);

3. цветочный (a-амилпиридин);

4. мятный (ментол);

5. эфирный (этиловый эфир);

6. острый (муравьиная кислота);

7. гнилостный (сероводород).

В соответствии с математическими расчетами, количество первичных запахов должно быть не менее 25-30. Только при этом условии можно получить достоверную информацию о запахах через нос человека. Ученые считают, что человек может распознавать и запоминать до 10 тыс. запахов.

5. Особенности восприятия запахов. При оценке качества пищевых продуктов запах имеет большое значение. Хороший, приятный запах продукта привлекает внимание, располагает и подсознательно влияет на более позитивную оценку при определении его качества.

Продукты с приятным запахом считаются более ценными и наоборот.

Вместе с тем запах – ощущение комплексное, возникающее под влиянием воздействия не только на рецепторы обоняния, но и на другие рецепторы, расположенные в области носа (болевые, температурные и тактильные).

Так, ментол и камфара вызывают ощущение холода, метиловый и этиловый спирт – ощущение тепла, а толуол, ксилол, аммиак, никотин – тактильные ощущения.

Разграничить ощущения, воспринимаемые рецепторами обоняния, от ощущений, вызванных раздражением других рецепторов (болевых, температурных, тактильных), очень сложно, поэтому под запахом понимают комплекс ощущений, воспринимаемых органом обоняния.

Восприимчивость запахов у разных людей различна. Одни очень восприимчивы (особенно люди слепые, глухие), другие плохо различают запахи, есть люди, у которых обоняние совсем отсутствует.

Известно, что женщины обладают более высокой впечатлительностью обоняния, чем мужчины. Впечатлительность обоняния больше у взрослых, чем у детей, что может быть результатом жизненного опыта.

Даже у одного и того же человека чувствительность обоняния различна время от времени и зависит от состояния организма, условий жизни.

Также как и для органов вкуса для органов обоняния свойственны такие явления как адаптация и сенсибилизация.

Адаптация к запахам у людей выражена отчетливее, чем к вкусам. В частности, человек обычно не ощущает запаха своей одежды, своего жилья, собственного тела.

Вукс Г.А. приводит сведения о развитии адаптации органа обоняния к запахам. Так, время, необходимое для адаптации к запаху некоторых веществ, будет следующим (мин): раствор йода – 4, чеснок – 45 и более, камфара – 2 и более, фенол – 9 и более, кумарин – 1-2, эфирные масла – 2-9,2, одеколон – 7-12.

Индивидуальная восприимчивость запахов. Аносмия – отсутствие обонятельной чувствительности ко всем пахучим веществам, или к одному веществу, или к группе веществ. Это явление обнаружено относительно масляной кислоты, триметиламина, синильной кислоты, спирта, скатола и ряда других веществ.

Аносмия чаще встречается у мужчин (около 20%), реже – у женщин (около 5%). Полагают, что она передается по наследству потомкам одного пола. При аносмии сохраняется нормальное обоняние по отношению ко многим обычным запахам. В большинстве случаев человек не осознает, что у него частичное отсутствие обоняния. Чрезвычайно большое значение это явление имеет при выборе специалистов по сенсорному анализу.

Потеря обоняния может быть обусловлена травмами после болезни, дорожно-транспортными происшествиями или действием лекарств. К снижению функции обоняния часто приводят болезни носоглотки: хронический насморк и хронические воспалительные заболевания околоносовых пазух – гайморит, фронтит, сфеноидит, риновирусные инфекции. Обоняние может снижаться из-за аденоидов, полипов в носу, искривления носовой: перегородки.

Существуют разные способы для восстановления обоняния – от физиотерапевтических до хирургических.

Гипосмия – пониженная обонятельная чувствительность ко всем пахучим веществам, или к одному веществу, или к группе веществ.

Гиперосмия – необычайно высокая обонятельная чувствительность ко всем пахучим веществам, или к одному веществу, или к группе веществ. Такое явление встречается значительно реже.

Паросмия (самопроизвольное обоняние) – извращенная способность ощущать запах, не свойственный данному веществу или группе веществ.

Влияние возраста. С возрастом чувствительность к запахам снижается в логарифмической последовательности. В зависимости от природных данных, образа жизни, питания, привычек, характера труда, тренированности сенсорных органов с возрастом у человека может повышаться чувствительность обоняния, вкуса, осязания, значительно реже – слуха и зрения.

Память и представление запаха – это способность человека распознавать те запахи, с которыми ранее приходилось встречаться, т.е. запоминать и распознавать известный запах. Обычно человек способен различать от нескольких сотен до нескольких тысяч разных запахов. Квалифицированные дегустаторы должны обладать умением распознавать не менее 10 тыс. запахов. Специалисты развивают упражнениями свои способности и могут различать до 17 тыс. разновидностей запаха. Способность к запоминанию запахов у людей очень различна.

Определение запахов усложняется тем, что часто на практике доводится иметь дело не с одним чистым основным запахом, а с одновременным влиянием двух, трех и более запахов разной интенсивности.

В результате этих процессов могут наблюдаться следующие явления:

1. маскирование запахов – подавления одного запаха другим. Если одновременно на орган обоняния действую; два-три запаха, может случиться, что ни один из них не проявит своих настоящих свойств, а воспринимаемое ощущение запаха будет неопределенным или вообще не будет восприниматься.

2. компенсация запахов характеризуется усилением, ослаблением или исчезновением ощущения, вызванного основным запахом, и связана с присутствием малых количеств вещества другого запаха. Различают положительную и отрицательную компенсацию. В первом случае основной запах усиливается под воздействием другого запаха, во втором ослабляется основное ощущение.

При смешивании запахов двух химически нереагирующих между собой субстанций может появиться взаимное ослабление этих запахов, т. е. их взаимная компенсация. Обнаружено большое количество пахучих субстанций, запахи которых взаимно компенсируются. Не допускается в пищевых продуктах проводить подавление порочащих запахов и привкусов, которые характеризуют отрицательные признаки качества (например, при использовании несвежего сырья, жиров с признаками окисления, компонентов с порочащими запахами и т.д.).

6. Условия определения запахов и влияние факторов на обонятельные ощущения. Впечатлительность обоняния зависит от ряда факторов и может изменяться под влиянием внешних условий. Для исключения ошибок и получения наиболее объективной оценки запаха необходимо соблюдать определенные условия:

1. Оптимальные условия при определении запахов:

- температура помещения – около 20°С (установлено, что уже разность температур, составляющая 3°С, влияет на результаты измерений);

- относительная влажность воздуха – 75-80% (высокая относительная влажность воздуха способствует лучшему восприятию запахов, в очень сухом помещении пороги обоняния значительно возрастают);

- нормальное дневное освещение, так как оно повышает чувствительность рецепторов обоняния с помощью общего влияния на центральную нервную систему.

2. В органолептической лаборатории, в которой производят оценку запахов, должна быть хорошая вентиляция и не должно содержаться посторонних запахов.

Обычно в помещении без запаха (дезодорированном) пороги снижаются на 25%, т.е. впечатлительность обоняния возрастает на 1/4.

3. Необходимым условием увеличения впечатлительности обоняния является его ежедневная тренировка.

4. Перед оценкой необходимо избегать курения, потребления продуктов с острыми приправами, лука и т.п. Это вызывает путаницу получаемых результатов оценок. Например, при оценке запаха продуктов, которым присущ запах какао, оценщик, если до этого он выкурил сигарету, получает ощущение запаха и вкуса данного изделия, равное половине его действительной интенсивности.

5. Необходимо избегать употребления духов, душистого мыла и косметики, так как это затрудняет и даже парализует работу оценщиков, находящихся в органолептической лаборатории. Вместо этого рекомендуется тщательно соблюдать личную гигиену, потреблять как можно больше воды и обычного мыла.

6. Не рекомендуется вначале пробовать и оценивать больше, чем три запаха.

7. Необходимо обратить особое внимание на первое ощущение, так как оно обычно играет решающую роль в распознавании запахов.

8. Для каждого продукта должна быть установлена и тщательно соблюдаться оптимальная температура оценки, так как скорость диффузии пахнущих веществ зависит от температуры. Для жиров, масел и жиросодержащих продуктов предлагается проведение оценки запаха при температуре 38°С, а также при 55°С. Подогрев мороженых мясных продуктов до температуры 82°С и определение их запаха после охлаждения до 55°С позволяет оценить их пищевую пригодность.

На обонятельные ощущения дегустаторов влияют также другие факторы: например, форма пищевого продукта, состояние голода и сытости, ассоциации, личные мотивы и авторитеты.

Дата добавления: 2014-01-03