Grundkurs Informatik Aufgabensammlung mit Lösungen Teil 1

Aufgaben und Lösungen 1-25
2.2 Biologische Aspekte
Aufgabe 2.2.1 (T0)
Beschreiben Sie kurz die wesentlichen Details des genetischen Codes.
Lösung
Das Alphabet des genetischen Codes lautet {A, C, G, T}, wobei die Zeichen für die Nukleotide
Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin stehen. In den DNS-Molekülen codieren jeweils drei
aufeinander folgende Zeichen eine Nukleinsäure. Da es 4 3 =64 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten
gibt, aber nur 20 Nukleinsäuren zu codieren sind, stehen in der Regel mehrere,
oft bis zu 6 verschiedene Codewörter für dieselbe Nukleinsäure. Vier spezielle Codewörter
(ATG, TAA, TGA und TGG) steuern den Beginn und den Abbruch der Synthese von Proteinen
aus den Nukleinsäuren. Aus den Nukleinsäuren ist der genetische Code aufgebaut.
Aufgabe 2.2.2 (T1)
Vergleichen Sie biologische Gehirne hinsichtlich Verarbeitungsgeschwindigkeit, Parallelität,
Fehlertoleranz und Speicherprinzip mit digitalen Computern.
Lösung
Biologische Gehirne weisen im Vergleich mit digitalen Computern eine niedrige Verarbeitungsgeschwindigkeit
der Einzelkomponenten (Neuronen), eine hohe Parallelität und eine
hohe Fehlertoleranz auf, d.h. Erhaltung der Funktionalität auch bei Ausfall einzelner Komponenten.
Die hohe Parallelität biologischer Gehirne gleicht dabei die niedrige Arbeitsgeschwindigkeit
der Einzelkomponenten teilweise wieder aus. Biologische Gehirne verwenden
das assoziative Speicherprinzip, bei dem Inhalte gestreut gespeichert und durch Vergleich
mit Mustern wieder gefunden werden. In üblichen Digitalcomputern erfolgt die Speicherung
durch eindeutige Adressierung von Speicherzellen. Aus den unterschiedlichen Operationsprinzipien
ergibt sich, dass biologische Gehirne auf schnelle Mustererkennung und Computer
auf Exaktheit und Geschwindigkeit bei numerischen Berechnungen optimiert sind.
Aufgabe 2.2.3 (M2)
Der einer Tonhöheempfindung R1 entsprechende physikalische Reiz S1 betrage 1% des Maximalreizes
Smax. Das Verhältnis von Maximalreiz zu Reizschwelle hat den Wert Smax/S0=10 3 .
Um welchen Faktor muss ein physikalischer Reiz S2 größer sein als S1, damit sich die zugehörige
Reizempfindung von R1 auf R2 verdoppelt?
Lösung
Nach dem Fechner’schen Gesetz gilt R = c∙log(S/S o ). Mit Smax/S0=10 3 rechnet man:
R2 = c∙log(S2/S0) = 2∙R1 = 2∙c∙log(S1/S0) = c∙log(S1/S0) + c∙log(S1/S0)
c∙log(S2/S0) = c∙log(S1/S0) + c∙log(S1/S0)
log(S2/S0) = log(S1/S0) + log(S1/S0)
log(S2/S0) - log(S1/S0) = log(S1/S0)
log(S2/S1) = log(S1/S0)
S2/S1 = S1/S0 = 0.01∙Smax/S0 = 0.01∙10 3 = 10
Der physikalische Reiz S1 muss also um den Faktor 10 auf den physikalischen Reiz S2 erhöht
werden, damit sich die Empfindung der Lautstärke verdoppelt.