1-freelance.ru

Журнал "Фрилансер"
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Компьютерная память

Компьютерная память

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемая в вычислениях систем в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х годов. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическую память с произвольным доступом (DRAM), — которая используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.

Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия. Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.

Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.

Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 0016 или FF16.

Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ), жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.

Содержание

Функции памяти [ править | править код ]

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций современного компьютера, — способность длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями так называемой архитектуры фон Неймана, — принципа, заложенного в основу большинства современных компьютеров общего назначения.

Первые компьютеры использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации, перестройки блоков и устройств и т. д. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

Любая информация может быть измерена в битах и потому, независимо от того, на каких физических принципах и в какой системе счисления функционирует цифровой компьютер (двоичной, троичной, десятичной и т. п.), числа, текстовая информация, изображения, звук, видео и другие виды данных можно представить последовательностями битовых строк или двоичными числами. Это позволяет компьютеру манипулировать данными при условии достаточной ёмкости системы хранения (например, для хранения текста романа среднего размера необходимо около одного мегабайта).

К настоящему времени создано множество устройств, предназначенных для хранения данных, основанных на использовании самых разных физических эффектов. Универсального решения не существует, у каждого имеются свои достоинства и свои недостатки, поэтому компьютерные системы обычно оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

Физические основы функционирования [ править | править код ]

В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.

Классификация типов памяти [ править | править код ]

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же — по технической реализации. Здесь рассматривается первая — таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.

Доступные операции с данными [ править | править код ]

  • Память только для чтения (read-only memory, ROM)
  • Память для чтения/записи

Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ и ПППЗУ) не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения» [1] , либо выделяют в отдельный вид.

Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM — предназначенные для хранения относительно неизменных данных [1] .

Метод доступа [ править | править код ]

    (англ.  sequential access memory, SAM ) — ячейки памяти выбираются (считываются) последовательно, одна за другой, в очерёдности их расположения. Вариант такой памяти — стековая память. (англ.  random access memory, RAM ) — вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.

Организация хранения данных и алгоритмы доступа к ним [ править | править код ]

  • Адресуемая память — адресация осуществляется по местоположению данных.
  • Ассоциативная память (англ.  associative memory, content-addressable memory, CAM ) — адресация осуществляется по содержанию данных, а не по их местоположению (память проверяет наличие ячейки с заданным содержимым, и если таковая(ые) присутствует(ют) возвращает её(их) адрес(а) или другие данные с ней(ними) ассоциированные).
  • Магазинная (стековая) память (англ.  pushdown storage ) — реализация стека.
  • Матричная память (англ.  matrix storage ) — ячейки памяти расположены так, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.
  • Объектная память (англ.  object storage ) — память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.
  • Семантическая память (англ.  semantic storage ) — данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков.

Назначение [ править | править код ]

  • Буферная память (англ.  buffer storage ) — память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами.
  • Временная (промежуточная) память (англ.  temporary (intermediate) storage ) — память для хранения промежуточных результатов обработки.
  • Кеш-память (англ.  cache memory ) — часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кэшируемая память.
  • Корректирующая память (англ.  patch memory ) — часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти. Также используются термины relocation table и remap table.
  • Управляющая память (англ.  control storage ) — память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.
  • Разделяемая память или память коллективного доступа (англ.  shared memory, shared access memory ) — память, доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам.

Организация адресного пространства [ править | править код ]

  • Реальная или физическая память (англ.  real (physical) memory ) — память, способ адресации которой соответствует физическому расположению её данных;
  • Виртуальная память (англ.  virtual memory ) — память, способ адресации которой не отражает физического расположения её данных;
  • Оверлейная память (англ.  overlayable storage ) — память, в которой присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.

Удалённость и доступность для процессора [ править | править код ]

    Первичная память (сверхоперативная, СОЗУ) — доступна процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам.

      (процессорная или регистровая память) — регистры, расположенные непосредственно в АЛУ;  — кэш, используемый процессором для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Разделяется на несколько уровней, различающихся скоростью и объёмом (например, L1, L2, L3).

    Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ [2] .

    Мозг хранение информации устройство компьютера

    Биокомпьютер получает информацию из внешней среды и от других частей тела через органы чувств. Эта информация распространяется в виде сигналов по нервам и достигает спинного или головного мозга. Компьютер получает сигналы через устройства ввода. Устройства ввода и органы чувств будем далее именовать единым термином — рецепторы.

      Звуковые колебания воспринимаются органами слуха у биокомпьютера и через микрофон у компьютера. В качестве приемника сигналов в обоих случаях служит гибкая мембрана (у человека она называется «барабанной перепонкой»). Звук, получаемый через микрофон, сохраняется примерно как линия на графике: записывается величина отклонения мембраны от нейтрального положения через равные промежутки времени. В результате звуковая информация попадает в компьютер в виде серии чисел, отмечающих положение мембраны.

    В ухе также происходит разложение сигнала на серию чисел, как в микрофоне, но только для самых низких частот. В основном же ухо работает несколько иначе. Ушная мембрана приводит в действие механику внутреннего уха, которая преобразует колебания барабанной перепонки по принципу преобразования Фурье. Заметьте: преобразование выполняется посредством чисто механического устройства, никаких вычислений с применением нейронов мозга на этом этапе еще не происходит. В результате сигнал представляется в виде суммы из множества синусоидальных сигналов. Мозг получает информацию в виде величины громкости каждого такого подсигнала.

    Принцип действия цифровой камеры тот же самый: есть чувствительные элементы, реагирующие на красный, синий и зеленый свет. Элементы разных типов расположены либо вперемешку (технологии CMOS и CCD), либо друг под другом (технология X3). В глазу палочки и колбочки разных цветов расположены вперемешку хаотично.

    Неправильно проводить аналогию между глазом и клавиатурой на том основании, что через глаз и клавиатуру вводится текст. В данном случае мы классифицируем рецепторы по тем физическим воздействиям, которые заставляют их генерировать сигналы: свет, звук, механическое надавливание и т.п. То, как интерпретируется информация,- уже не функция рецепторов, а функция внутренней части компьютера или биокомпьютера. Так например, азбука Брайля (для слепых) позволяет вводить текст в биокомпьютер через кожные рецепторы, а на клавиатуру можно нанести вместо букв обозначения нот или оттенки цветов, что позволит вводить звуковую или цветовую информацию, подобно цифровой камере или микрофону. Физические же воздействия на рецепторы от этого не изменятся.

    Заметьте тот факт, что методы получения информации об окружающей среде у компьютера и биокомпьютера довольно похожи, а вот способы получения информация о внутренней среде — очень разные. В компьютере происходит диагностика микросхем или блоков обычно с помощью программ-тестов. А внутри биологического организма о неполадках свидетельствуют химические, температурные, механические раздражения: боль, тошнота, жар. Этот факт легко объясним: внешняя среда у компьютера и биокомпьютера — одна, зато основа внутреннего строения — принципиально разная: вместо белковых соединений — полупроводники, вместо циркуляций жидкостей — циркуляция электронов. Вот и выходит, что внешние рецепторы могут быть похожи, а внутренние — нет.

    Не следует относить к рецепторам разного рода съемные носители информации — дисковые и прочие накопители. Накопители относятся к памяти (см. ниже). Они не преобразуют воздействия окружающей среды в сигналы.

    Эффекторы.

    Если через рецепторы информация поступает извне, то через что она выходит обратно, что происходит с сигналами, покидающими нервную систему? У человека они приводят в движение различные мышцы. Выходящая наружу информация представляет собой жесты, мимику, звук, печатный или рукописный текст, рисунки. Органы биокомпьютера или устройства компьютера, через которые информация поступает во внешнюю среду, будем именовать общим словом — эффекторы (от англ. effect — действие). Компьютерные устройства вывода информации (эффекторы) — это дисплей, динамики, принтер и сетевой кабель.

    Эффекторы — это устройства, преобразующие внутренние сигналы (био)компьютера, в физические воздействия на внешнюю среду.

    Дисплей и принтер соответствуют рисованию, письменности и мимике. Лицо у человека не столь подвижно, как у обезъяны, много на нем не изобразишь — так что приходится применять вспомогательные средства: бумагу и что-нибудь пищущее. Зато каракатицы способны обойтись без дополнительных орудий. У них есть нечто вроде дисплея — на коже множество цветных «пикселов», которые можно прятать и показывать. Это позволяет моллюску воспроизводить то изображение, которое он видит глазами, и некоторые абстрактные «картинки».

    Динамики компьютера и мембраны в них соответствуют горлу и голосовым связкам, так что и здесь человек создает ЭВМ по своему образу и подобию. И лишь сетевой кабель не имеет аналога у биокомпьютера. К сожалению, невозможно мозг соединить с мозгом, напрямую прередавая электрохимические импульсы в другой мозг именно как электрохимические импульсы. Только такой эффектор мог бы быть прямым аналогом сетевого кабеля.

    Разнообразные измерительные приборы могут служить продолжением рецепторов как компьютера, так и биокомпьютера. То же самое можно сказать и о механизмах — ими может управлять и человек, и ЭВМ, то есть, они могут действовать как продолжение эффекторов.

    Процессоры.

    Мозг человека состоит из миллиардов клеток нейронов, а также прочих клеток, например глиальных (выполняющих роль механической основы) и клеток, из которых состоят кровеносные сосуды. От каждого нейрона отходит множество отростков — дендритов и аксонов. Внутри нейрона повышена концентрация одних ионов, а снаружи — других, в результате чего возникает электрическое напряжение между внешней и внутренней поверхностью отростка. Импульс в нервной системе представляет собой цепную химическую реакцию, напоминающую горение бикфордова шнура или падение костяшек домино. Когда по аксону или дендриту проходит сигнал, то на его поверхности открываются своего рода «каналы», через которые устремляются ионы, что вызывает скачок напряжения в обратную сторону. Соседние каналы реагируют на этот скачок тем, что тоже открываются, отчего по соседству тоже происходит скачок напряжения, и так далее, и так далее. В результате импульс распространяется вдоль аксона. После того, как импульс проходит, «каналы» закрываются, и включаются микроскопические «насосы», которые очень быстро восстанавливают прежнюю концентрацию ионов; и вскоре нейрон оказывается готов к передаче следующего импульса.

    Скорость распространения нервного импульса составляет всего порядка 25 метров в секунду. Это значит, что одиночный нервный импульс может пересечь мозг из конца в конец примерно 200 раз в секунду. Конечно, это не идет ни в какое сравнение с быстродействием современных процессоров, выполняющих триллионы операций в секунду.

    В компьютере информация кодируется в виде битов, каждый из которых представляет собой одиночный (дискретный) скачок электрического напряжения за счет сдвига электронов вдоль проводника. Биты посылаются группами, чаще всего по 8, 16, 32, 64 штуки, и каждая группа кодирует определенное число в двоичной системе счисления. В биокомпьютере информация кодируется серией нервных импульсов. «Величина» сигнала тем больше, чем выше частота импульсов. Нейроны способны генерировать до 100 импульсов в секунду. Частота импульсов может плавно меняться (по крайней мере у некоторых нейронов). Такое кодирование информации называется аналоговой частотной модуляцией. Метод кодирования в современных компьютерах называется дискретной амплитудной модуляцией. При любом типе модуляции аналоговый сигнал может кодировать гораздо более широкий спектр величин и нести больше информации, чем дискретный сигнал, однако эта информация гораздо сильнее подвержена искажениям и может быть легко потеряна «в дороге» частично или полностью. В результате компьютер оказывается более надежным хранилищем информации, а биокомпьютер — более емким.

    По сложности современные компьютеры в 2005 году сильно уступают биокомпьютерам. В микросхемах самой современной персоналки содержится 100-300 миллионов транзисторов (

    10 8 ). В мозгу человека содержится по разным оценкам от 10 до 1000 миллиардов нейронов (10 10 — 10 12 ). При этом каждый нейрон имеет в среднем 1000 соединений с другими нейронами и очень сложную внутреннюю структуру, в то время как транзистор имеет всего три соединения и примитивнейшее строение. Это значит, что нейрон как минимум в 333 раза сложнее транзистора, а мозг в целом по самым-самым скромным и заниженным подсчетам в 10 тысяч раз сложнее процессора Pentium 4 или процессора видеоплаты. Это значит, что компьютер также проигрывает мозгу и в вопросе миниатюризации, поскольку 10 тысяч процессоров Pentium 4 никак не влезут в объем черепной коробки.

    Память.

    При оценке сложности мы не учли объем памяти, поскольку сравнивать еще нечего. Объем памяти компьютера известен — он может достигать 10 15 битов и более. Но объем памяти биокомпьютера оценить крайне трудно. Информация в нем передается аналоговым способом, так что количество этой информации проблематично перевести в те же единицы (биты). Но это — еще полбеды. Главная проблема в том, что способ хранения информации для биокомпьютеров пока неизвестен. Быть может, внутри самих нейронов есть какие-то элементы памяти.

    Компьютерная память по большей части находится вне центрального процессора, в дополнительных микросхемах и устройствах. Внутри процессора есть своя память, но ее объем невелик: порядка несколько миллионов бит.

    Неизвестно и то, какая часть информации, поступающей в мозг, остается в нем. Есть вероятность, что очень большая часть, поскольку под гипнозом человек способен вспомнить очень многое из того, что, казалось бы, напрочь забыл.

    Многие свойства памяти создатели компьютеров также скопировали у природы. Например в данной статье автор находит множество совпадений в том, как выглядит работа человеческой памяти (с субъективной точки зрения) и как работает память реального компьютера. Все эти понятия, которые употребляет автор,- ссылка, объект, локальный и глобальный объект — взяты из языков программирования. Также можно добавить, что в компьютере существует своя кратковременная и долговременная память, причем, в полном соответствии с живой памятью кратковременная — быстрее, а долговременная — вместительнее.

    Однако кибернетики, естественно, не стали воплощать в комьютерах то свойство памяти, которое нас постоянно раздражает — способность забывать то, что не хочется забывать и неспособность забыть то, что хочется забыть. Компьютер этим недостатком не обладает: он безотказно вспоминает и безотказно забывает.

    Мы отделяем память от остальных внутренних элементов компьютера и биокомпьютера по причине примитивности и очевидности ее работы: информация просто записывается однажды и считывается позднее столько раз, сколько нужно в том же виде, в котором была записана. Понятно, что эта схема работы не идет ни в какое сравнение с главным содержимым: алгоритмами, программами. Сами программы записываются в память, конечно, но программы имеют свою дополнительную сложную структуру.

    Схема.

    На схеме показаны основные элементы компьютера и биокомпьютера и направление потоков информации между элементами. «Процессорами» называется та часть компьютера или биокомпьютера, которая находится на пути информационных потоков от эффекторов, от памяти к акцепторам и к памяти. Направление информации от процессоров к памяти соответствует запоминанию. Направление от памяти к процессорам соответствует воспоминанию.

    «Бэкап» человека может появиться через пять лет

    Через пять лет смогут сделать «бэкап» человека — научиться полностью копировать процессы, происходящие в головном мозге, об этом заявил ученый в рамках панельной сессии «Таблетка от всего: подключаем мозг к компьютеру». Модератором дискуссии была Ани Асланян, член экспертного совета ГД, которая отметила, что в мире уделяется большое внимание нейротехнологиям, так в США в госпрограмму BRAIN за 7 лет вложено уже более $1,2 млрд, а общий объем финансирования — $6 млрд. Китай вкладывает в свою национальную программу более $3 млрд, а Европа — $1,3 млрд. Изучение мозга гораздо сложнее, чем изучение компьютера, до сих пор ученые не разгадали главную тайну вселенной — как функционирует мозг. Но в России есть примеры успешно созданных нейроинтерфейсов, которые считывают сигналы головного мозга.

    Ученые близки к расшифровке принципов работы головного мозга

    В ближайшие пять лет ученые смогут создать резервную копию («бэкап» ) человека, рассказал профессор Мюнхенского технического университета Гордон Ченг в ходе прошедшей на «Петербургском международном экономическом форуме» (ПМЭФ) сессии «Таблетка от всего: подключаем мозг к компьютеру. По его мнению, станет возможно полностью копировать процессы, происходящие в головном мозге.

    «Самое сложное — это заставить человека двигаться, — объясняет Гордон Ченг. — У нас почти 5 млрд рецепторов — около трех квадратных метров кожи, которая покрывает наше тело. Она выполняет защитную функцию, но в то же время на ней расположены нервные окончания, которые посылают сигналы в мозг. Самое важное — как мы используем информацию, которая поступает от мозга, чтобы не перегружать наши мыслительные процессы».

    «То есть новая обратная связь — она дает нам возможность выстраивать понимание процессов мозга, влиять на пластичность и использовать искусственный интеллект для оптимизации работы организма и мозга, — продолжает Гордон Ченг. — Мы сейчас восстанавливаем функцию, двигательную функцию кисти для пациента, которые перенесли технологию, которую вы можете использовать. Технология очень легкая, ее можно легко прикрепить к телу, и она позволяет считывать и контролировать мышечные сигналы, и сохранять двигательную функцию кисти для пациента».

    Чем изучение мозга отличается от изучения компьютера

    В то же время заведующий Лабораторией нейрофизики и нейрокомпьютерных интерфейсов Московского государственного университета Александр Каплан полагает, что полного «бэкапа» личности не будет никогда, так как природа человека порождается личностью человека. В этом, по мнению ученого, состоит отличие человеческого мозга от компьютера.

    «Если изучать Windows, то, условно, надо давать тесты, загружать какой-то маленький фрагмент программы, посмотреть, как распределяются эти самые импульсы внутри процессора, потом сжечь пару-тройку транзисторов, посмотреть, что получиться, — объясняет Александр Каплан. — Сейчас мозг виден полностью, но почти ничего не известно о том, как в мозгу рождается мысль, как рождается субъективная, это главная тайна мозга, которую нам предстоит взять. На компьютер устанавливается софт, который тут же работает, но мозг построен по совершенно другому принципу: туда ничего не загружается, у него есть операционные элементы, но между ними нет связи. Связи создает жизнь, а человек воспитывается, и вместе с ним воспитывается содержание мозга».

    Одни ученые надеются, что когда-нибудь смогут перенести содержимое мозга в компьютер. Другие уверены, что это невозможно. Фото: ru.depositphotos.com

    «То есть мозг программируют не какие-то программисты из какой-то Долины, а именно эта личность, — продолжает Александр Каплан. — Мозг несет в себе целостность физического мира, психическое ядро создает основу личности. Но в компьютере нет никакого психического ядра, которое чувствует состояние деталей компьютера, уж мы не говорим об эмоциях, и никакого эмпатического отношения к другим компьютерам. Мозг — это 86 млрд нервных клеток, очень много, потому что в процессорах современных 3,5 млрд транзисторов. А аналогом операционного элемента в мозгу является не нейрон, а контакты между нейронами — там, где решается вопрос о передаче сигнала от одного нейрона к другому, как транзисторы. Таких контактов миллион миллиардов — десять в пятнадцатой. Где вы найдете такой процессор?»

    Руководитель Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис Александр Храмов соглашается в том, что подход к изучению мозга отличается от подхода к изучению компьютеров. «Современный компьютер — это машина, которая функционирует по архитектуре фон Неймана: у нас есть программа и память с данными, а данные могут манипулироваться программой, — говорит Александр Храмов. — То есть программа может переписывать сама себя. А наш мозг — это система, которая демонстрирует крайнюю пластичность: у нас на протяжении всей жизни постоянно меняются связи. То есть мозг — это машина, которая не просто переписывает свою программу и данные, но еще и меняет свою конфигурацию уже в виде «железа». Такая крайняя пластичность позволяет мозгу адаптироваться к окружающему миру: наш мозг создавался в условиях, когда мы охотились в саванне на животных, и нашей главной задачей было поддержать огонь, а сейчас мы создаем математические теоремы с использованием практически всего того «железа», которое было 20-30 тысяч назад у нашего предка».

    Что такое нейроинтерфейсы и какие они бывают

    «Нейроинтерфейсы — это приборы, которые подсоединяются к мозгу и считывают команды мозга, — объясняет профессор «Сколтеха» и Высшей школы экономики Михаил Лебедев. — Существует два основных класса нейроинтерфейсов: это инвазивный, когда действительно в мозг вставляют электроды или какие-то устройства, которые подходят близко к нейронам и считывают их активность. Либо неизвазивный — это интерфейсы, которые пытаются минимально воздействовать на сам мозг, как, допустим, электроды с поверхности головы считывают информацию».

    «Для ученых лучше инвазивные интерфейсы, потому что они дают лучшего качества информацию, но для пациентов в ряде случаев гораздо полезнее и эффективнее неинзваизивные интерфейсы, — продолжает Михаил Лебедев. — Есть еще классы других интерфейсов: эндогенные, которые считывают наши внутренние желания, экзогенные, когда мелькает лампочка и считывает, как я реагирую на лампочку, пассивные интерфейсы — которые во время взаимодействия человека с машиной, они отслеживают, как работает мозг, как работает машина, и помогают им достичь какой-то гармонии».

    В то же время, как добавляет Александр Горбань, профессор, директор центра искусственного интеллекта, анализа данных и моделирования The University of Leicester, нейрокомпьютерный интерфейс без искусственного интеллекта — это простая железка, которая на самом деле не работает. «Тут должно быть взаимообучение человека, передающего сигнал, и интерфейса, интеллектуальной его части, которая читает этот сигнал и передает дальше для коммуникаций, для управления различными устройствами, для наблюдения, — говорит он. — Но все это должно трансформировать специальное интеллектуальное устройство, которое учится вместе с людьми. Электронные устройства, считывающие информацию с мозга человека, уже есть, только они работают не очень хорошо. Например, работающий от головы экзоскелет слишком инерциональный: реально демонстрационные примеры работают, а ходить в нем без страховки еще невозможно реально. В то же время фонемы и речевые сигналы уже распознаются — уже есть нейронные сети как интеллект, основанный на данных, расшифровывает отдельные фонемы».

    Успешные примеры разработанных в России нейроинтерфейсов

    В Федеральном центре мозга и нейрохирургии используются устройства, которые называются нейрочат. «Они позволяют человеку, не прикасаясь к клавиатуре, ни голосом, ни движением набирать текст на экране, — рассказывает Александр Каплан. — Для человека, который лишен движений, лишен речи, это такой путь к коммуникации с внешним миром. В нейрочате это не только набор текстов, но, и например, ведение дневника и работа в социальных сетях. На экране нарисованы кнопочки, которые он мысленно должен нажать, а расшифровка этой мысленной командой как раз и делается с помощью нейроинтерфейсных технологий. В эти технологии уже включены элементы искусственного интеллекта. Сейчас идет работа над тем, чтобы искусственный интеллект является не просто исполнительным устройством для расшифровки того, что приходит в виде биологических сигналов, но и становится активным участником этого процесса: он начинает предлагать гипотезы, которые тестирует мозг и дает обратную связь».

    В то же время в Университете Иннополис развивают технологию, получившую название пассивные нейроинтерфейсы. «Нас интересуют системы, которые мониторят состояние мозга человека и позволяют оценить какие-то характеристики, и дальше уже воздействовать на человека с помощью различных типов обратной связи, — говорит Александр Храмов. — Одна из таких технологий — это системы, которые анализируют поведение человека при выполнении каких-то рутинных задач и могут оценить количество и вероятность ошибки человека, снижение концентрации внимания. Апофеозом стала система, которая позволяет распределять когнитивную нагрузку между несколькими людьми. То есть анализируя состояние мозга человека, возможно оптимизировать работу. И действительно там парная или тройная работа оказывается намного эффективнее. Такие технологии могут быть полезны и в медицине: мы научились с помощью инвазивных способов, но это были работы на животных, предсказывать эпилептические события и с помощью Гордоновского дуплекса воздействовать на мозг перед эпилептическим разрядом за счет электрической стимуляции мозга».

    В Федеральном центре мозга и нейротехнологий разрабатывают технологии, которые работают в обратную сторону. «Мы хотим создать технологии, которые позволяют управлять активностью нейронов и любых каких-то биологических тканей, — объясняет директор центра Всеволод Белоусов. — И здесь нам приходят на помощь принципы синтетической биологии, когда мы можем сенсорные системы, видя их ДНК, переставлять из одних клеток в другие или вообще из одних организмов в другие, и, соответственно, в том числе в нейроны. И заставлять эти нейроны реагировать на какое-то физическое воздействие внешнее. Вот такие антенны называются ионными каналами. Это некая антенна, которая под воздействием импульса — света или тепла — открывается, создает ток ионов через мембрану этого нейрона и, соответственно, нейрон активируется».

    «Наиболее известная из таких технологий — это оптогенетика: это когда мы берем из фотосинтезирующих водорослей светочувствительные антенны, вставляем их в нейрон млекопитающих, и мы получаем светочувствительный нейрон, которым можно управлять через оптоволокно имплантированное, например, или, если это нейроны сетчатки, то просто естественным освещением, — продолжает Всеволод Белоусов. — Первое клиническое применение данной технологии — это фотопротезирование сетчатки. Есть такое заболевание — пигменный ретинит, когда палочки умирают и человек слепнет. Но в сетчатке остаются живые нейроны, которые до этого были просто проводами, которые проводили этот сигнал от палочек, колбочек. И вот заразив их безопасным вирусом, который кодирует светочувствительную антенну, можно их сделать светочувствительными, и пациент снова обретает зрение».

    Позиция государства в продвижении нейротехнологий

    По мнению заместителя министра здравоохранения Павла Пугачева, медицина — это та сфера, где эти нейротехнологии востребованы и уже применяются. «Вопрос в том, как сделать так, чтобы эти технологии стали массовыми. Мы со стороны государства, поскольку, если речь идет о технологиях, которые являются имплантированными изделиями, считаем это все равно медицинским изделием. Мы сейчас идем по тому пути, когда создаем условия для упрощения и ускорения, собственно, самой регистрации медицинских изделий и программного обеспечения. У нас история, связанная с искусственным интеллектом, очень насущная. Для того, чтобы эти программные продукты могли использоваться в практическом здравоохранении», — считает он. Каким образом организовать массовый спрос на нейротехнологии замминистра отметил необходимость понимания насколько готова технология к тиражированию. «Поэтому вот мы здесь, готовы активно в этом участвовать, и наша площадка как Минздрава, она открыта для того, чтобы эту дискуссию на ней проводить», — заявил Павел Пугачев.

    Позиция венчурного инвестора

    По мнению основателя венчурного фонда Almaz Capital Александра Галицкого, исследователям и разработчикам нужно разделять понятия инвестиции и финансирования, так как это абсолютно два разных механизма работы с деньгами. «У нас воспринимаются бюджетные средства как инвестиции и гранты — как инвестиции, хотя это совершенно разные вещи. Сегодня люди, которые обладают капиталом спонсируют эти технологии, но не инвестируют. Ясно, что, в первую очередь, все открытия и исследования, которые делаются — это, естественно, медицина. Связано это с тем, чтобы решить проблемы человека, сделать его более здоровым или решить его какие-то проблемы», — сказал Александр Галицкий.

    Отвечая на вопрос готов ли он инвестировать в проекты по нейроинженерным технологиям, инвестор отметил, что постановка вопроса должна быть «можно ли дойти до инвестиций»? «Да, я верю, что, когда-то будет возможность сделать бэкап мозга человека, потому что появится вечная жизнь на земле, потому что будем продолжать существовать в другом теле, и это будет как бы некая биомасса, по сути дела, которую мы научимся создавать», — отметил Александр Галицкий.

    Устройство моделирующее мышление человека, и какие компьютерные программы могут это делать?

    Компьютер — это достаточно умное устройство. Среди всех созданных человечеством приборов, которые доступны дома, компьютер — это лучшее решение. Оно даже человека в шахматы может обыграть. Причем на максимальном или даже среднем уровне сложности данный прибор может выиграть у обычного такого гроссмейстера. Естественно, это ирония.

    Невероятный ум компьютера

    Какое устройство компьютера моделирует мышление человека

    Но факт остается таковым — компьютер может выиграть битву даже у гигантов шахматного спорта. А что говорить об обычных людях? В некоторых аспектах компьютер может обеспечить даже большую производительность, чем мозг человека. Например, это касается вычислений. Действительно, они производятся очень быстро. Как же это получается у какой-то железяки?

    Понятное дело, она стимулируется электрическими токами. Но не только же они обеспечивают. Да, без них невозможно было бы вообще существование компьютера. Должна быть какая-то часть, которая думает. У нас есть мозг. А какое устройство компьютера моделирует мышление человека? Давайте разбираться.

    Устройство персонального компьютера

    Устройство персонального компьютера

    Вообще, ответить на данный вопрос действительно достаточно сложно. Проблема в том, что функции человеческого мозга выполняются не каким-то конкретным прибором или деталью компьюетра, а достаточно большим их количеством. Поэтому следует обязательно рассмотреть все детали компьютера и провести параллели между человеческим мозгом и отдельными его деталями. Итак, каково устройство персонального компьютера?

    1. Процессор. Это то, что считается мозгом компьютера, хотя это не совсем так. На самом деле, он берет на себя всего лишь организующую и вычислительную функцию. Да, мышление человека имитирует именно он по большей части. Но при этом есть еще одна деталь, которая также отвечает за рассчеты. Процессоры «Интел» являются одними из самых популярных на данный момент. Достаточно интересной разработкой в настоящее время является нейронный процессор, который базируется на искусственных нейронах, которые были созданы человеком.
    2. Видеокарта. Она также думает. Причем в определенных аспектах она — это лучший ответ на вопрос «какое устройство компьютера моделирует мышление человека». Ведь иногда мощности процессора в компьютере не хватает для выполнения определенных задач. Например, все что связано с выводом графической информации на экран и ее отрисовкой, выполняется именно ею. При этом, естественно, существуют встроенные в процессор видеокарты. Но их мощность значительно слабее.

    Вот эти две детали отвечают за мышление компьютера в первую очередь. Но устройство персонального компьютера значительно сложнее. Поэтому данные детали были бы ничем, если бы не существовало следующих устройств в компьютере. Так что ответ на вопрос «какое устройство компьютера моделирует мышление человека» такой: все.

    Оперативная память

    Процессоры интел

    Это несколько маленьких деталей в системном блоке компьютера. Они выполняют ту же функцию, что и оперативная память в нашем мозгу — хранение краткосрочной информации. В нашем мозгу оперативная память предназначена для того, чтобы держать данные, необходимые для выполнения какого-то процесса в нашей голове во время мышления или любой другой деятельности.

    У компьютера задача оперативки такая же: содержание в фоне необходимых человеку программ. Таким образом, оперативная память всецело базируется на подчинении у компьютера, в то время как человек сам решает, как ему следует использовать свою оперативку. Таким образом, нет однозначного ответа по поводу того, какое устройство компьютера моделирует мышление человека, хотя бы из-за фокуса работы. Человек сам определяет свою жизнь, а вот компьютеры не могут этого реализовывать.

    Жесткий диск

    Нейронный процессор

    Жесткий диск — это внутреннее хранилище информации на компьютере, которое аналогично долгосрочной памяти у человека. Все то, что происходит в компьютере, сначала использует или жесткий диск, или оперативную память. Здесь все происходит точно таким же образом, как и у человека. Тем не менее жесткий диск имеет значительно меньшую пропускную способность. Поэтому работа с ним значительно медленнее, чем с долгосрочной памятью у человека.

    Выводы

    Какие итоги можно подвести? Что касается моделирования мозга человека, то это выполняет все железо, находящееся в системном блоке, комплексно. Все детали, которые содержатся в компьютере, имитируют работу отдельных участков человеческого мозга. О том, какие функции, аналогичные человеческим, выполняет компьютер, мы уже поговорили. А что тогда выполняет роль других человеческих органов, не связанных с мозгом? Это все остальные устройства: монитор, колонки, клавиатура или другие.

    И не стоит недооценивать значение определенных деталей. Так, клавиатура может передавать компьютеру информацию порой со скоростью человеческой речи. Для этого нужно осваивать слепой метод печати на уровне мастера, и будет вам счастье. Сейчас компьютер становится настолько умным, что скоро он станет полноценным собеседником, который сможет с вами обсудить то, насколько плохой его хозяин.

    Учебник. Базовый курс

    Первое, что необходимо для себя решить, приступив к обучению, компьютер – ваш помощник. Не бойтесь его! Он готов к тому: что вы случайно можете нажать «не туда». Будьте уверены, на качестве его работы это не скажется.

    С помощью компьютера можно:

    Из чего состоит компьютер:

    • Системный блок.
    • Монитор.
    • Клавиатура и мышь.
    • Работать с текстом (набирать, редактировать, сохранять его в памяти компьютера, выводить на бумагу).
    • Выходить в международную сеть интернет.
    • Получать государственные услуги: запись в поликлинику, оформление загранпаспорта и другие.
    • Передавать показания коммунальных счетчиков (газ, электричество).
    • Находить нужную информацию: адреса, телефоны. Совершать покупки, оплачивать счета.

    1.1
    1.2

    Как устроен компьютер

    Компьютер – это, по сути, вычислительная машина. В основе его работы программа. Она переводит цифры на понятный нам язык: в слова, музыку, изображения. Также на компьютер устанавливаются дополнительные программы для обработки фотографий, для видеообщения в сети интернет.

    По принципам устройства компьютер – модель человека, работающего с информацией. У него есть «мозг» – системный блок 1.1 . Здесь находятся все устройства, обрабатывающие и передающие информацию. Именно в системном блоке хранится память компьютера.

    Но вы, работая на компьютере, смотрите на экран, он называется «монитор» 1.2 . Именно на мониторе вы можете увидеть, как компьютер выполнил ваши команды.

    1.3

    Общайтесь с компьютером с помощью двух основных устройств: клавиатуры и мыши 1.3 . Клавиатура передает в компьютер буквы, цифры, команды клавиш. Мышь позволяет выделять и управлять различными объектами, которые вы видите на экране.

    Какими бывают компьютеры

    1.4
    1.5

    • Настольный стационарный компьютер 1.4 . Он состоит из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. У большинства людей дома имеются именно такие компьютеры.
    • Переносной компьютер (ноутбук) 1.5 . Он намного компактнее по сравнению с настольным. На вид напоминает большую книжку. Его процессор размещен под клавиатурой.

    1.6

    Как пользоваться клавиатурой

    Клавиатура компьютера – это устройство ввода информации, она похожа на пишущую машинку 1.7 . Только слова при наборе отображаются на экране компьютера. Нажимайте на клавиши легко и долго не удерживайте.

    1.7

    Назначение основных клавиш

    Клавиша ввода Enter 1 . При нажатии на клавишу в текст вводится новая строка, а в некоторых случаях дается подтверждающая команда компьютеру. Значение этой клавиши можно перевести «Ввод».

    Клавиша Escape 2 используется для отмены текущей операции или выхода из некоторых программ.

    Клавиша пробела 3 нужна, чтобы ставить пробелы между словами.

    Клавиша Ctrl 4 обычно используется в сочетании с другой клавишей. Удерживание клавиши Ctrl вместе с другой клавишей или несколькими клавишами выполняет какую-либо функцию.

    Клавиша Alt 5 похожа на клавишу Ctrl и также используется в комбинации с другими клавишами.

    Клавиши со стрелками 6 отвечают за движение курсора по тексту или объекту.

    Клавиша Shift 7 используется в основном для набора заглавных букв. Удерживая клавишу Shift, можно также вводить знаки и символы, изображенные над цифрами на цифровых клавишах.

    Клавиша Caps Lock 8 . При одном нажатии все буквенные клавиши будут работать в режиме набора заглавных букв. Чтобы отключить Caps Lock, нажмите эту клавишу еще раз. На некоторых клавиатурах имеется специальный световой сигнал – когда клавиша Caps Lock нажата, горит индикатор.

    Клавиша Tab 9 задает отступ для абзацев вправо.

    Клавиша Backspace 10 удаляет символ непосредственно слева от курсора.

    Клавиша Delete 11 удаляет символ непосредственно справа от курсора.

    Клавиши F1-F12 — функциональные. Предназначены для быстрых команд операционной системе. Их назначения на компьютерах и ноутбуках может отличаться. Они часто работают в сочетании с другими клавишами.

    Клавиша F4 12 — вызов окна поиска (такая же команда может быть присвоена клавише F3) или открытие дополнительных окон на страниц

    Клавиша F2 13 — переименование выбранного элемента

    Клавиша F5 14 — обновление активного окна в программе доступа в сеть интернет.

    • SHIFT с любой стрелкой – выделение нескольких элементов в окне или на рабочем столе или текста в документе.
    • CTRL + C – копирование выделенного фрагмента.
    • CTRL + V – вставка скопированного фрагмента.
    • CTRL + Z – отмена последнего действия.
    • CTRL+A – выделение всего.

    Вы всегда можете переключить язык с русского на английский, и наоборот. Два варианта:

    Одновременно нажмите одну из комбинаций двух клавиш:

    • Alt + Shift.
    • Справа Ctrl + Shift.
    • Слева Ctrl + Shift.
    • Shift + Shift.

    1.8
    1.9

    Внизу на нижней панели справа есть значок русского языка RU, если вы нажмете сочетание клавиш, значок должен измениться на EN, то есть английский. Вы всегда по нему можете определить, на каком языке сейчас будет печататься текст.

    Как работать мышью

    Мышь, как и клавиатура, используется для связи с компьютером. Она передает команды с использованием курсора.

    Как правильно расположить руку: положите на мышь кисть правой руки. Так, чтобы вам было удобно. Под указательным пальцем оказалась левая кнопка мыши, а под средним – правая. При этом рука должна лежать на столе. Работайте только кистью, двигать всей рукой не надо 1.9 . Под мышь лучше положить специальный коврик.

    Учимся управлять мышью

    У мыши есть две клавиши и колесико. Если передвигать мышь по плоской поверхности, указатель (курсор) на экране также будет двигаться. Двигая мышь, вы подводите курсор к нужному месту.

    Основная – в устройстве левая кнопка. Нажав один раз, – выделите файл или объект. Нажав на левую кнопку мыши дважды (должно получиться два быстрых щелчка) – открываете файл или объект, документ или ссылку, запускаете программу. Нажав на правую кнопку, вызываете меню действий (копирование, перемещение, удаление).

    Колесико мыши, как правило, передвигают указательным пальцем руки. С помощью колесика вы перемещаете страницу на экране вниз или вверх. Очень удобно при работе в сети интернет.

    Что такое курсор

    Курсор – это указатель. Передвигаете вы его по экрану мышью. Как правило, он выглядит как маленькая стрелка.

    Таким он становится, когда вы наводите курсор на текст.

    Такой курсор означает, что компьютер выполняет какую-либо операцию. Просто подождите. Не давайте ему еще задания.

    Таким курсор становится, когда вы наводите его на ссылку, например, в интернете.

    Как включить, выключить или перезагрузить компьютер

    Чтобы включить компьютер, нажмите кнопку питания на мониторе. На плоских мониторах она находится справа снизу. Затем нажмите на кнопку питания на системном блоке.

    На ноутбуке достаточно включить одну кнопку. Она может находиться сбоку либо вверху над клавиатурой.

    Как выключить компьютер

    1. Подведите курсор к кнопке «Пуск» (левый нижний угол на экране, выглядит как флажок) и нажмите на нее.
    2. В открывшемся окне выберите кнопку «Выключить компьютер» или «Завершение работы» 1.10 .

    Ваш браузер не поддерживает данный формат видео

    В различных версиях операционной системы Windows эта последовательность выключения или перезагрузки может быть разной, но всегда через меню «Пуск».

    Через какое-то время погаснет экран компьютера и лампочка на системном блоке.

    Бывает, что компьютер 5–10 минут не отвечает на ваши команды. Очень вероятно, что он завис. Чтобы выключить его принудительно, зажмите кнопку питания на передней панели системного блока или кнопку включения на ноутбуке и держите более 5 секунд (пока компьютер не выключится). Используйте принудительное выключение только в крайних случаях!

    Процесс перезагрузки компьютера в Windows 7

    Иногда после установки программы, изменения настроек компьютер требует перезагрузки. Компьютер сам закроет все программы, выключится и самостоятельно включится. Закрытые программы вам будет необходимо запустить вновь. Перед перезагрузкой компьютера сохраните все данные, с которыми вы работали в последний сеанс, иначе вы можете их потерять.

    Чтобы перезагрузить компьютер:

    1. Нажмите на кнопку «Пуск».
    2. Наведите курсор на квадратик со стрелкой кнопки «Завершение работы».
    3. Выберите надпись «Перезагрузка» и нажмите на нее 1.11 .

    1. Нажать на кнопку «Пуск».
    2. Навести курсор на квадратик со стрелкой кнопки «Завершение работы».
    3. Выбрать надпись «Перезагрузка» и нажать на нее.

    Какие устройства можно подключить к компьютеру

    1.12
    1.13
    1.14
    1.15
    1.16
    1.17
    1.18

    Принтер понадобится, чтобы распечатать текст, фотографии 1.12 . Принтеры бывают черно-белые и цветные, для печати на обычной или фотобумаге. Для печати также необходимо будет приобрести картриджи и бумагу.

    Сканер поможет вам ввести графическую информацию в компьютер 1.13 . Это могут быть документы или ваши старые фотографии. Он «фотографирует» то, что вы положите внутрь, и создает на вашем компьютере картинку с получившимся изображением.

    Можно также приобрести устройство с двумя функциями: принтера и сканера.

    Модем подключит ваш компьютер к интернету с помощью обычного телефонного кабеля 1.14 . Соответственно, прием и передача данных идут через телефонную сеть.

    Если у вас нет встроенной веб-камеры (она установлена почти на всех ноутбуках), то вы сможете ее подключить 1.15 . Это устройство будет передавать ваше изображение собеседнику. Веб-камера бывает со встроенным микрофоном или без него. Если микрофон отсутствует, то для общения через интернет необходимо будет его приобрести.

    Акустическая система вам понадобится, чтобы слышать звук 1.16 . В некоторых компьютерах уже встроены колонки. Именно через них вы услышите музыку, голос вашего собеседника, если будете общаться по видеосвязи. Вместо колонок также можно подключить наушники.

    Флэш-накопитель (флэшка) – устройство для хранения информации с возможностью многократной перезаписи 1.17 . Информацию: фильмы, музыку, документы, фото можно носить с собой на флэш-накопителе. И при необходимости открывать на любом компьютере.

    Внешний жесткий диск – по сути, это флэшка с большим объемом памяти 1.18 . На нем можно хранить очень много информации.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Читайте так же:
    Добавить оперативную память с жесткого диска
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector