В чем сходства памяти человека и компьютера
Обновлено: 06.07.2024
После того как вы поделитесь материалом внизу появится ссылка для скачивания.
Подписи к слайдам:
человека и компьютера
«Но в памяти моей такая скрыта мощь,
что возвращает образы и множит»
провести аналогию для более глубокого понимания функционирования памяти компьютера и человека
компьютерная: устройство, которое используется для временного или постоянного хранения информации
человеческая: запоминание, сохранение и воспроизведение следов прошлого опыта.
Память компьютера
оперативная
Память человека
по характеру
психической
деятельности
по длительности
произвольная
непроизвольная
долговременная
кратковременная
оперативная
обонятельная
осязательная
двигательная
эмоциональная
Что общего между памятью компьютера и человека?
Оперативная
Жесткий диск (винчестер)
Диагностика зрительной памяти на слова
Диагностика зрительной памяти на цифры
24 76 12 39
85 90 56 44
Мнемозина (Μνημοσύνη) -
в греческом мифотворчестве богиня памяти
Мнемоника (греч. τὰ μνημονικά — искусство запоминания).
Мнемотехника — совокупность специальных приёмов и способов, облегчающих запоминание нужной информации и увеличивающих объём памяти путём образования ассоциаций (связей).
Использование вспомогательных предметов
для запоминания того, «растущей» ли является фаза Луны, можно использовать палец, «приставленный» к полумесяцу на небе: если получается буква Р — растущая, иначе С — стареющая.
Использование звуковой памяти
«Чтобы ПИ запомнить, братцы, Надо чаще повторять Три, четырнадцать, пятнадцать Девять, двадцать шесть и пять»
«Чтобы нам не ошибиться, Надо правильно прочесть Три, четырнадцать, пятнадцать Девяносто два и шесть»
Русский язык
Собирать, стирать, задира -
Если в слове имя Ира,
Значит, в корне буква и.
Если после корня — а,
В корне будет и всегда.
Вот пример, запоминай:
Ноги вытер? — Вытирай!
Рекорды памяти
Римский философ Сенека мог повторить 2000 не связанных смыслом слов в том же порядке, в каком их услышал только один раз.
Рекорды памяти
Французский физик Андре Мари Ампер
(1775 - 1836) мог запросто воспроизводить длинные отрывки из энциклопедии по геральдике и соколиной охоте даже через 50 лет после прочтения соответствующих статей.
Рекорды памяти
Великий Бетховен сочинял на ходу и никогда не наносил на бумагу ни одной ноты, пока вся пьеса не "запишется" в голове.
Рекорды памяти
Русский шахматист чемпион мира Александр Алехин в 1938 году в Чикаго вслепую в течение 12 часов одновременно играл на 32 шахматных досках, оперируя тысячью фигур более чем на 2000 клетках.
В массовом сознании память до сих пор воспринимается как аналог жесткого диска, только менее точный и надежный. Эта аналогия в корне неверная. Почти по всем параметрам человеческая память принципиально отличается от машинной.
Давайте осуществим их сравнение по нескольким показателям: энергонезависимость, объем памяти, пропускная способность интерфейсов, способ хранения данных, механизмы запоминания и воспроизведения информации, файловая система, необходимость в перерывах на обслуживание, надежность.
Энергонезависимость
Компьютерная память бывает как энергозависимой, так и энергонезависимой. Человеческая память бывает только энергозависимой. Остановка сердца вызывает смерть мозга и потерю данных уже через 6 минут.
Объем памяти
Точно измерить объем долговременной памяти человека крайне трудно, хотя попытки предпринимаются (некоторые расчеты показывают, что она измеряется сотнями терабайт). Скорее всего, наша память соизмерима с возможностями современной вычислительной техники.
Кратковременную (оперативную) память измерить проще. Не гигабайтами, конечно, а по количеству объектов, которые человек способен удержать в памяти без повторения: всего семь, плюс-минус два. Компьютеры в этом плане ушли гораздо дальше.
Что же касается количества одновременно запущенных процессов, то здесь дела еще хуже. В полной мере мы можем сосредоточиться только на одной задаче. Параллельные процессы могут выполняться лишь когда сознательные мыслительные усилия не требуются или требуются по минимуму (курить, слушать музыку, чесать ногу).
Стандарт обмена данными
Внутри компьютера обмен данными происходит в виде электрических сигналов.
В мозге отдельные нейроны тоже оперируют электрическими сигналами, но для передачи данных по синапсам преобразуют их в менее эффективные химические соединения, что ведет к потере тепла и информации.
Пропускная способность интерфейсов
Пропускная способность компьютерных интерфейсов достигает десятков гигабайт в секунду.
Человеческие нейроинтерфейсы измерить сложнее, но по существующим оценкам их возможности скромнее. Органы чувств способны принять до 11 Мбит/с, а вот осознанно человек усваивает не более 40 бит/с. Более того, большую часть времени наш осознанный информационный поток составляет всего 16 бит/с.
Способ хранения данных
Вычислительные устройства хранят информацию на жестком диске или его аналогах. У человека воспоминания предельно атомизированы и фрагментированы по всему мозгу. Память о неприятных эмоциях хранится в миндалевидном теле, графика — в визуальной коре, звук — в слуховой коре и так далее.
Запоминание и воспроизведение информации
Первое: компьютеры воспроизводят информацию в точности так, как записано. Мозг в готовом виде ничего не хранит, он оперирует системой перекрестных ссылок. В момент активации воспоминания создаются специальные белки, с их помощью между нужными участками мозга устанавливаются связи и воспоминание оживает. Самая близкая аналогия — театральная постановка: сценарий каждый раз один и тот же, но могут быть различия в деталях.
Второе: машинная память не зависит от контекста. Мозг же старается запоминать только самое главное (суть) и с привязкой к контексту. Чтобы запомнить и вспомнить, нам нужны ассоциации и желательно та обстановка, которая была на момент события. Это ускоряет доступ к часто используемым данным, но снижает скорость работы с памятью в целом.
Существуют люди с феноменальной памятью, но они либо страдают от когнитивных расстройств, либо натренированы с помощью приемов мнемоники, то есть опять-таки умения использовать контекст.
Файловая система
Электроника точно знает, где что хранится благодаря файловой системе. В мозге же царит бардак. Файловой системы нет, а есть огромная свалка данных с наклеенными на них стикерами контекста: «день рождения», «поцелуй Юли», «укусила собака», «напился и прыгнул в реку, потом вскочил чирей», «впервые увидел игровой автомат». Компьютер обращается к своей памяти с конкретными запросами: кто, что, где, когда. Запрос к мозгу выглядит куда менее формально: «Есть что по теме?»
Перерывы на обслуживание
По одной из теорий сон нужен для консолидации памяти. Во время бодрствования постоянный поток информации ведет к росту синаптической проводимости в мозге, и со временем это делает работу мозга неэффективной. Сон снижает синаптическую проводимость до оптимального уровня.
Компьютеры могут работать дольше, но и им нужны иногда перерывы — например, из-за утечек памяти.
Надежность
В плане надежности обе системы примерно на равных. Вычислительные устройства хранят данные на жестком диске. В случае его неисправности данные пропадают, а компьютер выходит из строя. С другой стороны, содержимое жесткого диска можно продублировать с помощью RAID или настроить бэкапы.
Мозг менее надежный, но более гибкий. Человеческая память сама по себе организована не лучшим образом, а в случае травмы есть вероятность амнезии. Но память иногда возвращается, а человек может сохранить работоспособность и способность к запоминанию даже при очень тяжелых травмах головы и потере значительной части мозга.
Почему память устроена так бестолково?
Компьютеры занимаются только вычислениями и хранением данных. Они под это специально оптимизированы.
Человеческий геном на 98,5% идентичен геному шимпанзе. Мозг тоже проектировался эволюцией в основном под нужды животного. А что нужно животному? Найти еду, убежать от хищника, победить соперника в стае, спариться с самкой. Ничего сложнее, чем групповая иерархия и история взаимоотношений с сородичами обезьяне запоминать не приходится. Поэтому и наш мозг оптимизирован не для размышлений (фокусировка на интеллектуальных задачах требует больших усилий) и запоминания больших объемов данных, а прежде всего для управления телом.
Косвенным свидетельством этого является нынешнее состояние робототехники. Роботы легко справляются со сложными вычислениями, а вот простые движения (поймать мяч, подняться по лестнице) даются им с огромным трудом.
Человеческая гордыня не знает никаких границ. Иногда в воображении всплывают невесть какие-вещи. Кроме того, подобные мысли приводят к совершению поступков, которые без сомнения можно назвать безрассудными. К примеру, в один прекрасный день человек сделал полноценный рукотворный мозг, назвав его компьютером.
Есть ли какие-то общие черты у психики человека и бездушной машиной? Кажется, что нет. Но достаточно подумать о том, какая же все-таки разница между неживым и живым. Человек имеет свободу воли и способность к саморазвитию, тогда как компьютер лишен таких привилегий.
Итак, сходство №1 – это разум и тела. Можно подметить, что аппаратная часть компьютера («железо») аналогично мозговому веществу, которое по ресурсам тоже строго определено и неизменно. При этом ПО (программное обеспечение) в любое время можно обновить или даже полностью поменять. По этой причине данный элемент компьютера аналогичен полученным навыкам или социальным установкам, получаемым человеком в течение всей его жизни.
Сходство №2 – картина мира. У компьютера есть монитор, с помощью которого пользователь может воспринимать ту или иную информацию. Подобные изображения схожи с визуальными образами, появляющимися в человеческом сознании и базирующиеся на впечатлениях от взаимодействия с окружающим миром. При этом такие ощущения иногда не совсем точно показывают окружающую действительность. Искажения могут генерироваться самыми разными факторами.
Сходство №3 – клетка нервной системы. Сущность данной аналогии состоит в том, что «бит» соответствует 2 разным состояниям клетки нервной системы, которая бывает спокойной или возбужденной. И суть тут в двух значениях, способным передаваться битом (0 или 1).
Сходство №4 – опыт – отражает процессы и устройства, которые пребывают на границе между функциональным и заданным. Видится очевидным то, что если человек не имел бы фиксировать все, что его окружает, он не смог бы выжить. В ПК есть RAM – устройство оперативной памяти, которое имеет сходство с человеческой краткосрочной памятью. Винчестер (жесткий диск) – долгосрочная память.
Сходство №5 – зеркальная симметрия. В ПК реализованы 2 метода обработки информационных данных, как в мозге человека, который поделен на 2 полушария.
Люди сделали компьютер, а основой этого творения выступил сам человеческий организм. Что ждет человеческую цивилизацию в будущем, когда это «дитя» станет взрослым?
Забудьте все, что знали о человеческой памяти: новое исследование показало, что объем памяти нашего мозга в 10 раз больше, чем считалось ранее. «Это настоящая бомба в области неврологии, — говорит ученый Института биологических исследований Солка Терри Сейновски. — Наши новые измерения емкости памяти мозга увеличили консервативные оценки в 10 раз до петабайта минимум, в такой объем оценивается весь Интернет». Это 1000 терабайт, если что.
Ученые изучали ткань гиппокампа крысы и реконструировали ее в 3D для изучения центра памяти мозга. После этого они имели возможность впервые наблюдать странное явление. Судя по всему, синапсы мозга могут изменять размеры, что влияет на объем памяти.
Сначала они обнаружили, что в 10% случаев синапсы были продублированы. В попытке выяснить, почему это произошло, ученые использовали передовую микроскопию и вычислительные алгоритмы, чтобы реконструировать соединения, формы, объемы и площадь поверхности ткани головного мозга.
В результате выяснилось, что разница в размерах пар синапсов была очень небольшой, порядка 8%. «Никто не ожидал, что будет такая малая разница. Это прям подколка от природы», — говорит ученый Том Бартол. Ученые пришли к выводам, что существует минимум 26 категорий синапсов, а не несколько, как считалось ранее.
Эта добавочная сложность связей между нейронами выливается в существенное увеличение возможной емкости памяти мозга.«Это на порядок превышает все, что мы представляли, с точки зрения точности, — говорит Сейновски. — Последствия обнаруженного будут очень далеко идущими. Под кажущимся хаосом и беспорядком мозга прячется невероятная точность размеров и форм синапсов, которая от нас скрывалась».
Дальнейшие исследования показали, что синапсы могут менять свои размеры в зависимости от нейронных трансмиссий, и происходит это практически мгновенно.
Каким бы интересным это открытие ни было, оно не поможет вам вспомнить, где вы оставили ключи от машины. Но ученые могут использовать конкретно это исследование для дальнейшей работы в области компьютеров, создавая продвинутые методы глубокого обучения и нейронных сетей.
Мозг взрослого производит около 20 ватт постоянной мощности, примерно как тусклая лампочка, но способен на такие вещи, о которых любой современный компьютер может только мечтать.
И просто ради интереса давайте посмотрим на цифровую мощь. На самые дорогие и мощные суперкомпьютеры на сегодняшний день
Первый суперкомпьютер Atlas появился в начале 60-х годов и был установлен в университете Манчестера. Он был в разы менее мощным, чем современные домашние компьютеры. В нашем обзоре собрана десятка самых мощных в истории суперкомпьютеров. Правда, всвязи с быстро развивающимися в этой сфере технологиями устаревают эти мощные машины в среднем за 5 лет.
Производительность современных суперкомпьютеров измеряется в петафлопсах — единице измерения, показывающей, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет компьютер. Сегодня речь пойдет о десяти самых дорогих современных суперкомпьютерах.
IBM Roadrunner (США) — 130 млн долларов
Roadrunner был построен IBM в 2008 году для Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США). Он стал первым в мире компьютером, средняя рабочая производительность которого превысила 1 петафлопс. При этом он был рассчитан на максимальную производительность в 1,7 петафлопса. Согласно списку Supermicro Green500, в 2008 году Roadrunner был четвертым по энергоэффективности суперкомпьютером в мире. Списан Roadrunner был 31 марта 2013 года, после чего его заменили меньшим по размерам и более энергоэффективным суперкомпьютером под названием Cielo.
Vulcan BlueGene/Q (США) — 100 млн долларов
Vulcan — суперкомпьютер, который состоит из 24 отдельных блоков-стоек, — был создан IBM для Министерства энергетики и установлен в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, штат Калифорния. Он имеет пиковую производительность в 5 петафлопсов и в настоящее время является девятым по скорости суперкомпьютером в мире. Vulcan вступил в строй в 2013 году и сейчас используется Ливерморской национальной лабораторией для исследований в области биологии, физики плазмы, климатических изменений, молекулярных систем и т.д.
SuperMUC (Германия) — 111 млн долларов
SuperMUC в настоящее время является 14-м по скорости суперкомпьютером в мире. В 2013 году он был 10-м, но развитие технологий не стоит на месте. Тем не менее он в данный момент является вторым по скорости суперкомпьютером в Германии. SuperMUC находится в ведении Лейбницкого суперкомпьютерного центра при Баварской академии наук рядом с Мюнхеном.
Система была создана IBM, работает на оболочке Linux, содержит более 19 000 процессоров Intel и Westmere-EX, а также имеет пиковую производительность чуть более 3 петафлопсов. SuperMUC используется европейскими исследователями в области медицины, астрофизики, квантовой хромодинамики, вычислительной гидродинамики, вычислительной химии, анализа генома и моделирования землетрясений.
Trinity (США) — 174 млн долларов
Можно было бы ожидать, что подобный суперкомпьютер (учитывая то, для чего он строится) должен быть безумно дорогим, но благодаря развитию технологий стало возможным удешевление цены Trinity. Правительство США собирается использовать Trinity для того, чтобы поддерживать эффективность и безопасность ядерного арсенала Америки.
Trinity, который строится в настоящее время, станет совместным проектом Сандийской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Национальной администрации по ядерной безопасности.
Sequoia BlueGene/Q (США) — 250 млн долларов
Суперкомпьютер Sequoia класса BlueGene/Q был разработан IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных. Он был запущен в эксплуатацию в июне 2012 года в Ливерморской национальной лаборатории и стал на тот момент самым быстрым суперкомпьютером в мире. Сейчас он занимает третье место в мире по скорости (теоретический пик производительности Sequoia — 20 петафлопсов, или 20 триллионов вычислений в секунду).
Стабильно компьютер работает при 10 петафлопсах. Используется Sequoia для поддержки различных научных приложений, изучения астрономии, энергетики, человеческого генома, изменения климата и разработки ядерного оружия.
ASC Purple и BlueGene/L (США) — 290 млн долларов
Эти два суперкомпьютера работали вместе. Они были построены IBM и установлены в 2005 году в Ливерморской национальной лаборатории. Из эксплуатации они были выведены в 2010 году. На момент создания ASC Purple занимал 66-е место по скорости в списке топ-500 суперкомпьютеров, а BlueGene/L был предыдущим поколением модели BlueGene/Q.
ASC Purple был построен для пятого этапа программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Министерства энергетики США, а также Национальной администрации по ядерной безопасности. Его целью являлась симуляция и замена реальных испытаний оружия массового уничтожения. BlueGene/L использовали для прогнозирования глобального изменения климата.
Sierra и Summit (США) — 325 млн долларов
Nvidia и IBM скоро помогут Америке вернуть лидирующие позиции в области сверхскоростных суперкомпьютерных технологий, научных исследований, а также экономической и национальной безопасности. Оба компьютера будут закончены в 2017 году.
В настоящее время самым быстрым суперкомпьютером в мире является китайский Tianhe-2, который способен достигнуть мощности в 55 петафлопсов, что в два раза больше, чем устройство, находящееся на втором месте в списке. Sierra будет выдавать более чем 100 петафлопсов, в то время как Summit сможет развить 300 петафлопсов.
Sierra, которая будет установлена в Ливерморской национальной лаборатории, будет обеспечивать безопасность и эффективность ядерной программы страны. Summit заменит устаревший суперкомпьютер Titan в национальной лаборатории Oak Ridge и будет предназначаться для тестирования и поддержки научных приложений по всему миру.
Tianhe-2 (Китай) — 390 млн долларов
Китайский Tianhe-2 (что переводится как «Млечный Путь — 2») является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Компьютер, разработанный командой из 1300 ученых и инженеров, находится в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Он был построен китайским Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии Китая. Tianhe-2 способен выполнять 33 860 триллионов вычислений в секунду. К примеру, один час расчетов суперкомпьютера эквивалентен 1000 годам работы 1,3 миллиарда человек. Используется машина для моделирования и анализа правительственных систем безопасности.
Earth Simulator (Япония) — 500 млн долларов
«Симулятор Земли» был разработан японским правительством еще в 1997 году. Стоимость проекта составляет 60 млрд иен, или примерно 500 млн долларов. Earth Simulator был завершен в 2002 году для агентства аэрокосмических исследований Японии, Японского научно-исследовательского института по атомной энергии и Японского центра морских и наземных исследований и технологий.
ES был самым быстрым суперкомпьютером в мире с 2002 по 2004 год, а служит он и поныне для работы с глобальными климатическими моделями, для оценки последствий глобального потепления и оценки проблем геофизики коры Земли.
Fujitsu K (Япония) — 1,2 млрд долларов
Самый дорогой в мире суперкомпьютер всего лишь четвертый по скорости в мире (11 петафлопсов). В 2011 году он был самым быстрым суперкомпьютером в мире. Fujitsu K, расположенный в Институте передовых вычислительных технологий RIKEN, примерно в 60 раз быстрее, чем Earth Simulator. На его обслуживание уходит порядка 10 млн долларов в год, а использует суперкомпьютер 9,89 МВт энергии (сколько используют 10 000 загородных домов или один миллион персональных компьютеров).
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Читайте также: