Мозг экономичный

Протопопов Анатолий Ильич

Жанр: Психология  Научно-образовательная    Автор: Протопопов Анатолий Ильич   
Закладки
Размер шрифта
A   A+   A++
Cкачать
Читать
Анатолий Протопопов

Мозг экономичный

(мозг как обработчик информации)

В процессе эволюции человечество сделало

огромный шаг вперёд - от дикости к варварству.

Ю. Базылев

Дисклеймер: Данная статья не претендует на научную строгость.

Выражаю признательность Ирине Вершининой, Евгению Дуднику, а также пожелавшему остаться неизвестным

"достаточно квалифицированному математику", за ряд очень полезных замечаний и наводок к вариантам статьи.

Подобен ли мозг компьютеру?

В главном - безусловно, да. Ведь мозг, как и компьютер, есть средство обработки информации. И, соответственно - инструмент для принятия решений по результатам этой обработки. Полезно, однако, уяснить, к какому типу компьютеров он ближе всего, и в каких аспектах. Почему это полезно? Ведь мы здесь не собираемся детально рассматривать устройство мозга, и выискивать в нём структуры, имеющие какие-то технические аналоги в мире компьютеров. Например, многим читателям покажется странным, что в статье почти не будет упоминаться такое понятие как "нейронные сети", однако на нашем уровне рассмотрения это оправданно. Вопрос технических аналогов тяжёл для специалистов и покрепче, да и, по большому счёту, не слишком интересен. Наша цель здесь - рассмотреть некоторые закономерности обработки информации, общие для всех "устройств" такого рода, а не технические детали.

Так почему же? А потому, что эти закономерности несколько различно проявляют себя в "обработчиках" различного типа; и пожалуй, в рамках того типа, к которому относится мозг, эти закономерности проявляются особенно ярко. Поэтому обзорный экскурс в устройство тех и других произвести всё-таки придётся.

Все рукотворные компьютеры можно отнести к двум большим царствам - цифровому и аналоговому. Вернее - большим является только царство цифровых компьютеров; это даже не царство, а целая вселенная - под "компьютером" подавляющее большинство людей понимают именно цифровой компьютер. Аналоговое же царство к настоящему времени съёжилось в махонькое провинциальное княжество, даже не всякому специалисту хорошо известное. Для полноты картины можно упомянуть и всякие экзотические типы - стохастические, голографические, и т.п., но, опять же, технические подробности - не наша цель.

В чём главное отличие этих типов? Рукотворный цифровой компьютер состоит из, в общем и среднем, таких же полупроводниковых элементов, что и электронный аналоговый - разве что работают они обычно в несколько других режимах. Тем не менее, они фундаментально различаются в главном - самом подходе к решению задач; и это отражается на общем плане их построения.

Цифровой компьютер оперирует абстрактными сущностями - числами. В привычных нам цифровых компьютерах числа задаются в одной из позиционных систем счисления; технически наиболее удобна двоичная. Узлы такого компьютера, хранящие или преобразующие эти числа, состоят из некоторого количества так называемых "разрядов" - однотипных структур, каждая из которых, хранит или обрабатывает, одну из "цифр" числа - обычно это ноль или единица. Эту структуру можно наглядно представить себе в виде разграфлённого бланка, где отдельные цифры числа могут быть записаны только в графах, но никак не между, и не за пределами их. Количество этих разрядов (граф), наряду с другими особенностями, характеризует вычислительную мощь цифровой системы - в цифровых системах обычно бывает не менее четырёх двоичных разрядов, иначе обработка информации оказывается слишком грубой. В свете нашей темы на это обстоятельство следует обратить внимание, ибо оно показывает наличие минимального порога сложности цифровой системы: оперировать только одноразрядными двоичными числами, могущими принимать только два значения ("да-нет", "чёрное-белое") смысла не слишком много. Впрочем, "чёрно-белое" мышление некоторых людей наводит на определённые параллели... Разумеется, этим сложность цифровой системы далеко не ограничивается, а пожалуй, только начинается.

Цифровые компьютеры были разработаны для решения абстрактных задач, изначально заданных в численной форме. Если же мы хотим приспособить цифровой компьютер к решению задач реагирования на события реального мира, мы должны сначала представить для него этот мир в численном виде, а уж затем что-то с этими числами делать - складывать, вычитать, интегрировать, производить прочие манипуляции, причём строго согласные с математическими законами преобразования чисел. Чисел, обратите внимание! Ну и далее преобразовывать результат этой обработки (некое итоговое число) в степень активности исполнительных узлов, такой, как например, скорость вращения электродвигателя, приводящего в действие наше устройство.

В аналологовой системе никаких чисел нет. И соответственно - нет никаких "разрядов". Есть натуральные величины - в виде силы электрического тока, давления газа или жидкости, концентрации тех или иных веществ, как-то пропорциональные чему-то в окружающем мире. "Серьёзные" аналоговые компьютеры - это довольно сложные устройства, содержащие узлы, позволяющие сравнивать, складывать, интегрировать, и производить прочие преобразования электрических токов, давлений жидкостей, и других величин, отражающих состояние реального мира. Важно, что преобразуются сами величины, а не числа, их описывающие.

Но аналоговая система обработки информации может быть и крайне простой - например, такой системой можно полагать устройство, поддерживающее постоянный уровень воды в сливном бачке унитаза (да простит меня уважаемый читатель за, возможно, не слишком импозантный образ). Информация об уровне воды, посредством датчика (поплавка) чисто механически передаётся в исполнительный клапан, являющийся одновременно устройством, задающим порог срабатывания.

Привычный же нам фон Неймановский цифровой компьютер просто обязан иметь в своём составе некий минимальный, причём, достаточно обширный, набор узлов, строго определённым образом соединённых между собой, - даже если эта задача крайне проста. Но это ещё не всё.

Практически все компьютеры, с которыми приходится сталкиваться нашему уважаемому читателю (да и не менее уважаемому автору) обладают архитектурой, предложенной Джоном фон Нейманом с соавторами в 1946 году. Такой компьютер обязательно содержит в своём составе 1) арифметическое устройство, осуществляющее различные манипуляции с числами, 2) устройство управления, обычно объединённое с арифметическим под общим названием "процессор", и управляющее ходом преобразований и 3) память для хранения чисел, над которыми производятся действия, а также для хранения программ; причём память состоит из однородных ячеек. Также, практически всегда в состав такого компьютера входят устройства, осуществляющие взаимодействие с окружающим данный компьютер миром (устройства ввода-вывода), но эти устройства не являются неотъемлемой частью архитектуры фон Неймана. Программа (описание того, как эту задачу надлежит решать; программой можно назвать, например, кулинарный рецепт) для такого компьютера должна быть составлена заранее, представлена в виде последовательности простых, и чётко-однозначных команд, и в форме условных чисел записана в его память. Сложность решаемой фон Неймановским компьютером задачи ограничена лишь объёмом его памяти, и квалификацией составителя программы её решения, но, вообще говоря, не сложностью устройства данного конкретного компьютера.

Алфавит

Предложения

Copyrights and trademarks for the book, and other promotional materials are the property of their respective owners. Use of these materials are allowed under the fair use clause of the Copyright Law.