В XX в. началась новая эра развития человечества: техногенная эра компьютеров, роботов и Интернета. Первые компьютеры появились в 60-ых гг. как огромные ламповые машины, способные выполнять простые алгоритмы, к 80-ым гг. ЭВМ начали приобретать знакомые нам черты – персональность и универсальность. Но для работы недостаточно было сделать мощную машину, необходимо было снабдить ее памятью, иначе каждый раз приходилось бы выполнять уже давно завершенные операции. Современный компьютер имеет несколько типов памяти, различных по структуре и назначению. Но изобрел ли человек что-то принципиально новое или заимствовал все у природы?
Человеческая память. Память с точки зрения времени хранения информации и принципов функционирования принято подразделять на несколько типов: сенсорную, кратковременную и долговременную, кроме того, выделяют скользящую и генетическую память.
Компьютерная память. В процессе разработки ЭВМ появились различные по назначению и свойствам виды памяти, такие как: оперативная, долгосрочная, кэш-память, память BIOS, файл подкачки (SWAP).
Рассмотрим типы человеческой и компьютерной памяти, сравним их. Наиболее схожими типами памяти человека и компьютера, на наш взгляд, являются:
1) генетическая – BIOS;
2) сенсорная – кэш-память;
3) скользящая – оперативная;
4) кратковременная – файл подкачки;
5) долговременная – долгосрочная.
Генетическая память
У организмов этот вид памяти представлен последовательностью оснований нуклеиновых кислот (производных пурина и пиримидина) и несет информацию об организме, его устройстве и работе. Генетическая память локализована в хромосомах клетки (у прокариот – нуклеоидах). Экспрессия генов является процессом воспроизведения информации закодированной в ДНК. Такая память не требует участия организма в своем «образовании», она есть в каждой клетке нашего тела изначально, но в информацию можно внести разного рода изменения (в виде мутаций).
BIOS компьютера – первичная операционная система, записанная на небольшой микросхеме (ПЗУ) материнской платы компьютера. Этот вид памяти содержит ряд необходимых низкоуровневых команд, управляющих и синхронизирующих все части ЭВМ, что поддерживает ее работу в целом. При повреждении BIOS необходима либо замена микросхемы, либо полное восстановление данных на ней.
Вывод: BIOS и генетическая память являются базой, первая – для компьютера, вторая – для человеческого организма. Оба этих вида памяти являются относительно энергонезависимыми системами, и при отсутствии внешних влияний информация может храниться сколь угодно долго. Разница заключается лишь в способе записи и носителе информации.
Сенсорная память
Сенсорная память у человека содержит в себе фактическую объективную информацию, только что полученную от рецепторов. В головном мозге нет специализированных центров сенсорной памяти, но считается, что за данный вид памяти отвечают затылочные и височные доли коры больших полушарий. Информация в виде нервных импульсов, циркулирующих по нейронным цепям, хранится лишь несколько десятых долей секунд, направляясь затем в аналитические центры. Кэш-память в компьютере выполняет схожую роль: временно хранит информацию, нужную центральному процессору в данный момент, отличается относительно маленьким объемом и огромной скоростью работы, информация хранится в «заряженных ячейках» – цепочках транзисторов, способных управлять током и сохранять нужное положение в течение определенного времени.
Вывод: рассмотренные типы памяти выполняют функцию буфера обмена между вычислительной (аналитической) и информационной (сенсорной) частями компьютера (мозга), соответственно.
Скользящая память
Скользящая память – один из самых интересных типов человеческой памяти, в которой время запоминания зависит лишь от востребованности информации. Например, авиадиспетчер, наблюдая за самолетами на радаре, запоминает их координаты, курс и название, но как только самолет приземлится, диспетчер забывает эту информацию. Из этого следует, что скользящей памяти свойственна избирательность информации. Запоминание происходит путем образования временных связей между нейронами коры больших полушарий головного мозга, замыкания их в цепи, по которым циркулирует импульс.
Аналогом скользящей памяти у компьютера является оперативная память. Для понимания стоит объяснить принципиальное устройство компьютера: главное в компьютере – материнская плата, на ней располагаются оперативная память, BIOS, центральный процессор, различные другие устройства. Все эти компоненты соединены друг с другом так называемой шиной, от пропускной способности которой напрямую зависит скорость работы компьютера. В первую очередь шина соединяет между собой процессор и оперативную память, далее следуют жесткий диск (устройство для хранения информации) и устройства ввода-вывода (например, звуковой контроллер, видео контроллер). Вся эта система косвенно управляется BIOSом. Важно отметить, что приведенная схема очень упрощена, но в целом правильна. Таким образом, оперативная память является как бы звеном между кэш-памятью, расположенной на процессоре, и внешней памятью – долговременной. Оперативная память отличается относительно высокой скоростью чтения/записи информации, и небольшим объемом (до 16 Гб). Она чрезвычайно необходима, так как программам постоянно требуются разного рода файлы, подгружать которые из постоянной памяти (с жесткого диска) не представляется возможным из-за низкой скорости её работы. Поэтому при запуске все необходимые файлы сразу попадают в оперативную память, а при ненадобности – удаляются из нее. Механизм ее работы аналогичен кэш-памяти.
Долговременная память
Полностью утвердившиеся данные у человека сохраняются в долговременной памяти. Данный вид памяти недостаточно изучен, но многое известно уже сегодня. Для того чтобы информация запомнилась, ей необходимо пройти путь сквозь сенсорную и краткосрочную память. В этом «путешествии» информация не только видоизменится, но и сменит носитель. Так, если в краткосрочной памяти воспоминания представлены временными цепями нейронов, то в долгосрочной памяти они представлены в основном химическими веществами. Важно отметить, что, проходя по пути от сенсорной к долговременному типу памяти, информация как бы сжимается, отсеивается. Большую роль в этом играет процесс образования ассоциаций. Действительно, запоминая обстановку комнаты, мы ставим акцент на расположение вещей, каждый раз не запоминая что такое стол или стул. То есть создается не копия объекта, а лишь ссылка на уже давно укрепившиеся воспоминания, и таким образом, информация очень сильно «сжимается», что приводит к большой экономии «пространства» для хранения.
Вычисления ученых показали, что средний объем долговременной памяти у человека равен всего 2 – 3 Мб, но благодаря ассоциативности мы фактически способны восстанавливать неисчислимое количество информации. Центры долгосрочной памяти расположены в особенной V-образной структуре головного мозга – гиппокампе. Запоминание происходит по тому же пути что и образование условных рефлексов – при многократном повторении образуются относительно постоянные связи между нейронами, но это не значит, что отдельная клетка способна включится всего в одну цепь. Предположительно, образование таких связей обусловлено появлением химических веществ – маркеров, по которым восстанавливается цепь нейронов. Исследуя химический состав нервных и глиальных клеток, ученые выявили относительно высокую концентрацию в них РНК. Выяснили, что при повышенной активности мозга, концентрация РНК так же увеличивается. Это натолкнуло ученых на мысль о роли РНК в образовании межнейронных связей. Исследования мозга показали, что при запоминании гиппокамп активен сразу в нескольких точках, что подкрепляет гипотезу об ассоциативности запоминания и наталкивает на мысль о создании «резервных копий» информации (ведь нервные клетки погибают, а воспоминания остаются).
Долговременная память компьютера устроена гораздо проще. Информация фактическая и представляет собой бинарный код – единицу и ноль (вся компьютерная логика построена лишь на этих двух значениях), которые записываются на металлические пластины жесткого диска в виде магнитных полей, затем так же просто считываются, никаких копий не делается.
Проведя сравнение компьютерной и человеческой памяти, мы пришли к выводу, что в целом их структура одинакова, различны лишь методы её записи и носители информации. Что не удивительно, так как наш образ мышления в чем-то обусловлен именно особенностями структуры нашего головного мозга, и, создавая что-то «новое», мы не можем уйти далеко от уже заготовленных природой основ.