Разница между мозгом человека и компьютером
С появлением и постоянным усовершенствованием электронно-вычислительных машин, в просторечии именуемых компьютерами, интеллектуальные способности человека как венца творения постоянно ставятся под сомнение. Высказываются даже предположения, что со временем компьютер сможет превзойти человека, особенно если будет завершена работа по созданию искусственного интеллекта. Так ли это на самом деле и чем отличается мозг человека от компьютера? Попробуем разобраться.
Мозг человека – орган тела, выполняющий функции регулировки и контроля всех жизненно важных систем организма.
Компьютер – электронное устройство для обработки информации, имеющее примитивный «мозг» (центральный процессор) и функционирующее согласно заданной программе.
Что общего между компьютером и человеком?
Привет! начинающие «компьютерные гении». Пишу в основном для старшего поколения, людей по жизни не связанных с компьютерами, а сегодня желающих понять, как же работает этот странный механизм, уже понимающий нашу речь и своим приятным голосом отвечающий на наши вопросы.
Человечество всегда подражало природе в создании механизмов.
Она (природа) подсказывала, как создать крылья самолетов и вертолетов, реактивные двигатели ракет и прочие изобретения. Все они созданы по подобию животных, птиц, насекомых и прочих земноводных. Пришло, наконец, время создать подобие «Homo sapiens» и вот это подобие разумного человека у нас на столе, в кармане, в автомобиле. Все эти умные устройства (гаджеты) имеют разные тела и лица, но устроены и работают по одним правилам, часто скопированным с человека.
Компьютер и человек – что общего?
Конечно, сравнить компьютер с человеком, что сравнить птицу с самолетом, но все – же…
Самое главное в человеке – это его мозг. Пока жив мозг, жив и человек. В нашем мозге есть отделы управляющие картинкой полученной от глаз, и других органов восприятия. Вся информация перерабатывается, часть откладывается во временную память, часть записывается (запоминается) в долгую память, а часть удаляется в «корзину» с возможностью последующего восстановления.
мозг и компьютер
Мозг компьютера это его процессор. Процессор, так же как и мозг считывает информацию с видеокамер, микрофонов, команд компьютерной мышки или голосовых команда, а за тем, после обработки процессором, выдает нам картинку на монитор или звук в колонки. В компьютере так же имеется временная память ( КЭШ ), оперативная память и долговременная память, хранящаяся на различных дисках (флэшках). Всю ненужную информацию, мы в любое время можем удалить сначала в корзину, а по прошествии времени очистить её содержимое за ненадобностью или восстановить нечаянно удаленные документы.
Система питания компьютера и человека
Человек — изделие, работающее на электрохимических процессах. Каждый из нас это объект управляемый слабыми электрическими полями, и химическими реакциями. Энергию мы вырабатываем с получением биологической пищи. У нас имеется сложная система питания.
Компьютер, как известно, работает от электричества, его систему питания обеспечивает блок питания или батареи питания (аккумуляторы). Вся система питания компьютера связана сверхтонкими проводниками, у человека это сосуды ,мышцы, нервы и прочие связи.
Обучение человека и компьютера.
Компьютеры зародились во второй половине прошлого века. В отличие от рожденного человека, первые компьютеры занимали огромные площади. Таким образом, если человек с возрастом умнел и вырастал, компьютеры становились умнее и меньше. Поначалу для компьютеров создавались маленькие программы для вычисления. Со временем, программисты объединяли готовые программы в группы независимых программ. Система превращалась в союз тысяч программ, работающих вместе для решения сложных задач. Так человечество совместными усилиями создало мощные процессоры, управляемые миллионами программ.
В наше время компьютер это уже вполне зрелый юноша землян. Впереди у него фантастические возможности- соединения с человеком. Не могу с уверенностью сказать, хорошо это или плох.Уверен,что «СОЗДАТЕЛЬ»человечества не погубить свое творение. Надеюсь статья оказалась кому то полезной.
Блок управления и исполнительный тракт
Элементы процессора можно разделить на два основных: блок управления (он же — управляющий автомат) и исполнительный тракт (он же — операционный автомат). Говоря простым языком, процессор — это поезд, в котором машинист (управляющий автомат) управляет различными элементами двигателя (операционного автомата).
Исполнительный тракт подобен двигателю и, как следует из названия, это путь, по которому данные передаются при их обработке. Он получает входные данные, обрабатывает их и отправляет в нужное место после завершения операции. Блок управления, в свою очередь, направляет этот поток данных. В зависимости от инструкции, исполнительный тракт будет направлять сигналы к различным компонентам процессора, включать и выключать различные части пути, а также отслеживать состояние всего процессора.
Блок-схема работы базового процессора. Черными линиями отображен поток данных, а красными — поток команд.
Как работает процессор
Процессоры могут поставляться с большим количеством наворотов, чем когда-либо прежде. По своей сути они состоят из одного и того же набора процессов. Эти процессы называются циклом выборки-выполнения. Этот цикл состоит из трёх шагов: выборка; декодировать; и выполнить.
Выборка
Первый шаг в цикле выборка-выполнение — выборка. Он включает в себя получение — или «извлечение» — инструкции. Эта инструкция передаётся из ОЗУ в ЦП.
Когда процессор получает инструкцию, он будет отслеживать ту, над которой работает, используя счётчик программ. Все инструкции, которые он получает, хранятся в регистре команд.
Декодировать
Когда инструкция была выбрана и сохранена в регистре инструкций, ЦП обрабатывает инструкцию, используя свой декодер. Это превращает инструкцию в серию сигналов, которые могут интерпретироваться другими частями ЦП.
Выполнить
В конце этого процесса декодированные инструкции выполняются. Инструкции отправляются другим частям процессора для выполнения. После выполнения этих инструкций они обычно сохраняются в регистре ЦП. Это помогает повысить скорость процессора, поскольку он может запоминать некоторые инструкции, которые он ранее обработал.
Многозадачность
Создание многоядерных процессоров – важное достижение человеческого гения. Многопоточность позволяет одновременно решать разные задачи. Еще не так давно юзеры радовались появлению двухъядерных процессоров, а сегодня в продаже уже доступны 64 и 72-ядерные монстры. Летом 2019 года специалисты Cerebras Systems представили самую большую в истории экспериментальную микросхему, насчитывающую 400 000 ядер.
Казалось бы, куда биологическим организмам до такой мощи. Человеческий мозг считается однопоточным. То есть, мы можем в единицу времени решать только одну задачу. Но на практике это не совсем так.
Еще в школе нам рассказывали о гении Юлии Цезаре, который одновременно мог делать 3 вещи одновременно: читать один текст, диктовать писарю совершенно другой и при этом слушать докладчика. Ученые говорят, что это миф. Что его мозг просто очень быстро переключался между задачами, но в единицу времени выполнял только одну операцию.
Но многим из нас знакома ситуация, когда решение некой проблемы или задачи приходит совершенно неожиданно. Это знаменитая архимедовская «Эврика!». Когда занимаешься чем-то другим, и внезапно снисходит озарение. Возможно, наш мозг работает вовсе не в однопроцессорном режиме.
Вероятно, где-то в глубине подсознания определенная группа нейронов продолжает работу над навязчивой проблемой, выстраивает логические цепочки, пока не совпадет верная комбинация. По аналогии с компьютером, это свернутая программа, которая работает в фоновом режиме. Пока мы смотрим фильм, задействуя, грубо говоря, одно ядро, второе и последующие проводят необходимые расчеты.
Почему на один и тот же процессор существуют разные чипсеты?
Допустим надо к процессору подключить устройство через USB 3.1.
Чтобы это сделать надо чтобы процессор умел понимать протокол данных, который использует USB 3.1. Или надо, например, подключить sata накопитель. Для этого надо научить процессор понимать протокол sata.
Нужно ли это всем? Ну с этими двумя примерами может быть и нужно всем, а вот весь спектр возможных устройств и поддержка их большого количества всем ну нужна.
Собственно поэтому это всё выкинули в отдельный блок чипсета, который приводит все передаваемые к процессору данные в единый протокол. Есть чипсеты, которые поддерживают больше устройств, есть чипсеты, которые поддерживают меньше устройств. Ну и большая часть портов на материнской плате для подключения к устройствам ведут не в процессор, а в чипсет.
А уже чипсет всё что нужно процессору в текущий момент предоставляет процессору. Это позволяет делать материнские платы разных ценовых категорий и с разными возможностями. Грубо говоря — мы можем менять спинной мозг, который отвечает за состав внешних устройств. Допустим если бы нам надо было бы 11 рук и 6 ног по 13 пальцев на каждой конечности, то нам надо было бы иметь другой спинной мозг, который обеспечивал бы эксплуатацию этих конечностей. Медицина пока не позволяет делает подобные метаморфозы с человеком, но в компьютерах если надо что-то экзотическое — присутствует такая штука как чипсет, который разрабатывается под разные потребности. Может быть больше портов и это будет дороже, или меньше портов и это будет дешевле. Кроме того чипсет — это не просто своего рода хаб для подключения внешних устройств. В состав чипсета входят самые распространённые контроллеры. То есть SATA диску не надо уметь переводить данные в протоколы понятные процессору. Этим занимается чипсет. Но чипсет тоже умеет далеко не всё. Вдобавок технологии быстро меняются и чипсет просто мог быть создан уже устаревшим. Например для процессоров на сокете LGA 775, которые выходили с 2004 до 2009 годы никогда не было поддержки USB 3.0 силами чипсета.
Но материнские платы с USB 3.0 в итоге, после выхода этого порта — появились.
И работает это довольно просто. Как я уже сказал — не все линии чипсета зарезервированы на какие-то определённые функции. Большая часть линий свободная и на эти линии можно поставить внешние контроллеры, которые будут управлять внешним устройствам и переводить все протоколы в тот вид, что нужны чипсету для дальнейшей работы с центральным процессором.
Поэтому если у чипсета нет поддержки USB 3.0 — производитель материнской платы может распаять контроллер USB 3.0, который будет использовать одну из линий HS i/o. Точно так же можно работать и с другими специальными задачами. Допустим нужна не одна сетевая карта на плате, а 10 штук.
Один контроллер есть как правило работающий через чипсет и ещё 9 можно распаять на плате, заняв 9 линий HS i/o чипсета.
Ну и, как правило, производители материнских плат не делают строгую специализацию, так как одним нужны много сетевых карт, другим надо куда-то поставить карту видеозахвата, или звуковую карту, третьим надо подключить к одному компьютеру 30 накопителей. На каждую хотелку плату не сделаешь. Поэтому разработан стандарт для универсального подключения. Вначале это был стандарт ISA, в 90-х ему на смену пришёл PCI.
А в нулевых уже PCI поменялся на PCI-e. Ну и, соответственно, для чипсета — одна линия PCI-e занимает одну линия HS i/o.
В общем — чипсет эта та штука, которая имеет определенное количество линий данных, которые производители плат могут использовать по своему усмотрению а также производители могут оставлять эти линии данных свободными выделяя их просто в порты PCI-e, в которые можно вставлять какие-то другие карты расширения, на борту которых будут собственные контроллеры, которые всё что угодно переводят в протоколы, совместимые с PCI-e.
Но как и с нервной системой — есть ряд устройств, доступ к которым нужно обеспечить без посредников.
Напомню, что для мозга это например глаза.
Так же и в компьютерах для видеокарты выделяется отдельных 16 линий напрямую к процессору. И это довольно широкая шина, для сравнения, как я уже ранее говорил — для соединения с чипсетом это всего 4 линии.
Кроме того у AMD и будущих Intel процессоров ещё есть 4 линии PCI-e для подключения m.2 накопителя. В общем-то этим снижается загруженность шины к чипсету.
Кроме того к процессору подключены и некоторые другие внешние контроллеры. Например контроллеры видеовыходов, если процессор имеет встроенную графику.
Кирпичики мозга
В мозгу мыши насчитывается 16 млн нейронов, образующих разветвленную сеть с помощью 128 млрд синапсов. Это не так уж и много: человеческий мозг образован сетью из 220 трлн синапсов, объединяющих 22 млрд нейронов. Но, несмотря на серьезное количественное различие на несколько порядков, принципы построения мозга и у человека, и у мыши сходны. На макроскопическом уровне можно выделить отдельные области мозга, отвечающие за выполнение тех или иных специализированных задач: зрительная кора, соматосенсорная, моторные области, ассоциативная кора и другие. При более глубоком рассмотрении оказывается, что мозг состоит из так называемых модулей (колонок кортекса), групп нейронов, которые можно рассматривать в качестве строительных блоков коры.
Разработчики TrueNorth полны оптимизма, считая, что в будущем станет возможным построить систему, состоящую из 10 млрд нейронов и 100 трлн синапсов, занимающую объем менее 2 л и потребляющую менее 1 кВт (всего лишь в 50 раз больше человеческого мозга). Подобные технологии могут быть использованы в самых различных областях, таких как системы видеонаблюдения в целях общественной безопасности, системы распознавания образов, помогающие слепым ориентироваться в окружающем мире, более безопасный транспорт или здравоохранение.
Именно этим и воспользовались разработчики IBM Research. В 2011 году удалось создать полупроводниковый «кирпичик», аналог колонки кортекса — нейросинаптическое ядро из 256 нейронов, объединенных 65 536 синапсами, тем самым продемонстрировав возможность реализации подобного нестандартного подхода «в железе». В состав такого ядра входит также память для хранения параметров конфигурации нейрона и синапсов и модуль коммуникации. А в августе 2014 года команда, работающая над проектом, представила созданный по 28-нм техпроцессу процессор TrueNorth, объединяющий 4096 таких ядер на одном чипе, то есть 1 млн нейронов и 256 млн синапсов. Как утверждает руководитель SyNAPSE Дхармендра Модха, этот процессор — настоящая революция: «Он имеет параллельную, распределенную, модульную, масштабируемую и гибкую архитектуру, объединяющую обработку сигналов, коммуникации и память на одном чипе. Работа TrueNorth управляется не высокочастотным тактовым генератором, а потоком событий («возбуждений» под действием «нервных импульсов»), в результате чего нам удалось добиться рекордных показателей энергоэффективности: при типичной работе процессор потребляет менее 100 мВт, в тысячу раз меньше обычного современного процессора».
