Емкость "памяти"

Емкость 'памяти'

Количество информации (чисел и команд), 
которое может одновременно 
храниться в запоминающем устройстве. 

"След на восковой поверхности"

Знаменитый древнегреческий философ Сократ сравнивал процесс за-печатления идеи с тем, как кольцо с печаткой оставляет свой след на мягкой восковой поверхности. Как глубок бывает этот след? Каковы сила и емкость памяти, много ли она может вобрать в себя? Да и вообще, что такое память?

Удивительные случаи рассказывают о нашей памяти. Вот ее сила. Профессор В. В. Солодовников в одной из лекций привел такой пример. Шесть каменщиков под гипнозом ответили через полгода на вопрос, какую форму имела трещина в шестнадцатом кирпиче в пятом ряду восточной стены дома номер такой-то по улице такой-то. И это через полгода после кладки!

А выдающийся русский ученый академик С. А. Чаплыгин мог безошибочно назвать номер телефона, по которому он звонил всего один раз этак лет пять назад.

Рассказывают, что кассир польского футбольного клуба "Гурник", некий Леопольд Хелд, помнит все результаты и все подробности игр клуба. Однажды во время телевизионной передачи комментатор спросил Хелда: "Чем кончился матч "Гурника" и "Одра" из Ополе четыре года назад?" Ответ последовал моментально: "Мы выиграли 4:0, встреча состоялась 18 августа, было 27 тысяч болельщиков, общая сумма дохода 235 тысяч злотых. Три гола забил Поль и один Цзолтисик..."

И все же столь поражающие примеры памяти - не предел для человека. Известен репортер одной из московских газет Шерешевский, которого специалисты впервые обследовали в 1926 году. У него границы памяти практически отсутствовали. Он запоминал ряды и таблицы из ста и более цифр, огромные комбинации слов неизвестного ему текста на неизвестном языке, даже длиннейшие цепи из двух понятий "красный" и "синий", чередующихся произвольно. К тому же память этого человека не имела предела и по прочности. Он безошибочно называл через 20 лет однажды услышанную таблицу цифр.

Профессор А. Лурия, наблюдавший Шерешевского в течение 30 лет, рассказывает, как отвечал на вопросы испытуемый: "Он закрывал глаза, медленно водил пальцем по воздуху: "Подождите... вы были в сером костюме... Я сидел напротив вас у стола... вот оно!" И ни единой ошибки!"

Где же находится это потрясающее хранилище сведений, каковы механизмы его работы? К сожалению, со всей достоверностью мы еще не знаем.

Если определить память как свойство мозга хранить информацию, накопленную в прошлом, и предъявлять ее по первому требованию, то невольно в наш век электричества возникает предположение: память - это комплекс импульсов, бегущих по цепи наподобие электрического тока. Но, увы, пока не удалось найти в мозгу "токов памяти".

Естественно, ученым не дает покоя вопрос, каким образом помещается в мозгу фантастическое количество информации, получаемой человеком в течение его жизни. Ученые не переставая бьются над проблемой сотворения памяти.

Считают, что наш мозг состоит примерно из 12-14 миллиардов нейронов. Трудно предположить, чтобы каждый нейрон удерживал только одну единицу информации. Тем более трудно предположить, чтобы эта мельчайшая частица мозга принимала десяток или сотню состояний для записи информации. Даже при этом невозможно представить себе, как помещается в мозгу гигантский запас сведений.

Остается предположить, что воспоминания запечатлеваются на молекулярном уровне, в мозгу работают молекулы памяти. Огромные, очень сложные молекулы, похожие на невероятно длинные веревочные лестницы, у которых поперечины двух разных типов. Чередование таких молекул, подобно точке и тире в азбуке Морзе, представляет собой своеобразный атомно-молекулярный алфавит.

Многое ли можно им записать? Давайте посчитаем. В каждой молекуле 10 000 поперечин. Их два типа. Значит, количество элементарных знаков, если принять во внимание, что хромосомы человеческих клеток состоят приблизительно из 100 000 генов, составит 100 000X10000 = 10 миллиардов. А это уже 50 000 страниц Большой энциклопедии.

Но на этом наши подсчеты не кончаются. Если их продолжить, то станет ясно, что при идеальном коде "текст" с двумя знаками наших хромосом соответствовал бы многим сотням тысяч страниц энциклопедии и даже многим миллионам!

А если природа сумела небольшим смещением в молекулах "написать" еще особые знаки? Тогда объем информационной емкости вообще уже не поддается воображению. Вот какой может быть "памятная" запись с помощью атомно-молекулярного алфавита.

Опыты показали, что не все и не всегда человек запоминает надолго. Часто информацию он хранит в голове "до следующего дня". Поэтому можно предположить, что у человека есть память нескольких видов.

Информация, поступая в мозг, создает в нем электрические цепи из нейронов и циркулирует по ним. Это временная память.

Токи нейронных цепей действуют на молекулы нервных клеток. В результате в них синтезируется белок. Если поступит повторный сигнал, белок отреагирует на него, примет информацию в долговременную память - мозг. Не поступил повторный сигнал, цепи распадутся - временная память отключится. Предполагают наличие еще и оперативной памяти. Понаблюдайте за машинисткой. Перепечатывая текст, она удерживает в памяти лишь небольшие отрывки его на очень короткое время - пока ши не будут напечатаны.

Люди быстро поняли, что всякое сохранение прошлого в мозгу недолговечно, а феноменальной памятью, к сожалению, обладают лишь исключительные личности. Практически получилось, что для запоминания надо прибегать к помощи искусственных средств, тоже видов памяти, которые усиливают естественную память человеческого мозга.

Самый древний способ - практический - надписи и знаки. Он берет свое начало еще с наскальных изображений. Потом появились иероглифы, потом буквы алфавитов.

Изобретение книгопечатания сделало память человека такой большой, что в нее удалось поместить все науки, все интеллектуальное богатство человечества.

Потом на помощь рисунку пришла фотография, а вслед за ней кинематограф: он сумел запомнить события в развитии, во времени. Научились люди запоминать не только то, что видели, но и то, что слышали; появилась звукозапись - фотографическая и магнитная.

Для фиксации - запоминания - различных команд еще в средние века придумали специальный способ. Пластинки "ощупывались" штифтами на барабанах - звучала музыка курантов, играла музыкальная шкатулка.

Информация запоминалась и отверстиями на перфорированном барабане ткацких станков в середине XVIII века.

Наше время характеризуется большим развитием самых разнообразных средств искусственной памяти. На смену электромеханическим и электронно-ламповым устройствам записи с помощью двух устойчивых состояний (включено - выключено) пришли новейшие средства: на магнитах (размагничено - намагничено), на полупроводниках и многие Другие.

Посмотрим на "память" машины.

В ее электронную "память", как на склад, помещают числа и команды. Отсюда- со склада - они поступают для обработки в "математическую мельницу". Получившиеся результаты возвращаются в "память". Здесь должен быть полный порядок, чтобы в любой момент можно было извлечь необходимое число или направить тот или иной результат.

"Память" машины, ее запоминающее устройство, можно сравнить с гардеробом для головных уборов. Здесь их множество. Но каждый головной убор находится в своем отделении. Отделение имеет номер. Предъяви номерок - получи свой (и только свой) головной убор. Отделения гардероба, ячейки, имеют свой адрес - номер. Например, дана команда: +475. Это значит, надо сложить число, которое находится в ячейке 475.

Как и у человека, у машины разные виды "памяти".

Каждый улыбается, вспомнив, как иногда, производя умножение, он вслух произносит: "Семью пять - тридцать пять, пять пишем, три в уме". То же самое приходится делать и вычислительной машине. И она пять "записывает", а три "держит в уме" - запоминает.

Бывает, что адрес или телефон понадобится всего один раз. Тогда его записывают на первом попавшемся листочке бумаги. Позвонили и выбросили. Если адрес или телефон будут нужны еще раз-другой, вероятно, запись перенесут уже в блокнот или записную книжку. Здесь хранятся данные, надобность в которых придет со временем. Это уже "память" длительная, основательная.

Все виды такой "памяти" есть и в машине. Здесь можно найти и "листок бумаги", и "записную книжку" длительной "памяти", и "блокнот".

"Листок бумаги" - это оперативная "память", непосредственно связанная с арифметическими устройствами машины. "Блокнот" - долговременные запоминающие устройства. Они служат для запоминания всей вводимой в машину информации, которая понадобится в процессе решения задачи. "Записная книжка" машины содержит постоянные справочные данные, таблицы, коэффициенты - все, что, подобно таблице умножения, может понадобиться при расчетах. Ее поэтому так и называют - постоянное запоминающее устройство.

Емкость и быстродействие машинной "памяти" зависят от ее конструктивных особенностей. Интересно, что эти две характеристики машинной "памяти" тесно взаимосвязаны. Самая простая "память" - на магнитной ленте. Увеличить ее емкость просто - достаточно увеличить длину ленты. Но время, необходимое для отыскания числа на этой ленте, в свою очередь тоже увеличится. Приходится разматывать десятки и даже сотни метров ленты, чтобы найти нужные сведения.

Поэтому пошли по пути увеличения емкости "памяти" при уменьшении времени выборки данных, или, как это называют, времени обращения.

Бобины с магнитными лентами позволяют получить практически неограниченный объем запоминающего устройства. При плотности записи одно число на 1 мм на магнитной ленте длиной 500 м можно записать 500 000 чисел, а на сотне таких лент поместится 5*10⁷ чисел. Представляете, как это много, если в романе Л. Н. Толстого "Война и мир" всего несколько миллионов знаков. Но при такой записи поиск ячеек с числами потребует нескольких минут. Сложнейшие ухищрения позволили уменьшить время поиска до полусекунды. Но для современных быстродействующих машин это целая вечность.

Тогда придумали магнитные барабаны.

Виды машинной 'памяти'

Магнитный барабан, по сути дела, представляет собой очень широкую замкнутую в кольцо магнитную ленту. На ней запись ведется по многим дорожкам. Их число доходит до восьмидесяти. Это заставляет иметь и соответствующее число записывающих и считывающих головок.

На барабане может храниться до 30 тысяч чисел, которые записываются намагничиванием маленьких участков поверхности, как и на ленте.

Барабан вращается с большой скоростью. Она иногда достигает 12 тысяч оборотов в минуту. И за время одного оборота считывается или записывается нужное число или группа чисел.

Без преувеличения можно сказать, что вся история развития быстродействующих вычислительных машин - история совершенствования их "памяти". Особенно отчетливо это можно увидеть на развитии оперативной "памяти". Еще недавно считалась быстрой "память" на электронно-лучевых трубках, как в телевизоре. Затем поставили "память" на ферритовых сердечниках. Они дают быстродействие до 300 тысяч и более обращений в секунду, при этом обеспечивают высокую надежность. А занимают малый объем. В 1 см³ можно "уместить" тысячу элементов информации.

В самых же совершенных машинах оперативная "память" способна вместить до десяти миллионов элементов информации.

Конструкторы стремятся создавать надежные, миниатюрные, быстродействующие запоминающие элементы

Но и подобные характеристики "памяти" уже не удовлетворяют конструкторов, которые всеми силами стремятся увеличить ее объем и скорость выборки. Поэтому строят "память" с использованием самых последних достижений физики: туннельных диодов, криогенных элементов, тонких магнитных пленок - так называемых средств микроминиатюризации.

Но, несмотря на такие впечатляющие качества, характеризующие машинную "память", она во многом еще проигрывает памяти человека.

Емкость нашей памяти колоссальна, мы уже подсчитывали. Для наглядности - еще одно сравнение. Общее количество всех электронных ламп и транзисторов, изготовленных во всем мире, соизмеримо с количеством всех нейронов в мозгу одного человека. А человек обладает рабочей емкостью памяти до миллиона миллиардов единиц информации! И по надежности память человека намного превосходит машинную. Чем больше элементов в ее устройствах, тем больше вероятность их повреждений. Если в сложном агрегате "памяти" миллионы элементов, то из-за частых сбоев она не будет работать. Мозг же, несмотря на миллиарды нейронов, работает "без устали", память практически не знает остановок и не требует ремонта.

Теперь сравним объем памяти человека и "памяти" машины. У человека объем мозга составляет всего полтора кубических дециметра. У электронного мозга такая же "память" из полупроводников потребовала бы огромного здания, высотой 100.м. Энергии мозг потребляет не более десятка ватт, а для работы машинной "памяти" пришлось бы строить большую гидроэлектростанцию.

Но, конечно, самое главное преимущество каждый из нас, людей, ощущает ежеминутно. В течение жизни мы регистрируем миллионы событий, впечатлений; и именно это накопление воспоминаний делает необъятным наше интеллектуальное богатство. А оно - мощный источник питания всей эмоциональной жизни людей. Человек прекрасно сохраняет в памяти и краски заходящего солнца в какой-то из вечеров своей молодости, и едва заметные события личной жизни.

Нельзя удержаться, чтобы не привести здесь примеры из книги по бионике о запоминании человеком однажды полученного впечатления. Французскому рисовальщику Гюставу Доре (автору широко известных иллюстраций в книге "Гаргантюа и Пантагрюэль" Ф. Рабле) издатель однажды поручил сделать рисунок с фотографии какого-то альпийского вида. Доре ушел, забыв взять с собой фотографию. На следующий день он принес совершенно точную копию. Известно также, что самый удачный портрет президента Линкольна был написан провинциальным почитателем, видевшим его всего лишь раз. По свидетельству современников, полководцы Юлий Цезарь и Александр Македонский знали в лицо и по имени своих солдат, а ведь их было очень много - до 30 тысяч. Рассказывают, что Моцарт точно записал большую сложную симфонию, услышанную только один раз. Композитор А. К. Глазунов легко восстановил утраченные партитуры больших музыкальных произведений. Замечательному пианисту С. В. Рахманинову достаточно было один раз услышать фортепьянный концерт, чтобы точно воспроизвести его. Выдающийся шахматист А. Алехин помнил все сыгранные шахматные партии и, не глядя на доски, мог одновременно играть с 30-40 партнерами.

Нашу память называют ассоциативной. Воспоминания следуют одно за другим, образуя логический процесс, который освобождает мозг от излишней работы, своевременно снабжая его необходимой информа* цией и сообщая ему изумительную способность к изобретательности.

По сравнению с этим чудом "память" электронного мозга кажется весьма ничтожной. Меньшая в сравнении с нашим мозгом емкость еще

далеко не самый главный недостаток машинной "памяти". Ее драмой является слабость при отыскивании сведений на "полках" электронных или магнитных "складов". Чтобы отыскать то или иное "воспоминание", машина должна пересмотреть десятки тысяч информации, подобно тому как нерадивый кладовщик пересмотрел бы все вещи на своем складе, чтобы найти одну затерявшуюся.

Правда, ученые утверждают, что в ^перспективе в машинах можно иметь более компактную "память", такую, как в мозге. Тогда в 1 мъ она могла бы уместить всю информацию, накопленную и записанную человечеством за всю его историю! А это 100000 миллиардов элементов информации. Значит, можно надеяться, что в будущем мы получим в электронных машинах практически неограниченную оперативную память.

Наука наших дней твердо пришла к выводу, что прогресс многих отраслей знаний в значительной степени зависит от раскрытия тайны памяти человека и от возможностей в создании искусственной, машинной "памяти".

Вот почему в этой энциклопедии так много внимания уделено, казалось бы, частному вопросу - емкости памяти.

'След на восковой поверхности'