Автомат с памятью

Живые существа запоминают обстоятельства, в которых их настигла опасность. Кибернетическая "ворона" обнаруживает сходные обстоятельства и, вспоминая об опасности, не летит на "куст". Живая ворона боится не самой опасности, а того, что сопутствовало ей - куста, из-за которого в нее, возможно, стреляли. Оказывается, можно построить автомат, который вел бы себя так же, как ворона, и вырабатывал бы у себя условный рефлекс. Представим этот автомат в виде структурной схемы (рис. 110). Пусть вход А такой, что появление на нем сигнала 1 обязательно вызовет появление сигнала 1 на выходе В. Появление сигнала 1 на входе Б в обычных условиях не вызывает появления сигнала 1 на выходе В. Если же несколько раз на входы А и Б сигналы подаются одновременно, то после "тренировки" автомат начинает выдавать сигнал на выходе и при подаче сигнала только на один вход Б. Но такое поведение автомата временно - через несколько проб он перестает реагировать только на сигнал, полученный по входу Б. Чтобы вновь заставить его реагировать на сигнал, полученный по входу Б, следует опять тренировать автомат, подавая сигналы на входы А и Б одновременно. В виде структурной схемы автомат задан. Как же составить его схему?

Рис. 110. Схема автомата

Уточним несколько условий:

а) пусть автомат будет таким, чтобы после четвертого совпадения сигналов на входах А и Б он начал бы реагировать уже только на сигнал, полученный по входу Б;

б) пусть продолжительность его нового поведения (реагирование на сигнал, полученный только по входу Б) равна трем тактам. Трижды сигнал по входу Б вызывает сигнал на выходе, а затем автомат "забывает", что появление сигнала Б - "важное обстоятельство", и вновь реагирует только на сигнал по входу А.

Итак, сигнал, поступивший по входу А, всегда вызовет сигнал на выходе В. Сигнал же, поступивший только по входу Б, вызовет "реакцию" (сигнал на выходе В) только при поддержке памяти. Память обязана запоминать совпадения сигналов А и Б и после нескольких из них сама должна выдавать сигнал.

Как же сконструировать устройство памяти? Приведем одно из многих решений. Представьте себе цепочку последовательно соединенных триггеров со счетным входом (рис. 111). Пусть все триггеры помнят и демонстрируют на своих внешних выходах сигнал 0. Подадим на вход триггера Тг1 сигнал 1, тогда он перейдет в новое состояние и будет демонстрировать 1. Второй сигнал, поданный на вход системы триггеров С, вновь перебросит триггер Тг1 в новое состояние и по второму своему выходу он даст сигнал на вход триггера Тг2.

Триггеры после двух поданных подряд сигналов будут демонстрировать слово 010 (рис. 112).

После четырех подряд поданных сигналов состояние системы триггеров будет таким, как показано на рис. 113.

Сигнал на выходе триггера Тг3 будет удерживаться три такта. В это время автомат и будет реагировать на сигнал, подаваемый на вход Б при отсутствии сигнала на входе А.

Вы видите схему автомата, который на четвертый раз "осознает", что вместе с опасностью "А" всегда присутствует "Б", и начинает опасаться "Б", но ненадолго - трижды он боится "Б" в отсутствие "А". Как и живые организмы, автоматы могут обладать различной памятью. Другой автомат мог бы дольше учиться и дольше помнить то, чему научился. Приобретение автоматом памяти превращает его в устройство, не сравнимое ни с каким другим, ранее созданным человеком. Автомату с памятью можно поручать самые сложные виды "умственной" работы. Они умеют переводить с одного языка на другой, управляют производством. Самыми интересными автоматами с памятью являются цифровые вычислительные машины с программным управлением.

Рис. 111. Устройство памяти

Рис. 112. Состояние триггеров, соответствующее слову 010

Рис. 113. Состояние системы после подачи четырех сигналов