Процессоры для персональных компьютеров подразделяются на несколько критериев:
- производитель;
- семейство;
- модель внутри семейства.
Выбор процессора начинается с выбора производителя. Основными производителями процессоров считаются две компании: Intel и AMD. К выбору процессора надо подходить стратегически, т.к. процессоры и соответственно платформы взаимно не совместимы. То есть процессор одного семейства нельзя заменить процессором другого семейства одной и той же фирмы – придется менять всю платформу.
Архитектура процессора
Законы конкуренции привели к тому, что внимание разработчиков было направлено на поиск повышения производительности. Было найдено два новых направления:
расширение разрядности существующих 32-битных процессоров до 64 бит;интеграция в процессор двух и более ядер, которые занимаются непосредственно вычислениями.
Разрядность процессора – длина одновременно обрабатывающих данных (в битах).
Ядро процессора – совокупность арифметическо-логических устройств, блоков управления и кэш-памяти, выполненная в рамках единой микроархитектуры процессора.
Рабочая частота – частота переключения транзисторов в ядре процессора. Получается умножением тактовой частоты системной шины на коэффициент, заданный специальным блоком процессора.
Тактовая частота – опорная частота, генерируемая специальным устройством системной шины. Используется для синхронизации процессора и шины.
Современные процессоры имеют архитектуру «неймановского» типа:
арифметическо-логическое устройство;блок управления;блок памяти;устройство ввода-вывода.
Ядро процессора
Главным элементом процессора, выполняющим обработку данных является арифметическо-логическое устройство (АЛУ). Процессор имеет специальные ячейки памяти, которые называются регистры. В них хранятся и поступают данные с огромной скоростью. По мере обработки данные из регистра поступают и возвращаются.
Все современные микропроцессоры являются синхронными, то есть меняют состояние элементов в момент поступления тактовых импульсов. В каждом цикле есть сигнал, который переключает определенные триггеры. Например, в регистры данные загружаются лишь по фронту импульса, а считываются только по спаду. Именно поэтому АЛУ может в течение одного цикла и считать, и записать данные в регистр.
Блок управления, АЛУ и кэш-память образуют ядро процессора.
Системная шина
Как данные, так и команды для их обработки процессор получает из ячеек оперативной памяти по системной шине. В составе системной шины различают: шину данных, адресную шину, шину управления. По шине данных в регистры процессора копируются данные из ячеек памяти. По адресной шине процессор выбирает, начиная с какой именно ячейки он должен получить данные. По шине управления процессор получает из оперативной памяти команды для обработки данных.
Кэш-память
Внутри процессора все операции происходят в десятки раз быстрее, чем при обмене данными с оперативной памятью. Это означает, что чем реже процессор обращается к памяти за данными и командами, тем быстрее он способен работать. Чтобы сократить количество обращений, в процессор встраивают сравнительно небольшой блок сверхоперативной памяти, способной работать на частоте ядра. Этот блок памяти называют кэш-памятью.
При обращении к ячейкам оперативной памяти процессор получает не только те данные, которые требуются немедленно для загрузки в регистры, но и еще что-то «про запас». Этот запас записывается в кэш-память. Если запасенные данные потребуются в следующем цикле, процессор заберет их из кэш-памяти. Если же потребуются иные данные, процессор обратится к оперативной памяти, и содержимое кэша обновится. Как правило, современные процессоры имеют два блока внутренней кэш-памяти. Первый блок (кэш-память первого уровня, 11) обычно разделен на кэш данных и кэш инструкций. Второй блок (кэш-память второго уровня, 12) служит только для хранения данных. В некоторых моделях процессоров (например, Pentium 4 Extreme Edition) используется кэш-память третьего уровня.
Процессорный разъем
Для подключения кэш-памяти, блоков ввода-вывода, тактовых сигналов, питания процессору требуются сотни линий. Поэтому ядро и другие блоки процессора размещают в герметичном корпусе, оснащенном множеством контактных ножек или площадок. Корпус вставляют в процессорный разъем (Зоскет.) на системной плате, а уже от разъема шины идут к другим устройствам компьютера.
Процессорные разъемы принято маркировать по числу контактов, например Socked 775 или Socked 939. Процессоры одного семейства и одной архитектуры могут иметь разные корпуса и разные процессорные разъемы, несовместимые друг с другом. А вот обратная картина (один разъем для процессоров разной архитектуры) встречается очень редко.
Зачем процессорному разъему сотни контактов? В основном - для электропитания. Шина данных в процессоре Pentium 4 насчитывает 64-разряда и требует наличия 64 линий. Шина адреса занимает 36 линий. 124 линии отведено для служебных нужд, а 28 выводов зарезервировано. Все оставшиеся контакты используются для подачи питания. Так, в разъеме Socked 775 линий питания - 523.
Такое количество линий питания объясняется особенностями архитектуры процессоров. Современный процессор насчитывает свыше 150 миллионов транзисторов. Их надо обеспечить током: небольшим, в доли микроампера, но каждый из полутора сотен миллионов транзисторов. В итоге получается, что суммарный ток потребления процессора составляет десятки ампер. Например, максимальный потребляемый ток для процессора Pentium 4 с ядром Prescott равен 119 А. Для сравнения - максимально допустимый ток в бытовой электросети обычно не превышает 16 А.
Конечно же, это не так. Наш мозг постоянно подвергается бомбардировке сенсорных вводов с органов чувств. передает много мегабайтов чувственных данных в мозг ежесекундно. У мозга нет брандмауэра против этого натиска. Исследования визуализации мозга показывают, что даже тонкие сенсорные раздражители влияют на области мозга, от низкоуровневых сенсорных областей до отделов лобной доли, высокоуровневой области мозга, которая увеличена у людей по сравнению с другими приматами.
Мозг зависит от нервных раздражителей
Многие из этих раздражителей напрямую нами управляют. Например, когда мы смотрим на изображения, визуальные детали зачастую притягивают наше внимание и заставляют смотреть на определенные узоры. Когда мы смотрим на лицо, наше внимание автоматически переключается на глаза, нос и рот, подсознательно выделяя их как важнейшие детали. Когда мы идем по улице, наше внимание управляется раздражителями окружающей среды - звуком автомобильного рожка, вспышками неоновых огней, запахом пиццы - каждый из которых направляет наши мысли и действия, даже если мы не отдаем себе в этом отчета.
Еще ниже под радаром нашего восприятия проходят факторы среды, которые влияют на наше настроение медленно. Сезонные периоды низкой освещенности связаны с депрессией. Впервые этот феномен описал южно-африканский врач Норман Розенталь вскоре после переезда из солнечного Йоханнесбурга на серый северо-запах США в 1970-х годах. Цвета окружения также на нас влияют. Несмотря на множество мистификаций на эту тему, доказано, что синий и зеленый цвета вызывают положительный эмоциональный отклик, а красный - негативный. В одном из примеров ученые показали, что участники хуже сдают тест на коэффициент интеллекта с красными метками, нежели с зелеными или серыми; другое исследование показало, что тесты на креативность лучше даются с синим фоном, нежели с красным.
Сигналы тела могут влиять на поведение так же сильно, как и окружение, снова ставя под вопрос идеализированные концепции о превосходстве мозга.
Удивительной находкой последних лет стал тот факт, что микробы, живущие во внутренних органах, также принимают участие в определении наших эмоций. Изменение популяции микробов в кишечнике за счет поедания богатой бактериями пищи или процедура так называемой фекальной трансплантации может вызывать беспокойство и агрессию.
Это демонстрирует, что происходящее с мозгом во многом переплетается с происходящим с телом и средой. Нет никакой причинно-следственной или концептуальной границы между мозгом и его окружающей средой. Аспекты церебральной мистики - идеализированного представления мозга как неорганического, сверхсложного, самодостаточного и автономного - разваливаются, когда мы изучаем вблизи, как работает и из чего сделан мозг. Интегрированное вовлечение мозга, тела и окружающей среды - вот что отделяет биологическое сознание от мистической «души», и последствия этого различия весьма существенные.
Что самое главное, церебральная мистика способствует ошибочному пониманию того, что мозг является основным двигателем наших мыслей и действий. Поскольку мы стремимся понять поведение людей, мистика побуждает нас задумываться сперва о причинах, связанных с мозгом, и уже потом - за пределами головы. Это заставляет нас переоценивать роль мозга и недооценивать роль контекстов.
На арене уголовного правосудия, например, некоторые авторы считают, что в преступлениях нужно обвинять мозг преступника. Зачастую ссылаются на случай Чарльза Уитмена, который в 1966 году совершил один из первых массовых расстрелов в США, в Техасском университете. Уитмен говорил о психологических расстройствах, которые проявились за несколько месяцев до преступления, и аутопсия позже показала, что возле миндалины в его мозге выросла большая опухоль, которая влияла на управление стрессом и эмоциями. Но хотя обвинители мозга могут говорить о том, что обвинять в преступлении нужно опухоль Уитмена, реальность такова, что действия Уитмена были обусловлены и другими располагающими факторами: он рос с жестоким отцом, пережил развод родителей, ему часто отказывали в приеме на работу и у него был доступ к оружию на правах военного. Даже высокая температура в день преступления (37 градусов Цельсия) могла повлиять на агрессивное поведение Уитмена.
Обвинение мозга в преступном поведении позволяет избежать устаревших принципов нравственности и возмездия, но оно по-прежнему не учитывает широкую сеть влияний, способных внести вклад в любой ситуации. В нынешней дискуссии о случаях насильства в США стало очень важным поддерживать широкий взгляд на множественные факторы, работающие в отношении отдельного человека: проблемы с психикой, доступ к оружию, влияние СМИ и общества - все это вносит свой вклад. В других контекстах также стоит учитывать пристрастие к наркотикам или детские травмы. В любом случае идеализированное представление мозга, который якобы виноват во всем, будет недальновидным. Работает комбинация мозга, тела и окружающей среды.
Церебральная мистика имеет особое значение для того, как наше общество пытается совладать с проблемой психических расстройств. Потому что широким консенсусом психические отклонения определены как расстройства мозга. Сторонники этой теории утверждают, что таким образом психологические проблемы помещаются в одну категорию с лихорадкой или раком - болезнями, которые не вызывают социальных реакций, обычно связанных с психиатрическими заболеваниями. Есть даже мнение, что само определение таковых заболеваний как «расстройств мозга» снижает барьер, при котором здоровые пациенты будут искать лечения, а это важно.
В других отношениях, однако, переклассификация психических проблем как расстройств мозга может быть весьма проблемной. Пациенты, связывающие психические проблемы с внутренними неврологическими дефектами, уже получают клеймо сами по себе. Мысль о том, что их мозг не совершенен и поврежден, может быть разрушительной. Биологические дефекты починить сложнее, чем моральные, и люди с расстройством психики зачастую рассматриваются как опасные или даже неполноценные. Отношение к шизофреникам и параноикам не улучшается год от года, несмотря даже на рост методов смягчения протекания их психических состояний.
Вне зависимости от социальных последствий, обвинение мозга в создании психических заболеваний может быть научно некорректным во многих случаях. Хотя все психические проблемы включают мозг, основные факторы их появления могут быть где угодно. В 19 веке сифилис, передаваемый половым путем, и пелагра, вызванная дефицитом витамина B, были основными причинами роста пациентов лечебниц в Европе и США. Последнее исследование показало, что 20% психиатрических пациентов обладают телесными отклонениями, которые могут вызывать или ухудшать умственное состояние; среди них проблемы с сердцем, легкими и эндокринной системой. Эпидемиологические исследования выявили существенную связь между проявлением психических проблем и такими факторами, как статус этнических меньшинств, рождением в городе и рождением в определенного время года. Хотя эти связи нелегко объяснить, они подчеркивают роль факторов окружающей среды. Мы должны прислушиваться к этим факторам, если хотим эффективного лечения и предотвращения психических расстройств.
На еще более глубоком уровне в первую очередь культурные конвенции ограничивают понятие психического заболевания. Всего 50 лет гомосексуализм классифицировался как патология, отклонение, в авторитетном сборнике психических расстройств Американской психиатрической ассоциации. В Советском Союзе политические диссиденты порой определялись на основании психиатрических диагнозов, которые ужаснули бы большинство современных наблюдателей. Тем не менее сексуальные предпочтения или неспособность склониться перед властью в праведном стремлении - это психологические черты, для которых мы вполне можем найти биологические корреляты. Это не значит, что гомосексуальность и политическое диссидентство - проблемы с головой. Это значит, что общество, а не нейробиология определяет границы нормальности, которые и определяют категории психического здоровья.
Церебральная мистика преувеличивает вклад мозга в поведение человека, а в некоторых случаях также прокладывает дорогу для великой роли мозга в будущем самого человечества. В технофильных кругах все чаще говорят о «взломе мозга» для улучшения человеческих когнитивных способностей. Мгновенно возникает ассоциация взлома какого-нибудь смартфона или правительственного сервера, но в реальности же это больше похоже на взлом с отмычкой. Ранние примеры «взлома мозга» включали уничтожение частей мозга, как, например, в уже не существующих сегодня процедурах, вдохновивших Кена Кизи на создание «Полета над гнездом кукушки» (1962). Самые продвинутые взломы современного мозга включают хирургическую имплантацию электродов для прямой стимуляции или считывания ткани мозга. Эти вмешательства могут восстанавливать базовые функции у пациентов с серьезными проблемами передвижения или параличем - и это удивительный подвиг, который, впрочем, за версту отстоит от улучшений обычных способностей. Впрочем, это не мешает предпринимателям вроде Илона Маска или DARPA инвестировать в технологии «взлома мозга» в надежде однажды создать сверхчеловеческий мозг и связать его с машиной.
Возможно ли отделение мозга от тела?
Такое расхождение по большей части является продуктом искусственного разделения между тем, что происходит внутри мозга и за его пределами. Философ Ник Бостром из Института будущего человечества отмечает, что «лучшие преимущества, которые вы можете получить за счет имплантатов мозга, это все те же устройства за его пределами, которые вы сможете использовать вместо естественных интерфейсов, вроде тех же глаз, для проецирования 100 миллионов битов в секунду прямо в мозг». На самом деле, такие средства «улучшения мозга» уже рассованы по нашим карманам и стоят на столах, обеспечивая нам доступ к улучшенным когнитивным функциям вроде мощного калькулятора и дополнительной памяти и совсем не прикасаясь к нейронам. Что нам добавит прямое подключение таких устройств к мозгу, кроме раздражения, - это тот еще вопрос.
В мире медицины первые попытки по восстановлению зрения у слепых за счет использования имплантатов мозга быстро перешли к менее инвазивным подходам, включая протезирование сетчатки. Кохлеарные имплантаты, которые восстанавливают слух у глухих пациентов, полагаются на подобную стратегию взаимодействия со слуховым нервом, а не с самим мозгом. И если не брать совсем ограниченных в движениях пациентов, протезы, восстанавливающие или улучшающие движения, также работают в качестве интерфейсов. Чтобы дать ампутанту управление над механизированной искусственной конечностью, используется метод «целенаправленной реиннервации мышц», позволяющий врачам соединять периферические нервы утраченной конечности с новыми группами мышц, которые сообщаются с устройством. Для улучшения моторной функции у здоровых людей используются экзоскелеты, которые сообщаются с мозгом посредством непрямых, но отточенных эволюцией каналов. В каждом из этих случаев естественные взаимодействия мозга с телом человека помогают людям использовать протезы, а образуют прямую связь мозга и тела.
Самое экстремальное направление в футуристических технологиях мозга - стремление к достижению бессмертия посредством посмертного сохранения человеческого мозга. Две компании уже предлагают извлекать и сохранять мозги умирающих «клиентов», которые не хотят почить с миром. Органы сохраняются в жидком азоте, пока технологии не станут достаточно совершенными, чтобы восстанавливать мозг или «загружать» сознание в компьютер. Это стремление доводит церебральную мистику до ее логического завершения, целиком и полностью приветствуя логическую ошибку в том, что жизнь человека сводится до функции мозга и что мозг - это лишь физическое воплощение души, свободное от мяса.
Хотя стремление к бессмертию посредством сохранения мозга мало вредит чему-либо, кроме банковских счетов нескольких людей, это преследование также подчеркивает, почему так важна демистификация мозга. Чем больше мы чувствуем, что наши мозги заключают в себе нашу сущность как личности, чем больше верим, что мысли и действия просто проистекают из куска мяса в нашей голове, тем менее чувствительны мы становимся к роли общества и окружающей среды и тем меньше мы заботимся о культуре и ее ресурсах.
Мозг особенный не потому, что олицетворяет собой сущность нас, людей, а потому, что объединяет нас с нашим окружением так, как не смогла бы никакая душа. Если мы ценим наш собственный опыт, наши переживания и впечатления, мы должны защищать и укреплять многие факторы, которые обогащают нашу жизнь как внутри, так и за ее пределами. Мы - гораздо больше, чем просто мозги.
Представьте себе экспериментальный нанонаркотик, который способен связывать сознания разных людей. Представьте, как группа предприимчивых нейробиологов и инженеров открывает новый способ использования этого наркотика – запустить операционную систему прямо внутри мозга. Тогда люди смогут телепатически общаться между собой, используя мысленный чат, и даже манипулировать телами других людей, подчиняя себе действия их мозга. И несмотря на то, что это сюжет научно-фантастической книги Рамеза Наама «Нексус», описанное им будущее технологий уже не кажется таким далеким.
Как подсоединить мозг к планшету и помочь парализованным больным общаться
Для пациента T6 2014 стал самым счастливым годом жизни. Это был год, когда она смогла управлять планшетным компьютером Nexus с помощью электромагнитного излучения своего мозга и буквально перенестись из эры 1980-х с их диско-ориентированными системами (Disk Operating System, DOS) в новых век андроидной ОС.
T6 - женщина 50 лет, страдающая боковым амиотрофическим склерозом, известным также как болезнь Лу Герига, которая вызывает прогрессирующее повреждение двигательных нейронов и паралич всех органов тела. T6 парализована почти полностью от шеи и вниз. До 2014 года она абсолютно не могла взаимодействовать с внешним миром.
Паралич может наступить и от повреждений костного мозга, инсульта или нейродегенеративных заболеваний, которые блокируют способность говорить, писать и вообще как-либо общаться с окружающими.
Эра интерфейсов, связывающих мозг и машину, расцвела два десятилетия назад, в процессе создания ассистивных устройств, которые бы помогли таким пациентам. Результат был фантастическим: слежение за взглядом (eye-tracking) и слежение за положением головы пользователя системы (head-tracking) позволили отслеживать движения глаз и использовать их как выходные данные для управления курсором мыши на экране компьютера. Иногда пользователь мог даже кликать по ссылке, фиксируя свой взгляд на одной точке экрана. Это называется »время задержки».
Тем не менее, системы eye-tracking были тяжелы для глаз пользователя и слишком дороги. Тогда появилась технология нейронного протезирования, когда устраняется посредник в виде сенсорного органа и мозг связывается с компьютером напрямую. В мозг пациента вживляется микрочип, и нейросигналы, связанные с желанием или намерением, могут быть расшифрованы с помощью сложных алгоритмов в режиме реального времени и использованы для контроля курсора на интерфейсе компьютера.
Два года назад, пациентке T6 имплантировали в левую сторону мозга, отвечающую за движение, 100-канальную электродную установку. Параллельно Стэнфордская лаборатория работала над созданием прототипа протеза, позволяющего парализованным печатать слова на специально разработанной клавиатуре, просто думая об этих словах. Устройство работало следующим образом: встроенные в мозг электроды записывали мозговую активность пациентки в момент, когда она смотрела на нужную букву на экране, передавали эту информацию на нейропротез, интерпретирующий затем сигналы и превращающий их в непрерывное управление курсором и щелчками на экране.
Однако этот процесс был чрезвычайно медленным. Стало понятно, что на выходе получится устройство, работающее без непосредственного физического соединения с компьютером через электроды. Сам интерфейс тоже должен был выглядеть интереснее, чем в 80-х. Команда клинического института BrainGate, занимающаяся этими исследованиями, поняла, что их система «указания и щелчка» была похожа на нажатие пальцем на сенсорный экран. И поскольку сенсорными планшетами большинство из нас пользуется каждый день, то рынок их огромен. Достаточно просто выбрать и купить любой из них.
Парализованная пациентка T6 смогла «нажимать» на экран планшета Nexus 9. Нейропротез связывался с планшетом через протокол Bluetooth, то есть как беспроводная мышь.
Сейчас команда работает над продлением работоспособности имплантата на срок всей жизни, а также разрабатывает системы других двигательных маневров, таких как «выделить и перетащить» и мультисенсорные движения. Кроме того, BrainGate планируют расширить свою программу на другие операционные системы.
Компьютерный чип из живых клеток мозга
Несколько лет назад исследователи из Германии и Японии смогли симулировать 1 процент активности человеческого мозга за одну секунду. Это стало возможным только благодаря вычислительной мощности одного из самых сильных в мире суперкомпьютеров.
Но человеческий мозг до сих пор остается самым мощным, низко энергозатратным и эффективным компьютером. Что если бы можно было использовать силу этого компьютера для питания машин будущих поколений?
Как бы дико это не звучало, нейробиолог Ош Агаби запустил проект «Конику» (Koniku) как раз для реализации этой цели. Он создал прототип 64-нейронной кремниевой микросхемы. Первым приложением этой разработки стал дрон, который может «чуять» запах взрывчатых веществ.
Одой из самых чутких обонятельных способностей отличаются пчелы. На самом деле, они даже перемещаются в пространстве по запаху. Агаби создал дрон, который не уступает пчелиной способности распознавать и интерпретировать запахи. Он может быть использован не только для военных целей и обнаружении бомб, но и для исследования сельхозугодий, нефтеперерабатывающих заводов - всех мест, где уровень здоровья и безопасности может быть измерен по запаху.
В процессе разработки Агаби и его команда решали три основные проблемы: структурировать нейроны так же, как они структурированы в мозге, прочитать и записать информацию в каждый отдельный нейрон и создать стабильную среду.
Технология индуцированной дифференцировки плюрипотентной клетки - метод, когда зрелая клетка, например, кожи, генетически встроена в исходную стволовую клетку, позволяет любой клетке превратиться в нейрон. Но как и любым электронным компонентам, живым нейронам нужна специальная среда обитания.
Поэтому нейроны были помещены в оболочки с управляемой средой, для регулировки уровня температуры и водорода внутри, а также для подачи им питания. Кроме того, такая оболочка позволяет контролировать взаимодействие нейронов между собой.
Электроды под оболочкой позволяют считывать или записывать информацию на нейроны. Агаби описывает этот процесс так:
«Мы заключаем электроды в оболочку из ДНК и обогащенных протеинов, которая стимулирует нейроны формировать искусственную тесную связь с этими проводниками. Так, мы можем считывать информацию с нейронов или, наоборот, посылать информацию на нейроны тем же способом или посредством света или химических процессов».
Агаби верит, что будущее технологий - за раскрытием возможностей так называемого wetware - человеческого мозга в корреляции с машинным процессом.
«Нет практических границ для того, какими большими мы сделаем наши будущие устройства или как по-разному мы может моделировать мозг. Биология - это единственная граница».
Дальнейшие планы «Конику» включат разработку чипов:
- с 500 нейронами, который будет управлять машиной без водителя;
- с 10 000 нейронами - будет способен обрабатывать и распознавать изображения так, как это делает человеческий глаз;
- с 100 000 нейронами - создаст робота с мультисенсорным входом, который будет практически неотличим от человека по перцептивным свойствам;
- с миллионом нейронов - даст нам компьютер, который будет думать сам за себя.
Чип памяти, встроенный в мозг
Каждый год сотни миллионов людей испытывают сложности из-за потери памяти. Причины этому разные: повреждения мозга, которые преследуют ветеранов и футбольных игроков, инсульты или болезнь Альцгеймера, проявляющиеся в старости, или просто старение мозга, которое ожидает всех нас. Доктор Теодор Бергер, биомедицинский инженер Университета Южной Калифорнии, на средства Агенства по перспективным оборонным исследованиям Министерства обороны США DARPA, тестирует расширяющий память имплантат, который имитирует обработку сигнала в момент, когда нейроны отказываются работать с новыми долгосрочными воспоминаниями.
Чтобы устройство заработало, ученые должны понять, как работает память. Гиппокамп - это область мозга, которая отвечает за трансформацию краткосрочных воспоминаний в долгосрочные. Как он это делает? И возможно ли симулировать его деятельность в рамках компьютерного чипа?
«По существу, память - это серия электрических импульсов, которые возникают с течением времени и которые генерируются определенным числом нейронов», - объясняет Бергер, - «Это очень важно, так как это значит, что мы можем свести этот процесс к математическому уравнению и поместить его в рамки вычислительного процесса».
Так, нейробиологи начали декодировать поток информации внутри гиппокампа. Ключом к этой дешифровке стал сильный электрический сигнал, который идет от области органа под названием СА3 - «входа» гиппокампа - к СА1 - «выходящему» узлу. Этот сигнал ослабляется у людей с расстройством памяти.
«Если бы мы могли воссоздать его, используя чип, мы бы восстановили или даже увеличили объем памяти», — говорит Бергер.
Но проследить этот путь дешифровки сложно, так как нейроны работают нелинейно. И любой незначительный фактор, замешанный в процессе, может привести к совсем другим результатам.Тем не менее, математика и программирование не стоят на месте, и сегодня могут вместе создать самые сложные вычислительные конструкции со множеством неизвестных и множеством «выходов».
Для начала ученые приучили крыс нажимать тот или иной рычаг, чтобы получить лакомство. В процессе запоминания крысами и превращения этого воспоминания в долгосрочное, исследователи тщательно фиксировали и записывали все трансформации нейронов, и затем по этой математической модели создали компьютерный чип. Далее, они ввели крысам вещество, временно дестабилизирующее их способность запоминать и ввели чип в мозг. Устройство воздействовало на «выходящий» орган СА1, и, вдруг, ученые обнаружили, что воспоминание крыс о том, как добиться лакомства восстановилось.
Следующие тесты были проведены на обезьянах. На этот раз ученые сконцентрировались на префронтальной коре головного мозга, которая получает и модулирует воспоминания, полученные из гиппокампа. Животным была продемонстрирована серия изображений, некоторые из который повторялись. Зафиксировав активность нейронов в момент узнавания ими одной и то же картинки, была создана математическая модель и микросхема, на ее основе. После этого работу префронтальной коры обезьян подавили кокаином и ученые вновь смогли восстановить память.
Когда опыты проводились на людях, Бергер избрал 12 волонтеров, больных эпилепсией, с уже имплантированными электродами в головной мозг, чтобы проследить источник их припадков. Повторяющиеся судороги разрушают ключевые части гиппокампа, необходимые для формирования долгосрочных воспоминаний. Если, к примеру, изучить активность мозга в момент припадков, можно будет восстановить воспоминание.
Точно также, как и в предыдущих экспериментах, был зафиксирован специальный человеческий «код памяти», который впоследствии сможет предсказать паттерн активности в клетках СА1, основываясь на данных, хранящихся или возникающих в СА3. В сравнении с «настоящей» мозговой активностью, такой чип работает с точностью около 80%.
Пока рано говорить о конкретных результатах после опытов на людях. В отличие от моторного кортекса головного мозга, где каждый отдел отвечает за определенный орган, гиппокамп организован хаотично. Также пока рано говорить, сможет ли такой имплантат вернуть память тем, кто страдает от повреждений «выходящего» участка гиппокампа.
Проблемный остается вопрос геерализации алгоритма для такого чипа, так как экспериментальный прототип был создан на индивидуальных данных конкретных пациентов. Что, если код памяти разный для всех, в зависимости от типа входящих данных, которые он получает? Бергер напоминает, что и мозг ограничен своей биофизикой:
«Есть только такое количество способов, которыми электрические сигналы в гиппокампе могут быть обработаны, которое несмотря на свое множество, тем не менее ограничено и конечно», — говорит ученый.
Илья 817
Центральный процессор или ЦПУ – центральное процессорное устройства (англ. CPU – central processing unit, или центральное обрабатывающее устройство, если дословно) – самый важный компонент любого компьютера, это мозг компьютера. Эго еще часто называют просто микропроцессором или процессором. Какую роль процессор играет в системе компьютера? Ответ на этот вопрос прост – самую главную! Именно процессор выполняет все вычисления и обработку информации.
 |
Electrozon | 4 990 Р |
Микропроцессоры, отличаются один от одного по таким основным характеристикам как тактовая частота, которая измеряется в (МГц и ГГц), и производительность. На сегодняшний день, как правило, используются процессоры, разработанные известными фирмами Intel и AMD.
Как и все другие компоненты компьютера, микропроцессоры тоже прошли стадию развития от самого создания и до сегодняшних дней. И этот процесс бесконечен, пока идет развитие технологий.
Давайте же коротко рассмотрим историю создания и развития микропроцессоров.Так самые первые процессоры были изобретены, еще в далеких 1940-х годах. Тогда для создания процессоров использовали вакуумные лампы, ферритовые сердечники (устройства памяти) и электромеханические реле. Такие процессоры были ненадежные, имели низкое быстродействие. Тогда в средине 1950-х 60-х стало возможно внедрения транзисторов, которые монтировались к современной на то время плате. А со временем стало использование микросхем, которые ускорили быстродействие и надежность тогдашних процессоров.
 |
compyou.ru | 6 030 Р |
В начале 1970-х годов благодаря стремительному развитию технологий стало возможным создание микропроцессора - микросхемы, на кристалле которой располагались все основные блоки и элементы процессора. А уже 15 ноября 1971 году фирма Intel презентовала свой первый в мире 4-разрядный микропроцессор, 4004 который использовался в микрокалькуляторах. Содержал такой процессор 2300 транзисторов, а тактовая частота составляла 92,6 кГц, и стоил он 300 долларов!
На смену уже устаревшему 4-разрядному процессору пришли более современные 8-разрядные Intel 8080 и 16-разрядный 8086 (включавший в себя 29 тысяч транзисторов и работал на частоте 4,77 МГц), заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров.Первый же персональный компьютер от IBM бил оснащен 8-разрядным процессором i8088 (из 8-розрядной шиной).
В 1982 году, компания Intel представила новый i80286 с тактовой частотой (до 20МГц) и содержал уже около 134 тис. транзисторов.А далее уже починается гонка за первенство на рынке процессоров между компаниями Intel и AMD, которая и дала толчок к очень быстрому и стремительному развитию технологий. Но это уже другая история.
Рассказать друзьям