Вычислительная машина и мозг

Оглавление

Джон фон Нейман. Вычислительная машина и мозг

Силлимановские лекции

Предисловие к третьему изданию

Предисловие ко второму изданию

Вступительное слово

Часть I. Вычислительная машина

Введение

Аналоговый метод

Стандартные основные операции

Нестандартные основные операции

Цифровой метод

Маркеры, их комбинации и представление

Типы цифровых вычислительных машин и их основные компоненты

Параллельные и последовательные схемы

Обычные основные операции

Логическое управление

Коммутационное управление

Логическое управление с помощью перфоленты

Принцип только одного органа для каждой основной операции

Потребность в специальном органе памяти

Управление с помощью управляющих точек

Управление при помощи команд, хранимых в памяти

Принцип работы командного управления

Смешанные формы управления

Комбинированный метод

Смешанное представление чисел. Машины, построенные на этой основе

Точность

Причины высоких (цифровых) требований к скорости

Характеристики современных аналоговых машин

Характеристики современных цифровых машин

Активные компоненты; вопросы скорости

Количество требуемых активных компонентов

Органы памяти. Время доступа и емкость памяти

Регистры памяти, построенные из активных органов

Иерархический принцип организации органов памяти

Компоненты памяти; вопросы доступа

Сложности понятия времени доступа

Принцип прямой адресации

Часть II. Мозг

Упрощенное описание функции нейрона

Природа нервного импульса

Процесс порождения нервного импульса

Механизм порождения нервного импульса другими импульсами; его цифровая природа

Временны́е характеристики реакции, утомления и восстановления нервной клетки

Размер нейрона. Сравнение с искусственными компонентами

Рассеяние энергии. Сравнение с искусственными компонентами

Итоги сравнения

Критерии возникновения нервного импульса

Самые простые – элементарно-логические

Более сложные критерии

Порог возбуждения

Время суммации

Критерии возбуждения рецепторов

Проблема памяти в нервной системе

Принципы оценки емкости памяти в нервной системе

Оценка емкости памяти с учетом оговоренных условий

Различные предположения о физическом воплощении памяти

Аналогии с искусственными вычислительными машинами

Различное строение памяти и основных активных органов

Цифровые и аналоговые части нервной системы

Роль генетического механизма

Коды и их роль в управлении машиной

Понятие полного кода

Понятие сокращенного кода

Функция сокращенного кода

Логическая структура нервной системы

Важность численных процедур

Взаимосвязь численных процедур и логики

Причины высоких требований к точности

Не цифровая, а статическая природа применяемой системы обозначений

Снижение точности в ходе арифметических вычислений. Роль арифметической и логической глубины

Арифметическая точность или логическая надежность

Другие статистические свойства системы сообщений

Язык мозга и язык математики

Отрывок из книги

На средства, пожертвованные в память о Хепсе Эли Силлимане, президент и сотрудники Йельского университета ежегодно представляют цикл лекций, призванных указать на присутствие Божие и промысел Божий в том виде, в коем проявляются они в мире природы и нравственности. По искреннему убеждению завещателя, всякое упорядоченное изложение явлений природы или фактов истории способствует достижению этой цели более успешно, нежели догматическое или полемическое богословие, которое посему должно быть исключено из материалов лекций. Темы преимущественно выбираются из областей естественных наук и истории; особое внимание уделено астрономии, химии, геологии и анатомии.

В рамках грандиозного проекта по изучению механизмов работы мозга достигнуты значительные успехи: мы достаточно далеко продвинулись в обратном проектировании парадигм человеческого мышления и сегодня применяем их для создания более умных машин. Разумно ожидать, что искусственный интеллект (ИИ), построенный на базе данных принципов, в итоге воспарит над человеческим разумом. Однако, я полагаю, цель этого дерзкого предприятия состоит не в том, чтобы потеснить нас, а в том, чтобы расширить границы того, что уже сейчас можно смело назвать человеко-машинной цивилизацией. Именно это делает человеческий род поистине уникальным.

.....

Читатели более старшего возраста наверняка помнят телефонные модемы, в которых постоянно что-то шипело и щелкало, так как они передавали информацию по аналоговым линиям с высоким уровнем помех. Однако те же модемы могли передавать цифровые данные с очень высокой точностью – благодаря теореме Шеннона для канала с шумами.

Аналогичная проблема и аналогичное решение существуют и для цифровой памяти. Вы когда-нибудь задумывались, почему CD, DVD и программные диски продолжают работать даже после того, как упали на пол или были поцарапаны? Этим мы тоже обязаны Шеннону. Процесс вычислений состоит из трех элементов: связи (которая, как я уже говорил, имеет место как внутри, так и между машинами), памяти и логических вентилей (которые выполняют арифметические и логические функции). Точность логических вентилей можно сделать произвольно высокой с помощью особых кодов для обнаружения и исправления ошибок. Именно благодаря теореме Шеннона мы можем обрабатывать большие и сложные цифровые данные, используя для этого достаточно длинные алгоритмы.

.....