Что такое объем памяти

Обновлено: 15.01.2025

Одной из основных задач для операционной системы на этапе её загрузки и настройки является определение конфигурации компьютера, и в частности, выяснение объёма и диапазонов адресов имеющейся оперативной памяти.

Набор механизмов определения объёмов памяти развивался вместе с ПК, однако происходило это довольно хаотично, поэтому на сегодняшний день имеется целый ряд способов для решения данной задачи.

Содержание

История

Фирма IBM, разрабатывая свой ПК, предусмотрела для оперативной памяти диапазон адресов от нуля до 9FFFFh, то есть 640 килобайт — на рубеже 1970-80-х годов это казалось огромным объёмом, лишь мэйнфреймы и наиболее мощные мини-ЭВМ обладали большим размером ОЗУ. Впоследствии эту область памяти стали называть «базовой или стандартной памятью» (Conventional Memory или Base Memory).

Область адресов от A0000h до BFFFFh была отведена под видеопамять. Выше, от C0000h до FFFFFh, шла область ПЗУ различных устройств и BIOS. Как правило, почти все адреса в этих диапазонах были свободны.

С появлением микропроцессора 80286 физическое адресное пространство возросло до 16 Мбайт, однако доступна вся эта область была только в защищённом режиме. В то же время переключение процессора в защищённый режим делало его несовместимым с многочисленными программами реального режима, что предопределило его низкую популярность; фактически до самого появления микропроцессора 80386 защищённый режим использовался очень ограниченно.

При проектировании процессора 80286 инженерами Intel была допущена ошибка, из-за которой в реальном режиме не происходило «обрезание» адреса до 20 бит, и в результате появилась возможность адресации «лишней» памяти в области адресов 100000h-10FFEFh, общий объём которой составлял 64 Кбайта минус 16 байт. Этой областью, получившей название «Область верхней памяти» (HMA, High Memory Area), немедленно воспользовалась Microsoft: в неё помещалась изрядная часть MS DOS, оставляя свободной для нужд прикладных программ значительную часть базовой памяти. Ошибка же в процессоре была оставлена в целях совместимости с 80286, хотя её можно заблокировать с помощью специальной внешней схемы — вентиля адресной линии A20 (Gate A20), устанавливаемого на системных платах на тот случай, если потребуется обеспечить полную совместимость адресации с процессором 8086.

Микропроцессор 80386 расширил диапазон физических адресов до FFFFFFFFh (4 Гбайта), причём какую-то часть самых старших адресов занимает ПЗУ BIOS, отображающееся также частично и на старшие адреса младшего мегабайта.

В некоторых компьютерах на базе микропроцессора 80486 и во всех, начиная с улучшенного контроллера прерываний APIC (его конфигурационное пространство начинается с адреса FEC00000h и кончается адресом FECFFFFFh). Какая-то часть адресного пространства занята BIOS и операционной системы (исключением является область адресов A0000–BFFFF, отведённая под видеопамять ещё в первых ПК и сохраняемая для совместимости). Наконец, регистры внешних устройств, подключенных к шинам PCI, PCI Express и BIOS и ОС.

Наконец, в старших моделях 32-разрядных микропроцессоров и во всех 64-разрядных (технологии AMD64 и Intel EM64T) объём физического адресного пространства превысил 4 Гбайта и составляет как минимум 64 Гбайта (гарантирована поддержка ширины физического адреса 36 бит, теоретический предел составляет 64 бита, а конкретная разрядность физического адреса зависит от модели процессора).

Подробнее о распределении адресного пространства памяти современных ПК можно прочитать в разделе Карта распределения памяти.

Способы определения объёма памяти

BIOS предосталяет программам ряд вызовов, предназначенных для определения объёма и местоположения доступной оперативной памяти. На современных компьютерах практическую ценность имеют только два из них — один для определения объёма стандартной памяти и другой для определения объёма и местоположения всей памяти вообще.

Определение объёма стандартной памяти

Хотя физически все 640 Кбайт теоретически возможной стандартной памяти на любом современном компьютере имеются, пользоваться всей этой памятью без ограничений нельзя.

Во-первых, младший килобайт (адреса от нуля до 3FFh включительно) используется под векторы прерываний реального режима процессора, поэтому изменять эту область можно лишь с определёнными предосторожностями, точно понимая, что и для чего делается. В частности, не следует переопределять без особой нужды векторы для прерываний от 0 до 31 включительно (00h-1Fh), поскольку они установлены BIOS'ом и обеспечивают вызов его функций.

Во-вторых, сразу за первым килобайтом начинается 256-байтовая область данных BIOS, к которой примыкает ещё одна 256-байтовая область, используемая отдельными функциями BIOS (адреса от 400h до 5FFh включительно). Изменение информации в этих областях может привести к неработоспособности тех или иных функций BIOS, поэтому без особой нужды эти адреса лучше не трогать вообще, хотя, если имеется понимание, для чего служат те или иные байты в этих областях, их можно изменять для достижения каких-то своих целей.

Наконец, все современные BIOS имеют область расширенных данных реального режима, находящуюся в старших адресах стандартной памяти. Например, BIOS системной платы TYAN Tiger i7505 (чипсет Intel E7505, поддерживающий два 32-разрядных процессора Xeon семейства Pentium 4, Socket 603/604) резервирует для своих нужд 7 Кбайт, и их изменение приведёт к неработоспособности BIOS.

Наличие области расширенных данных BIOS заставляет программы определять старший адрес стандартной памяти, доступный для свободного использования. С этой целью используется функция INT 12h, существовавшая ещё на первых ПК, на которых она сообщала объём физически имеющейся оперативной памяти.

Функция INT 12h не имеет входных параметров. При возврате из неё в AX будет находиться объём стандартной памяти в килобайтах, начиная с адреса 0. Например, на упомянутой выше системной плате TYAN Tiger i7505 после вызова INT 12h в AX будет десятичное значение 633. Это означает, что программа может использовать под свои нужды стандартную память от адреса 0 до адреса 9E3FFh включительно (об ограничениях на использование адресов от 0 до 5FFh говорилось выше; эти ограничения не зависят от модели материнской платы), а адреса от 9E400h до 9FFFFh используются BIOS для своих нужд, и программа обращаться к ним не должна.

Определение объёма и карты памяти всего ОЗУ

Наиболее правильным методом для определения объёма и адресов имеющейся оперативной памяти на сегодняшний день является следование спецификации ACPI, которой удовлетворяют все сколько-нибудь современные ПК (её первая версия появилась в 1996 году). ACPI предусматривает три способа решения данной задачи, первый из которых предназначен для обычных ПК, второй — для компьютеров, соответствующих стандарту UEFI, а третий — для машин, обеспечивающих «горячее» добавление и удаление модулей памяти. Ниже речь будет идти только о первом способе, поскольку именно он является наиболее распространённым и поддерживается всеми существующими ПК.

Для определения объёма и карты распределения памяти спецификация ACPI предусматривает использование функции E820h прерывания INT 15h. Каждый вызов этой функции возвращает описание одного диапазона адресов оперативной памяти. Чтобы получить полную карту распределения памяти, необходимо вызывать эту функцию многократно, пока не будет получено описание последнего диапазона.

На входе в функцию E820h прерывания INT 15h передаются следующие параметры:

EAX — содержит код функции 0000E820h; Некоторые БИОСы требуют чтобы в верхней части eax были нули.

EBX — при первом вызове в этом регистре должен находиться нуль. В последующих вызовах здесь находится значение, возвращённое предыдущим вызовом функции и необходимое для продолжения её работы и возврата описания очередного диапазона адресов памяти. Это может быть начальный адрес очередной области, её порядковый номер или любое другое значение — точный смысл этой величины оставлен на усмотрение разработчиков BIOS;

ES:DI — указатель области памяти для сохранения очередного описателя диапазона адресов;

ECX — размер описателя диапазона адресов. Нынешняя версия стандарта определяет его длину в 24 байта; позже он может быть расширен. Минимально допустимый размер — 20 байтов;

EDX — сигнатура 'SMAP'. Используется BIOS'ом для проверки того, что программа действительно вызывает сервис ACPI.

На выходе функция возвращает следующие значения:

CF — если флаг сброшен, ошибок при выполнении не возникло. Обычно флаг CF устанавливается при вызове фукции уже после того, как она вернула описатель последнего диапазона адресов. Тем не менее, полагаться на это не стоит, поскольку может привести к странным ошибкам. Например, виртуальная машина ACPI-совместимым BIOS;

ES:DI — указатель на описатель диапазона адресов (то же самое значение, что и при вызове функции);

ECX — объём информации в байтах, записанной в описатель диапазона (минимум 20 байтов; не превышает длину области под описатель, указанную при вызове функции);

EBX — значение, необходимое для получения описателя следующего диапазона адресов; должно в неизменном виде передаваться на вход функции при её очередном вызове. Если при возврате из функции этот регистр содержит нуль, это означает, что получен описатель последнего диапазона адресов.

Формат описателя диапазона адресов, заполняемого функцией E820h прерывания INT 15h:

Смещение	Описание
0	Начальный адрес диапазона, младшие 32 бита
4	Начальный адрес диапазона, старшие 32 бита
8	Длина диапазона, младшие 32 бита
12	Длина диапазона, старшие 32 бита
16	Тип диапазона (описаны ниже)
20	Расширенные атрибуты диапазона (описаны ниже)

Нынешняя версия спецификации ACPI предусматривает следующие типы диапазонов памяти:

Значение	Мнемоника	Описание
1	AddressRangeMemory	Доступная оперативная память
2	AddressRangeReserved	Зарезервированная область памяти; использоваться программами не должна
3	AddressRangeACPI	Область памяти, занятая таблицами ACPI. Может использоваться операционной системой после того, как информация в этих таблицах станет для неё ненужной
4	AddressRangeNVS	Зарезервированная область памяти; использоваться программами не должна. В отличие от диапазона типа 2, эта область памяти должна сохраняться при «отходе ко сну» и восстанавливаться при «пробуждении»
5	AddressRangeUnusable	Область памяти, содержащая ошибки. Использоваться не должна
другое	Undefined	Зарезервировано для будущего использования. ОС должна рассматривать такие области как зарезервированные и не пытаться их использовать

Двойное слово расширенных атрибутов имеет следующий формат:

Бит	Мнемоника	Описание
0	AddressRangeEnabled	Если содержит 0, ОС должна игнорировать этот описатель диапазона адресов (он содержит недействительную информацию)
1	AddressRangeNonVolatile	Если установлен, данный описатель соответствует устойчивой (non-volatile) памяти. Устойчивая память может потребовать уточнения своих характеристик, чтобы ОС могла понять, годится ли такая память для использования в качестве обычного ОЗУ
2-31	Reserved	Эти разряды зарезервированы для будущего использования

При использовании функции E820h прерывания INT 15h следует учитывать следующие соглашения и ограничения:

с помощью этой функции возвращает описатели только той памяти, что установлена на системной плате;

функция не описывает диапазоны адресного пространства памяти, занятые дополнительными ПЗУ устройств ISA и устройствами, поддерживающими технологию Plug and Play (к таковым отностся все устройства, подключаемые к шинам PCI, PCI Express , а также некоторые устройства для шины ISA), поскольку операционная система имеет другие способы узнать о существовании таких устройств и о занимаемых ими областях памяти;

«дыры» в адресном пространстве, предусмотренные чипсетом, но не используемые устройствами, этой функцией возвращаются как зарезервированные области памяти;

фиксированные (не настраиваемые с помощью Plug and Play) диапазоны адресов памяти, занимаемые регистрами устройств, установленных на системной плате (например, область, отведённая под APIC), возвращаются функцией как зарезервированные;

области адресов, занимаемые ПЗУ BIOS, возвращаются как зарезерированные;

функция не описывает стандартные диапазоны адресов, используемые в ПК для определённых целей. Например, она не описывает диапазон A0000–BFFFF, отведённый под видеопамять. Однако диапазон E0000–EFFFF может быть включён в список диапазонов, описываемых этой функцией;

вся стандартная («нижняя») память считается обычной, доступной для использования ОС, однако разработчик системы должен учитывать ограничения на её использование, описанные в предыдущем подразделе.

Наконец, заметим, что в некоторых BIOS в этой функции встречались ошибки. Так, однажды, когда спецификация ACPI ещё только-только «поступала на вооружение», пришлось столкнуться с ситуацией, когда эта функция вообще не сообщила о наличии диапазона памяти от 0 до BFFFFh, хотя в соответствии со стандартом должна была бы описать его как доступный для использования (тип диапазона 1). Бывали случаи, когда эта функция не упоминала о диапазоне адресов, занимаемом APIC. Поэтому разработчикам ОС не следует полагаться на эту функцию для определения областей, назначение которых и так хорошо известно и не зависит от модели системной платы.

Альтернативные способы определения объёма памяти свыше 1 Мбайта

Хотя все сколько-нибудь современные ПК соответствуют стандарту ACPI, в «древних» моделях он не поддерживался. В такой ситуации определить объём ОЗУ свыше 1 Мбайта можно несколькими другими способами, кратко описанными ниже. Тем не менее, пользоваться ими следует только в том случае, если ACPI не поддерживается.

Заметим, что вызов перечисленных ниже функциях в ACPI-совместимых системах вполне возможен, однако они вернут объём памяти, в который не включены служебные области, отражённые функцией E820h как недоступные для использования операционной системой.

Функция 88h прерывания INT 15h сообщает объём имеющейся оперативной памяти свыше 1 Мбайта, т.е. начиная с адреса 100000h.

CF — если функция выполнена успешно, будет сброшен;
AX — объём памяти свыше 1 Мбайта, выраженный в килобайтах.

Эта функция обычно сообщает объём памяти, лежащей в диапазоне от 1 Мбайта до 16 Мбайт, то есть в области адресов от 10000h до FFFFFFh включительно. Чтобы узнать объём памяти свыше 16 Мбайт, можно воспользоваться функцией C7h прерывания INT 15h.

Функция C7h прерывания INT 15h появилась в компьютерах IBM PS/2 поздних серий и является необязательной. Она возвращает карту распределения памяти.

AH — код функции C7h;
DS:SI — адрес карты памяти (см. ниже).

CF — если функция завершилась успешно, будет сброшен.

Формат карты памяти:

Смещение	Размер	Описание
0	WORD	Размер области, отведённой под карту памяти, не включая это слово
2	DWORD	Объём в килобайтах локальной памяти в пределах от 1 до 16 Мбайт
6	DWORD	Объём в килобайтах локальной памяти в пределах от 16 Мбайт до 4 Гбайт
10	DWORD	Объём в килобайтах системной памяти в пределах от 1 до 16 Мбайт
14	DWORD	Объём в килобайтах системной памяти в пределах от 16 Мбайт до 4 Гбайт
18	DWORD	Объём в килобайтах кэшируемой памяти в пределах от 1 до 16 Мбайт
22	DWORD	Объём в килобайтах кэшируемой памяти в пределах от 16 Мбайт до 4 Гбайт
26	DWORD	Объём в килобайтах перед началом несистемной памяти в пределах от 1 до 16 Мбайт
30	DWORD	Объём в килобайтах перед началом несистемной памяти в пределах от 16 Мбайт до 4 Гбайт
34	WORD	Начальный сегмент крупнейшего свободного блока в диапазоне адресов от C0000h до DFFFFh
36	WORD	Размер крупнейшего свободного блока
38	DWORD	Зарезервировано

Функция E801h прерывания INT 15h является основной альтернативой описанному в предыдущем подразделе механизму определения памяти в ACPI-совместимых системах.

CF — сброшен, если функция выполнена успешно;
AX — размер памяти в диапазоне от 1 до 16 Мбайт, выраженный в килобайтах;
BX — размер памяти свыше 16 Мбайт, выраженный в блоках по 64 Кбайта;
CX — размер сконфигурированной памяти в диапазоне от 1 до 16 Мбайт, выраженный в килобайтах;
DX — размер сконфигурированной памяти свыше 16 Мбайт, выраженный в блоках по 64 Кбайта.

Некоторые BIOS возвращают в регистрах AX и BX нули; в этом случае следует пользоваться объёмом памяти, указанным в регистрах CX и DX.

Объем человеческой памяти – это характеристика памяти, определяющая количество информации, которая может быть извлечена из нее по прошествии определенного времени после момента запоминания.

Объем кратковременной памяти равен числу Миллера – это 7 +/- 2. Это тот набор слов или количество цифр, которые среднестатистический человек способен удержать в памяти.

Объем долговременной памяти человека определить невозможно. В настоящее время некоторые исследователи полагают, что всё, что находится в долговременной памяти человека, может уложиться на нескольких лазерных дисках. Вполне очевидно, что данный вывод ошибочен, и как минимум, не доказан.

Объем человеческой памяти индивидуален. Однако бытует мнение, что чем больше человек может запомнить, тем лучше. Но это далеко не всегда так. В советской психологии известны случаи проведения исследований пациентов, обладающих «сверх» памятью. Эти люди непроизвольно могли запомнить неограниченные объемы информации. Однако как выяснилось, очень сильно страдали от своих возможностей. Более того, им постоянно приходилось работать над собой и делать специальные упражнения для восстановления способности к «забыванию». Учитывая, что они помнили «все», логично сделать вывод, что объем памяти человека действительно безграничен. Вопрос состоит только в том – способны ли мы воспользоваться свой памятью в полном объеме.

У каждого человека неограниченный запас памяти. Однако, учитывая особенности каждого индивидуума, объем памяти, которая может быть задействована в целях запоминания необходимой информации на длительный срок, у всех разный. Этот объем, прежде всего, зависит от вида деятельности, которым Вы регулярно занимаетесь, определяя количество памяти, которое используется Вами в повседневной жизни.

Приведем простой пример. Каждый, кто учился, прекрасно знает, что учить что-либо после летних каникул гораздо труднее, чем уже в конце учебного года. Все дело в тренировке. Если память Вами не используется, то способность к запоминанию ослабевает, а точнее уменьшается объем информации, которую Вы можете запомнить.

Провести углубленное тестирование объема различных видов памяти Вы можете с помощью пакета «Память» программного комплекса Effecton Studio: объем механического запоминания цифр, чисел и слогов, объем смысловой зрительной и слуховой памяти, логической памяти, оперативной, ассоциативной и образной памяти.

Для того чтобы увеличить и поддерживать объем памяти на необходимом Вам уровне нужно соблюсти два важных условия. Первое – это использовать память регулярно. Второе – периодически тренировать объем памяти.

Упражнение «Информационный стресс»

В качестве примера тренировки памяти предлагаем Вам нестандартное упражнение, которое называется «Информационный стресс». Оно выполняется «без отрыва от производства» и даже более эффективно для применения на работе или в учебе.

Упражнение делается в течение целого рабочего дня. Выберите день недели, когда Вы планируете провести эту процедуру. Рекомендуем избрать пятницу, поскольку после этого упражнения следует день-два отдохнуть от активной умственной работы и сменить вид деятельности.

Цель упражнения – нагружать себя максимальным объемом информации в течение всего дня. Что это значит? Ваша задача: как можно больше прочитать, как можно больше выписать главного, как можно больше запомнить из прочитанного и выписанного Вами. Читая, Вы должны иметь намерение выделить основное, а также намерение как можно больше понять и запомнить. Читайте и обдумывайте. Читайте и запоминайте. Читайте и записывайте главное. Ближе к концу дня начинайте перечитывать и запоминать главное, еще раз обдумывайте и повторяйте.

Все, что Вы записали как главное – выразите в одном или двух словах. Так прочитав их, в Вашей памяти всплывет сразу вся картина прочитанного, а за ним и то, что еще прочитали на эту тему в течение дня.

Завершив день, возьмите Ваши короткие записи и попытаетесь вспомнить максимальное количество подробностей по каждой из них. Если Вы все делали правильно и не жалели себя, то к концу дня Вы будете перегружены информацией, и Ваша память будет «пассивна». После того, как Вы отдохнете – её объем немного увеличится, и будет увеличиваться каждый раз после такого упражнения. Если та информация, которую Вы получили, важна для Вас, то попробуйте восстановить все в памяти через день-два. Для этого сначала пройдитесь по Вашим коротким записям, а потом по записям главной информации. Рекомендуем Вам выполнять это упражнение не реже одного раза в месяц, но не чаще одного раза в неделю.

Я пишу забавные письма 2 раза в месяц ;) Ирина Лой
Посмотрите примеры

Что такое байт?

Что такое килобайт?

Из таблицы ниже вы можете ознакомиться, как работает двоичная система:

2^0 = 1
2^1 = 2
2^2 = 4
2^3 = 8
2^4 = 16
2^5 = 32
2^6 = 64
2^7 = 128
2^8 = 256
2^9 = 512
2^10 = 1024

Возьмем 200-страничную книгу в качестве примера. Как правило, каждая страница в книге содержит около 300 слов на странице. Таким образом вся книга состоит примерно из 60 000 слов. В среднем, слово составляет около 6 знаков. Это означает, что 60 000 слов в книге насчитывает около 360 000 знаков. Для хранения этой книги в электронном виде, нам потребуется 360,000 байт. Если представить это в килобайтах, разделив 360 000 байт на 1024, мы узнаем, что книга с объемом 60 000 слов потребует около 351.56 килобайт цифровой памяти.

Что такое мегабайт?

Мера мегабайт более привычна для современных пользователей. Один мегабайт равен 1024 килобайтам. Больше мегабайт означает большую емкость, объем памяти, возможности обработки. Большинство мультимедийных устройств хранения измеряют объем памяти в МБ, например, компакт-диски 700 МБ.

Что такое гигабайт?

Что такое терабайт?

Что такое петабайт?

Рассмотрим следующие современные применения технологии с размером петабайта:

Google обрабатывает более 24 петабайт информации ежедневно.
Сети мобильных телефонов ежедневно передают пользователям более 20 петабайт.
Серверы World of Warcraft требуют более 1,5 петабайт памяти для запуска онлайн-игр.

Один петабайт может хранить более чем 10 000 часов телевизионных программ. Фактически, все книги созданные человечеством можно уместить в 50 петабайтах. Это очень много данных.

У меня есть компьютер. Думаю, у вас тоже. Общий перечень наших с вами задач, решаемых с помощью компьютера, можно свести к двум основополагающим вещам: хранение и преобразование информации. Головной мозг выполняет схожие функции. Например, фоторецепторные клетки в глазах принимают электромагнитное излучение и преобразуют его в нервный импульс. Мозг обрабатывает эту информацию и на основе нее строит изображение. Помимо функционального сходства, мозг и компьютер имеют и общие структурные черты: у нас тоже есть некоторое подобие процессора и памяти. Причем наша память, как и память компьютера, бывает разных видов. В этой статье пойдет речь о нашем аналоге оперативной памяти и о том, как он работает.

Когнитивность

Как работает наш мозг? На столь обширный вопрос есть несколько философский ответ — недостаточно хорошо. Действительно, вы наверняка хотели бы не вспоминать перед сном все свои неудачи и просчеты или не забывать, куда положили ключи. Переформулируем и сузим вопрос: как человеческий мозг воспринимает и использует информацию?

Получение информации

Информация попадает в наш мозг посредством нервных импульсов, источником которых являются органы чувств. Именно они первыми получают информацию, а также и преобразовывают её в соответствующий импульс. Зрение преобразовывает электромагнитное излучение видимого спектра, осязание — физическое взаимодействие (температура, вибрации, прикосновения и т. п.), слух — механические колебания в среде, обоняние и вкус — воздействие различных веществ на рецепторы. Помимо основных пяти видов чувств, не стоит забывать о вестибулярном аппарате, который отвечает за положение тела в пространстве и направления движения.

Что дальше?

Попадая в мозг, нервные импульсы преобразуются в соответствующие образы и чувства. Но на данный момент эти образы всего лишь образы. Если человек не умеет читать, то для его мозга текст будет лишь набором закорючек. В психологии есть термин когнитивность. Он отражает способность человека к умственному восприятию и переработке внешней информацию сквозь собственную систему взглядов, зависящую от мышления, памяти, обучения и т. д. Коротко говоря, мозг в течение жизни обучается, получает новую информацию и, в зависимости от текущего типа мышления, багажа знаний и умений, обрабатывает получаемую информацию соответствующим образом.

Память мозга

Память можно определить как способность мозга сохранять и восстанавливать информацию. Очевидно, что работа мозга очень сильно зависит от памяти и ее роль сложно переоценить. Классифицировать память можно по разным критериям. Но нас будет интересовать конкретно разделение по времени хранения информации. Итак, память мозга условно можно разделить на следующие виды:

Долговременная память;
Кратковременная память;
Рабочая память.

Кратковременная память

Изначально, информация от органов чувств попадает в кратковременную память. Как понятно из названия, она хранится там небольшой промежуток времени. При этом информация от органов чувств фильтруется. В кратковременную память попадает та информация, на которую мы обратили своё внимание. Причем как произвольно, так и под действием каких-либо факторов. Например, обычно мы не обращаем внимание на ощущения от надетой на нас одежды, но если она вызовет дискомфорт, то мы обратим внимание, и эта информация попадет к нам в кратковременную память. Помимо органов чувств, источником информации может являться и долговременная память как итог процесса вспоминания, как целенаправленного, так и спонтанного.

Модель Аткинсона-Шиффрина

В целом идеи о том, что человеческая память не является единой сущностью, возникли ещё в 19 веке. Более конкретная теория взаимодействия между кратковременной и долговременной памятью появилась в середине 20-го века в множественной модели Аткинсона-Шиффрина.

Согласно данной модели, наша память состоит из трех структур:

Сенсорная память. Это структура, в которой хранится память от органов чувств на протяжении малого количества времени (для визуальной — 0,5 секунд, а для звуковой — 2 секунды);
Кратковременная память. Как упоминалось выше, в эту структуру попадает информация из сенсорной памяти путем обращения внимания.
Долгосрочная память. Это структура практически неограниченного объема, которая может хранить информацию вплоть до смерти.

Механизм перехода из кратковременной памяти в долговременную точно не ясен. При этом, способность вспоминать события из прошлого зависят от гиппокампа. К этому выводу пришли Бренда Милнер и Уильям Сковилл, изучая пациента, которому для лечения эпилепсии был удален гиппокамп. Пациент не мог вспомнить, что с ним происходило в прошлом, но при этом другие структуры памяти сохранились. Он помнил факты об устройстве мира, но новые ему выучить было сложно. Также у него отлично работала кратковременная память.

Объем кратковременной памяти

Информация без повторения хранится в кратковременной памяти на протяжении примерно 20 секунд. При этом ее объем однозначно определить очень сложно. Американский психолог Джордж Миллер в своей работе «Магическое число семь плюс-минус два« определил, что человек, как правило, не может запомнить и воспроизвести больше 7±2 объектов (данная характеристика является усредненной и не отрицает существование уникумов, способных запоминать большое количество информации)

Но что такое объект? На основе своих исследований (проверка, сколько человек может запомнить), Миллер приводит следующую характеристику — человек в среднем способен запомнить девять двоичных чисел, восемь десятичных, семь букв алфавита и пять односложных слов. Информационная содержательность этих объектов не столь большая. В этом кроется и следующее различие между кратковременной и долговременной памятью — объем информации. Объектом может являться как слово, так и изображение — например, пейзаж. Но степень его детализации будет определяться объемом кратковременной памяти и вряд ли вы запомните его в деталях без повторения.

Рабочая память

Рабочая память (РП) — это тип памяти, с помощью которого человек способен сохранять в уме информацию, с которой работает. РП также позволяет комбинировать информацию, полученную от органов восприятия, с долговременной и кратковременной памятью.

Термин «Рабочая память» был введен Джорджем Миллером, Евгением Галантером и Карлом Прибрамом в контексте теории, в которой человеческий ум сравнивался с компьютером. Изначально понятие рабочей памяти не было конкретизировано, поэтому его использовали Ричард Аткинсон и Ричард Шиффрин в своей модели кратковременной памяти. Однако они не сделали акцента на ее функциональной части, поэтому Алан Бэддели и Грэм Хитч переработали их модель. Главное отличие нового взгляда на РП заключалось в том, что кратковременная память может быть разделена на субкомпоненты и что такая система способна на сложные когнитивные действия. На данный момент многие ученые используют концепцию РП в качестве замены или расширения концепции краткосрочной памяти, делая акцент на манипулировании информацией, а не на ее простом хранении.

Модель рабочей памяти

В 1974 году Алан Бэддели и Грэм Хитч предложили многокомпонентную модель РП, переработав модель кратковременной памяти Аткинсона-Шиффрина. Изначально модель содержала три компонента. Первый компонент — это система контроля над вниманием, называемая центральным исполнителем (ЦИ). ЦИ направляет внимание на информацию, подавляя отвлечение (на нерелевантную информацию и неподходящие действия) и координируя когнитивные процессы при одновременном выполнении множества задач. У ЦИ «в подчинении» находятся две системы временного хранения: фонологическая петля и визуально-пространственный блокнот.

Фонологическая петля — это когнитивная система временного хранения, которая может хранить информацию, представленную в речевой и звуковой форме, с помощью проговаривания про себя (субвокальные повторения). Одним из доказательств этого служит эффект фонологического сходства: слова, со сходным звучанием, запоминаются труднее, чем слова, звучащие по-разному. Представим, что вы хотите запомнить набор терминов. Если слова схожи по звучанию, то это приведет к путанице и плохому результату. Попробуйте запомнить два ряда слов: «код», «год», «кот», «рот» и «солнце», «горячий», «корова», «день». Скорее всего, «производительность» запоминания в первом случае будет хуже. Фонологической петле совсем не важны значения, поэтому человек запоминает ряд из нескольких слов, обозначающих одно и тоже, так же, как и разные слова. В этом заключается отличие рабочей памяти от долговременной. Если увеличить количество слов в последовательности, например до 10, и дать людям запомнить их, то звучание уйдет на второй план, а значение станет намного важней. Таким образом у человека имеется система, которая может хранить информацию путем проговаривания про себя. Она не важна для понимания речи (если вы способны нормально говорить и слышать), однако играет существенную роль в пополнении словарного запаса на раннем этапе обучения чтению, когда нужно удержать в памяти последовательность звуков в точном порядке.

Визуально-пространственный блокнот — это когнитивная система, одновременно хранящая пространственную и визуальную информацию. Визуальная информация включает в себя такие вещи, как цвет и форма, а пространственная — данные о местоположении. Например, использование карты или проектирование здания включает пространственную информацию. Изучение иероглифов, запоминание цвета — это больше визуальное задание. Системы вербальной, пространственной и визуальной информации могут поддерживаться потоками информации, не охватываемыми подчиненными системами (например, тактильные ощущения, семантическая информация, музыкальная информация, эмоциональная составляющая и т. п.).

Так как речь идет о серии потоков восприятия, в 2000 году Бэддели расширил модель, добавив четвертую систему — эпизодический буфер, в котором потоки информации объединяются. У буфера есть несколько измерений: визуальное, пространственное семантическое и перцептивное. Он объединяет их вместе и делает доступными сознанию, связывая всю информацию РП в единое эпизодическое представление. Таким образом эпизодический буфер — это связующие звено между рабочей и долговременной памятью. Если проводить аналогии, то эпизодический буфер чем-то напоминает экран, на который проецируются события.

Где и как мозг хранит информацию

РП располагается в нескольких частях мозга. С появлением методов визуализации мозга (ПЭТ и фМРТ) определение локализации функций в головном мозге людей значительно упростилось. Обзор многочисленных исследований показывает, что области активации во время задач рабочей памяти, разбросаны по большой части коры. Определение Фонологическая петля расположена главным образом в области между височной и теменной долями левого полушария. Процесс повторения информации по большей части включает лобную область, известную как центр Брока.

Визуально-пространственная система вовлекает в основном правое полушарие, однако она может простираться и до затылочных долей, в направлении к задней части мозга. Эта область задействуется в визуальных изображениях. Более центральные теменные области ответственны за пространственную информацию.

Сам факт активации каких-то областей мозга вовсе не означает, что именно там хранится информация. В этом заключается одна из проблем использования функциональной визуализации для понимания работы памяти. При изучении какой-либо когнитивной задачи ученые наблюдают активность области, но не знают, действительно ли она необходима для нее. Представьте, что вы обращается к информации в памяти компьютера и получаете её на экране. Вы узнаете, что было в хранилище и какие подсистемы были задействованы для отображения информации. Но где конкретно хранилась информация и как она была извлечена вам не известно. Пока что в научном сообществе нет консенсуса о том, как точно устроена и функционирует память.

Что влияет на рабочую память

РП страдает от интенсивного стресса. Это было обнаружено в исследованиях Арнстена и его коллег на разных видах животных. Например, в одном из исследований Арнстен исследует влияние стресса, вызванного шумом, на когнитивные функции префронтальной коры у резус-макак. Экспериментаторы заполняли едой одну из лунок, а затем накрывали их непрозрачным экраном. Через определенные промежутки времени экран убирали, и макаки выбирали одну из лунок (задача с отложенным ответом). После некоторой серии экспериментов подопытных подвергали воздействию непрерывным громким шумом (100-110 Дб) в течении 30 минут перед тестированием. Испытав стресс, животные хуже справлялись с заданием: чаще забывали, в какой лунке находятся лакомства. В ходе исследований выяснилось, что высвобождение физиологически активных веществ, катехоламинов, в префронтальную кору, вызванное стрессом, снижает срабатывание нейронов и емкость памяти. Воздействие хронического стресса может привести к глубоким нарушениями РП. Чем больше стресса в жизни, тем ниже эффективность РП при выполнении простых познавательных задач. Злоупотребление алкоголем также может вызывать нарушения РП из-за повреждения мозга.

Индивидуальные различия в объеме РП в некоторой степени наследуемы. Пока что мало известно о том, какие гены связаны с функционированием РП. В рамках многокомпонентной модели был предложен один ген-кандидат, ROBO1 для гипотетической фонологической петли рабочей памяти. Генетический компонент РП в значительной степени разделяется с таковым для подвижного интеллекта, поэтому исследования связи памяти и генетики возможно поможет также лучше понять работу интеллекта.

Существует несколько гипотез о том, что РП может быть натренирована, например при помощи специальных компьютерных программ или таких задач, как n-назад. Но при этом люди не демонстрируют значительных улучшений в таких активностях, как обучение математике, чтение или выполнение тестов на уровень интеллекта. Если тренировка рабочей памятью интеллекта работает, то скорее всего эффект будет незначительным.

Компьютер как мозг

Текущие развитие процессоров во многом основывается на уменьшении техпроцесса. Время идет и эффективность такого подхода снижается. Возможно ли замена нынешней архитектуры на архитектуру, схожую с мозгом человека? Конечно, в реалиях недостатка знаний о мозге данное сравнение некорректно, но давайте пофантазируем. В чем преимущества мозга перед компьютером? Первое, что приходит на ум — это наличие сознания и способность к творческой деятельности. Но не совсем понятно, в чем разница между ними и их компьютерной симуляцией? Проблему квалиа и подобные вопросы лучше оставить философам и сконцентрироваться на более практических аспектах. Понятно, что в некоторых задачах, зависящих от скорости обработки информации мы проигрываем. Но при этом у мозга множество преимуществ перед современными компьютерами:

мозг более энергоэффективный: в среднем он потребляет 20–30 Вт;
мозг лучше справляется с распознаванием образов, речи, потоками сложноустроенной информации;
мозг пластичен, в отличии от модульной архитектуры компьютера: один отдел может выполнять функции другого (при необходимости);
работу мозга можно охарактеризовать как параллельную, нет необходимости в тактовом генераторе;
на основе имеющегося опыта мозг способен к прогнозированию будущих событий;
мозг невероятно обучаем и адаптивен.

Абсолютное заимствование у природы не всегда оптимально:

Практика показывает, что лучше заимствовать лучшее, но, как упоминалось выше, недостаток знаний о мозге не позволяет сделать этого.

Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Читайте также: