بخشی از مقاله
استفاده از حافظه شناختي در معماري نسل سوم کامپيوترها
چکيده
نسل سوم کامپيوترها يا به عبارت ديگر کامپيوترهاي شناختي با الهام گرفتن از ساختارهاي هوش طبيعي و به خصوص مغز انسـان طراحي ميشوند.حافظه يکي از عناصر مهم هر سيستم پويا به خصوص کامپيوتر ميباشد که وضعيت هاي مختلف سيستم را حفـظ ميکند. محققان زيادي در تلاشند تا حافظه کامپيوترهاي نسل آينده را از روي حافظه انسان طراحي نمايند. در اين مقاله با بررسي تئوريهاو مدل هاي موجود در رابطه با حافظه انسا ،مدلي يکپارچه از حافظه طبيعي ارائه ميدهيم . ابتدا تعـاريف دقيـق اجـزاي مختلف حافظه انسان را بررسي نموده و با توجه به تعاريف ، رابطه بين اجزا را به دست آورده و مدلي يکپارچه از حافظه ارائـه مـي- دهيم .از اين مدل ميتوان به عنوان مدل مرجع حافظه انسان در بحث هاي مختلف علوم شناختي و نيز علوم کامپيوتر به خصوص در زمينه طراحي نسل آينده کامپيوترها و سيستم هاي هوشمند استفاده نمود. هدف اصلي از اين مطالعات ساخت سيستم هايي اسـت که مانند انسان داراي احساس ، قدرت درک و توانايي فکرکردن باشند.
واژگان کليدي
نسل سوم کامپيوترها، مغز انسان ، هوش طبيعي، حافظه شناختي، حافظه کوتاه مدت ، حافظه بلند مدت
١-مقدمه
حافظه بستر کليه فعاليت هاي مغز ميباشد. حافظه وضعيت دروني انسان را نگه ميدارد که در اثر فعاليت ها و فرآيندهاي مغزي تغيير يافته و با تغيير آن وضعيت دروني انسان تغيير مييابد. تعريف و بررسي حافظه انسان از نقطه نظر علوم شناختي، بحث حافظه شناختي را شکل ميدهد. علوم شناختي جهت دستيابي به ديدگاه هاي خود از علوم ديگر مانند فلسفه ، روانشناسي، علوم طبيعي و ... بهره ميگيرد.
هر يک از اين علوم ديدگاه متفاوتي نسبت به حافظه دارند. اغلب محققين به بخش هايي جداگانه از حافظه و از نقطه نظرات مختلف به آن پرداخته اند[١و ٢].از اين رو ايجاد مدلي کامل و يکپارچه از حافظه که کليه ديدگاههاي مختلف را پوشش دهد، ميتواند تعريف مناسبي از حافظه ارائه نمايد. چنين مدلي از حافظه انسان ، ميتواند ما را در جهت شناخت مغز و ذهن انسان و حل برخي از مسائل مربوط به آنها ياري دهد. از اين مدل ميتوان به عنوان يک مدل مرجع در بحث هاي انفورماتيک استفاده کرد. در اين مقاله با بررسي نظرات و ديدگاه هاي مختلف راجع به حافظه ، مدلي از آن ارائه ميشود که تا حد امکان فاقد 79 نقاط ضعف مدل هاي قبلي باشد [٣و ٤].براي اين منظور از هر مدل بخشي را که با ديگر مدل ها تناقضي نداشته باشد، در نظر گرفته و معماري حافظه کامپيوترهاي شناختي را از روي مدل تعريف شده از حافظه انسان مطرح ميکنيم .در بخش ٢ تقسيم بندي کلي حافظه را يادآوري ميکنيم ، سپس در بخش هاي ٣ و ٤ به ترتيب حافظه کوتاه مدت و بلند مدت را با جزئيات کامل بررسي کرده و مدل تابعي آنها را ارائه ميدهيم . در پايان استفاده از حافظه شناختي در نسل سوم کامپيوترها را بررسي ميکنيم .
٢-تقسيم بندي کلي حافظه شناختي
حافظه مهمترين نقش را در فعاليت هاي مغز و ذهن ايفا ميکند و در واقع بستر کليه فعاليت هاي مغزي ميباشد. به عبارت دقيق تر حافظه وظيفه ذخيره و بازيابي اطلاعات شناختي داخلي و خارجي، حفظ وضعيت پايدار مغز و ذهن و همچنين فراهم نمودن فضاي لازم جهت انجام فرآيندهاي مغزي را بر عهده دارد. در اين مقاله براي درک راحت تر مفاهيم مغز و ذهن در انفورماتيک شناختي، ميتوانيم مغز را به صورت سخت افزار يک سيستم کامپيوتري و ذهن را نرم افزار اجرايي بر روي اين سيستم در نظر بگيريم [٥].
در اين بخش تقسيم بندي حافظه را در بالاترين ترين سطح بررسي ميکنيم . در شکل ١ معماري منطقي حافظه انسان را از ديدگاه انفورماتيک شناختي مشاهده ميکنيم . محققين در زمينه علوم شناختي و زيست شناسي به نقطه نظر نسبتاً واحدي در اين زمينه رسيده اند. اين درحالي است که برخي روان شناسان چنين تقسيم بندي را قبول ندارند. براي ارائه اين تقسيم بندي از کارهاي ونگ (Wang) در اين زمينه استفاده ميکنيم . حافظه انسان به طور کلي به چهار نوع ، حافظه بافري حسگر، حافظه کوتاه مدت ، حافظه بلند مدت و حافظه بافري عمل تقسيم ميشود. اکنون هر يک از اين انواع را مختصرًا تعريف ميکنيم .
حافظه بافري حسگر - حافظه موقتي (لحظه اي) ورودي به مغز است که مربوط به حواس پنج گانه انسان يعني بينايي، شنوايي، لامسه ، بويايي و چشايي ميشود. مدت زمان باقي ماندن اطلاعات در آن کسري از ثانيه ميباشد.
حافظه کوتاه مدت - حافظه فعال مغز است که اطلاعات در آن پردازش ميشوند و در حدود ٢٤ ساعت در آن باقي ميمانند، البته در برخي متون به زمان هاي کمتري مانند چند دقيقه يا چند ساعت نيز اشاره شده است که پس از اين مدت زمان اطلاعات يا فراموش مي - شوند و يا در حافظه بلند مدت ذخيره ميشوند.
حافظه بلند مدت -حافظه دائمي مغز است که اطلاعات دريافت شده به صورت حقايق ، دانش و مهارت ها در آن ذخيره شده و قابل بازيابي ميباشند. تخمين هايي در رابطه با ظرفيت آن صورت گرفته است ولي اين اعداد به قدري بزرگ ميباشند که در حال حاضر مي - توان ظرفيت آنرا نامحدود فرض نمود.
حافظه بافري عمل - حافظه موقتي خروجي از مغز است که دستورات صادر شده توسط مغز مربوط به انجام فعاليت ها و حرکات اعضاي مختلف بدن ، در آن ذخيره ميشوند.
حافظه هاي بافري حسگرو عمل تعريف و ساختار نسبتاً مشخصي دارند به طوريکه مطابق شکل ١ اولي را ميتوان با مجموعه اي از صفهاي موازي براي هر يک از حواس انسان [٦]با مهلت زماني کسري از ثانيه و دومي را با استفاده از مجموعه صف هاي موازي که با هريک از اعضا و ماهيچه هاي حرکتي بدن ارتباط دارند، پياده سازي نمود. از اين رو در ادامه مقاله به حافظه هاي کوتاه مدت و بلند مدت و تقسيم - بنديها و بحث هاي مربوط به آنها خواهيم پرداخت .
٣-حافظه کوتاه مدت
بيدلي (Baddeley) از ديدگاه روان شناسي به بررسي حافظه کوتاه مدت پرداخته و مدلي از آن ارائه داده است که تا حد زيادي مورد قبول محققين ديگر ميباشد[٧و ٨]. اين مدل را به عنوان اساس کار خود در نظر گرفته و با توجه به فعاليت هاي ديگر در اين زمينه به خصوص مقالات ونگ با اعمال تغييراتي در آن ، مدلي کامل تر ارائه مي - کنيم که ديگر تئوريها را نيز پوشش دهد[٩]. مدل بيدلي شامل چهار بخش يعني زمينه بينايي، حلقه شنوايي، واحد اجرايي مرکزيو بافر مفهومي ميباشد.در شکل ٢بخش هاي مختلف مغز و فرآيندهاي آن ها مشاهده ميشوند.
حلقه شنوايي – بخشي از حافظه کوتاه مدت است که اطلاعات شفاهي (صوتي) را در خود ذخيره ميکند. اين بخش شامل دو قسمت است که عبارتند از يک قسمت ذخيره صوتي که اثرات حافظه را به صورت صوتي و شنوايي به مدت چند ثانيه نگه مي دارد و قسمت ديگر فرآيند تکرار جزء به جزء مشابه گفتار زباني را انجام ميدهد.
زمينه بينايي – همانطور که حلقه شنوايي مخصوص نگه داري اطلاعات شفاهي ميباشد، زمينه بينايي نيز جهت نگه داري و اداره اطلاعات تصويري و فضايي در نظر گرفته شده است ، فرآيندي که براي اجراي طيفي از دستورات شناختي، ضروري ميباشد.
واحد اجرايي مرکزي – مهمترين بخش مدل حافظه کوتاه مدت ميباشد که به طور خلاصه مرکز اصلي منابع پردازشي ميباشد و وظيفه کنترل و هماهنگي ديگر بخش هاي حافظه فعال (يا کوتاه مدت ) را به عهده دارد.
بافر مفهومي – يکي ديگر از بخش هاي ذخيره سازي در حافظه کوتاه مدت ميباشد که ظرفيت محدودي دارد و مفاهيم حاصل از بخش هاي ديگر حافظه فعال و نيز حافظه بلند مدت در آن جمع مي - شوند. مدل نمايش دانش (OAR) يکي از مدل هايي است که براي نمايش اطلاعات در بافر مفهومي و به دنبال آن در حافظه مفهومي در حافظه بلند مدت ، مطرح شده است .
مرکز حواس مادي - با توجه به حواس پنج گانه انسان براي دريافت اطلاعات بويايي، چشايي و لامسه بخش ديگري تحت عنوان مرکز حواس مادي به مدل بيدلي اضافه ميکنيم که به طور کلي اطلاعات حاصل از تماس ذرات محيط مادي با سلولهاي حسي، وارد آن ميشوند. همچنين هان (Han) نيز در مقاله خود نيمکره مغز و ارتباط بخشهاي مختلف آن با حواس پنج گانه را بررسي ميکند، همان طور که در شکل ٢ ميبينيم بخش جداري مغز اطلاعات رسيده از حسگرهاي مادي( لامسه ، چشايي و بويايي) را پردازش ميکند[١٠].
٤-حافظه بلند مدت
در مدل بيدلي ارتباط حافظه کوتاه مدت با برخي از بخشهاي حافظه بلند مدت مشخص شده است . مانيز ابتدا مدلي از حافظه بلند مدت ارائه داده و ارتباط آن با حافظه کوتاه مدت را مشخص ميکنيم .
براي اين کار تعاريف و تقسيم بنديهاي هويا در اين زمينه را مرجع قرار داده و بر اين مبنا مدلي از حافظه بلند مدت ارائه ميدهيم .از ديدگاه هويا (Hoya) و محققيني که مغز را به صورت مجموعه اي از ماژولها در نظر ميگيرند، حافظه هاي کوتاه و بلند مدت به صورت ماژولهايي که فعاليتهاي خاص خود را انجام ميدهند در نظر گرفته ميشوند[١١]. همچنين ماژولهايي وابسته به حافظه بلند مدت يعني غريزه ، شبکه معنايي، فطرت و زبان نيز معرفي ميشوند. اکنون به تعريف هر يک از اجزاي حافظه بلند مدت از ديدگاه روان شناسي و علوم شناختي ميپردازيم . لازم به ذکر است که فرآيند يادگيري و حافظه دو مفهوم در هم آميخته ميباشند، از اين رو تعاريف سازمان حافظه گاهي کاملاً وارد تعاريف و بحث هاي يادگيري ميشود[١٢].
تعريف ١-حافظه بلند مدت صريح بخشي از حافظه بلند مدت ميباشد که به طور خودآگاه توسط انسان قابل دست يابي است . در واقع به کمک نشانه ها ميتوان به اطلاعات مورد نظر ذخيره شده در آن دست پيدا کرد.
تعريف ١,١- حافظه مفهومي بخشي از حافظه بلند مدت صريح ميباشد که اطلاعات حاصل از وقوع رخدادها و تجارب شخصي انسان را ذخيره ميکند که مختص خود فرد و ديد او از رخدادها مي - باشد[١٣].
