Vai datori spēj domāt, mācīties un risināt problēmas tāpat kā cilvēki? Šajā emuāra ziņojumā mēs atklāsim, kā datori darbojas, salīdzinot programmu darbību ar to, kā cilvēki mācās.
Runājot par eksāmenu sezonu, ir daudz priekšmetu, kas jāapgūst, un daudz resursu, uz kuriem atsaukties. Pirms sākam mācīties, mēs paņemam no grāmatplauktiem kaudzi ar materiālu, ko šodien studēsim, un sakraujam tos uz rakstāmgalda. Tad sākam lasīt rindiņu pa rindiņai, sākot ar vissteidzamāko tēmu. Es atveru vairākas grāmatas vienlaikus, skatos no vienas puses uz otru, un, ja ir kaut kas, ko vēl neesmu saņēmusi, es dodos atpakaļ uz grāmatu plauktu, lai paņemtu pēdējo vajadzīgo materiālu. Šis ir stāsts, kuram visi piedzīvo eksāmenu laikā, bet patiesībā tā ir metafora tam, kas notiek datora iekšienē. Kad mēs noklikšķinām uz programmas mapē, lai to palaistu, mēs to izvelkam no grāmatplaukta, sakraujam uz sava galda un ļaujam procesoram to nolasīt rindiņu pēc rindas. Apskatīsim tuvāk, kā programmu darbības veids datorā ir līdzīgs mūsu studiju procesam.
Tāpat kā pirmā vieta, kur mēs ejam, lai sāktu studijas, ir grāmatu plaukts, pirmā vieta, kur mēs skatāmies, palaižot programmu, ir cietais disks. Tāpat kā grāmatas ar burtiem tiek sakārtotas kategorijās grāmatplauktā, programmas, kas sastāv no 0 un 1, diskā tiek grupētas līdzīgās kategorijās. Cietā diska struktūru ir viegli saprast, ja domājat par to kā cilindrisku struktūru ar vairākiem slāņiem, piemēram, tiem, kurus bieži redzat kompaktdisku tvertnēs. Tāpat kā jūs pagrieztu kompaktdisku, lai atrastu vajadzīgo kompaktdisku, jūs pagrieziet disku, lai atrastu programmu. Kad izmantojat ārējo cieto disku, dzirdat skaņu, ka kaut kas griežas, un disks griežas, lai atrastu programmu. Kad atrodat programmu, kuru vēlaties palaist, satveriet to un vairākas saistītās programmas un pārvietojiet tās atmiņā. Atmiņa datoram ir tas pats, kas cilvēkam rakstāmgalds: pagaidu vieta, kur ievietot materiālus šodienas studijām.
Tagad mums ir jāsakārto materiāli uz galda. Tāpat kā jums ir efektīvi jāsakārto materiāli, lai labi mācītos, datoram ir jāsakārto programmas atmiņā. Piemēram, dažreiz programma tiks pārtraukta, jo tā saka, ka atmiņa ir pilna, taču, ja paskatās uz atmiņas lietojuma vēsturi, ir izkaisītas tukšas vietas, tāpēc ir pietiekami daudz vietas citu programmu darbībai. Šo situāciju sauc par sadrumstalotību, un tas, kā jūs to atrisināt, nosaka datora veiktspēju. Tāpat arī mācoties, ja slikti sakārtojat materiālus, būs vajadzīgs laiks, lai atrastu vajadzīgo, kas samazinās jūsu efektivitāti.
Tāpat, tāpat kā ievadā minētajā piemērā, datori dažreiz dodas uz cieto disku, lai izgūtu programmu kodus, kas vēl nav importēti atmiņā, un to sauc par swap in. Uztvertais attālums līdz cietajam diskam ir ļoti liels, tāpēc, jo vairāk reižu tiek veikta maiņa, jo lēnāks dators jūtas. Vēl viens veids, kā uzlabot datora veiktspēju, ir sākumā no cietā diska importēt visas saistītās programmas, kas tiks izpildītas nākotnē. Tagad, kad esat sanesis uz sava galda visus materiālus šodienas mācībām un esat sakārtots, atliek tikai sākt mācīties. Datoru pasaulē centrālais procesors ir darba zirgs.
Trešā ierīce, kuru apskatīsim, ir centrālais procesors. Nav noslēpums, ka CPU veiktspējai ir milzīga ietekme uz datora veiktspēju. Lai gan cilvēka smadzeņu veiktspēju nenosaka tas, cik ātri jūs varat lasīt, CPU veiktspēju nosaka tā pulksteņa ātrums, proti, cik daudz datu tas var nolasīt sekundē. Intel i7-13700, CPU, kas tiek pārdots 2024. gadā, ir 5.4 GHz takts frekvence, kas nozīmē, ka tas sekundē var nolasīt 5.4 miljardus nulles vai vieninieku. Kad dators nolasa kodu rindiņu pa rindiņai, to sauc par “ienesi”, bet tā vietā, lai ienestu vienu programmu un pēc tam nolasītu citu, tas pārslēdzas uz priekšu un atpakaļ starp dažādu programmu kodiem steidzamības secībā. Dažreiz, ja pāreja no programmas uz programmu ir tik ātra, ka lietotājam šķiet, ka vienlaikus darbojas divas programmas, to sauc par "vairākuzdevumu veikšanu". Šī parādība ir līdzīga tam, kā labs skolēns var atvērt vairākus materiālus vienlaikus un pabeigt dienas darbu vienā sēdē.
Jūsu datora centrālais procesors, tāpat kā smadzenes, ir jūsu darba slodzes centrs. Galvenais šajā procesā ir tas, cik efektīvi CPU apstrādā vairākus uzdevumus. Piemēram, apgūstot vairākus priekšmetus, jums ir jānosaka svarīgākie, lai tie būtu efektīvi, tāpat kā datoram ir jānosaka svarīgākie uzdevumi, lai palielinātu veiktspēju. CPU vairākuzdevumu iespējas ir būtiskas, lai vienlaikus veiktu vairākus uzdevumus, līdzīgi kā mēs gatavojamies vairākiem priekšmetiem vienlaikus un koncentrējamies uz katru no tiem. CPU spēja ātri apstrādāt vairākus uzdevumus ir galvenais datora vispārējās veiktspējas faktors.
Līdz šim mēs esam redzējuši, kā diskā saglabātas programmas palaišanas process datorā ir līdzīgs mācību procesam bibliotēkā. Rezumējot, programmas palaišana nozīmē, ka kods, kas diskā ir sakārtots kā nulles un vieninieku secība, tiek pārvietots atmiņā, kad mums tas ir nepieciešams, un rindu pa rindiņai apstrādā centrālais procesors. Papildus tam, ko mēs apspriedām šajā rakstā, datoru darbības veids ir attīstījies gandrīz 100 gadu ilgās vēstures laikā, lai atspoguļotu mūsu dzīvesveidu pasaulē, tāpēc dažas no datorzinātnēs tradicionāli izaicinošām problēmām bieži vien ir atrisinātas, izmantojot efektīvas metodes, kuras mēs savā ikdienas dzīvē uzskatām par pašsaprotamām. Tāpēc, ja šī datoru attīstības tendence turpināsies, ir sagaidāms, ka nākotnē mēs spēsim risināt cilvēku sabiedrības problēmas, izmantojot problēmu risināšanas procesu datoros.
Datoru un cilvēku līdzības ir pārsteidzošas. Mašīnas, kas tika radītas, lai atdarinātu cilvēku uzvedību, tagad atkal kļūst cilvēciskākas. Kad mēs saprotam, ka daudzas datora veiktspējas palielināšanai izmantotās metodes patiesībā atdarina cilvēku uzvedības modeļus, mums ir jādomā par to, kā mēs varam maksimāli palielināt cilvēka radošumu un efektivitāti mūsdienu pasaulē, kas dzīvo līdzās datoriem. Tas nav tikai jautājums par tehnoloģiju attīstību, bet arī svarīgs izaicinājums nākotnei, kurā cilvēki un mašīnas sadzīvo harmonijā.
