Машина на Тюринг: какво е и как работи

Не можем да си представим историческия момент, в който живеем, без да обърнем внимание на важността на изчисленията. Само за няколко години той премина от използване в специфични области до вездесъщо образувание, а не само в компютри, но и мобилни телефони и почти всички често използвани технологии (като т.нар "носими").

Всъщност компютърът или мобилният телефон, които използвате, за да прочетете тази статия, има такава технология, която създава няколко десетилетия щеше да се нуждае от огромно пространство, за да функционира (или щеше да бъде напълно нежизнеспособен). И то е, че днес ние вървим към изключителна миниатюризация на компютърните компоненти, което ще разшири тяхното използване и ще улесни тяхното разширяване във всички области на живота.

Напредъкът, на който ни подчинява технологията, е неудържим до степен, че без нея вече не бихме могли да живеем оптимално. Нашият вид зависи от изчисленията, защото днешното общество е с такава сложност, която функционира Голите когнитивни фактори вече не позволяват да се управлява успешно, изисквайки външна помощ, за да компенсира нашата недостатъци.

В този текст ще видим каква е концепцията на машината на Тюринг, създаден в средата на 30 век. Приносът му към изчисленията, както е известен днес, е очевиден, като се смята, че той е моделът, върху който се основават логиката и архитектурата на настоящите компютри. Това е: майката на технология, която не само е променила света, но и хоризонта на човечеството.

• Свързана статия: "Функционалистката теория на Джон Дюи"

Какво представлява машината на Тюринг?

Машината на Тюринг е устройство, създадено през 1936 г., което представлява идеализиран модел на изчисления, способен да съхранява / обработва практически безкрайна информация. Системата е математическа абстракция, която е конструирана по изключително прост начин, но това улеснява емпирична проверка на широк кръг въпроси относно теориите за изчислимост и / или сложност. Неговата идея бележи голям крайъгълен камък в историята на компютрите, до степен да бъде считана за произход на днешните компютри (и свързаните с тях технологии, като таблети или телефони Подвижен).

Архитект на това беше Алън М. Тюринг, английски логик и математик че през целия си живот се е опитвал концепцията за теоретичен модел, с който да отговаря на неизвестностите на своята дисциплина, автоматично и достъпна за всички.

Този британски гений, чието историческо значение не може да бъде поставено под съмнение, също допринесе (заедно с няколко полски учени) за разгадаването на кодовете криптографии, които нацистките военни използваха, за да комуникират тайно помежду си по време на тъжната втора световна война (чрез това, което стана известно като машина за енигма). За това той измисли електромагнитно прекъсващо устройство (бомба), чието използване съкрати продължителността на конфликта и спаси безброй човешки животи, като позволи на плановете на режима да се разгадаят през времето на военни действия.

Машината на Тюринг е историческият предшественик на съвременните „съхранени програмни компютри“, които позволяват както запазването на данните, така и алгоритмите, на които са изградени. Неговото предимство и един от факторите, чрез които поражда очарование сред компютърните теоретици, е неговата простота и огромните технически възможности за конфигуриране; и то е, че дава възможност за експериментиране чрез това как са подредени неговите физически елементи и е поставен "въпросът" с че използването му е програмирано (посредством алгоритми, които се превеждат в „поредица“ от кодове, вдъхновени от езика логично). Този универсален капацитет се дължи на самия характер на данните, с които работи, при условие на огромно ниво на абстракция.

По този начин машината на Тюринг Той може да бъде програмиран да изпълнява конкретни инструкции, които отговарят на повече или по-малко сложни въпроси.. Всичко това предполага, че трябва да се знае конкретният му език, за да се адаптира алгоритъмът към него за неговата работа, като се знае, че не има универсален код за изясняване на съвкупността от математически неизвестни, които дремят в самата природа (както е посочено от закона на Church-Turing). Следователно системата изисква човешки ум зад себе си, който си задава въпроса, който трябва да бъде формулиран и знае как да „отиде” до устройството, за да го реши.

Суровината на машината на Тюринг са изчислими числа, тоест тези, които могат да бъдат изчислени обективно чрез математическа формула и в рамките на прага на разумно време. В този контекст е от съществено значение той да се адаптира към два специфични "проблема": този на решението (всеки отговор се предшества от поредица от предишни елементи за изчисление, на които може да се отговори дихотомично като да / не) и спирката (разпознайте дали окончателните отговори са наистина възможни или системата ще бъде „осъдена“ да обработва поръчката в цикъл безкраен / неразрешим). Тоест, че има специфичен алгоритъм за това, което е предвидено да знае и че неговата технология може да реагира на него с необходимата точност, за да „спре“ и да предложи решение.

До този момент теоретичната логика на машина на Тюринг е обсъждана подробно. Следващите редове ще се задълбочат в ядрото на неговите физически и / или функционални характеристики, с които алгоритъмът или стандартът операция, която потребителят е уредил (и която може да варира от прости уравнения до самата сърцевина на закона за абстракция математика).

• Може да се интересувате: "Експериментът с китайска стая: Компютри с ум?"

Описание на машината на Тюринг

Заедно с описаната логическа / математическа основа, машината на Тюринг изисква серия от физически елементи, които имат функцията да изпълняват командите, въведени с преднина. Разположението им може да бъде разнообразно, тъй като тази система би имала почти безкрайни дизайни, но задължително се изисква следното: лента от хартия или материал по подобен начин, движеща се глава, чийто край е способен да прави следи (символи или цифри) и централен процесор, в който да се кодират алгоритмите, които се изискват или улесняват анализ.

Лентата е най-важният елемент от всички тях. Това не е нищо повече от надлъжна лента, която е разделена на поредица от квадрати с еднакъв размер (или квадрати) и чиято дължина до голяма степен ще зависи на "усилията", които трябва да се положат, за да се реши въпросът, зададен от потребителя (който може да бъде толкова кратък или толкова дълъг, колкото е оценен от значение). Кутиите са запазени за главата да рисува различни символи (като 0-1 в двоичния код) във всеки едини представляват изчислителния продукт, който ще трябва да бъде проверен след спирането му. От компютърна гледна точка тези ленти могат да бъдат паметта на съвременен компютър. Първите клетки обикновено имат вече установено съдържание (въвеждане), а останалите остават празни и готови за използване след изчислителния процес.

По същия начин, машината на Тюринг Състои се от глава, механичен придатък (подвижен), който се движи наляво или надясно, следвайки реда, който системата има за него. В края си има удължение, способно да гравира следа върху лентата, придавайки формата си на съответните цифри или цифри според кода, който определя движението. Оригиналният модел имаше рудиментарна технологична глава, но напредъкът в роботиката позволи появата на нови, по-модерни и прецизни дизайни. Главата "чете" съдържанието на клетките и премества едно поле от двете страни (в зависимост от конкретното му състояние), за да продължи изпълнението на инструкцията.

Трето, има централен процесор с цел съхраняване на код и алгоритми, съдържащи инструкции за дейността на апарата, изразена след математически и логически термини. Този език има универсален нюанс, въпреки че позволява известна степен на маневриране за въвеждане на оперативни изрази, формулирани от потребителя (при условие, че значението е приведено в действие). По този начин неговата глава би улеснила изпълнението на инструкции, съхранени в процесора, което би било еквивалентно на това, което днес е известно като програми или приложения (приложение). Тази система би позволила да се възпроизведат всички възможни изчисления и ще се издигне като предшественик на всеки от настоящите компютри.

• Може да се интересувате: "Изчислителна теория на ума: от какво се състои?"

Работа с това устройство

Машината на Тюринг е проектирана да гравира конкретна извадка от символи или цифри, чиято възможна вселена често се нарича „азбука“. Когато работи с двоичен код, общата му азбука е две (0 или 1), но може да бъде толкова широка, колкото се счита за подходяща за изпълняваната функция. Главата ще може да възпроизвежда само в клетките на лентата това, което е посочено по-рано в такава система, така че изчислението (число "pi" например) ще изисква пълния спектър от числа (от 0 до 9).

В допълнение към това, това, което е известно на практика като състояния (Q), които също се програмират от потребителя по време на описанието на кода (и те са етикетирани като q1, q2, q3, q4... qn). Общият обхват зависи от абстрактни математически хипотези и преглежда условните нюанси на логическата формула на кода, за да главата се движи в съответната посока и предприема съответното действие ("ако сте в позиция q2, напишете" 0 "и не се движете", напр.).

И накрая, ще има функция "преход" (делта), в която се обобщава общата последователност (стъпка по стъпка) на обработката. математически и това изразява пълната инструкция: четене на клетки, писане на нов символ, промени в състоянието (или не) и движение на глава; в повтарящ се цикъл, който спира при намиране на отговора на първоначалния въпрос, или също в момента, когато че потребителят го е предвидил в рамките на своя код (често чрез възклицание, което се чете като „стоп“). Веднага след като машината спре да се движи, лентата се извлича и отговорът, който е предоставила, се анализира в детайли.

Както може да бъде видяно, има ясно прилика между машината на Тюринг и компютрите, които използваме днес. Неговият принос е от ключово значение за напредъка експоненциално във всички следващи компютърни проекти, до точка, че нейният дух е в основата на технологията, която ни позволява да останем взаимосвързани.

Библиографски справки:

• Хан, С. и Khiyal, M. (2006). Модел на Тюринг за разпределени изчисления. Списание за информационни технологии. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. и Гао, Г. (2017). Паралелна машина на Тюринг, предложение. Списание за компютърни науки и технологии, 32, 269-285.