Turingův stroj: co to je a jak to funguje

Nemůžeme si představit historický okamžik, ve kterém žijeme, aniž bychom věnovali pozornost důležitosti práce na počítači. Za pouhých několik let se z používání v konkrétních oblastech stala všudypřítomná entita, nejen v EU počítače, ale také mobilní telefony a téměř všechny běžně používané technologie (např. tzv „nositelná zařízení“).

Počítač nebo mobil, který používáte ke čtení tohoto článku, má ve skutečnosti takovou technologii, jakou dělá za několik desetiletí by to ke svému fungování vyžadovalo obrovský prostor (nebo by to bylo úplně neživotaschopný). A to je to, že dnes směřujeme k mimořádné miniaturizaci počítačových komponent, která rozšíří jejich použití a usnadní jejich rozšíření do všech oblastí života.

Pokrok, kterému nás technologie podrobuje, je nezastavitelný do té míry, že bez ní bychom již nebyli schopni žít optimálně. Náš druh závisí na práci na počítači, protože dnešní společnost je tak složitá, že funguje Nahé kognitivní faktory již neumožňují úspěšnou správu, což vyžaduje externí pomoc, která by nám to kompenzovala nedostatky.

V tomto textu uvidíme jaký je koncept Turingova stroje, vytvořený v polovině 30. století. Jeho přínos pro výpočetní techniku, jak je dnes známá, je evidentní vzhledem k modelu, na kterém je založena logika a architektura současných počítačů. To je ono: matka technologie, která nejen změnila svět, ale také horizont lidstva.

• Související článek: „Funkcionalistická teorie Johna Deweye"

Co je to Turingův stroj?

Turingův stroj je zařízení vytvořené v roce 1936, což představuje idealizovaný model výpočtu schopný ukládat / zpracovávat prakticky nekonečné informace. Systém je matematická abstrakce, která je vytvořena mimořádně jednoduchým způsobem, ale usnadňuje empirické ověření široké škály otázek o teoriích o vypočítatelnosti a / nebo složitosti. Jeho myšlenka znamenala velký milník v historii výpočetní techniky, až do té míry, že byla považována za původ dnešních počítačů (a souvisejících technologií, jako jsou tablety nebo telefony mobilní, pohybliví).

Architektem toho byl Alan M. Turing, anglický logik a matematik že celý život zkoušel koncepci teoretického modelu, pomocí kterého by mohl automaticky a všem odpovídat na neznámá své disciplíny.

Tento britský génius, jehož historický význam nelze zpochybnit, také přispěl (spolu s několika polskými vědci) k rozluštění kódů kryptografie, které nacistická armáda používala ke vzájemné tajné komunikaci během smutné druhé světové války (prostřednictvím tzv. enigma stroj). K tomu vymyslel elektromagnetické odpojovací zařízení (bombe), jehož použití zkrátilo dobu trvání konfliktu a zachránilo bezpočet lidských životů tím, že se plány režimu během doby... nepřátelské akce.

Turingův stroj je historický předchůdce moderních „počítačů s uloženým programem“, které umožňují jak ukládání dat, tak algoritmů, na nichž jsou postaveny. Jeho výhodou a jedním z faktorů, kterými generuje fascinaci mezi počítačovými teoretiky, je jeho jednoduchost a obrovské možnosti technické konfigurace; a je to tím, že umožňuje experimentovat prostřednictvím uspořádání jeho fyzických prvků a položením „otázky“ s že jeho použití je naprogramováno (pomocí algoritmů, které jsou přeloženy do „posloupnosti“ kódů inspirovaných jazykem logický). Tato všestranná kapacita je způsobena samotnou povahou dat, s nimiž pracuje, a podléhá enormní úrovni abstrakce.

Tímto způsobem Turingův stroj Lze jej naprogramovat tak, aby vykonával konkrétní pokyny, které odpovídají na více či méně složité otázky.. To vše znamená, že jeho konkrétní jazyk musí být známý, aby se algoritmus mohl přizpůsobit jeho provozu, s vědomím, že existuje univerzální kód, který objasňuje souhrn matematických neznámých, které dřímají v samotné přírodě (jak naznačuje zákon Church-Turing). Systém proto vyžaduje lidskou mysl, která si za sebou klade otázku, která má být formulována, a umí „řešit“ zařízení, aby to vyřešilo.

Surovinou Turingova stroje jsou vypočítatelná čísla, tj. ty, které lze objektivně vypočítat pomocí matematického vzorce a v mezích přiměřené doby. V této souvislosti je zásadní, aby se přizpůsobilo dvěma specifickým „problémům“: problému rozhodnutí (každé odpovědi předchází řada předchozích prvků výpočtu, na které lze odpovědět dichotomicky jako ano / ne) a zastavit (zjistit, zda jsou konečné odpovědi skutečně možné, nebo zda bude systém „odsouzen“ ke zpracování objednávky v cyklu nekonečný / neřešitelný). To znamená, že existuje konkrétní algoritmus pro to, co má vědět, a že jeho technologie na něj může reagovat s potřebnou přesností, aby se „zastavila“ a nabídla řešení.

Až do tohoto bodu byly podrobně diskutovány teoretické logiky Turingova stroje. Následující řádky se ponoří do jádra jeho fyzických a / nebo funkčních charakteristik, s nimiž algoritmus nebo standard operace, kterou uživatel zařídil (a která se může pohybovat od jednoduchých rovnic až po samotná vnitřnosti zákona abstrakce matematika).

• Mohlo by vás zajímat: "Experiment v čínské místnosti: Počítače s myslí?"

Popis Turingova stroje

Spolu s popsaným logickým / matematickým základem vyžaduje Turingův stroj řadu fyzické prvky, které mají funkci provádění zadaných příkazů anteriorita. Jejich uspořádání může být různorodé, protože by existovaly téměř nekonečné designy tohoto systému, ale nutně je zapotřebí: papírová páska nebo materiál podobně je to pohyblivá hlava, jejíž konec je schopen vytvářet stopy (symboly nebo čísla), a centrální procesor, do kterého se kódují požadované algoritmy nebo které usnadňují analýza.

Páska je nejdůležitějším prvkem ze všech. Není to nic jiného než podélný pás, který je rozdělen na posloupnost čtverců stejné velikosti (nebo čtverců) a jejichž délka bude do značné míry záviset „úsilí“, které musí být vynaloženo k vyřešení otázky kladené uživatelem (které může být tak krátké nebo tak dlouhé, jak je odhadováno) relevantní). Políčka jsou vyhrazena pro hlavu, aby v každém z nich kreslila různé symboly (například 0-1 v binárním kódu), a tvoří kalkulační produkt, který bude muset být po jeho zastavení zkontrolován. Z počítačového hlediska by tyto pásky mohly být pamětí moderního počítače. První buňky mají obvykle již vytvořený obsah (vstup), zbytek ponechávají prázdný a připravený k použití po procesu výpočtu.

Stejně tak Turingův stroj Skládá se z hlavy, mechanické (mobilní) přílohy, která se pohybuje doleva nebo doprava podle pořadí, které pro ni má systém. Na svém konci má prodloužení schopné gravírování stopy na pásku, čímž dává svůj tvar odpovídajícím číslům nebo obrázkům podle kódu, který určuje pohyb. Původní model měl základní technologickou hlavu, ale pokroky v robotice umožnily vznik nových, pokročilejších a přesnějších návrhů. Hlava „čte“ obsah buněk a přesune jedno pole na obě strany (v závislosti na jeho konkrétním stavu), aby pokračovala v provádění instrukce.

Za třetí, existuje centrální procesor za účelem ukládání kódu a algoritmů obsahujících instrukce pro činnost aparátu vyjádřenou následujícími matematickými a logickými termíny. Tento jazyk má univerzální nuance, i když umožňuje určitý stupeň manévru zavést operativní výrazy formulované uživatelem (za předpokladu, že byl uveden význam operativní). Tímto způsobem by jeho hlava usnadňovala provádění instrukcí uložených v procesoru, což by odpovídalo tomu, co je dnes známé jako programy nebo aplikace (aplikace). Tento systém by umožnil reprodukovat jakýkoli možný výpočet a vzrostl by jako předchůdce některého ze současných počítačů.

• Mohlo by vás zajímat: "Výpočetní teorie mysli: z čeho se skládá?"

Provoz tohoto zařízení

Turingův stroj je navržen tak, aby vyryl konkrétní vzorek symbolů nebo čísel, jejichž možný vesmír se často nazývá „abeceda“. Když pracuje s binárním kódem, jeho celková abeceda je dvě (0 nebo 1), ale může být tak široká, jak je považováno za vhodné pro vykonanou funkci. Hlava bude schopna reprodukovat v buňkách pásky pouze to, co bylo dříve naznačeno systému, takže výpočet (například číslo „pi“) bude vyžadovat celé spektrum čísel (od 0 do 9).

Kromě toho, co je v praxi známé jako stavy (Q), které také programuje uživatel během popisu kódu (a jsou označeny jako q1, q2, q3, q4… qn). Celkový rozsah závisí na abstraktních matematických hypotézách a kontroluje podmíněné nuance logického vzorce kódu, aby hlava se pohybuje v příslušném směru a provádí příslušnou akci („pokud jste v poloze q2, napište„ 0 “a nehýbejte se), např.).

Nakonec by existovala funkce „přechodu“ (delta), ve které je shrnuta celková sekvence (krok za krokem) zpracování. matematický, a který vyjadřuje úplnou instrukci: čtení buněk, psaní nových symbolů, změny stavu (nebo ne) a pohyb hlava; v opakujícím se cyklu, který se zastaví při hledání odpovědi na počáteční otázku, nebo také v okamžiku, kdy že to uživatel ve svém kódu předvídal (často výkřikem, který se čte jako „stop“). Jakmile se stroj přestane pohybovat, páska se načte a podrobně se analyzuje odezva, kterou poskytla.

Jak je vidět, existuje jasná podobnost mezi Turingovým strojem a počítači, které dnes používáme. Jeho příspěvek byl klíčem k exponenciálnímu pokroku ve všech následných počítačových návrzích až po poukazují na to, že její duch spočívá v samém srdci technologie, která nám umožňuje zůstat propojeny.

Bibliografické odkazy:

• Khan, S. a Khiyal, M. (2006). Turingův model pro distribuované výpočty. Informační technologie Journal. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. a Gao, G. (2017). Paralelní Turingův stroj, návrh. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.