Turing maskine: hvad det er, og hvordan det fungerer

Vi kan ikke forestille os det historiske øjeblik, hvor vi lever, uden at være opmærksom på vigtigheden af ​​computing. På få år er det gået fra at blive brugt i bestemte områder til at være en allestedsnærværende enhed og ikke kun i computere, men også mobiltelefoner og næsten alle almindeligt anvendte teknologier (såsom såkaldte "wearables").

Faktisk har den computer eller mobil, du bruger til at læse denne artikel, sådan teknologi, at den fremstiller nogle få årtier ville det have haft brug for et stort rum til at fungere (eller det ville have været helt ikke-levedygtig). Og det er, at vi i dag bevæger os mod en ekstraordinær miniaturisering af computerkomponenter, som vil udvide deres brug og lette deres udvidelse til alle livets områder.

Det fremskridt, som teknologien udsætter os for, er ustoppeligt, til det punkt, at uden det ville vi ikke længere være i stand til at leve optimalt. Vores art afhænger af computing, fordi nutidens samfund er så kompleks, at det fungerer Nøgne kognitive faktorer gør det ikke længere muligt at styre det med succes, hvilket kræver ekstern hjælp til at kompensere for vores mangler.

I denne tekst vil vi se hvad er konceptet med Turing-maskinen, oprettet i midten af ​​det 30. århundrede. Hans bidrag til databehandling, som det er kendt i dag, er tydeligt, i betragtning af det den model, hvorpå de nuværende computers logik og arkitektur bygger. Dette er det: moderen til en teknologi, der ikke kun har ændret verden, men også menneskehedens horisont.

• Relateret artikel: "John Deweys funktionalistiske teori"

Hvad er Turing-maskinen?

Turing-maskinen er en enhed oprettet i 1936, som repræsenterer en idealiseret computermodel, der er i stand til at lagre / behandle næsten uendelig information. Systemet er en matematisk abstraktion, der er bygget på en usædvanlig enkel måde, men som letter empirisk verifikation af en lang række spørgsmål om beregningsevne og / eller kompleksitetsteorier. Hans tankegang markerede en stor milepæl i computingens historie, indtil han blev betragtet som oprindelsen til nutidens computere (og relaterede teknologier, såsom tablets eller telefoner mobil).

Arkitekten for dette var Alan M. Turing, engelsk logiker og matematiker at han hele sit liv prøvede opfattelsen af ​​en teoretisk model, hvormed han kunne besvare de ukendte af hans disciplin, automatisk og tilgængelig for alle.

Dette britiske geni, hvis historiske betydning ikke kan sættes spørgsmålstegn ved, bidrog også (sammen med flere polske forskere) til at opklare koderne kryptografier, som det nazistiske militær plejede at hemmeligt kommunikere med hinanden under den triste anden verdenskrig (gennem det, der blev kendt som enigma maskine). Til dette udtænkte han en elektromagnetisk afskæringsenhed (bombe), hvis brug forkorte konfliktens varighed og reddede utallige menneskeliv ved at lade regimets planer løbe ud i løbet af den tid, hvor fjendtligheder.

Turing-maskinen er den historiske forløber for moderne "lagrede programcomputere", som tillader både lagring af data og algoritmer, som de er bygget på. Dens fordel og en af ​​de faktorer, hvormed den skaber fascination blandt computerteoretikere, er dens enkelhed og dens enorme tekniske konfigurationsmuligheder; og det er, at det muliggør eksperimentering gennem, hvordan dets fysiske elementer er arrangeret, og "spørgsmålet" stilles med at dets anvendelse er programmeret (ved hjælp af algoritmer, der oversættes til en "rækkefølge" af koder, der er inspireret af sproget logisk). Denne alsidige kapacitet skyldes selve karakteren af ​​de data, som den fungerer med, underlagt et enormt abstraktionsniveau.

På denne måde Turing-maskinen Det kan programmeres til at udføre specifikke instruktioner, der besvarer mere eller mindre komplekse spørgsmål.. Alt dette indebærer, at dets særlige sprog skal være kendt for at tilpasse algoritmen til det til dets funktion, opmærksom på, at det ikke Der er en universel kode for at afklare helheden af ​​de matematiske ukendte, der døs i selve naturen (som angivet af loven om Church-Turing). Derfor kræver systemet et menneskeligt sind bag det, der stiller sig selv spørgsmålet, der skal formuleres, og ved, hvordan man "går" til enheden for at løse det.

Råmaterialet i Turing-maskinen er beregningsbare taldet vil sige dem, der kan beregnes objektivt ved hjælp af en matematisk formel og inden for en rimelig tids tærskel. I denne sammenhæng er det vigtigt, at den tilpasser sig to specifikke "problemer": beslutningens (hvert svar forud for en række tidligere beregningselementer, der kan besvares todelt som ja / nej) og stop (genkend, om de endelige svar virkelig er mulige, eller hvis systemet bliver "fordømt" til at behandle ordren i en cyklus uendelig / uløselig). Det vil sige, at der er en specifik algoritme for, hvad den er beregnet til at kende, og at dens teknologi kan reagere på den med den nødvendige præcision for at "stoppe" og tilbyde en løsning.

Indtil dette punkt er den teoretiske logik af en Turing-maskine blevet diskuteret detaljeret. Følgende linjer vil dykke ned i kernen i dens fysiske og / eller funktionelle egenskaber, som algoritmen eller standarden for operation, som brugeren har arrangeret (og som kan variere fra enkle ligninger til selve hjertet af abstraktionsloven matematik).

• Du kan være interesseret: "Det kinesiske rumeksperiment: computere med et sind?"

Beskrivelse af Turing-maskinen

Sammen med det logiske / matematiske fundament, der er beskrevet, kræver Turing-maskinen en række fysiske elementer, som har funktionen til at udføre de kommandoer, der er indtastet med anteriority. Deres arrangement kan være forskelligt, da der ville være næsten uendelige designs på dette system, men følgende kræves nødvendigvis: et bånd papir eller et materiale på lignende måde et bevægeligt hoved, hvis ende er i stand til at skabe spor (symboler eller tal) og en central processor, hvori der kan indkodes de nødvendige algoritmer, eller som letter analyse.

Båndet er det vigtigste element i dem alle. Det er intet andet end en langsgående strimmel, der er opdelt i en række af firkanter af samme størrelse (eller firkanter), og hvis længde i vid udstrækning vil afhænge af den "indsats", der skal udføres for at løse det spørgsmål, som brugeren stiller (som kan være så kort eller så længe som estimeret relevant). Kasserne er forbeholdt hovedet til at tegne forskellige symboler (som 0-1 i den binære kode) i hver enkeltog udgør det beregningsprodukt, der skal kontrolleres efter lukning. I computerbetingelser kunne disse bånd være hukommelsen for en moderne computer. De første celler har normalt et allerede oprettet indhold (input), hvilket efterlader resten tom og klar til brug efter beregningsprocessen.

Ligeledes Turing-maskinen Den består af et hoved, et mekanisk vedhæng (mobil), der bevæger sig til venstre eller højre efter ordren, som systemet har til det. I slutningen har den en forlængelse, der er i stand til at optage et spor på båndet, hvilket giver form til de tal eller figurer, der svarer til i henhold til den kode, der bestemmer bevægelsen. Den originale model havde et rudimentært teknologihoved, men fremskridt inden for robotteknologi har tilladt fremkomsten af ​​nye, mere avancerede og præcise designs. Hovedet "læser" indholdet af cellerne og flytter et enkelt felt til hver side (afhængigt af dets specifikke tilstand) for at fortsætte med at udføre instruktionen.

For det tredje er der en central processor med det formål at lagre kode og algoritmer indeholdende instruktioner til apparatets aktivitet, udtrykt i matematiske og logiske termer. Dette sprog har en universel nuance, skønt det tillader en vis grad af manøvre at introducere operationelle udtryk formuleret af brugeren (forudsat at betydningen er gjort operationel). På denne måde vil dets hoved lette udførelsen af ​​instruktioner, der er gemt i processoren, hvilket svarer til det, der i dag er kendt som programmer eller applikationer (app). Dette system gør det muligt at reproducere enhver mulig beregning og vil stige som forgængeren til en af ​​de nuværende computere.

• Du kan være interesseret: "Beregningsteori om sindet: hvad består den af?"

Betjening af denne enhed

En Turing-maskine er designet til at gravere en bestemt prøve på symboler eller tal, hvis mulige univers ofte kaldes "alfabetet". Når det fungerer med binær kode, er dets samlede alfabet to (0 eller 1), men det kan være så bredt, som det anses for passende for den funktion, der skal udføres. Hovedet vil kun være i stand til at reproducere i cellerne på båndet, hvad der tidligere er angivet i sådan system, så en beregning (f.eks. "pi") kræver det fulde talspektrum (fra 0 til 9).

Ud over dette, hvad der i praksis er kendt som stater (Q), som også er programmeret af brugeren under beskrivelsen af ​​koden (og de er mærket som q1, q2, q3, q4... qn). Det samlede interval afhænger af abstrakte matematiske hypoteser og gennemgår de betingede nuancer af kodens logiske formel, således at hovedet bevæger sig i den tilsvarende retning og udfører den relevante handling ("hvis du er i position q2, skriv" 0 "og ikke bevæg dig", f.eks.).

Endelig ville der være en "overgangs" -funktion (delta), hvor den samlede sekvens (trin for trin) af behandlingen opsummeres. matematisk, og det udtrykker den komplette instruktion: cellelæsning, ny symbolskrivning, tilstandsændringer (eller ej) og bevægelse af hoved; i en tilbagevendende cyklus, der stopper, når du finder svaret på det oprindelige spørgsmål, eller også i det øjeblik, hvor at brugeren har forudset det inden for deres kode (ofte ved et udråb, der læses som "stop"). Så snart maskinen holder op med at bevæge sig, hentes båndet, og det svar, den har givet, analyseres detaljeret.

Som kan ses, der er en klar lighed mellem Turing-maskinen og de computere, vi bruger i dag. Hans bidrag har været nøglen til at udvikle sig eksponentielt i al efterfølgende computerdesign op til påpege, at dets ånd ligger i hjertet af en teknologi, der giver os mulighed for at blive sammenkoblet.

Bibliografiske referencer:

• Khan, S. og Khiyal, M. (2006). Turing-model til distribueret databehandling. Information Technology Journal. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. og Gao, G. (2017). Parallel Turing Machine, et forslag. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.