Turingmaschine: Was das ist und wie sie funktioniert

Wir können uns den historischen Moment, in dem wir leben, nicht vorstellen, ohne die Bedeutung der Informatik zu beachten. In nur wenigen Jahren hat es sich vom Einsatz in bestimmten Bereichen zu einer allgegenwärtigen Einheit entwickelt, und zwar nicht nur in der Computer, aber auch Mobiltelefone und fast alle gängigen Technologien (wie z "Tragfähig").

Tatsächlich verfügt der Computer oder das Handy, mit dem Sie diesen Artikel lesen, über eine solche Technologie, die es ermöglicht ein paar Jahrzehnte hätte es einen riesigen Platz gebraucht, um zu funktionieren (oder es wäre völlig nicht lebensfähig). Und so bewegen wir uns heute in Richtung einer außergewöhnlichen Miniaturisierung von Computerkomponenten, die ihren Einsatz erweitern und ihre Ausweitung auf alle Lebensbereiche ermöglichen wird.

Der Fortschritt, dem die Technik uns aussetzt, ist unaufhaltsam, so dass wir ohne sie nicht mehr optimal leben könnten. Unsere Spezies ist auf Computer angewiesen, weil die heutige Gesellschaft so komplex ist, dass sie funktioniert Nackte kognitive Faktoren erlauben kein erfolgreiches Management mehr und erfordern externe Hilfe, um unsere Mängel.

In diesem Text werden wir sehen Was ist das Konzept der Turingmaschine?, entstanden Mitte des 30. Jahrhunderts. Sein Beitrag zum Computing, wie es heute bekannt ist, ist offensichtlich, wenn man bedenkt, dass es das Modell ist, auf dem die Logik und Architektur aktueller Computer basiert. Das ist sie: die Mutter einer Technologie, die nicht nur die Welt, sondern auch den Horizont der Menschheit verändert hat.

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Was ist die Turingmaschine?

Die Turing-Maschine ist ein Gerät aus dem Jahr 1936, das ein idealisiertes Computermodell, das praktisch unendliche Informationen speichern / verarbeiten kann. Das System ist eine mathematische Abstraktion, die außerordentlich einfach aufgebaut ist, aber die empirische Überprüfung verschiedenster Fragestellungen zu Berechenbarkeits- und/oder Komplexitätstheorien. Seine Idee markierte einen großen Meilenstein in der Geschichte der Computer, bis hin zu dem Punkt, an dem er als der Ursprung der heutigen Computer (und verwandter Technologien wie Tablets oder Telefone) Handy, Mobiltelefon).

Der Architekt war Alan M. Turing, englischer Logiker und Mathematiker dass er sein ganzes Leben lang versucht hat, ein theoretisches Modell zu entwickeln, mit dem er automatisch und für alle zugänglich auf die Unbekannten seiner Disziplin antworten kann.

Dieses britische Genie, dessen historische Bedeutung nicht in Frage gestellt werden kann, trug (zusammen mit mehreren polnischen Wissenschaftlern) auch zur Entschlüsselung der Codes bei Kryptographien, mit denen das Nazi-Militär während des traurigen zweiten Weltkriegs heimlich miteinander kommunizierte (durch das, was bekannt wurde als Rätselmaschine). Dafür entwickelte er eine elektromagnetische Absperrvorrichtung (Bombe), deren Einsatz die Dauer des Konflikts verkürzte und sparte and unzählige Menschenleben, indem sie die Pläne des Regimes während der Zeit der Feindseligkeiten.

Die Turing-Maschine ist der historische Vorläufer moderner "Speicherprogrammcomputer", die sowohl das Speichern der Daten als auch die Algorithmen, auf denen sie basieren, ermöglichen. Sein Vorteil und unter anderem Faszination für Computertheoretiker ist seine Einfachheit und seine enormen technischen Konfigurationsmöglichkeiten; und es ermöglicht das Experimentieren durch die Anordnung seiner physikalischen Elemente und die "Frage" mit dem dass seine Verwendung programmiert ist (mittels Algorithmen, die in eine "Abfolge" von Codes übersetzt werden, die von der Sprache inspiriert sind logisch). Diese vielseitige Fähigkeit ist auf die Natur der Daten zurückzuführen, mit denen sie operiert und einem enormen Abstraktionsgrad unterliegt.

Auf diese Weise wird die Turing-Maschine Es kann so programmiert werden, dass es bestimmte Anweisungen ausführt, die mehr oder weniger komplexe Fragen beantworten.. All dies impliziert, dass seine spezielle Sprache bekannt sein muss, um den Algorithmus für seinen Betrieb an sie anzupassen, im Bewusstsein, dass dies nicht der Fall ist Es gibt einen universellen Code, um die Gesamtheit der mathematischen Unbekannten zu klären, die in der Natur selbst dösen (wie durch das Gesetz von Kirche-Turing). Daher erfordert das System einen menschlichen Verstand dahinter, der sich die zu formulierende Frage stellt und weiß, wie man zum Gerät "geht", um es zu lösen.

Der Rohstoff der Turingmaschine sind berechenbare Zahlen, d. h. solche, die mit einer mathematischen Formel objektiv und innerhalb einer angemessenen Frist berechnet werden können. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass es sich an zwei spezifische "Probleme" anpasst: das der Entscheidung (jeder Antwort geht eine Reihe von vorherigen Berechnungselementen voraus, die beantwortet werden können dichotom als ja / nein) und stoppen (erkennen, ob die endgültigen Antworten wirklich möglich sind, oder ob das System "verdammt" wird, den Auftrag in einem Zyklus abzuarbeiten unendlich / unlösbar). Das heißt, dass es einen bestimmten Algorithmus für das gibt, was er wissen soll, und dass seine Technologie darauf mit der notwendigen Präzision reagieren kann, um "anzuhalten" und eine Lösung anzubieten.

Bisher wurde die theoretische Logik einer Turingmaschine ausführlich diskutiert. Die folgenden Zeilen gehen auf den Kern seiner physikalischen und / oder funktionalen Besonderheiten ein, mit denen der Algorithmus oder Standard von Operation, die der Benutzer arrangiert hat (und die von einfachen Gleichungen bis zum Kern des Abstraktionsgesetzes reichen kann Mathematik).

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Beschreibung der Turingmaschine

Neben der beschriebenen logischen/mathematischen Grundlage benötigt die Turingmaschine eine Reihe von physische Elemente, die die Funktion haben, die mit eingegebenen Befehle auszuführen Vorzeitigkeit. Ihre Anordnung kann vielfältig sein, da es fast unendlich viele Ausführungen dieses Systems geben würde, aber zwingend erforderlich sind: ein Band aus Papier oder ein Material ebenso ein Moving Head, dessen Ende in der Lage ist, Spuren (Symbole oder Zahlen) zu erstellen, und ein zentraler Prozessor, in dem die erforderlichen Algorithmen kodiert werden oder die die Analyse.

Das Tape ist das wichtigste Element von allen. Es ist nichts anderes als ein Längsstreifen, der in eine Folge von Quadraten gleicher Größe (oder Quadrate) unterteilt ist und dessen Länge weitgehend davon abhängt des "Aufwands", der unternommen werden muss, um die vom Benutzer gestellte Frage zu lösen (die so kurz oder so lang wie geschätzt sein kann) relevant). Die Kästchen sind für den Kopf reserviert, um in jedem unterschiedliche Symbole (wie 0-1 im Binärcode) zu zeichnen, und stellen das Berechnungsprodukt dar, das nach seinem Stopp überprüft werden muss. Computertechnisch könnten diese Bänder der Speicher eines modernen Computers sein. Die ersten Zellen haben normalerweise einen bereits festgelegten Inhalt (Eingabe), der Rest bleibt leer und kann nach dem Berechnungsprozess verwendet werden.

Ebenso die Turing-Maschine Es besteht aus einem Kopf, einem mechanischen (mobilen) Anhang, der sich in der Reihenfolge, die das System dafür vorgibt, nach links oder rechts bewegt moves. An seinem Ende hat es eine Verlängerung, die eine Spur auf das Band gravieren kann, die den entsprechenden Zahlen oder Zahlen entsprechend dem Code, der die Bewegung bestimmt, seine Form verleiht. Das ursprüngliche Modell hatte einen rudimentären Technologiekopf, aber Fortschritte in der Robotik haben die Entstehung neuer, fortschrittlicherer und präziserer Designs ermöglicht. Der Kopf "liest" den Inhalt der Zellen und bewegt eine einzelne Box zu jeder Seite (je nach ihrem spezifischen Zustand), um die Ausführung des Befehls fortzusetzen.

Drittens gibt es ein zentraler Prozessor zum Speichern von Code und Algorithmen, die Anweisungen enthalten für die Aktivität des Geräts, ausgedrückt durch mathematische und logische Begriffe. Diese Sprache hat eine universelle Nuance, obwohl sie ein gewisses Maß an Manöver zulässt, um vom Benutzer formulierte operative Ausdrücke einzuführen (vorausgesetzt, die Bedeutung wurde operationalisiert). Auf diese Weise würde sein Kopf die Ausführung von im Prozessor gespeicherten Anweisungen erleichtern, was heute als Programme oder Anwendungen (App) bekannt wäre. Dieses System würde es erlauben, jede mögliche Berechnung zu reproduzieren und würde als der Vorgänger aller aktuellen Computer aufsteigen.

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Bedienung dieses Geräts

Eine Turing-Maschine wurde entwickelt, um ein bestimmtes Muster von Symbolen oder Zahlen zu gravieren, deren mögliches Universum oft als "Alphabet" bezeichnet wird. Wenn es mit Binärcode arbeitet, ist sein Gesamtalphabet zwei (0 oder 1), aber es kann so breit sein, wie es für die auszuführende Funktion als angemessen erachtet wird. Der Kopf kann in den Zellen des Bandes nur das reproduzieren, was zuvor in solchen angegeben wurde System, so dass eine Berechnung (z. B. Zahl "pi") das gesamte Zahlenspektrum (von 0 bis 9).

Darüber hinaus ist in der Praxis bekannt als Zustände (Q), die vom Benutzer auch bei der Beschreibung des Codes programmiert werden (und sie werden als q1, q2, q3, q4… qn bezeichnet). Die Gesamtreichweite hängt von abstrakten mathematischen Hypothesen ab und überprüft die bedingten Nuancen der logischen Formel des Codes, damit der Kopf bewegt sich in die entsprechende Richtung und führt die entsprechende Aktion aus ("wenn Sie in Position q2 sind, schreiben Sie" 0 "und bewegen Sie sich nicht", z.B.).

Schließlich gäbe es noch eine "Übergangs"-Funktion (Delta), in der der Gesamtablauf (Schritt für Schritt) der Verarbeitung zusammengefasst wird. mathematisch, und das drückt die vollständige Anweisung aus: Zellen lesen, neues Symbol schreiben, Zustandsänderungen (oder nicht) und Bewegung des Kopf; in einem wiederkehrenden Kreislauf, der beim Finden der Antwort auf die Ausgangsfrage stoppt oder auch in dem Moment, in dem dass der Benutzer es in seinem Code vorhergesehen hat (oft durch einen Ausruf, der als "Stopp" gelesen wird). Sobald die Maschine aufhört, sich zu bewegen, wird das Band entnommen und die Reaktion wird detailliert analysiert.

Wie man sieht, Es gibt eine klare Ähnlichkeit zwischen der Turing-Maschine und den Computern, die wir heute verwenden. Sein Beitrag war der Schlüssel zu exponentiellen Fortschritten in allen nachfolgenden Computerdesigns, bis hin zum weisen darauf hin, dass sein Geist im Herzen einer Technologie liegt, die es uns ermöglicht, zu bleiben verbunden.

Bibliographische Referenzen:

• Khan, S. und Khiyal, M. (2006). Turing-Modell für verteiltes Rechnen. Zeitschrift für Informationstechnologie. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. und Gao, G. (2017). Parallel-Turing-Maschine, ein Vorschlag. Zeitschrift für Informatik und Technologie, 32, 269-285.