Turingi masin: mis see on ja kuidas see töötab

Me ei saa ette kujutada ajaloolist hetke, kus me elame, pööramata tähelepanu arvutuste tähtsusele. Vaid mõne aastaga on see muutunud konkreetsetes piirkondades kasutamisest kõikjalolevaks üksuseks ja mitte ainult ELis arvutid, aga ka mobiiltelefonid ja peaaegu kõik üldkasutatavad tehnoloogiad (näiteks nn "kantavad").

Tegelikult on selle artikli lugemiseks kasutataval arvutil või mobiilil selline tehnoloogia, mida see teeb paar aastakümmet oleks selle toimimiseks vaja olnud tohutut ruumi (või oleks see olnud täiesti olemas) elujõuline). Ja see on see, et täna liigume arvutikomponentide erakordse miniaturiseerimise poole, mis laiendab nende kasutamist ja hõlbustab nende laienemist kõikidele eluvaldkondadele.

Edasiminek, millele tehnoloogia meid allutab, on peatamatu, kuni selleni, et ilma selleta ei saaks me enam optimaalselt elada. Meie liik sõltub arvutamisest, sest tänapäeva ühiskond on sellise keerukusega, mis toimib Alasti tunnetuslikud tegurid ei lase seda enam edukalt juhtida, vajavad meie kompenseerimiseks välist abi puudused.

Selles tekstis näeme mis on Turingi masina mõiste, mis loodi 30. sajandi keskel. Tema panus arvutustöösse on tänapäeval teada, pidades seda mudeliks, millele praeguste arvutite loogika ja arhitektuur tugineb. See on see: ema ema, mis pole mitte ainult muutnud maailma, vaid ka inimkonna silmaringi.

• Seotud artikkel: "John Dewey funktsionalistlik teooria"

Mis on Turingi masin?

Turingi masin on 1936. aastal loodud seade, mis esindab idealiseeritud arvutimudel, mis on võimeline salvestama / töötlema praktiliselt lõpmatut teavet. Süsteem on matemaatiline abstraktsioon, mis on ehitatud erakordselt lihtsal viisil, kuid mis hõlbustab empiiriline kontroll arvukatele küsimustele arvutatavuse ja / või keerukuse teooriate kohta. Tema ideed tähistasid arvutite ajaloos suurt verstaposti, kuni selleni peeti tänapäevaste arvutite (ja nendega seotud tehnoloogiate, näiteks tahvelarvutite või telefonide) päritolu mobiil).

Selle arhitekt oli Alan M. Turing, inglise loogik ja matemaatik et ta proovis kogu elu teoreetilise mudeli kontseptsiooni, mille abil saaks vastata oma distsipliini tundmatutele, kõigile automaatselt ja kõigile kättesaadavaks.

See Briti geenius, mille ajaloolist tähtsust ei saa kahelda, aitas ka (koos mitme Poola teadlasega) koodide lahti harutada krüptograafiad, mida natside sõjavägi kasutas kurva teise maailmasõja ajal omavahel salaja suhtlemiseks (nn. mõistatusmasin). Selleks mõtles ta välja elektromagnetilise väljalülitusseadme (bombe), mille kasutamine lühendas konflikti kestust ja säästis lugematul hulgal inimelusid, lubades režiimi plaanidel selle aja jooksul lahti harutada vaenutegevus.

Turingi masin on kaasaegsete "salvestatud programmarvutite" ajalooline eelkäija, mis võimaldavad salvestada nii andmeid kui ka algoritme, millele need on ehitatud. Selle eeliseks ja üheks teguriks, mis tekitab arvutiteoreetikute seas lummust, on lihtsus ja tohutud tehnilised konfiguratsioonivõimalused; ja see võimaldab katsetada, kuidas selle füüsikalised elemendid on paigutatud ja kuidas "küsimus" esitatakse et selle kasutamine on programmeeritud (algoritmide abil, mis tõlgitakse keelest inspireeritud koodide "järjestuseks") loogiline). See mitmekülgne maht tuleneb andmete olemusest, millega see töötab, tingimata tohutu abstraktsiooni tase.

Sel moel Turingi masin Seda saab programmeerida täitma konkreetseid juhiseid, mis vastavad enam-vähem keerukatele küsimustele.. Kõik see tähendab, et algoritmi tööks kohandamiseks tuleb selle konkreetset keelt teada, teades, et see ei on olemas universaalne kood, et selgitada looduses iseenesest uinutavate matemaatiliste tundmatute hulka (nagu näitab Kiriku-Turing). Seetõttu nõuab süsteem enda taga inimmeelt, küsides ise sõnastatava küsimuse ja teades, kuidas seadet selle lahendamiseks "adresseerida".

Turingi masina tooraine on arvutavad arvudehk need, mida saab matemaatilise valemi abil objektiivselt arvutada ja mõistliku aja piires. Selles kontekstis on oluline, et see kohanduks kahe konkreetse "probleemiga": otsuse omaga (igale vastusele eelneb rida varasemaid arvutuselemente, millele saab vastata dihhotoomselt jah / ei) ja peatus (tundke ära, kas lõplikud vastused on tõesti võimalikud või kas süsteem "mõistetakse hukka" tellimuse töötlemiseks tsüklis lõpmatu / lahendamatu). See tähendab, et selleks, mida kavatsetakse teada, on olemas konkreetne algoritm ja selle tehnoloogia suudab sellele "peatumiseks" ja lahenduse pakkumiseks vajaliku täpsusega vastata.

Siiani on Turingi masina teoreetilist loogikat üksikasjalikult arutatud. Järgmised read uurivad selle füüsikalisi ja / või funktsionaalseid omadusi, mille algoritm või standard on operatsioon, mille kasutaja on korraldanud (ja mis võib ulatuda lihtsatest võrranditest kuni abstraktsiooniseaduse südameni) matemaatika).

• Võite olla huvitatud: "Hiina toakatse: mõistusega arvutid?"

Turingi masina kirjeldus

Koos kirjeldatud loogilise / matemaatilise alusega nõuab Turingi masin rida füüsikalised elemendid, millel on funktsioon sisestatud käskude täitmiseks eesmine. Nende paigutus võib olla mitmekesine, kuna selle süsteemi kujundusi oleks peaaegu lõpmatu, kuid tingimata on vaja järgmist: paberilint või materjal sarnaselt ka liikuv pea, mille ots on võimeline jälgi (sümboleid või numbreid) tegema, ja keskprotsessor, kuhu kodeerida vajalikke või hõlbustavaid algoritme analüüs.

Lint on nende kõigi kõige olulisem element. See pole midagi muud kui pikisuunaline riba, mis on jagatud järjestikuste ruutude (või ruutude) järjestuseks ja mille pikkus sõltub suuresti "vaeva", mis tuleb teha kasutaja esitatud küsimuse lahendamiseks (mis võib olla nii lühike kui ka pikk, asjakohane). Ruudud on reserveeritud pea jaoks, et joonistada neist igaühte erinevad sümbolid (näiteks binaarkoodis 0-1)ja moodustavad arvutustoote, mida tuleb pärast selle väljalülitamist kontrollida. Arvuti mõistes võiksid need lindid olla tänapäevase arvuti mälu. Esimeste lahtrite sisu on tavaliselt juba loodud (sisend), ülejäänud osa jääb tühjaks ja pärast arvutamisprotsessi kasutamiseks valmis.

Samamoodi Turingi masin See koosneb peast, mehaanilisest (mobiilsest) lisast, mis liigub vasakule või paremale, järgides süsteemi jaoks ette nähtud järjekorda. Selle otsas on pikendus, mis on võimeline lindile jälje graveerima, andes oma kuju vastavatele numbritele või kujunditele vastavalt koodile, mis määrab liikumise. Algsel mudelil oli algeline tehnoloogiline pea, kuid robootika areng on võimaldanud uute, täpsemate ja täpsemate kujunduste tekkimist. Pea "loeb" lahtrite sisu ja liigutab käsu täitmise jätkamiseks ühe kasti mõlemale küljele (sõltuvalt selle konkreetsest olekust).

Kolmandaks on keskprotsessor koodi ja juhiseid sisaldavate algoritmide salvestamiseks aparaadi tegevuse jaoks, väljendatuna matemaatiliste ja loogiliste terminite järgi. Sellel keelel on universaalne nüanss, ehkki see võimaldab kasutaja sõnastatud operatiivseid väljendeid teatud tingimusel manööverdada (eeldusel, et tähendus on operatiivseks muudetud). Sel viisil hõlbustaks selle pea protsessorisse salvestatud käskude täitmist, mis oleks samaväärne tänapäeval programmide või rakendustena (äpp) tuntud programmidega. See süsteem võimaldaks reprodutseerida kõiki võimalikke arvutusi ja tõuseks kõigi praeguste arvutite eelkäijana.

• Võite olla huvitatud: "Meele arvutuslik teooria: millest see koosneb?"

Selle seadme töö

Turingi masin on loodud graveerimiseks konkreetne sümbolite või numbrite näidis, mille võimalikku universumit nimetatakse sageli "tähestikuks". Kui see töötab binaarkoodiga, on selle kogu tähestik kaks (0 või 1), kuid see võib olla nii lai, kui peetakse vajalikuks täidetava funktsiooni jaoks. Pea suudab lindi lahtrites paljundada ainult seda, mida sellises varem on märgitud süsteem, nii et arvutus (näiteks arv "pi") nõuab kogu arvude spektrit (0 kuni 0 9).

Lisaks sellele, mida praktikas tuntakse olekud (Q), mille kasutaja programmeerib ka koodi kirjeldamise ajal (ja need on märgistatud kui q1, q2, q3, q4... qn). Koguvahemik sõltub abstraktsetest matemaatilistest hüpoteesidest ja vaatab läbi koodi loogilise valemi tingimuslikud nüansid, et pea liigub vastavas suunas ja viib läbi asjakohase toimingu ("kui asute asendis q2, kirjutage" 0 "ja ärge liikuge", nt).

Lõpuks oleks olemas "ülemineku" funktsioon (delta), milles võetakse kokku töötlemise kogu järjestus (samm-sammult). matemaatiline ja see väljendab täielikku käsku: lahtrite lugemine, uute sümbolite kirjutamine, oleku muutused (või mitte) ja pea; korduvas tsüklis, mis peatub vastuse leidmisel esialgsele küsimusele või ka hetkel, kui et kasutaja on seda oma koodis ette näinud (sageli hüüatusega, mida loetakse kui "stop"). Niipea kui masin liigub, leitakse lint ja selle pakutavat vastust analüüsitakse üksikasjalikult.

Nagu näha, Turingi masina ja tänapäeval kasutatavate arvutite vahel on selge sarnasus. Tema panus on olnud kogu edasise arvutikujunduse eksponentsiaalse edasiliikumise võtmeks kuni Pange tähele, et selle vaim peitub püsima jääva tehnoloogia keskmes omavahel ühendatud.

Bibliograafilised viited:

• Khan, S. ja Khiyal, M. (2006). Turingi hajaarvutamise mudel. Infotehnoloogia ajakiri. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. ja Gao, G. (2017). Paralleelne Turingi masin, ettepanek. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.