Turing-kone: mikä se on ja miten se toimii

Emme voi ajatella historiallista hetkeä, jossa elämme, kiinnittämättä huomiota tietojenkäsittelyn merkitykseen. Muutamassa vuodessa se on muuttunut tietyillä alueilla olemisesta läsnäolevaksi kokonaisuudeksi, eikä vain EU: ssa tietokoneita, mutta myös matkapuhelimia ja melkein kaikkia yleisesti käytettyjä tekniikoita (kuten ns "puettavat").

Itse asiassa tämän artikkelin lukemiseen käytetyllä tietokoneella tai matkapuhelimella on sellainen tekniikka, jonka se tekee muutaman vuosikymmenen ajan se olisi tarvinnut valtavan tilan toimiakseen (tai se olisi ollut täysin elinkelvoton). Ja on, että tänään olemme siirtymässä kohti tietokonekomponenttien poikkeuksellista pienentämistä, mikä laajentaa niiden käyttöä ja helpottaa niiden laajentamista kaikilla elämän alueilla.

Edistyminen, jolle tekniikka antaa meille, on pysäyttämätöntä siihen pisteeseen asti, että ilman sitä emme voisi enää elää optimaalisesti. Lajimme riippuu laskennasta, koska nykypäivän yhteiskunta on niin monimutkainen, että se toimii Alastomat kognitiiviset tekijät eivät enää salli sen onnistunutta hallintaa, vaan tarvitsevat ulkoista apua kompensoimaan toimintamme puutteita.

Tässä tekstissä näemme mikä on Turingin koneen käsite, luotu 30-luvun puolivälissä. Hänen panoksensa laskentaan, kuten nykyään tiedetään, on ilmeinen, koska se pitää mallia, jolle nykyisten tietokoneiden logiikka ja arkkitehtuuri perustuvat. Tämä on se: äiti teknologialle, joka ei ole vain muuttanut maailmaa, vaan myös ihmiskunnan horisontin.

• Aiheeseen liittyvä artikkeli: "John Deweyn funktionalistinen teoria"

Mikä on Turingin kone?

Turing-kone on vuonna 1936 luotu laite, joka edustaa idealisoitu tietokonemalli, joka pystyy tallentamaan / käsittelemään käytännössä ääretöntä tietoa. Järjestelmä on matemaattinen abstraktio, joka on rakennettu poikkeuksellisen yksinkertaisella tavalla, mutta joka helpottaa sitä empiirinen todentaminen monista kysymyksistä laskettavuus- ja / tai monimutkaisuusteorioista. Hänen ajatuksensa olivat merkittävä virstanpylväs tietotekniikan historiassa siihen pisteeseen asti, että häntä pidettiin nykypäivän tietokoneiden (ja niihin liittyvien tekniikoiden, kuten tablettien tai puhelimien) alkuperä matkapuhelin).

Tämän arkkitehti oli Alan M. Turing, englantilainen logistiikka ja matemaatikko että hän kokeili koko elämänsä ajatusta teoreettisesta mallista, jolla vastataan tieteenalansa tuntemattomiin automaattisesti ja kaikkien saataville.

Tämä brittiläinen nero, jonka historiallista merkitystä ei voida kyseenalaistaa, vaikutti myös (yhdessä useiden puolalaisten tutkijoiden kanssa) koodien selvittämisessä salaukset, joita natsien armeija käytti salaa kommunikoimaan toistensa kanssa surullisen toisen maailmansodan aikana (ns. arvoituskone). Tätä varten hän suunnitteli sähkömagneettisen katkaisulaitteen (bombe), jonka käyttö lyhensi konfliktin kestoa ja säästeli lukemattomia ihmiselämiä sallimalla hallinnon suunnitelmien purkautua vihamielisyydet.

Turingin kone on nykyaikaisten "tallennettujen ohjelmatietokoneiden" historiallinen edeltäjä, jotka mahdollistavat sekä tietojen tallentamisen että algoritmit, joihin ne on rakennettu. Sen etu ja yksi tekijöistä, joiden avulla se lumoaa tietokoneen teoreetikkoja, on sen yksinkertaisuus ja valtavat tekniset konfigurointimahdollisuudet; ja se mahdollistaa sen, että se voi kokeilla, miten sen fyysiset elementit on järjestetty ja "kysymys" esitetään että sen käyttö on ohjelmoitu (algoritmien avulla, jotka käännetään kielen innoittamien koodien "peräkkäiksi") looginen). Tämä monipuolinen kapasiteetti johtuu sen tiedon luonteesta, jolla se toimii, valtavan abstraktiotason alaisena.

Tällä tavalla Turingin kone Se voidaan ohjelmoida suorittamaan tiettyjä ohjeita, jotka vastaavat enemmän tai vähemmän monimutkaisiin kysymyksiin.. Kaikki tämä tarkoittaa, että sen tietty kieli on tunnettava, jotta algoritmi voidaan mukauttaa sen toimintaan, tietäen, että se ei on olemassa universaali koodi, joka selventää itsessään luonnossa nukkuvien matemaattisten tuntemattomien kokonaisuutta (kuten Kirkko-Turing). Siksi järjestelmä vaatii ihmisen mielen sen takana, esittäen itselleen kysymyksen, joka on muotoiltava, ja tietäen, miten "osoite" laitteeseen sen ratkaisemiseksi.

Turingin koneen raaka-aine on laskettavissa olevia lukujaeli ne, jotka voidaan laskea objektiivisesti matemaattisen kaavan avulla ja kohtuullisen ajan kynnyksen sisällä. Tässä yhteydessä on olennaisen tärkeää, että se sopeutuu kahteen erityiseen "ongelmaan": päätöksen ongelmaan (jokaista vastausta edeltää joukko aikaisempia laskentaelementtejä, joihin voidaan vastata kahtiajakoisesti kyllä ​​/ ei) ja pysäytys (tunnista, ovatko lopulliset vastaukset todella mahdollisia, vai onko järjestelmä "tuomittu" käsittelemään tilausta syklissä ääretön / ratkaisematon). Eli että on olemassa erityinen algoritmi sille, mitä sen on tarkoitus tietää, ja että sen tekniikka voi vastata siihen tarvittavalla tarkkuudella "pysähtyäkseen" ja tarjotakseen ratkaisun.

Tähän asti Turingin koneen teoreettista logiikkaa on käsitelty yksityiskohtaisesti. Seuraavissa riveissä syvennetään sen fyysisiä ja / tai toiminnallisia erityispiirteitä, joiden avulla algoritmi tai standardi käyttäjän järjestämä toiminta (ja se voi vaihdella yksinkertaisista yhtälöistä abstraktiolain ytimeen matematiikka).

• Saatat olla kiinnostunut: "Kiinalainen huonekokeilu: Tietokoneita, joilla on mieli?"

Turingin koneen kuvaus

Kuvatun loogisen / matemaattisen perustan ohella Turingin kone vaatii sarjan fyysiset elementit, joiden tehtävänä on suorittaa komennot, jotka on syötetty anteriorisuus. Niiden järjestely voi olla monipuolinen, koska järjestelmää olisi melkein ääretön, mutta välttämättä vaaditaan seuraavia: paperinauha tai materiaali vastaavasti liikkuva pää, jonka pää kykenee tekemään jälkiä (symboleja tai numeroita), ja keskusprosessori koodaamaan tarvittavat tai helpottavat algoritmit analyysi.

Nauha on tärkein osa niitä kaikkia. Se ei ole muuta kuin pitkittäinen kaistale, joka on jaettu yhtäjaksoisten neliöiden (tai neliöiden) peräkkäin ja jonka pituus riippuu suurelta osin "ponnisteluista", jotka on suoritettava käyttäjän esittämän kysymyksen ratkaisemiseksi (joka voi olla niin lyhyt tai niin pitkä kuin arvioitu) asiaankuuluva). Laatikot on varattu päähän piirtämään erilaiset symbolit (kuten 0-1 binäärikoodissa) kumpaankinja muodostavat laskutuotteen, joka on tarkistettava sen lopettamisen jälkeen. Tietokoneella nämä nauhat voivat olla nykyaikaisen tietokoneen muisti. Ensimmäisillä soluilla on yleensä jo luotu sisältö (syöttö), jolloin loput jätetään tyhjiksi ja valmiiksi käytettäviksi laskentaprosessin jälkeen.

Samoin Turingin kone Se koostuu päästä, mekaanisesta (liikkuvasta) liitteestä, joka liikkuu vasemmalle tai oikealle järjestelmän järjestystä noudattaen. Sen päässä on venymä, joka pystyy kaiverramaan jäljen nauhaan ja antaa muodon vastaaville numeroille tai luvuille koodin mukaan, joka määrittää liikkeen. Alkuperäisellä mallilla oli alkeellinen teknologiapää, mutta robotiikan kehitys on mahdollistanut uusien, edistyneempien ja tarkempien mallien syntymisen. Pää "lukee" solujen sisällön ja siirtää yhden laatikon kummallekin puolelle (riippuen sen erityisestä tilasta) jatkaakseen käskyn suorittamista.

Kolmanneksi on keskusprosessori koodin ja käskyjä sisältävien algoritmien tallentamiseksi laitteen toiminnalle, ilmaistuna matemaattisten ja loogisten termien mukaisesti. Tällä kielellä on yleinen vivahde, vaikka se antaa tietynasteisen liikkumavaran käyttäjän muotoilemien operatiivisten ilmaisujen käyttöönottoon (edellyttäen, että merkitys on otettu käyttöön). Tällä tavoin sen pää helpottaisi suorittimeen tallennettujen ohjeiden suorittamista, mikä vastaisi nykyään ohjelmiksi tai sovelluksiksi (sovelluksiksi) kutsuttuja ohjeita. Tämä järjestelmä antaisi mahdollisen laskelman toistamisen ja nousee minkä tahansa nykyisen tietokoneen edeltäjänä.

• Saatat olla kiinnostunut: "Laskennallinen mielen teoria: mistä se koostuu?"

Tämän laitteen käyttö

Turingin kone on suunniteltu kaiverramaan tietty näyte symboleista tai numeroista, joiden mahdollista universumia kutsutaan usein "aakkoseksi". Kun se toimii binaarikoodin kanssa, sen kokonaisaakkoset ovat kaksi (0 tai 1), mutta se voi olla niin leveä kuin suoritettavan toiminnon kannalta tarkoituksenmukaiseksi katsotaan. Pää pystyy toistamaan nauhan soluissa vain sitä, mikä on aiemmin ilmoitettu sellaisessa järjestelmään, joten laskeminen (esimerkiksi luku "pi") vaatii koko numerospektrin (0 - 0) 9).

Tämän lisäksi, mikä tunnetaan käytännössä nimellä tilat (Q), jotka käyttäjä myös ohjelmoi koodin kuvauksen aikana (ja ne on merkitty tunnuksilla q1, q2, q3, q4... qn). Kokonaisalue riippuu abstrakteista matemaattisista hypoteeseista ja tarkastelee koodin loogisen kaavan ehdollisia vivahteita, jotta pää liikkuu vastaavassa suunnassa ja suorittaa asiaankuuluvan toiminnan ("jos olet asennossa q2, kirjoita" 0 "etkä liiku", esimerkiksi.).

Lopuksi olisi "siirtymä" -toiminto (delta), jossa prosessoinnin kokonaissekvenssi (vaihe vaiheelta) on yhteenveto. matemaattinen ja joka ilmaisee täydellisen käskyn: solujen lukeminen, uuden symbolin kirjoittaminen, tilan muutokset (tai ei) ja pää; toistuvassa jaksossa, joka pysähtyy etsittäessä vastausta alkuperäiseen kysymykseen tai myös silloin, kun että käyttäjä tarkoitti sitä koodissaan (usein huutomerkillä, joka luetaan nimellä "stop"). Heti kun kone lakkaa liikkumasta, nauha haetaan ja sen antama vastaus analysoidaan yksityiskohtaisesti.

Kuten voidaan nähdä, Turingin kone ja nykyiset tietokoneemme ovat selvästi samankaltaisia. Hänen panoksensa on ollut avain etenemiseen räjähdysmäisesti kaikessa myöhemmässä tietokonesuunnittelussa aina huomauttaa, että sen henki on tekniikan ytimessä, joka antaa meille mahdollisuuden pysyä kytketty toisiinsa.

Bibliografiset viitteet:

• Khan, S. ja Khiyal, M. (2006). Turingin malli hajautettua tietojenkäsittelyä varten. Tietotekniikkalehti. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. ja Gao, G. (2017). Rinnakkainen Turing-kone, ehdotus. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.