ट्यूरिंग मशीन: यह क्या है और यह कैसे काम करती है

कंप्यूटिंग के महत्व पर ध्यान दिए बिना हम उस ऐतिहासिक क्षण की कल्पना नहीं कर सकते जिसमें हम रहते हैं। कुछ ही वर्षों में यह विशिष्ट क्षेत्रों में उपयोग किए जाने से सर्वव्यापी इकाई होने के लिए चला गया है, और न केवल में कंप्यूटर, बल्कि मोबाइल फोन और लगभग सभी सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली प्रौद्योगिकियां (जैसे तथाकथित "पहनने योग्य")।

दरअसल, आप इस लेख को पढ़ने के लिए जिस कंप्यूटर या मोबाइल का इस्तेमाल करते हैं, उसमें ऐसी तकनीक होती है जो इसे बनाती है कुछ दशकों में इसे कार्य करने के लिए एक विशाल स्थान की आवश्यकता होती (या यह पूरी तरह से होता अव्यवहार्य)। और यह है कि आज हम कंप्यूटर घटकों के एक असाधारण लघुकरण की ओर बढ़ रहे हैं, जो उनके उपयोग का विस्तार करेगा और जीवन के सभी क्षेत्रों में उनके विस्तार की सुविधा प्रदान करेगा।

जिस प्रगति के लिए प्रौद्योगिकी हमें प्रस्तुत करती है, वह अजेय है, इस हद तक कि इसके बिना हम अब बेहतर तरीके से नहीं जी सकते। हमारी प्रजाति कंप्यूटिंग पर निर्भर करती है, क्योंकि आज का समाज इतनी जटिलता का है कि कार्य करता है नग्न संज्ञानात्मक कारक अब इसे सफलतापूर्वक प्रबंधित करने की अनुमति नहीं देते हैं, जिससे हमारी क्षतिपूर्ति करने के लिए बाहरी सहायता की आवश्यकता होती है कमियां।

इस पाठ में हम देखेंगे ट्यूरिंग मशीन की अवधारणा क्या है, 30 वीं शताब्दी के मध्य में बनाया गया। कंप्यूटिंग में उनका योगदान आज के रूप में जाना जाता है, यह उस मॉडल पर विचार करते हुए स्पष्ट है जिस पर वर्तमान कंप्यूटरों के तर्क और वास्तुकला की स्थापना की जाती है। यह वह है: एक ऐसी तकनीक की जननी जिसने न केवल दुनिया को, बल्कि मानवता के क्षितिज को भी बदल दिया है।

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ट्यूरिंग मशीन क्या है?

ट्यूरिंग मशीन 1936 में बनाया गया एक उपकरण है, जो दर्शाता है वस्तुतः अनंत सूचनाओं को संग्रहित/संसाधित करने में सक्षम कंप्यूटिंग का एक आदर्श मॉडल. प्रणाली एक गणितीय अमूर्तता है जिसे असाधारण रूप से सरल तरीके से बनाया गया है, लेकिन यह सुविधा प्रदान करता है कम्प्यूटेबिलिटी और / या जटिलता सिद्धांतों पर प्रश्नों की एक विस्तृत श्रृंखला का अनुभववादी सत्यापन। उनके विचार ने कंप्यूटिंग के इतिहास में एक महान मील का पत्थर चिह्नित किया, जिसे माना जाता है आज के कंप्यूटरों की उत्पत्ति (और संबंधित प्रौद्योगिकियां, जैसे टैबलेट या टेलीफोन मोबाइल)।

इसके वास्तुकार एलन एम। ट्यूरिंग, अंग्रेजी तर्कशास्त्री और गणितज्ञ कि उन्होंने अपने पूरे जीवन में एक सैद्धांतिक मॉडल की अवधारणा की कोशिश की, जिसके साथ अपने अनुशासन के अज्ञात का जवाब देने के लिए, स्वचालित रूप से और सभी के लिए सुलभ।

इस ब्रिटिश प्रतिभा, जिसके ऐतिहासिक महत्व पर सवाल नहीं उठाया जा सकता है, ने भी (कई पोलिश वैज्ञानिकों के साथ) कोड को उजागर करने में योगदान दिया। क्रिप्टोग्राफी कि नाजी सेना दुसरे विश्व युद्ध के दौरान गुप्त रूप से एक दूसरे के साथ संवाद करती थी (जिसे through के रूप में जाना जाता है) पहेली मशीन)। इसके लिए उन्होंने एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कट-ऑफ डिवाइस (बॉम्बे) तैयार किया, जिसके इस्तेमाल से संघर्ष की अवधि कम हो गई और बच गई अनगिनत मानव जीवन, समय के दौरान शासन की योजनाओं को उजागर करने की अनुमति देकर शत्रुता।

ट्यूरिंग मशीन है आधुनिक "संग्रहीत प्रोग्राम कंप्यूटर" के ऐतिहासिक अग्रदूत, जो डेटा और एल्गोरिदम दोनों को बचाने की अनुमति देता है, जिस पर वे बनाए जाते हैं। इसका लाभ, और एक कारक जिसके द्वारा यह कंप्यूटर सिद्धांतकारों के बीच आकर्षण पैदा करता है, इसकी सादगी और इसकी विशाल तकनीकी विन्यास संभावनाएं हैं; और यह है कि यह प्रयोग को सक्षम बनाता है कि इसके भौतिक तत्वों को कैसे व्यवस्थित किया जाता है और "प्रश्न" को के साथ रखा जाता है इसका उपयोग क्रमादेशित है (एल्गोरिदम के माध्यम से, जिसका अनुवाद भाषा से प्रेरित कोड के "उत्तराधिकार" में किया जाता है तार्किक)। यह बहुमुखी क्षमता उस डेटा की प्रकृति के कारण है जिसके साथ यह संचालित होता है, जो कि एक विशाल स्तर के अमूर्तता के अधीन है।

इस तरह, ट्यूरिंग मशीन इसे विशिष्ट निर्देशों को निष्पादित करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है जो कम या ज्यादा जटिल प्रश्नों का उत्तर देते हैं।. इसका तात्पर्य यह है कि इसके संचालन के लिए एल्गोरिदम को अनुकूलित करने के लिए इसकी विशेष भाषा को जाना जाना चाहिए, यह जानते हुए कि यह नहीं है गणितीय अज्ञात की समग्रता को स्पष्ट करने के लिए एक सार्वभौमिक कोड है जो प्रकृति में ही डोज़ करता है (जैसा कि कानून द्वारा इंगित किया गया है) चर्च-ट्यूरिंग)। इसलिए, सिस्टम को इसके पीछे एक मानवीय दिमाग की आवश्यकता होती है, खुद से प्रश्न पूछने और इसे हल करने के लिए डिवाइस को "पता" करने का तरीका जानना।

ट्यूरिंग मशीन का कच्चा माल गणना योग्य संख्या है, अर्थात्, जिनकी गणना गणितीय सूत्र के माध्यम से और उचित समय की सीमा के भीतर निष्पक्ष रूप से की जा सकती है। इस संदर्भ में, यह आवश्यक है कि यह दो विशिष्ट "समस्याओं" के अनुकूल हो: निर्णय का (प्रत्येक उत्तर पिछले गणना तत्वों की एक श्रृंखला से पहले होता है जिसका उत्तर दिया जा सकता है द्विअर्थी रूप से हाँ / नहीं के रूप में) और स्टॉप (पहचानें कि क्या अंतिम उत्तर वास्तव में संभव हैं, या यदि सिस्टम को एक चक्र में आदेश को संसाधित करने के लिए "निंदा" किया जाएगा अनंत / अघुलनशील)। अर्थात्, जो जानने का इरादा है उसके लिए एक विशिष्ट एल्गोरिदम है और इसकी तकनीक "रोक" और समाधान प्रदान करने के लिए आवश्यक सटीकता के साथ इसका जवाब दे सकती है।

इस बिंदु तक ट्यूरिंग मशीन के सैद्धांतिक तर्कशास्त्र पर विस्तार से चर्चा की गई है। निम्नलिखित पंक्तियाँ इसकी भौतिक और / या कार्यात्मक विशिष्टताओं के मूल में तल्लीन होंगी, जिसके साथ एल्गोरिथ्म या मानक ऑपरेशन जिसे उपयोगकर्ता ने व्यवस्थित किया है (और वह सरल समीकरणों से लेकर अमूर्तता के कानून के बहुत दिल तक हो सकता है गणित)।

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ट्यूरिंग मशीन का विवरण

वर्णित तार्किक/गणितीय आधार के साथ, ट्यूरिंग मशीन को की एक श्रृंखला की आवश्यकता होती है भौतिक तत्व, जिनके साथ दर्ज किए गए आदेशों को निष्पादित करने का कार्य है पूर्वकाल। उनकी व्यवस्था विविध हो सकती है, क्योंकि इस प्रणाली के लगभग अनंत डिजाइन होंगे, लेकिन निम्नलिखित आवश्यक हैं: कागज का एक टेप या सामग्री इसी तरह, एक गतिमान सिर जिसका अंत निशान (प्रतीक या संख्या) बनाने में सक्षम है और एक केंद्रीय प्रोसेसर जिसमें आवश्यक एल्गोरिदम को एन्कोड करने के लिए या जो सुविधा प्रदान करता है विश्लेषण।

टेप उन सभी का सबसे आवश्यक तत्व है। यह एक अनुदैर्ध्य पट्टी से ज्यादा कुछ नहीं है, जो समान आकार (या वर्गों) के वर्गों के उत्तराधिकार में विभाजित है, और जिसकी लंबाई काफी हद तक निर्भर करेगी उपयोगकर्ता द्वारा पूछे गए प्रश्न को हल करने के लिए किए जाने वाले "प्रयास" का (जो अनुमान के अनुसार छोटा या लंबा हो सकता है) से मिलता जुलता)। प्रत्येक में अलग-अलग प्रतीकों (जैसे बाइनरी कोड में 0-1) को आकर्षित करने के लिए बक्से सिर के लिए आरक्षित हैं, और गणना उत्पाद का गठन करें जिसे इसके रुकने के बाद जांचना होगा। कंप्यूटर के संदर्भ में, ये टेप एक आधुनिक कंप्यूटर की मेमोरी हो सकते हैं। पहली कोशिकाओं में आमतौर पर एक सामग्री पहले से ही स्थापित (इनपुट) होती है, जिससे बाकी खाली हो जाती है और गणना प्रक्रिया के बाद उपयोग के लिए तैयार हो जाती है।

इसी तरह, ट्यूरिंग मशीन इसमें एक सिर, एक यांत्रिक (मोबाइल) परिशिष्ट होता है जो उस क्रम के बाद बाईं या दाईं ओर चलता है जो सिस्टम के पास है. इसके अंत में टेप पर एक निशान को उकेरने में सक्षम एक बढ़ाव है, जो आंदोलन को निर्धारित करने वाले कोड के अनुसार संबंधित संख्याओं या आंकड़ों को अपना आकार देता है। मूल मॉडल में एक प्राथमिक प्रौद्योगिकी प्रमुख था, लेकिन रोबोटिक्स में प्रगति ने नए, अधिक उन्नत और सटीक डिजाइनों के उद्भव की अनुमति दी है। सिर कोशिकाओं की सामग्री को "पढ़ता है" और निर्देश को निष्पादित करना जारी रखने के लिए एक बॉक्स को दोनों तरफ (इसकी विशिष्ट स्थिति के आधार पर) ले जाता है।

तीसरा, वहाँ है निर्देशों वाले कोड और एल्गोरिदम को संग्रहीत करने के उद्देश्य से एक केंद्रीय प्रोसेसर तंत्र की गतिविधि के लिए, निम्नलिखित गणितीय और तार्किक शब्दों में व्यक्त किया गया। इस भाषा में एक सार्वभौमिक बारीकियां हैं, हालांकि यह उपयोगकर्ता द्वारा तैयार किए गए परिचालन अभिव्यक्तियों को पेश करने के लिए एक निश्चित डिग्री की पैंतरेबाज़ी की अनुमति देता है (बशर्ते कि अर्थ को चालू कर दिया गया हो)। इस तरह, इसका शीर्ष प्रोसेसर में संग्रहीत निर्देशों के निष्पादन की सुविधा प्रदान करेगा, जो कि आज के प्रोग्राम या एप्लिकेशन (ऐप) के रूप में जाना जाता है। यह प्रणाली किसी भी संभावित गणना को पुन: उत्पन्न करने की अनुमति देगी और किसी भी मौजूदा कंप्यूटर के पूर्ववर्ती के रूप में उभरेगी।

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इस उपकरण का संचालन

एक ट्यूरिंग मशीन को प्रतीकों या संख्याओं के एक विशिष्ट नमूने को उकेरने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसके संभावित ब्रह्मांड को अक्सर "वर्णमाला" कहा जाता है। जब यह बाइनरी कोड के साथ काम करता है, तो इसकी कुल वर्णमाला दो (0 या 1) होती है, लेकिन यह उतना ही चौड़ा हो सकता है जितना कि फ़ंक्शन के प्रदर्शन के लिए उपयुक्त समझा जाए। सिर केवल टेप की कोशिकाओं में पुनरुत्पादन करने में सक्षम होगा जो पहले इस तरह से संकेत दिया गया है प्रणाली, इसलिए एक गणना (संख्या "pi", उदाहरण के लिए) के लिए संख्याओं के पूर्ण स्पेक्ट्रम की आवश्यकता होगी (0 से. तक) 9).

इसके अतिरिक्त, जिसे व्यवहार में के रूप में जाना जाता है राज्य (क्यू), जो कोड के विवरण के दौरान उपयोगकर्ता द्वारा प्रोग्राम किए जाते हैं (और उन्हें q1, q2, q3, q4… qn के रूप में लेबल किया गया है)। कुल सीमा अमूर्त गणितीय परिकल्पनाओं पर निर्भर करती है, और कोड के तार्किक सूत्र की सशर्त बारीकियों की समीक्षा करती है, ताकि सिर इसी दिशा में चलता है और उचित कार्रवाई करता है ("यदि आप स्थिति q2 में हैं, तो" 0 "लिखें और हिलें नहीं", उदा.)

अंत में, एक "संक्रमण" फ़ंक्शन (डेल्टा) होगा, जिसमें प्रसंस्करण के कुल अनुक्रम (चरण दर चरण) को संक्षेप में प्रस्तुत किया जाता है। गणितीय, और जो पूर्ण निर्देश को व्यक्त करता है: सेल रीडिंग, नया प्रतीक लेखन, राज्य परिवर्तन (या नहीं) और आंदोलन movement सिर; एक आवर्ती चक्र में जो प्रारंभिक प्रश्न का उत्तर खोजने पर रुक जाता है, या उस समय भी जब कि उपयोगकर्ता ने इसे अपने कोड के भीतर देखा है (अक्सर एक विस्मयादिबोधक द्वारा, जिसे "स्टॉप" के रूप में पढ़ा जाता है)। जैसे ही मशीन चलना बंद कर देती है, टेप को पुनः प्राप्त कर लिया जाता है और इसके द्वारा प्रदान की गई प्रतिक्रिया का विस्तार से विश्लेषण किया जाता है।

जैसा कि देखा जा सकता है, ट्यूरिंग मशीन और आज हम जिन कंप्यूटरों का उपयोग करते हैं, उनमें स्पष्ट समानता है. उनका योगदान बाद के सभी कंप्यूटर डिजाइन में तक तेजी से आगे बढ़ने में महत्वपूर्ण रहा है इंगित करता है कि इसकी आत्मा एक ऐसी तकनीक के केंद्र में है जो हमें रहने की अनुमति देती है आपस में जुड़ा हुआ।

ग्रंथ सूची संदर्भ:

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