Turingov stroj: što je i kako djeluje

Ne možemo shvatiti povijesni trenutak u kojem živimo, a da ne obratimo pažnju na važnost računanja. U samo nekoliko godina od upotrebe u određenim područjima postao je sveprisutan entitet, i to ne samo u Europi računala, ali i mobitela te gotovo sve najčešće korištene tehnologije (poput tzv "nosivi uređaji").

Zapravo, računalo ili mobitel koji upotrebljavate za čitanje ovog članka ima takvu tehnologiju koju izrađuje nekoliko desetljeća trebao bi mu ogroman prostor za funkcioniranje (ili bi bio potpuno neživotno). I to je da danas idemo prema izvanrednoj minijaturizaciji računalnih komponenata, što će proširiti njihovu upotrebu i olakšati njihovo širenje na sva područja života.

Napredak kojem nas tehnologija podnosi je nezaustavljiv do te mjere da bez nje više ne bismo mogli živjeti optimalno. Naša vrsta ovisi o računarstvu, jer je današnje društvo takve složenosti koja funkcionira Goli kognitivni čimbenici više ne dopuštaju uspješno upravljanje njime, zahtijevajući vanjsku pomoć kako bi nadoknadila našu nedostaci.

U ovom tekstu ćemo vidjeti u čemu se sastoji koncept Turingova stroja, stvorena sredinom 30. stoljeća. Njegov doprinos računalstvu kakav je danas poznat očit je, smatrajući ga modelom na kojem se temelji logika i arhitektura sadašnjih računala. To je to: majka tehnologije koja nije samo promijenila svijet, već i horizont čovječanstva.

• Povezani članak: "Funkcionalistička teorija Johna Deweya"

Što je Turingov stroj?

Turingov stroj je uređaj stvoren 1936. godine, koji predstavlja idealizirani model računanja sposoban za pohranu / obradu gotovo beskonačnih informacija. Sustav je matematička apstrakcija koja je izgrađena na izuzetno jednostavan način, ali koja olakšava empirijska provjera širokog spektra pitanja o teorijama izračunljivosti i / ili složenosti. Njegova zamisao označila je veliku prekretnicu u povijesti računarstva, do te mjere da se smatrao podrijetlo današnjih računala (i srodnih tehnologija, poput tableta ili telefona mobilni).

Arhitekt ovoga bio je Alan M. Turing, engleski logičar i matematičar da je čitav svoj život pokušavao s koncepcijom teorijskog modela kojim će odgovoriti na nepoznanice svoje discipline, automatski i svima dostupno.

Ovaj britanski genij, čija se povijesna važnost ne može dovesti u pitanje, također je doprinio (zajedno s nekoliko poljskih znanstvenika) razotkrivanju kodova kriptografije koje je nacistička vojska koristila za tajnu međusobnu komunikaciju tijekom tužnog Drugog svjetskog rata (kroz ono što je postalo poznato kao stroj za enigmu). Za to je osmislio elektromagnetski uređaj za isključivanje (bomba), čija je upotreba skratila trajanje sukoba i spasila nebrojene ljudske živote, dopuštajući režimu da se razotkrije tijekom vremena neprijateljstva.

Turingov stroj je povijesni prethodnik modernih "pohranjenih programskih računala", koji omogućuju i spremanje podataka i algoritama na kojima su izgrađeni. Njegova prednost i jedan od čimbenika pomoću kojih generira fascinaciju među računalnim teoretičarima je jednostavnost i ogromne mogućnosti tehničke konfiguracije; a to je da omogućuje eksperimentiranje putem rasporeda njegovih fizičkih elemenata i postavljanja "pitanja" s da se njegova uporaba programira (pomoću algoritama koji se prevode u "niz" kodova nadahnutih jezikom logično). Ovaj svestrani kapacitet posljedica je same prirode podataka s kojima radi, podložnih ogromnoj razini apstrakcije.

Na taj način, Turingov stroj Može se programirati za izvršavanje određenih uputa koje odgovaraju na više ili manje složena pitanja.. Sve to podrazumijeva da njegov jezik mora biti poznat kako bi mu se prilagodio algoritam za rad, svjestan da to ne čini postoji univerzalni kôd koji pojašnjava cjelokupnost matematičkih nepoznanica koje drijemaju u samoj prirodi (na što ukazuje zakon Church-Turing). Stoga sustav zahtijeva ljudski um, koji sebi postavlja pitanje koje treba formulirati i znajući kako se „obratiti“ uređaju da ga riješi.

Sirovina Turingova stroja su izračunati brojevi, odnosno oni koji se mogu objektivno izračunati pomoću matematičke formule i unutar praga razumnog vremena. U tom je kontekstu bitno da se prilagodi dvama specifičnim "problemima": onome odluke (svakom odgovoru prethodi niz prethodnih elemenata izračuna na koje se može odgovoriti dihotomno kao da / ne) i zaustavljanje (prepoznajte jesu li konačni odgovori stvarno mogući ili će sustav biti "osuđen" za obradu naloga u ciklusu beskonačno / nerješivo). Odnosno, postoji određeni algoritam za ono što se namjerava znati i da njegova tehnologija može na njega odgovoriti potrebnom preciznošću da se „zaustavi“ i ponudi rješenje.

Do ove su točke detaljno raspravljane o teorijskoj logici Turingova stroja. Sljedeći će se redovi udubiti u srž njegovih fizičkih i / ili funkcionalnih osobenosti s kojima algoritam ili standard operacija koju je korisnik dogovorio (a koja se može kretati od jednostavnih jednadžbi do samog srca zakona apstrakcije matematika).

• Možda vas zanima: "Eksperiment kineske sobe: računala s umom?"

Opis Turingova stroja

Zajedno s opisanim logičkim / matematičkim temeljima, Turingov stroj zahtijeva niz fizički elementi koji imaju funkciju izvršavanja naredbi unesenih pomoću prvenstvo. Njihov raspored može biti raznolik, budući da bi ovaj sustav bio gotovo beskonačan, ali nužno je potrebno sljedeće: traka od papira ili materijal slično, pokretna glava čiji je kraj sposoban stvarati tragove (simbole ili brojeve) i središnji procesor u kojem se kodiraju potrebni algoritmi ili koji olakšavaju analiza.

Traka je najvažniji element od svih. To je ništa više od uzdužne trake koja je podijeljena u niz kvadrata jednake veličine (ili kvadrata) i čija će duljina uvelike ovisiti "napora" koji se mora poduzeti da bi se riješilo pitanje koje je postavio korisnik (koji može biti kratak ili dugačak relevantno). Okviri su rezervirani za glavu da u svaki nacrta različite simbole (poput 0-1 u binarnom kodu), i predstavljaju izračunski proizvod koji će se morati provjeriti nakon njegovog zaustavljanja. U računalnom smislu, ove bi vrpce mogle biti sjećanje modernog računala. Prve ćelije obično imaju već uspostavljeni sadržaj (ulaz), a ostatak ostaje prazan i spreman za upotrebu nakon postupka izračuna.

Isto tako, Turingov stroj Sastoji se od glave, mehaničkog (pokretnog) dodatka koji se kreće lijevo ili desno slijedeći redoslijed koji sustav za nju ima. Na svom kraju ima produljenje sposobno za urezivanje traga na vrpci, dajući svoj oblik odgovarajućim brojevima ili brojkama prema kodu koji određuje kretanje. Izvorni model imao je osnovnu tehnološku glavu, ali napredak robotike omogućio je pojavu novih, naprednijih i preciznijih dizajna. Glava "čita" sadržaj ćelija i premješta jedan okvir na bilo koju stranu (ovisno o njegovom specifičnom stanju) da bi nastavila izvršavati upute.

Treće, postoji središnji procesor u svrhu spremanja koda i algoritama koji sadrže upute za aktivnost uređaja, izraženo slijedeći matematičke i logičke pojmove. Ovaj jezik ima univerzalnu nijansu, iako omogućuje određeni stupanj manevriranja da se uvedu operativni izrazi koje je korisnik formulirao (pod uvjetom da je značenje operativno). Na taj bi način njegova glava olakšala izvršavanje uputa pohranjenih u procesoru, što bi bilo ekvivalent onome što je danas poznato kao programi ili aplikacije (aplikacija). Ovaj bi sustav omogućio reprodukciju svih mogućih izračuna i uzdigao bi se kao prethodnik bilo kojeg trenutnog računala.

• Možda vas zanima: "Računska teorija uma: od čega se on sastoji?"

Rad ovog uređaja

Turingov stroj dizajniran je za urezivanje određenog uzorka simbola ili brojeva čiji se mogući svemir često naziva "abeceda". Kad radi s binarnim kodom, ukupna je abeceda dva (0 ili 1), ali može biti onoliko široka koliko se smatra prikladnom za funkciju koja se izvodi. Glava će moći reproducirati samo u stanicama trake ono što je prethodno naznačeno u njima sustavu, pa će izračun (na primjer broj "pi") zahtijevati puni spektar brojeva (od 0 do 9).

Uz to, ono što je u praksi poznato kao stanja (Q), koja također programira korisnik tijekom opisa koda (a označeni su kao q1, q2, q3, q4... qn). Ukupni raspon ovisi o apstraktnim matematičkim hipotezama i pregledava uvjetne nijanse logičke formule koda kako bi se glava se kreće u odgovarajućem smjeru i poduzima odgovarajuću akciju ("ako ste u položaju q2, napišite" 0 "i ne mičite se", npr.).

Konačno, postojala bi "prijelazna" funkcija (delta), u kojoj se sažima ukupni slijed (korak po korak) obrade. matematički, a koji izražava cjelovitu uputu: čitanje stanica, pisanje novih simbola, promjene stanja (ili ne) i kretanje glava; u ponavljajućem ciklusu koji se zaustavlja pri pronalaženju odgovora na početno pitanje ili također u trenutku kada da ga je korisnik predvidio unutar svog koda (često uzvikom, koji se čita kao "stop"). Čim se stroj prestane kretati, traka se preuzima i detaljno se analizira odgovor koji je pružio.

Kao što se može vidjeti, postoji jasna sličnost između Turingovog stroja i računala koja danas koristimo. Njegov je doprinos bio ključan za eksponencijalni napredak u svim sljedećim računalnim dizajnom, sve do ističu da je njezin duh u samom srcu tehnologije koja nam omogućuje da ostanemo međusobno povezani.

Bibliografske reference:

• Khan, S. i Khiyal, M. (2006). Turingov model za distribuirano računanje. Časopis za informacijsku tehnologiju. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. i Gao, G. (2017). Paralelni Turingov stroj, prijedlog. Časopis za računalne znanosti i tehnologiju, 32, 269-285.