Mesin Turing: apa itu dan bagaimana cara kerjanya

Kita tidak dapat membayangkan momen bersejarah di mana kita hidup tanpa memperhatikan pentingnya komputasi. Hanya dalam beberapa tahun telah berubah dari digunakan di area tertentu menjadi entitas yang ada di mana-mana, dan tidak hanya di only komputer, tetapi juga ponsel dan hampir semua teknologi yang umum digunakan (seperti yang disebut "dapat dipakai").

Faktanya, komputer atau ponsel yang Anda gunakan untuk membaca artikel ini memiliki teknologi yang membuatnya beberapa dekade itu akan membutuhkan ruang besar untuk berfungsi (atau akan benar-benar tidak layak). Dan hari ini kita bergerak menuju miniaturisasi komponen komputer yang luar biasa, yang akan memperluas penggunaannya dan memfasilitasi perluasannya ke semua bidang kehidupan.

Kemajuan teknologi yang menguasai kita tak terbendung, sampai-sampai tanpanya kita tidak bisa lagi hidup secara optimal. Spesies kita bergantung pada komputasi, karena masyarakat saat ini memiliki kompleksitas yang sedemikian rupa sehingga berfungsi Faktor kognitif telanjang tidak lagi memungkinkan untuk dikelola dengan sukses, membutuhkan bantuan eksternal untuk mengimbangi kita kekurangan.

Dalam teks ini kita akan melihat apa konsep mesin Turing, dibuat pada pertengahan abad ke-30. Kontribusinya terhadap komputasi seperti yang dikenal saat ini terbukti, mengingat model di mana logika dan arsitektur komputer saat ini didirikan. Ini adalah: ibu dari teknologi yang tidak hanya mengubah dunia, tetapi juga cakrawala umat manusia.

• Artikel terkait: "Teori fungsionalis John Dewey"

Apa itu mesin Turing?

Mesin Turing adalah perangkat yang dibuat pada tahun 1936, yang mewakili model komputasi ideal yang mampu menyimpan / memproses informasi yang hampir tak terbatas. Sistem adalah abstraksi matematis yang dibangun dengan cara yang sangat sederhana, tetapi memfasilitasi verifikasi empiris dari berbagai pertanyaan tentang komputabilitas dan / atau teori kompleksitas. Idenya menandai tonggak besar dalam sejarah komputasi, sampai-sampai dianggap sebagai asal komputer saat ini (dan teknologi terkait, seperti tablet atau telepon seluler).

Arsiteknya adalah Alan M. Turing, ahli logika dan matematika Inggris bahwa dia mencoba sepanjang hidupnya konsepsi model teoretis yang dapat digunakan untuk menjawab hal-hal yang tidak diketahui dari disiplinnya, secara otomatis dan dapat diakses oleh semua orang.

Jenius Inggris ini, yang sejarah pentingnya tidak dapat dipertanyakan, juga berkontribusi (bersama dengan beberapa ilmuwan Polandia) untuk mengungkap kode kriptografi yang digunakan militer Nazi untuk berkomunikasi secara diam-diam satu sama lain selama perang dunia kedua yang menyedihkan (melalui apa yang kemudian dikenal sebagai mesin teka-teki). Untuk ini ia merancang perangkat pemutus elektromagnetik (bom), yang penggunaannya mempersingkat durasi konflik dan menyelamatkan kehidupan manusia yang tak terhitung jumlahnya, dengan membiarkan rencana rezim terurai selama ini pertempuran.

Mesin Turing adalah pelopor sejarah "komputer program tersimpan" modern, yang memungkinkan penyimpanan data dan algoritme yang menjadi dasar pembuatannya. Keuntungannya, dan salah satu faktor yang membangkitkan daya tarik di kalangan ahli teori komputer, adalah kesederhanaannya dan kemungkinan konfigurasi teknisnya yang luar biasa; dan itu memungkinkan eksperimen melalui bagaimana elemen fisiknya diatur dan "pertanyaan" diajukan dengan bahwa penggunaannya diprogram (melalui algoritma, yang diterjemahkan ke dalam "berturut-turut" kode yang terinspirasi oleh bahasa logis). Kapasitas serbaguna ini disebabkan oleh sifat data yang beroperasi, tunduk pada tingkat abstraksi yang sangat besar.

Dengan cara ini, mesin Turing Ini dapat diprogram untuk mengeksekusi instruksi spesifik yang menjawab pertanyaan yang kurang lebih kompleks.. Semua ini menyiratkan bahwa bahasa khususnya harus diketahui, untuk menyesuaikan algoritme dengannya untuk operasinya, menyadari bahwa itu tidak ada kode universal untuk memperjelas totalitas matematika yang tidak diketahui yang tertidur di alam itu sendiri (seperti yang ditunjukkan oleh hukum Gereja-Turing). Oleh karena itu, sistem membutuhkan pikiran manusia di belakangnya, mengajukan pertanyaan pada dirinya sendiri untuk dirumuskan dan mengetahui bagaimana "pergi" ke perangkat untuk menyelesaikannya.

Bahan baku mesin Turing adalah angka yang dapat dihitung, yaitu, yang dapat dihitung secara objektif dengan menggunakan rumus matematika, dan dalam ambang batas waktu yang wajar. Dalam konteks ini, penting untuk menyesuaikan dengan dua "masalah" spesifik: keputusan (setiap jawaban didahului oleh serangkaian elemen perhitungan sebelumnya yang dapat dijawab secara dikotomis seperti ya / tidak) dan stop (mengakui jika jawaban akhir benar-benar mungkin, atau jika sistem akan "dikutuk" untuk memproses pesanan dalam satu siklus tak terbatas / tak terpecahkan). Artinya, ada algoritme khusus untuk apa yang ingin diketahuinya dan bahwa teknologinya dapat meresponsnya dengan presisi yang diperlukan untuk "berhenti" dan menawarkan solusi.

Sampai saat ini logika teoritis dari mesin Turing telah dibahas secara rinci. Baris berikut akan menyelidiki inti dari kekhasan fisik dan / atau fungsionalnya, yang dengannya algoritma atau standar standard operasi yang telah diatur pengguna (dan itu dapat berkisar dari persamaan sederhana hingga inti dari hukum abstraksi matematika).

• Anda mungkin tertarik: "Eksperimen Kamar Cina: Komputer dengan Pikiran?"

Deskripsi mesin Turing

Seiring dengan landasan logika/matematis yang telah dijelaskan, mesin Turing membutuhkan serangkaian: elemen fisik, yang memiliki fungsi menjalankan perintah yang dimasukkan dengan kejuaraan. Susunannya bisa beragam, karena akan ada desain yang hampir tak terbatas dari sistem ini, tetapi yang berikut ini diperlukan: pita kertas atau bahan sama, kepala bergerak yang ujungnya mampu membuat jejak (simbol atau angka) dan prosesor pusat untuk mengkodekan algoritma yang diperlukan atau yang memfasilitasi analisis.

Rekaman itu adalah elemen yang paling penting dari semuanya. Ini tidak lebih dari strip memanjang, yang dibagi menjadi serangkaian kotak dengan ukuran yang sama (atau kotak), dan yang panjangnya akan sangat bergantung dari "usaha" yang harus dilakukan untuk memecahkan pertanyaan yang diajukan oleh pengguna (yang dapat sesingkat atau selama perkiraan relevan). Kotak dicadangkan untuk kepala untuk menggambar simbol yang berbeda (seperti 0-1 dalam kode biner) di masing-masingnya, dan merupakan hasil perhitungan yang harus diperiksa setelah dihentikan. Dalam istilah komputer, kaset ini bisa menjadi memori komputer modern. Sel pertama biasanya memiliki konten yang sudah dibuat (input), membiarkan sisanya kosong dan siap digunakan setelah proses komputasi.

Demikian juga, mesin Turing Ini terdiri dari kepala, lampiran mekanis (seluler) yang bergerak ke kiri atau kanan mengikuti urutan yang dimiliki sistem untuk itu. Pada ujungnya memiliki pemanjangan yang mampu mengukir jejak pada pita, memberikan bentuknya ke angka atau angka yang sesuai sesuai dengan kode yang menentukan gerakan. Model aslinya memiliki kepala teknologi yang belum sempurna, tetapi kemajuan dalam robotika telah memungkinkan munculnya desain baru yang lebih maju dan presisi. Kepala "membaca" isi sel dan memindahkan satu kotak ke kedua sisi (tergantung pada keadaan spesifiknya) untuk melanjutkan mengeksekusi instruksi.

Ketiga, ada prosesor pusat untuk tujuan menyimpan kode dan algoritma yang berisi instruksi containing untuk aktivitas peralatan, dinyatakan berikut istilah matematis dan logis. Bahasa ini memiliki nuansa universal, meskipun memungkinkan tingkat manuver tertentu untuk memperkenalkan ekspresi operasional yang dirumuskan oleh pengguna (asalkan maknanya telah dibuat operasional). Dengan cara ini, kepalanya akan memfasilitasi eksekusi instruksi yang disimpan dalam prosesor, yang akan setara dengan apa yang sekarang dikenal sebagai program atau aplikasi (aplikasi). Sistem ini akan memungkinkan untuk mereproduksi setiap perhitungan yang mungkin dan akan naik sebagai pendahulu dari salah satu komputer saat ini.

• Anda mungkin tertarik: "Teori pikiran komputasional: terdiri dari apa?"

Pengoperasian perangkat ini

Mesin Turing dirancang untuk mengukir sampel simbol atau angka tertentu, alam semesta yang mungkin sering disebut "alfabet". Ketika bekerja dengan kode biner, total alfabetnya adalah dua (0 atau 1), tetapi dapat selebar yang dianggap sesuai untuk fungsi yang akan dilakukan. Kepala hanya akan dapat mereproduksi dalam sel-sel pita apa yang telah ditunjukkan sebelumnya seperti itu sistem, jadi perhitungan (angka "pi", misalnya) akan membutuhkan spektrum angka penuh (dari 0 hingga 9).

Selain itu, apa yang dikenal dalam praktik sebagai status (Q), yang juga diprogram oleh pengguna selama deskripsi kode (dan mereka diberi label sebagai q1, q2, q3, q4… qn). Rentang total tergantung pada hipotesis matematika abstrak, dan meninjau nuansa kondisional dari rumus logis kode, agar kepala bergerak ke arah yang sesuai dan mengambil tindakan yang sesuai ("jika Anda berada di posisi q2, tulis" 0 "dan jangan bergerak", misalnya.).

Akhirnya, akan ada fungsi "transisi" (delta), di mana urutan total (langkah demi langkah) dari pemrosesan diringkas. matematika, dan yang mengungkapkan instruksi lengkap: pembacaan sel, penulisan simbol baru, perubahan keadaan (atau tidak) dan pergerakan kepala; dalam siklus berulang yang berhenti ketika menemukan jawaban atas pertanyaan awal, atau juga pada saat bahwa pengguna telah memperkirakannya dalam kode mereka (seringkali dengan tanda seru, yang dibaca sebagai "berhenti"). Segera setelah mesin berhenti bergerak, pita itu diambil dan respons yang diberikannya dianalisis secara rinci.

Seperti yang terlihat, ada kesamaan yang jelas antara mesin Turing dan komputer yang kita gunakan saat ini. Kontribusinya telah menjadi kunci untuk maju secara eksponensial dalam semua desain komputer berikutnya, hingga menunjukkan bahwa semangatnya berada di jantung teknologi yang memungkinkan kita untuk tetap tinggal saling berhubungan.

Referensi bibliografi:

• Khan, S dan Khiyal, M. (2006). Model Turing untuk Komputasi Terdistribusi. Jurnal Teknologi Informasi. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. dan Gao, G. (2017). Mesin Turing Paralel, Proposal. Jurnal Ilmu dan Teknologi Komputer, 32, 269-285.