מכונת טיורינג: מה זה ואיך זה עובד

איננו יכולים להעלות על הדעת את הרגע ההיסטורי בו אנו חיים מבלי לשים לב לחשיבות המחשוב. בתוך כמה שנים זה הפך משימוש באזורים ספציפיים להיות ישות בכל מקום, ולא רק בתחום מחשבים, אך גם טלפונים ניידים וכמעט כל הטכנולוגיות הנפוצות (כגון מה שמכונה "לבישים").

למעשה, למחשב או הנייד שאתה משתמש בו כדי לקרוא מאמר זה יש טכנולוגיה כזו שהיא מייצרת כמה עשורים זה היה זקוק למרחב עצום כדי לתפקד (או שזה היה לגמרי לא קיימא). וזה שהיום אנו מתקדמים לקראת מזעור יוצא דופן של רכיבי מחשב, אשר ירחיב את השימוש בהם ויאפשר התרחבותם לכל תחומי החיים.

ההתקדמות אליה הטכנולוגיה מגישה אותנו היא בלתי ניתנת לעצירה, עד כדי כך שבלעדיה כבר לא יכולנו לחיות בצורה אופטימלית. המין שלנו תלוי במחשוב, מכיוון שהחברה של ימינו מורכבת כל כך שמתפקדת גורמים קוגניטיביים עירומים כבר לא מאפשרים את ניהולו בהצלחה, ודורשים עזרה חיצונית כדי לפצות על שלנו חסרונות.

בטקסט זה נראה ממה מורכב הרעיון של מכונת טיורינג, נוצר באמצע המאה ה -30. תרומתו למחשוב כפי שהיא ידועה כיום ניכרת, בהתחשב בכך למודל שעליו מושתתת ההיגיון והארכיטקטורה של המחשבים הנוכחיים. זהו זה: אם לטכנולוגיה שלא רק שינתה את העולם, אלא גם את אופק האנושות.

• מאמר קשור: "התיאוריה הפונקציונליסטית של ג'ון דיואי"

מהי מכונת טיורינג?

מכונת טיורינג היא מכשיר שנוצר בשנת 1936, המייצג מודל מחשוב אידיאלי המסוגל לאחסן / לעבד מידע אינסופי כמעט. המערכת היא הפשטה מתמטית הבנויה בצורה פשוטה במיוחד, אך מקלה על אימות אמפיריסטים של מגוון רחב של שאלות בנושא תיאוריות חישוב ו / או מורכבות. הרעיון שלו סימן ציון דרך גדול בתולדות המחשוב, עד כדי היותו נחשב ל מקור המחשבים של ימינו (וטכנולוגיות קשורות, כגון טאבלטים או טלפונים נייד).

האדריכל של זה היה אלן מ. טיורינג, לוגיקאי ומתמטיקאי אנגלי שהוא ניסה כל חייו תפיסה של מודל תיאורטי שבאמצעותו ניתן לענות לאלמוני המשמעת שלו, באופן אוטומטי ונגיש לכל.

גאון בריטי זה, שלא ניתן להטיל ספק בחשיבותו ההיסטורית, תרם (יחד עם כמה מדענים פולנים) לפירוק הקודים קריפטוגרפיות שהצבא הנאצי נהג לתקשר ביניהן בחשאי במהלך מלחמת העולם השנייה העצובה (דרך מה שנודע בשם מכונת אניגמה). לשם כך הוא המציא מכשיר ניתוק אלקטרומגנטי (בומבה), שהשימוש בו קיצר את משך הסכסוך והציל חיי אדם רבים מספור, בכך שהם מאפשרים לתוכניות המשטר להתפתח במהלך התקופה בה פְּעוּלוֹת אֵיבָה.

מכונת טיורינג היא המבשר ההיסטורי של "מחשבי תוכנה מאוחסנים" מודרניים, המאפשרים גם שמירת הנתונים וגם האלגוריתמים עליהם הם בנויים. יתרונו, ואחד הגורמים לפיהם הוא מייצר קסם בקרב תיאורטיקני המחשבים, הוא פשטותו ואפשרויות התצורה הטכניות העצומות שלו; והיא מאפשרת ניסויים באמצעות אופן היסוד של האלמנטים הפיזיים שלה ו"השאלה "מוצגת עם שהשימוש בו מתוכנת (באמצעות אלגוריתמים, המתורגמים ל"רצף "של קודים בהשראת השפה הגיוני). יכולת רב-תכליתית זו נובעת מעצם טיב הנתונים איתם הוא פועל, בכפוף לרמה עצומה של הפשטה.

בדרך זו, מכונת טיורינג ניתן לתכנת אותו לבצע הוראות ספציפיות העונות על שאלות מורכבות פחות או יותר.. כל זה מרמז שעל השפה המסוימת שלה להיות ידועה, בכדי להתאים את האלגוריתם אליו לפעולתו, מודעים לכך שהוא אינו יש קוד אוניברסלי לבירור מכלול האלמונים המתמטיים שנמנמים בטבע עצמו (כפי שמצוין בחוק כנסיית טיורינג). לכן המערכת דורשת שכל אנושי עומד מאחוריה, ושואל את עצמה את השאלה שתיגבש ויודע כיצד "לטפל" במכשיר כדי לפתור אותו.

חומר הגלם של מכונת טיורינג הוא מספרים ניתנים לחישובכלומר אלה שניתן לחשב אותם באופן אובייקטיבי באמצעות נוסחה מתמטית, ובסף של זמן סביר. בהקשר זה, חיוני שהוא יתאים את עצמו לשתי "בעיות" ספציפיות: זו של ההחלטה (לפני כל תשובה קודמת סדרה של רכיבי חישוב קודמים שניתן לענות עליהם בצורה דיכוטומית שכן / לא) והפסיקה (הכירו אם התשובות הסופיות באמת אפשריות, או שהמערכת "תוקעה" לעבד את הצו במחזור אינסופי / בלתי פתיר). כלומר, קיים אלגוריתם ספציפי למה שהוא נועד לדעת ושהטכנולוגיה שלו יכולה להגיב אליו בדיוק הנחוץ כדי "לעצור" ולהציע פיתרון.

עד לנקודה זו נדונו בהרחבה ההיגיון התיאורטי של מכונת טיורינג. השורות הבאות יעמיקו בליבת המוזרויות הפיזיות ו / או הפונקציונליות שלהן, איתן האלגוריתם או התקן של פעולה שהמשתמש סידר (והיא יכולה לנוע בין משוואות פשוטות לליבו של חוק ההפשטה מָתֵימָטִיקָה).

• יכול להיות שאתה מעוניין: "ניסוי החדר הסיני: מחשבים עם מוח?"

תיאור מכונת טיורינג

יחד עם הבסיס הלוגי / מתמטי שתואר, מכונת טיורינג דורשת סדרה של אלמנטים פיזיים, שיש להם את הפונקציה של ביצוע הפקודות שהוזנו איתם קדמיות. הסידור שלהם יכול להיות מגוון, מכיוון שיהיו כמעט אינסוף עיצובים של מערכת זו, אך בהכרח נדרשים הדברים הבאים: סרט נייר או חומר באופן דומה, ראש נע שקצהו מסוגל ליצור עקבות (סמלים או מספרים) ומעבד מרכזי לקידוד האלגוריתמים הנדרשים או המאפשרים אָנָלִיזָה.

הקלטת היא האלמנט החיוני מכולם. זה לא יותר מאשר רצועת אורך, המחולקת לרצף של ריבועים בגודל שווה (או ריבועים), ואורכם יהיה תלוי במידה רבה של "המאמץ" שיש לבצע על מנת לפתור את השאלה שהציב המשתמש (שיכולה להיות קצרה או ארוכה ככל שהוערך רלוונטי). התיבות שמורות לראש כדי לצייר סמלים שונים (כמו 0-1 בקוד הבינארי) בכל אחד מהם, ומהווים את מוצר החישוב שיהיה צורך לבדוק לאחר הפסקתו. במונחי מחשב, קלטות אלה יכולות להיות זיכרון של מחשב מודרני. בתאים הראשונים בדרך כלל יש תוכן שכבר הוקם (קלט), והשאיר את השאר ריק ומוכן לשימוש לאחר תהליך החישוב.

כמו כן, מכונת טיורינג הוא מורכב מראש, נספח מכני (נייד) הנע שמאלה או ימינה בעקבות הצו שיש למערכת עבורו. בקצהו יש לו התארכות המסוגלת לחרוט עקבות על הקלטת, ולתת את צורתה למספרים או לדמויות המתאימות בהתאם לקוד הקובע את התנועה. לדגם המקורי היה ראש טכנולוגי ראשוני, אך ההתקדמות ברובוטיקה אפשרה הופעה של עיצובים חדשים, מתקדמים ומדויקים יותר. הראש "קורא" את תוכן התאים ומעביר תיבה אחת לשני הצדדים (תלוי במצבה הספציפי) כדי להמשיך בביצוע ההוראה.

שלישית, יש מעבד מרכזי לצורך אחסון קוד ואלגוריתמים המכילים הוראות לפעילות המנגנון, המתבטאת בעקבות מונחים מתמטיים והגיוניים. לשפה זו יש ניואנס אוניברסלי, אם כי היא מאפשרת מידה מסוימת של תמרון להכניס ביטויים מבצעיים שגיבשו המשתמש (בתנאי שהמשמעות הופכה לפעולה). באופן זה ראשו יקל על ביצוע הוראות המאוחסנות במעבד, אשר יהיו שוות ערך למה שמכונה כיום תוכנות או יישומים (אפליקציה). מערכת זו תאפשר לשחזר כל חישוב אפשרי ותעלה כקודמת כל אחד מהמחשבים הנוכחיים.

• יכול להיות שאתה מעוניין: "תורת הנפש החישובית: ממה היא מורכבת?"

הפעלת מכשיר זה

מכונת טיורינג נועדה לחרוט מדגם מסוים של סמלים או מספרים, שהיקום האפשרי בהם מכונה לעתים קרובות "האלף-בית". כאשר הוא עובד עם קוד בינארי, סך האלפבית שלו הוא שניים (0 או 1), אך הוא יכול להיות רחב ככל שייחשב לנכון לפונקציה שתבוצע. הראש יוכל לשחזר רק בתאי הקלטת את מה שצוין בעבר בכאלה מערכת, כך שחישוב (מספר "pi", למשל) ידרוש את ספקטרום המספרים המלא (מ- 0 עד 9).

בנוסף לכך, מה שמכונה בפועל מצבים (Q), שמתוכנתים גם על ידי המשתמש במהלך תיאור הקוד (והם מתויגים כ- q1, q2, q3, q4... qn). הטווח הכולל תלוי בהשערות מתמטיות מופשטות, ובודק את הניואנסים המותנים של הנוסחה ההגיונית של הקוד, על מנת ש הראש נע בכיוון המתאים ומבצע את הפעולה הרלוונטית ("אם אתה נמצא במצב q2, כתוב" 0 "ולא זז", לְמָשָׁל.).

לבסוף, תהיה פונקציית "מעבר" (דלתא), בה מסכם את הרצף הכולל (שלב אחר שלב) של העיבוד. מתמטית, וזה מבטא את ההוראה המלאה: קריאת תאים, כתיבת סמלים חדשים, שינויים במצב (או לא) ותנועה של רֹאשׁ; במחזור חוזר שעוצר כשמוצאים את התשובה לשאלה הראשונית, או גם ברגע שבו שהמשתמש צפה זאת בקוד שלו (לעתים קרובות על ידי קריאה, הנקראת "עצור"). ברגע שהמכונה מפסיקה לזוז, קלטת נשלפת והתגובה שהיא סיפקה מנותחת בפירוט.

כפי שאפשר לראות, קיים דמיון ברור בין מכונת טיורינג למחשבים בהם אנו משתמשים כיום. תרומתו הייתה המפתח להתקדמות אקספוננציאלית בכל תכנון המחשבים שלאחר מכן, עד נקודה שרוחה שוכנת בלב ליבה של טכנולוגיה המאפשרת לנו להישאר מחוברים זה לזה.

הפניות ביבליוגרפיות:

• חאן, ש. וחיאל, מ. (2006). מודל טיורינג למחשוב מבוזר. יומן טכנולוגיות המידע. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. וגאו, ג. (2017). מכונת טיורינג מקבילה, הצעה. כתב העת למדעי המחשב וטכנולוגיה, 32, 269-285.