チューリングマシン：それは何であり、どのように機能するか

コンピューティングの重要性に注意を払わずに、私たちが生きている歴史的な瞬間を想像することはできません。 わずか数年で、特定の分野での使用から、 コンピュータだけでなく、携帯電話やほとんどすべての一般的に使用されるテクノロジー（いわゆる 「ウェアラブル」）。

実際、この記事を読むために使用するコンピューターまたはモバイルには、 数十年は機能するために巨大なスペースが必要だったでしょう（またはそれは完全にあったでしょう 実行不可能）。 そして今日、私たちはコンピューターコンポーネントの並外れた小型化に向かって進んでいます。これにより、コンピューターコンポーネントの使用が拡大し、生活のあらゆる分野への拡大が容易になります。

テクノロジーが私たちをさらしている進歩は止められず、それなしでは私たちはもはや最適に生きることができません。 今日の社会は機能するほど複雑であるため、私たちの種はコンピューティングに依存しています 裸の認知的要因はもはやそれをうまく管理することを可能にせず、私たちを補うために外部の助けを必要とします 欠点。

このテキストでは、 チューリングマシンのコンセプトは何ですか、30世紀半ばに作成されました。 現在知られているコンピューティングへの彼の貢献は、現在のコンピューターのロジックとアーキテクチャーの基礎となっているモデルを考えると明らかです。 これがそれです。世界を変えただけでなく、人類の地平線も変えたテクノロジーの母です。

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チューリングマシンとは何ですか？

チューリングマシンは1936年に作成されたデバイスであり、 事実上無限の情報を保存/処理できるコンピューティングの理想的なモデル. このシステムは、非常に単純な方法で構築された数学的抽象化ですが、それにより、 計算可能性および/または複雑性理論に関する幅広い質問の経験論者による検証。 彼のアイデアは、コンピューティングの歴史における大きなマイルストーンであり、 今日のコンピューター（およびタブレットや電話などの関連技術）の起源 モバイル）。

このアーキテクトはAlanMでした。 チューリング、英語の論理学者および数学者 彼は生涯を通じて、自分の専門分野の未知の部分に自動的かつすべての人がアクセスできる理論モデルの概念を試しました。

この英国の天才は、歴史的な重要性を疑うことはできませんが、（ポーランドの科学者数名とともに）コードの解明にも貢献しました。 ナチス軍が悲しい第二次世界大戦中に密かに互いに通信するために使用した暗号 エニグママシン）。 このために、彼は電磁遮断装置（ボンベ）を考案しました。その使用により、紛争の期間が短縮され、節約されました。 政権の計画がその時間の間に解き明かされるのを許すことによって、無数の人間の生活 敵意。

チューリングマシンは 現代の「ストアドプログラムコンピュータ」の歴史的先駆者、データとそれらが構築されているアルゴリズムの両方の保存を可能にします。 その利点、およびそれがコンピューター理論家の間で魅力を生み出す要因の1つは、その単純さとその膨大な技術的構成の可能性です。 そしてそれは、その物理的要素がどのように配置され、「質問」がどのように提起されるかを通して実験を可能にするということです。 その使用がプログラムされていること（アルゴリズムによって、言語に触発されたコードの「継承」に変換されます） 論理的）。 この用途の広い容量は、膨大なレベルの抽象化の対象となる、それが動作するデータの性質によるものです。

このように、チューリングマシン 多かれ少なかれ複雑な質問に答える特定の命令を実行するようにプログラムすることができます。. これはすべて、アルゴリズムをその操作に適合させるために、その特定の言語を知っている必要があることを意味します。 自然自体に居眠りする数学的未知数の全体を明確にするための普遍的なコードがあります（の法則によって示されるように） チャーチチューリング）。 したがって、システムには、その背後にある人間の心が必要であり、定式化する質問を自分自身に問いかけ、それを解決するためにデバイスに「対処」する方法を知っています。

チューリングマシンの原材料は計算可能数ですつまり、数式を使用して客観的に計算でき、妥当な時間のしきい値内にあるものです。 この文脈では、2つの特定の「問題」に適応することが不可欠です。決定の問題（各回答の前に、回答可能な一連の以前の計算要素があります）。 はい/いいえとして二分）と停止（最終的な答えが本当に可能かどうか、またはシステムがサイクルで注文を処理するように「非難」されるかどうかを認識します） 無限/解決不可能）。 つまり、それが知ることを意図したものに特定のアルゴリズムがあり、その技術が「停止」して解決策を提供するために必要な精度でそれに応答できるということです。

これまで、チューリングマシンの理論的論理について詳細に説明してきました。 次の行は、その物理的および/または機能的特性のコアを掘り下げます。 ユーザーが手配した操作（単純な方程式から抽象化の法則の非常に内臓までさまざまです） 数学）。

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チューリングマシンの説明

説明されている論理的/数学的基礎に加えて、チューリングマシンには一連の で入力されたコマンドを実行する機能を持つ物理要素 前方性。 このシステムにはほぼ無限の設計があるため、それらの配置は多様である可能性がありますが、必然的に次のものが必要になります：紙のテープまたは材料 同様に、その端がトレース（記号または数字）を作成できる移動ヘッドと、必要なアルゴリズムまたはを容易にするアルゴリズムをエンコードする中央処理装置 分析。

テープはそれらすべての中で最も重要な要素です。 それは、同じサイズの正方形（または複数の正方形）の連続に分割され、その長さが大きく依存する縦方向のストリップにすぎません。 ユーザーが提起した質問を解決するために実行しなければならない「努力」の 関連する）。 ボックスは、頭がそれぞれに異なる記号（バイナリコードの0-1など）を描画するために予約されています、および停止後にチェックする必要がある計算製品を構成します。 コンピュータ用語では、これらのテープは現代のコンピュータのメモリである可能性があります。 通常、最初のセルにはコンテンツがすでに確立されており（入力）、残りは空のままで、計算プロセス後に使用できるようになっています。

同様に、チューリングマシン これは、ヘッド、システムの順序に従って左または右に移動する機械的（モバイル）付録で構成されています。. その端には、テープに痕跡を刻むことができる伸びがあり、動きを決定するコードに従って、対応する数字または数字にその形状を与えます。 元のモデルには初歩的な技術の頭がありましたが、ロボット工学の進歩により、新しい、より高度で正確な設計の出現が可能になりました。 ヘッドはセルの内容を「読み取り」、1つのボックスをいずれかの側に移動して（特定の状態に応じて）、命令の実行を続行します。

第三に、 命令を含むコードとアルゴリズムを格納するための中央処理装置 数学的および論理的用語に従って表現された、装置の活動について。 この言語は普遍的なニュアンスを持っていますが、ある程度の操作でユーザーが作成した操作表現を導入することができます（意味が操作可能になっている場合）。 このように、そのヘッドは、プロセッサに格納されている命令の実行を容易にします。これは、今日プログラムまたはアプリケーション（アプリ）として知られているものと同等です。 このシステムは、可能な計算を再現することを可能にし、現在のコンピューターの前身として台頭します。

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このデバイスの操作

チューリングマシンは、記号または数字の特定のサンプルを彫刻するように設計されており、その可能性のある宇宙はしばしば「アルファベット」と呼ばれます。 バイナリコードで動作する場合、アルファベットの合計は2（0または1）ですが、実行する機能に適していると思われる幅にすることができます。 ヘッドは、テープのセルで以前にそのように示されたものを再現することしかできません。 システムであるため、計算（たとえば、数値「pi」）には、数値の全スペクトル（0から 9).

これに加えて、実際には次のように知られているもの 状態（Q）。これもコードの説明中にユーザーによってプログラムされます。 （そしてそれらはq1、q2、q3、q4…qnとしてラベル付けされています）。 全体の範囲は抽象的な数学的仮説に依存し、コードの論理式の条件付きニュアンスを確認して、 頭は対応する方向に移動し、適切なアクションを実行します（「位置q2にいる場合は、「0」と書き込んで移動しないでください」、 例えば。）。

最後に、処理の全シーケンス（ステップバイステップ）が要約される「遷移」関数（デルタ）があります。 数学的な、そしてそれは完全な命令を表現します：セルの読み取り、新しいシンボルの書き込み、状態の変化（またはそうでない）およびの動き 頭; 最初の質問に対する答えを見つけたとき、またはその瞬間に停止する繰り返しのサイクルで ユーザーがコード内でそれを予見したこと（多くの場合、「停止」と読み取られる感嘆符によって）。 マシンの移動が停止するとすぐに、テープが取得され、テープが提供する応答が詳細に分析されます。

ご覧のとおり、 チューリングマシンと現在使用しているコンピューターの間には明確な類似点があります. 彼の貢献は、その後のすべてのコンピューター設計を指数関数的に進歩させるための鍵でした。 その精神は、私たちがとどまることを可能にするテクノロジーのまさに中心にあることを指摘します 相互接続。

書誌参照：

• カーン、S。 およびKhiyal、M。 (2006). 分散コンピューティングのチューリングモデル。 情報技術ジャーナル。 5, 305-313.
• Qu、P.、Yan、J.、Zhang、Y。 とガオ、G。 (2017). パラレルチューリングマシン、提案。 Journal of Computer Science and Technology、32、269-285。