튜링 기계: 그것이 무엇이며 어떻게 작동합니까?

우리는 컴퓨팅의 중요성에 관심을 기울이지 않고는 우리가 살고 있는 역사적 순간을 생각할 수 없습니다. 불과 몇 년 사이에 특정 영역에서 사용되는 것에서 어디에서나 볼 수 있는 존재로 바뀌었습니다. 컴퓨터뿐만 아니라 휴대전화와 거의 모든 일반적으로 사용되는 기술(소위 "웨어러블").

실제로 이 기사를 읽는 데 사용하는 컴퓨터나 모바일에는 다음과 같은 기술이 있습니다. 수십 년 동안 작동하려면 거대한 공간이 필요했을 것입니다(또는 완전히 불가능). 그리고 오늘날 우리는 사용을 확대하고 삶의 모든 영역으로 확장을 촉진할 컴퓨터 구성 요소의 놀라운 소형화를 향해 나아가고 있습니다.

기술 없이는 더 이상 최적의 상태로 살 수 없을 정도로 기술의 발전은 막을 수 없습니다. 우리 종은 컴퓨팅에 의존합니다. 왜냐하면 오늘날의 사회는 적나라한 인지 요인은 더 이상 성공적으로 관리하는 것을 허용하지 않으며, 이를 보상하기 위해 외부의 도움이 필요합니다. 단점.

이 텍스트에서 우리는 볼 것입니다 튜링 기계의 개념은 무엇입니까, 30 세기 중반에 만들어졌습니다. 오늘날 알려진 컴퓨팅에 대한 그의 공헌은 현재 컴퓨터의 논리와 아키텍처가 기반이 되는 모델을 고려하면 분명합니다. 이것이 바로 세상을 변화시켰을 뿐만 아니라 인류의 지평을 바꾼 기술의 어머니입니다.

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튜링 머신이란?

튜링 기계는 1936년에 만들어진 장치로 거의 무한한 정보를 저장/처리할 수 있는 이상적인 컴퓨팅 모델. 시스템은 매우 단순한 방식으로 구성된 수학적 추상화이지만, 계산 가능성 및/또는 복잡성 이론에 대한 광범위한 질문에 대한 경험론적 검증. 그의 아이디어는 컴퓨팅 역사에 큰 이정표를 남겼습니다. 오늘날 컴퓨터(태블릿이나 전화기와 같은 관련 기술의 기원) 변하기 쉬운).

건축가는 Alan M. 튜링, 영국의 논리학자이자 수학자 그는 평생 동안 모든 사람이 자동으로 접근할 수 있는 자신의 학문 분야의 미지의 것에 답하기 위한 이론적 모델의 개념을 시도했습니다.

역사적 중요성에 의문을 제기할 수 없는 이 영국 천재는 또한 (여러 폴란드 과학자와 함께) 암호를 푸는 데 기여했습니다. 나치 군대가 슬픈 2차 세계 대전 중에 비밀리에 서로 통신하는 데 사용했던 암호( 수수께끼 기계). 이를 위해 그는 전자기 차단 장치(폭탄)를 고안했는데, 이 장치를 사용하면 충돌 기간이 단축되고 그 동안 정권의 계획이 무산되도록 내버려 두어 수많은 인명을 살렸다. 반항.

튜링 머신은 현대 "저장 프로그램 컴퓨터"의 역사적 선구자, 데이터와 데이터가 구축된 알고리즘을 모두 저장할 수 있습니다. 그것의 장점이자 컴퓨터 이론가들 사이에서 매료되는 요인 중 하나는 단순성과 엄청난 기술적 구성 가능성입니다. 그리고 물리적 요소들이 어떻게 배열되어 있는지를 통해 실험을 가능하게 하고 "질문"을 던진다. 그 사용이 프로그래밍되어 있음(알고리즘을 통해 언어에서 영감을 받은 코드의 "계속"으로 번역됨) 논리적). 이 다재다능한 용량은 데이터가 작동하는 데이터의 특성상 엄청난 수준의 추상화에 따라 달라질 수 있습니다.

이와 같이 튜링 기계는 다소 복잡한 질문에 답하는 특정 명령을 실행하도록 프로그래밍할 수 있습니다.. 이 모든 것은 알고리즘을 작업에 맞게 조정하기 위해 특정 언어를 알고 있어야 한다는 것을 의미합니다. 자연 자체에서 잠들어 있는 수학적 미지의 총체를 명확히 하는 보편적인 코드가 있습니다. 처치-튜링). 따라서 시스템은 그 이면에 인간의 마음이 필요하며, 스스로에게 공식화할 질문을 하고 그것을 해결하기 위해 장치에 "가는" 방법을 알아야 합니다.

튜링 기계의 원료는 계산 가능한 숫자입니다., 즉, 수학 공식을 통해 객관적으로 계산할 수 있고 합리적인 시간의 임계값 내에서 계산할 수 있는 것입니다. 이러한 맥락에서 두 가지 특정 "문제"에 적응하는 것이 필수적입니다. 예/아니오로 이분법적으로) 및 중지(최종 답변이 실제로 가능한지 또는 시스템이 주기의 주문을 처리하기 위해 "규탄"되는지 인식합니다. 무한 / 해결할 수 없음). 즉, 알고자 하는 것에 대한 특정 알고리즘이 있고 해당 기술이 "중지"하고 솔루션을 제공하는 데 필요한 정밀도로 이에 응답할 수 있습니다.

지금까지 튜링 기계의 이론적 논리에 대해 자세히 논의했습니다. 다음 라인은 알고리즘 또는 표준이 사용하는 물리적 및/또는 기능적 특성의 핵심을 탐구합니다. 사용자가 배열한 작업(간단한 방정식에서 추상화 법칙의 핵심에 이르기까지 다양할 수 있음) 수학).

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튜링 기계에 대한 설명

설명된 논리적/수학적 기초와 함께 튜링 기계는 일련의 와 함께 입력된 명령을 실행하는 기능을 가진 물리적 요소 전임. 이 시스템의 디자인은 거의 무한하기 때문에 배열은 다양할 수 있지만 다음이 반드시 필요합니다. 종이 테이프 또는 재료 유사하게, 끝이 트레이스(기호 또는 숫자)를 만들 수 있는 움직이는 헤드와 필요하거나 용이하게 하는 알고리즘을 인코딩하는 중앙 프로세서 분석.

테이프는 그 중 가장 필수적인 요소입니다. 동일한 크기의 정사각형(또는 정사각형)의 연속으로 분할되고 길이가 크게 좌우되는 세로 스트립에 불과합니다. 사용자가 제기한 질문을 해결하기 위해 수행해야 하는 "노력"(예상만큼 짧거나 길 수 있음) 관련된). 상자는 머리가 각 기호에 다른 기호(예: 이진 코드의 0-1)를 그릴 수 있도록 예약되어 있습니다., 정지 후 확인해야 하는 계산 산출물을 구성합니다. 컴퓨터 용어로 이 테이프는 현대 컴퓨터의 메모리일 수 있습니다. 첫 번째 셀에는 일반적으로 이미 설정(입력)된 내용이 있고 나머지는 비어 있고 계산 프로세스 후에 사용할 준비가 되어 있습니다.

마찬가지로 튜링 기계는 머리, 시스템의 명령에 따라 왼쪽이나 오른쪽으로 움직이는 기계적 부속물(모바일)로 구성됩니다.. 끝 부분에는 테이프에 흔적을 새길 수 있는 길이가 있어 움직임을 결정하는 코드에 따라 해당 숫자나 숫자에 모양을 부여합니다. 원래 모델에는 기본적인 기술 머리가 있었지만 로봇 공학의 발전으로 새롭고 더 발전된 정밀한 디자인이 등장했습니다. 헤드는 셀의 내용을 "읽고"(특정 상태에 따라) 단일 상자를 양쪽으로 이동하여 명령 실행을 계속합니다.

셋째, 있다 명령을 포함하는 코드 및 알고리즘을 저장하기 위한 중앙 프로세서 장치의 활동에 대해 다음과 같은 수학적 및 논리적 용어로 표현됩니다. 이 언어는 사용자가 공식화한 조작 표현을 도입하기 위해 어느 정도의 조작을 허용하지만 보편적인 뉘앙스를 가지고 있습니다(의미가 작동 가능하게 된 경우). 이러한 방식으로 해당 헤드는 프로세서에 저장된 명령의 실행을 용이하게 하며, 이는 오늘날 프로그램 또는 응용 프로그램(앱)으로 알려진 것과 동일합니다. 이 시스템은 가능한 모든 계산을 재현할 수 있게 하고 현재 컴퓨터의 전신으로 떠오를 것입니다.

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이 장치의 작동

튜링 기계는 기호 또는 숫자의 특정 샘플을 새기도록 설계되었으며, 그 가능한 우주는 종종 "알파벳"이라고 합니다. 이진 코드로 작동할 때 총 알파벳은 2(0 또는 1)이지만 수행할 기능에 적합하다고 간주되는 만큼 넓을 수 있습니다. 머리는 테이프의 세포에서 이전에 그러한 테이프에 표시된 것만 복제할 수 있습니다. 시스템이므로 계산(예: 숫자 "pi")에는 전체 범위의 숫자(0에서 9).

이 외에도 실제로 알려진 것은 코드 설명 중에 사용자가 프로그래밍한 상태(Q) (그리고 그것들은 q1, q2, q3, q4… qn으로 표시됩니다). 전체 범위는 추상적인 수학적 가설에 따라 달라지며 코드의 논리 공식의 조건부 뉘앙스를 검토하여 다음을 수행합니다. 헤드가 해당 방향으로 이동하여 해당 동작을 수행합니다. 예).

마지막으로 처리의 전체 순서(단계별)가 요약되는 "전환" 기능(델타)이 있습니다. 수학적이며 완전한 명령을 표현합니다: 셀 읽기, 새 기호 쓰기, 상태 변경(또는 아님) 및 이동 머리; 초기 질문에 대한 답을 찾을 때 또는 사용자가 코드 내에서 의도했음을 나타냅니다(종종 느낌표로 "중지"로 읽음). 기계의 움직임이 멈추는 즉시 테이프를 회수하고 테이프가 제공한 응답을 자세히 분석합니다.

알 수있는 바와 같이, 튜링 기계와 오늘날 우리가 사용하는 컴퓨터 사이에는 분명한 유사점이 있습니다.. 그의 공헌은 이후의 모든 컴퓨터 설계에서 기하급수적으로 발전하는 데 핵심이 되었습니다. 그 정신이 우리를 머물게 하는 기술의 바로 그 중심에 있다는 점 상호 연결된.

참고 문헌:

• 칸, S. 및 키얄, M. (2006). 분산 컴퓨팅을 위한 튜링 모델. 정보 기술 저널. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. 그리고 가오, G. (2017). 병렬 튜링 기계, 제안. 컴퓨터 과학 및 기술 저널, 32, 269-285.