Turingo mašina: kas tai yra ir kaip ji veikia

Negalime įsivaizduoti istorinio momento, kuriame gyvename, nekreipdami dėmesio į skaičiavimo svarbą. Vos per kelerius metus jis buvo naudojamas nuo tam tikrų sričių iki visur esančios esybės, ir ne tik kompiuterius, bet ir mobiliuosius telefonus bei beveik visas dažniausiai naudojamas technologijas (pvz., vadinamąsias „nešiojami“).

Tiesą sakant, kompiuteryje ar mobiliajame telefone, kurį naudojate šiam straipsniui skaityti, yra tokia technologija, kurią jis sukuria kelis dešimtmečius tam būtų reikėję didžiulės erdvės, kad galėtų veikti (arba būtų buvę visiškai negyvybingi). Ir tai, kad šiandien mes einame link nepaprasto kompiuterių komponentų miniatiūrizavimo, kuris išplės jų naudojimą ir palengvins jų išplitimą visose gyvenimo srityse.

Pažanga, kurią mums teikia technologija, yra nesustabdomas tiek, kad be jos mes nebegalėtume gyventi optimaliai. Mūsų rūšis priklauso nuo skaičiavimo, nes šiandieninė visuomenė yra tokio sudėtingumo, kuri funkcionuoja Nuogi pažinimo veiksniai nebeleidžia to sėkmingai valdyti, reikalaujant išorinės pagalbos, kad kompensuotų mūsų trūkumai.

Šiame tekste pamatysime iš ko susideda Tiuringo mašinos koncepcija, sukurta 30-ojo amžiaus viduryje. Jo indėlis skaičiuojant, kaip yra žinoma šiandien, yra akivaizdus, ​​laikant tai modeliu, kuriuo grindžiama dabartinių kompiuterių logika ir architektūra. Tai ji: motina technologijos, kuri pakeitė ne tik pasaulį, bet ir žmonijos horizontą.

• Susijęs straipsnis: "Johno Dewey funkcionalistinė teorija"

Kas yra Tiuringo mašina?

Tiuringo mašina yra prietaisas, sukurtas 1936 m., Kuris atstovauja idealizuotas skaičiavimo modelis, galintis saugoti / apdoroti beveik begalinę informaciją. Sistema yra matematinė abstrakcija, sukonstruota nepaprastai paprastai, tačiau tai palengvina empiristinis daugelio klausimų skaičiavimo ir (arba) sudėtingumo teorijų patikrinimas. Jo sumanymai buvo didžiulis etapas skaičiavimo istorijoje, kol jis buvo laikomas šiuolaikinių kompiuterių (ir susijusių technologijų, tokių kaip planšetiniai kompiuteriai ar telefonai), kilmė mobilusis).

To architektas buvo Alanas M. Turingas, anglų logikas ir matematikas kad jis visą gyvenimą išbandė teorinio modelio koncepciją, pagal kurią būtų galima atsakyti į nežinomą savo discipliną, automatiškai ir visiems prieinamą.

Šis britų genijus, kurio istorine svarba negali būti abejojama, taip pat prisidėjo (kartu su keliais lenkų mokslininkais) išaiškinti kodus kriptografijos, kurias nacių kariuomenė slapta bendravo tarpusavyje per liūdną antrąjį pasaulinį karą (per tai, kas tapo žinoma kaip mįslės mašina). Tam jis sukūrė elektromagnetinį atjungimo įtaisą (bombe), kurio naudojimas sutrumpino konflikto trukmę ir sutaupė nesuskaičiuojama daugybė žmonių gyvybių, leidžiant režimo planus atskleisti tuo metu karo veiksmai.

Tiuringo mašina yra istorinis šiuolaikinių „saugomų programų kompiuterių“ pirmtakas, leidžiančius išsaugoti duomenis ir algoritmus, ant kurių jie yra sukurti. Jo pranašumas ir vienas iš veiksnių, kuriais jis sužavi kompiuterio teoretikus, yra paprastumas ir didžiulės techninės konfigūracijos galimybės; ir tai yra tai, kad jis leidžia eksperimentuoti, kaip išdėstomi jo fiziniai elementai ir kyla klausimas kad jo naudojimas yra užprogramuotas (naudojant algoritmus, kurie paverčiami kodų, kurie yra įkvėpti kalbos, „seka“ logiška). Šį universalų pajėgumą lemia pats duomenų, su kuriais jis veikia, pobūdis, atsižvelgiant į didžiulį abstrakcijos lygį.

Tokiu būdu Tiuringo mašina Jis gali būti užprogramuotas vykdyti konkrečias instrukcijas, atsakančias į daugiau ar mažiau sudėtingus klausimus.. Visa tai reiškia, kad tam tikra jo kalba turi būti žinoma, kad algoritmas būtų pritaikytas jam veikti, žinant, kad jis egzistuoja universalus kodas, siekiant išsiaiškinti matematinių nežinomybių, kurios snaudžia pačioje gamtoje, visumą (kaip rodo Bažnyčia-Turingas). Todėl sistema reikalauja žmogaus proto, kuris užduoda sau klausimą, kurį reikia suformuluoti, ir žino, kaip „kreiptis“ į prietaisą, kad jis būtų išspręstas.

Tiuringo mašinos žaliava yra skaičiuojami skaičiai, tai yra tuos, kuriuos galima objektyviai apskaičiuoti naudojant matematinę formulę ir neviršijant protingo laiko ribos. Šiame kontekste būtina, kad jis prisitaikytų prie dviejų specifinių „problemų“: sprendimo (prieš kiekvieną atsakymą pateikiama eilė ankstesnių skaičiavimo elementų, į kuriuos galima atsakyti dichotomiškai taip / ne) ir sustojimas (atpažink, ar galutiniai atsakymai tikrai įmanomi, ar sistema bus „pasmerkta“ tvarkyti užsakymą cikle) begalinis / neišsprendžiamas). Tai yra, kad yra konkretus algoritmas tam, ką ketinama žinoti, ir kad jo technologija gali į jį reaguoti reikalingu tikslumu, kad „sustotų“ ir pasiūlytų sprendimą.

Iki šiol išsamiai aptarta teorinė Tiuringo mašinos logika. Šiose eilutėse bus gilinamasi į jo fizinius ir (arba) funkcinius ypatumus, kuriais remiasi algoritmas ar standartas. operacija, kurią vartotojas surengė (ir kuri gali svyruoti nuo paprastų lygčių iki pačios abstrakcijos dėsnio pagrindo matematika).

• Galbūt jus domina: "Kinų kambario eksperimentas: kompiuteriai su protu?"

Tiuringo mašinos aprašymas

Kartu su aprašytu loginiu / matematiniu pagrindu Turingo mašinai reikalinga eilė fiziniai elementai, turintys funkciją vykdyti komandas, įvestas su priekinis. Jų išdėstymas gali būti įvairus, nes būtų beveik begalinis šios sistemos dizainas, tačiau būtinai reikia: popieriaus juostos ar medžiagos panašiai, judanti galva, kurios galas gali padaryti pėdsakus (simbolius ar skaičius), ir centrinis procesorius, kuriame galima užkoduoti algoritmus, kurie reikalingi arba kurie palengvina analizė.

Juosta yra pats svarbiausias jų visų elementas. Tai yra ne kas kita, kaip išilginė juostelė, padalyta į vienodo dydžio (arba kvadratų) kvadratų eilę ir kurių ilgis labai priklausys „pastangų“, kurias reikia atlikti siekiant išspręsti vartotojo pateiktą klausimą (kuris gali būti trumpas arba ilgas, Aktualus). Dėžutės yra skirtos galvai, kad kiekviena galėtų piešti skirtingus simbolius (pvz., Dvejetainiame kode 0-1)ir sudaro skaičiavimo produktą, kurį reikės patikrinti jį išjungus. Kalbant kompiuteriu, šios juostos galėtų būti šiuolaikinio kompiuterio atmintis. Pirmųjų langelių turinys paprastai jau nustatytas (įvestis), likę tušti ir paruošti naudoti po skaičiavimo proceso.

Lygiai taip pat ir Tiuringo mašina Jį sudaro galva, mechaninis (mobilus) priedėlis, kuris juda kairėn arba dešinėn pagal sistemos nurodymą. Pabaigoje jis turi pailgėjimą, galintį išraižyti juostoje pėdsakus, suteikdamas savo formą atitinkamiems skaičiams ar figūroms pagal judesį lemiantį kodą. Originalus modelis turėjo elementarią technologijos galvutę, tačiau robotikos pažanga leido atsirasti naujiems, pažangesniems ir tikslesniems dizainams. Galva „perskaito“ langelių turinį ir perkelia vieną langelį į bet kurią pusę (atsižvelgiant į konkrečią būseną), kad būtų toliau vykdoma instrukcija.

Trečia, yra centrinis procesorius, skirtas kodui ir algoritmams su instrukcijomis saugoti už aparato veiklą, išreikštą matematiniais ir loginiais terminais. Ši kalba turi visuotinį niuansą, nors leidžia tam tikru manevru įvesti vartotojo suformuluotas operacines išraiškas (su sąlyga, kad reikšmė tapo operatyvi). Tokiu būdu jos galva palengvintų procesoriuje saugomų instrukcijų vykdymą, kuris būtų tolygus šiandien vadinamoms programomis ar programomis (programomis). Ši sistema leistų atkurti bet kokį galimą skaičiavimą ir pakiltų kaip bet kurio iš dabartinių kompiuterių pirmtakas.

• Galbūt jus domina: "Kompiuterinė proto teorija: iš ko ji susideda?"

Šio prietaiso veikimas

Tiuringo mašina sukurta tam, kad būtų išgraviruotas konkretus simbolių ar skaičių pavyzdys, kurio galima visata dažnai vadinama „abėcėle“. Kai jis veikia su dvejetainiu kodu, jo bendra abėcėlė yra dvi (0 arba 1), tačiau ji gali būti tokia plati, kokia laikoma tinkama atlikti funkcijai. Galva juostos ląstelėse galės atgaminti tik tai, kas anksčiau buvo nurodyta tokioje sistemos, todėl norint apskaičiuoti (pavyzdžiui, skaičių „pi“) reikės viso skaičių spektro (nuo 0 iki 9).

Be to, kas praktikoje yra žinoma kaip būsenos (Q), kurias vartotojas taip pat užprogramuoja aprašydamas kodą (ir jie žymimi kaip q1, q2, q3, q4... qn). Bendras diapazonas priklauso nuo abstrakčių matematinių hipotezių ir apžvelgia sąlyginius kodo loginės formulės niuansus, kad galva juda atitinkama kryptimi ir atlieka atitinkamą veiksmą ("jei esate q2 padėtyje, parašykite" 0 "ir nejudėkite", pvz.).

Galiausiai būtų „perėjimo“ funkcija (delta), kurioje apibendrinta visa apdorojimo seka (žingsnis po žingsnio). matematinis ir kuris išreiškia išsamią instrukciją: ląstelių skaitymas, naujų simbolių rašymas, būsenos pokyčiai (ar ne) ir judėjimas galva; pasikartojančiame cikle, kuris sustoja radus atsakymą į pradinį klausimą arba taip pat šiuo metu kad vartotojas numatė tai savo kode (dažnai sušukdamas, kuris skaitomas kaip „stop“). Kai tik mašina nustoja judėti, juosta paimama ir jos atsakymas išsamiai analizuojamas.

Kaip matyti, yra akivaizdus panašumas tarp Tiuringo mašinos ir šiandien naudojamų kompiuterių. Jo indėlis buvo esminis žingsnis į priekį eksponentiškai plėtojant visą vėlesnį kompiuterių projektavimą, iki pabrėžti, kad jos dvasia glūdi pačioje technologijos, leidžiančios mums išlikti, centre tarpusavyje susiję.

Bibliografinės nuorodos:

• Chanas, S. ir Khiyal, M. (2006). Tiuringo paskirstytojo skaičiavimo modelis. Informacinių technologijų žurnalas. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. ir Gao, G. (2017). Paraleli Turingo mašina, pasiūlymas. Kompiuterijos mokslo ir technologijos leidinys, 32, 269-285.