Turinga mašīna: kas tas ir un kā tas darbojas

Mēs nevaram iedomāties vēsturisko brīdi, kurā dzīvojam, nepievēršot uzmanību skaitļošanas nozīmei. Tikai dažu gadu laikā tas ir izmantots no tā, ka tas tiek izmantots īpašās jomās, un ir kļuvis par visuresošu vienību, un ne tikai datori, bet arī mobilie tālruņi un gandrīz visas parasti izmantotās tehnoloģijas (piemēram, t.s. "valkājami").

Faktiski datoram vai mobilajam tālrunim, kuru izmantojat šī raksta lasīšanai, ir tāda tehnoloģija, kādu tas padara dažu gadu desmitu laikā tā darbībai būtu bijusi nepieciešama milzīga telpa (vai arī tā būtu bijusi pilnīgi dzīvotspējīgs). Un tas ir tas, ka šodien mēs virzāmies uz ārkārtēju datorkomponentu miniaturizāciju, kas paplašinās to izmantošanu un atvieglos to paplašināšanu visās dzīves jomās.

Tehnoloģijas virzība uz priekšu ir neapturama līdz vietai, ka bez tās mēs vairs nevarētu dzīvot optimāli. Mūsu suga ir atkarīga no skaitļošanas, jo mūsdienu sabiedrība darbojas tik sarežģīti Kailie kognitīvie faktori vairs neļauj to veiksmīgi pārvaldīt, lai kompensētu mūsu, nepieciešama ārēja palīdzība trūkumi.

Šajā tekstā mēs to redzēsim kāds ir Turinga mašīnas jēdziens, kas izveidota 30. gadsimta vidū. Viņa ieguldījums skaitļošanā, kā tas ir zināms šodien, ir acīmredzams, uzskatot to par modeli, uz kura balstās pašreizējo datoru loģika un arhitektūra. Tas ir tas: māte tehnoloģijai, kas ir mainījusi ne tikai pasauli, bet arī cilvēces horizontu.

• Saistītais raksts: "Džona Djūja funkcionālistiskā teorija"

Kas ir Turinga mašīna?

Turinga mašīna ir 1936. gadā izveidota ierīce, kas attēlo idealizēts skaitļošanas modelis, kas spēj glabāt / apstrādāt praktiski bezgalīgu informāciju. Sistēma ir matemātiska abstrakcija, kas ir konstruēta ārkārtīgi vienkāršā veidā, bet kas atvieglo empiricistiska plaša spektra jautājumu par aprēķināmības un / vai sarežģītības teorijām pārbaude. Viņa ieceres bija liels pagrieziena punkts skaitļošanas vēsturē, līdz brīdim, kad viņu uzskatīja par mūsdienu datoru izcelsme (un ar to saistītās tehnoloģijas, piemēram, planšetdatori vai tālruņi) mobilais).

Tā arhitekts bija Alans M. Tjūrings, angļu loģiķis un matemātiķis ka viņš visu mūžu izmēģināja teorētiskā modeļa koncepciju, ar kuru atbildēt uz savas disciplīnas nezināmo, automātiski un visiem pieejamu.

Šis britu ģēnijs, kura vēsturisko nozīmi nevar apšaubīt, arī (kopā ar vairākiem poļu zinātniekiem) veicināja kodu atšķetināšanu kriptogrāfijas, kuras nacistu militāristi slepeni sazinājās savā starpā skumjā otrā pasaules kara laikā (izmantojot to, kas kļuva pazīstams kā mīkla mašīna). Šim nolūkam viņš izstrādāja elektromagnētisko atslēgšanas ierīci (bombe), kuras izmantošana saīsināja konflikta ilgumu un ietaupīja neskaitāmas cilvēku dzīvības, ļaujot režīma plāniem izvērsties laikā karadarbība.

Turingas mašīna ir mūsdienu "saglabāto programmu datoru" vēsturiskais priekštecis, kas ļauj gan saglabāt datus, gan algoritmus, uz kuriem tie ir veidoti. Tās priekšrocība un viens no faktoriem, ar kuru tas rada aizrautību datoru teorētiķu vidū, ir vienkāršība un milzīgās tehniskās konfigurācijas iespējas; un tas ir tas, ka tas ļauj eksperimentēt, izmantojot to, kā tiek sakārtoti tā fiziskie elementi un kā tiek uzdots "jautājums" ka tā lietošana ir ieprogrammēta (ar algoritmiem, kas tiek pārtulkoti kodu pēctecībā, kurus iedvesmo valoda loģiski). Šī daudzpusīgā kapacitāte ir saistīta ar to datu būtību, ar kuriem tā darbojas, ievērojot milzīgu abstrakcijas līmeni.

Tādā veidā Turinga mašīna To var ieprogrammēt izpildīt īpašas instrukcijas, kas atbild uz vairāk vai mazāk sarežģītiem jautājumiem.. Tas viss nozīmē, ka ir jāzina tā īpašā valoda, lai algoritmu pielāgotu tā darbībai, apzinoties, ka tas nav ir universāls kods, lai noskaidrotu to matemātisko nezināmo daļu kopumu, kuri dusē pašā dabā (kā norāda Turingas baznīca). Tāpēc sistēmai aiz tās ir vajadzīgs cilvēka prāts, uzdodot sev formulējamo jautājumu un zinot, kā ierīci “uzrunāt” tā atrisināšanai.

Turingas mašīnas izejviela ir skaitļojami skaitļi, tas ir, tos, kurus var objektīvi aprēķināt, izmantojot matemātisko formulu, un saprātīga laika robežās. Šajā kontekstā ir svarīgi, lai tas pielāgotos divām specifiskām "problēmām": lēmuma problēmai (pirms katras atbildes ir virkne iepriekšēju aprēķina elementu, uz kuriem var atbildēt divdomīgi kā jā / nē) un pietura (atzīt, vai galīgās atbildes tiešām ir iespējamas, vai arī sistēma tiks “nosodīta” kārtot pasūtījumu ciklā bezgalīgs / neatrisināms). Tas ir, ka pastāv īpašs algoritms tam, ko ir paredzēts zināt, un ka tā tehnoloģija var uz to reaģēt ar nepieciešamo precizitāti, lai "apstātos" un piedāvātu risinājumu.

Līdz šim Turingas mašīnas teorētiskā loģika ir detalizēti apspriesta. Turpmākajās rindās tiks iedziļinātas tās fiziskās un / vai funkcionālās īpatnības, ar kurām algoritms vai standarts darbība, kuru lietotājs ir noorganizējis (un kas var svārstīties no vienkāršiem vienādojumiem līdz pat abstrakcijas likuma pamatam matemātika).

• Jūs varētu interesēt: "Ķīniešu istabas eksperiments: datori ar prātu?"

Turingas mašīnas apraksts

Kopā ar aprakstīto loģisko / matemātisko pamatu Turinga mašīnai nepieciešama virkne fiziskie elementi, kuru funkcija ir izpildīt ar ievadītās komandas priekšpuse. To izvietojums var būt dažāds, jo šai sistēmai būtu gandrīz bezgalīgi daudz dizainu, taču obligāti nepieciešami: papīra lente vai materiāls līdzīgi, kustīga galva, kuras gals spēj veikt pēdas (simbolus vai ciparus), un centrālais procesors, kurā kodēt nepieciešamos algoritmus vai kas analīze.

Lente ir visu to būtiskākais elements. Tas nav nekas cits kā gareniska josla, kas ir sadalīta vienāda lieluma (vai kvadrātu) kvadrātu virknē un kuru garums lielā mērā būs atkarīgs "pūles", kas jāveic, lai atrisinātu lietotāja uzdoto jautājumu (kas var būt tik īss vai tik ilgs, cik paredzēts attiecīgs). Kastes ir rezervētas galvai, lai katrā no tām uzzīmētu dažādus simbolus (piemēram, bināro kodu 0-1)un ir aprēķina produkts, kas būs jāpārbauda pēc tā izslēgšanas. Datoru izteiksmē šīs lentes varētu būt mūsdienu datora atmiņa. Pirmajām šūnām parasti ir jau izveidots saturs (ievade), pārējās atstājot tukšas un gatavas lietošanai pēc aprēķināšanas procesa.

Tāpat arī Turingas mašīna Tas sastāv no galvas, mehāniska (mobila) papildinājuma, kas pārvietojas pa kreisi vai pa labi, ievērojot secību, kāda sistēma tam ir. Tās galā ir pagarinājums, kas spēj uz lentes iegravēt pēdas, piešķirot tās formu atbilstošajiem skaitļiem vai cipariem saskaņā ar kodu, kas nosaka kustību. Sākotnējam modelim bija elementāra tehnoloģiskā galva, taču robotikas attīstība ir ļāvusi parādīties jauniem, progresīvākiem un precīzākiem dizainiem. Galva "nolasa" šūnu saturu un pārvieto vienu lodziņu uz abām pusēm (atkarībā no tā īpašā stāvokļa), lai turpinātu izpildīt instrukciju.

Treškārt, ir centrālais procesors koda un algoritmu glabāšanai, kas satur instrukcijas aparāta darbībai, kas izteikta pēc matemātiskiem un loģiskiem terminiem. Šai valodai ir universāla nianse, lai gan tā ļauj noteiktā manevra pakāpē ieviest lietotāja formulētas operatīvās izteiksmes (ar nosacījumu, ka nozīme ir padarīta operatīva). Tādā veidā tā galva atvieglotu procesorā saglabāto instrukciju izpildi, kas būtu līdzvērtīga tai, kas mūsdienās pazīstama kā programmas vai lietojumprogrammas (lietotnes). Šī sistēma ļautu reproducēt visus iespējamos aprēķinus un pieaugtu kā jebkura no pašreizējo datoru priekšgājējs.

• Jūs varētu interesēt: "Prāta skaitļošanas teorija: no kā tā sastāv?"

Šīs ierīces darbība

Turingas mašīna ir paredzēta, lai iegravētu noteiktu simbolu vai ciparu paraugu, kura iespējamo Visumu bieži sauc par "alfabētu". Kad tas darbojas ar bināro kodu, tā kopējais alfabēts ir divi (0 vai 1), bet tas var būt tik plašs, cik tiek uzskatīts par piemērotu veicamajai funkcijai. Galva lentes šūnās varēs reproducēt tikai to, kas iepriekš bija norādīts šādā sistēmā, tāpēc aprēķinam (piemēram, skaitlim "pi") būs vajadzīgs pilns skaitļu spektrs (no 0 līdz 9).

Papildus tam, kas praksē ir pazīstams kā stāvokļi (Q), kurus lietotājs ieprogrammē arī koda apraksta laikā (un tie ir apzīmēti kā q1, q2, q3, q4... qn). Kopējais diapazons ir atkarīgs no abstraktām matemātiskām hipotēzēm un pārskata koda loģiskās formulas nosacītās nianses, lai galva kustas attiecīgajā virzienā un veic atbilstošo darbību ("ja atrodaties q2 pozīcijā, ierakstiet" 0 "un nekustaties", piemēram).

Visbeidzot, būtu "pārejas" funkcija (delta), kurā apkopota apstrādes kopējā secība (soli pa solim). matemātiskais un tas izsaka pilnīgu instrukciju: šūnu nolasīšana, jaunu simbolu rakstīšana, stāvokļa izmaiņas (vai nē) un galva; atkārtotā ciklā, kas apstājas, atrodot atbildi uz sākotnējo jautājumu, vai arī brīdī, kad ka lietotājs to ir paredzējis savā kodā (bieži ar izsaukumu, ko lasa kā "stop"). Tiklīdz mašīna pārstāj kustēties, lente tiek paņemta un tās sniegtā atbilde tiek detalizēti analizēta.

Kā redzams, starp Turinga mašīnu un datoriem, kurus mēs šodien izmantojam, ir skaidra līdzība. Viņa ieguldījums ir bijis galvenais, lai visā turpmākajā datoru projektēšanā, līdz pat norāda, ka tās gars atrodas pašā tehnoloģijā, kas ļauj mums palikt savstarpēji saistīti.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Khan, S. un Khiyal, M. (2006). Tjūringa izplatītās skaitļošanas modelis. Informācijas tehnoloģiju žurnāls. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. un Gao, G. (2017). Paralēlā Tīringa mašīna, priekšlikums. Datorzinātnes un tehnoloģijas žurnāls, 32, 269-285.