Turingmachine: wat het is en hoe het werkt

We kunnen ons het historische moment waarin we leven niet voorstellen zonder aandacht te besteden aan het belang van computers. In slechts een paar jaar tijd is het van gebruik in specifieke gebieden uitgegroeid tot een alomtegenwoordige entiteit, en niet alleen in de computers, maar ook mobiele telefoons en bijna alle veelgebruikte technologieën (zoals zgn "wearables").

In feite heeft de computer of mobiel die u gebruikt om dit artikel te lezen, zo'n technologie dat het enkele decennia zou het een enorme ruimte nodig hebben gehad om te functioneren (of het zou helemaal zijn geweest) niet levensvatbaar). En het is dat we vandaag op weg zijn naar een buitengewone miniaturisering van computercomponenten, die hun gebruik zal uitbreiden en hun uitbreiding naar alle gebieden van het leven zal vergemakkelijken.

De opmars waaraan de technologie ons onderwerpt is niet te stuiten, tot op het punt dat we zonder deze niet meer optimaal zouden kunnen leven. Onze soort is afhankelijk van computers, omdat de huidige samenleving zo complex is dat ze functioneert Naakte cognitieve factoren zorgen ervoor dat het niet langer met succes kan worden beheerd, waardoor externe hulp nodig is om onze tekortkomingen.

In deze tekst zullen we zien wat is het concept van de Turingmachine?, gemaakt in het midden van de 30e eeuw. Zijn bijdrage aan de informatica zoals die tegenwoordig bekend is, is duidelijk, aangezien dit het model is waarop de logica en architectuur van de huidige computers zijn gebaseerd. Dit is het: de moeder van een technologie die niet alleen de wereld heeft veranderd, maar ook de horizon van de mensheid.

• Gerelateerd artikel: "De functionalistische theorie van John Dewey"

Wat is de Turingmachine?

De Turingmachine is een apparaat gemaakt in 1936, dat staat voor: een geïdealiseerd computermodel dat vrijwel oneindige informatie kan opslaan/verwerken. Het systeem is een wiskundige abstractie die op een buitengewoon eenvoudige manier is opgebouwd, maar die de empirische verificatie van een breed scala aan vragen over berekenbaarheids- en/of complexiteitstheorieën. Zijn idee markeerde een grote mijlpaal in de geschiedenis van de informatica, tot op het punt dat het werd beschouwd als de oorsprong van de huidige computers (en aanverwante technologieën, zoals tablets of telefoons) mobiel).

De architect hiervan was Alan M. Turing, Engelse logicus en wiskundige dat hij zijn hele leven probeerde een theoretisch model te bedenken waarmee hij de onbekenden van zijn vakgebied kon beantwoorden, automatisch en voor iedereen toegankelijk.

Dit Britse genie, waarvan het historische belang niet in twijfel kan worden getrokken, heeft (samen met verschillende Poolse wetenschappers) ook bijgedragen aan het ontrafelen van de codes cryptografieën die het nazi-leger gebruikte om in het geheim met elkaar te communiceren tijdens de trieste tweede wereldoorlog (door middel van wat bekend werd als enigma-machine). Hiervoor bedacht hij een elektromagnetische uitschakelinrichting (bom), waarvan het gebruik de duur van het conflict verkortte en talloze mensenlevens, door de plannen van het regime te laten ontrafelen in de tijd dat de vijandelijkheden.

De Turingmachine is de historische voorloper van moderne "opgeslagen programmacomputers", waarmee zowel de gegevens als de algoritmen waarop ze zijn gebouwd, kunnen worden opgeslagen. Het voordeel, en een van de factoren waardoor het fascinatie genereert bij computertheoretici, is de eenvoud en de enorme technische configuratiemogelijkheden; en het is dat het experimenten mogelijk maakt door hoe de fysieke elementen zijn gerangschikt en de "vraag" wordt gesteld met de with dat het gebruik ervan is geprogrammeerd (door middel van algoritmen, die worden vertaald in een "opeenvolging" van codes die zijn geïnspireerd door de taal logisch). Deze veelzijdige capaciteit is te wijten aan de aard van de gegevens waarmee het werkt, onderhevig aan een enorm abstractieniveau.

Op deze manier kan de Turingmachine Het kan worden geprogrammeerd om specifieke instructies uit te voeren die meer of minder complexe vragen beantwoorden.. Dit alles houdt in dat zijn specifieke taal bekend moet zijn, om het algoritme eraan aan te passen voor zijn werking, en zich ervan bewust dat het niet er is een universele code om de totaliteit van de wiskundige onbekenden te verduidelijken die in de natuur zelf dommelen (zoals aangegeven door de wet van Kerk-Turing). Daarom vereist het systeem een ​​menselijke geest erachter, die zichzelf de vraag stelt die moet worden geformuleerd en weet hoe het apparaat moet worden "aangesproken" om het op te lossen.

De grondstof van de Turing-machine zijn berekenbare getallen, dat wil zeggen, diegene die objectief kunnen worden berekend door middel van een wiskundige formule, en binnen de drempel van een redelijke tijd. In deze context is het essentieel dat het zich aanpast aan twee specifieke "problemen": dat van de beslissing (elk antwoord wordt voorafgegaan door een reeks eerdere berekeningselementen die kunnen worden beantwoord dichotoom als ja / nee) en de stop (herken of de definitieve antwoorden echt mogelijk zijn, of dat het systeem wordt "veroordeeld" om de bestelling in een cyclus te verwerken oneindig / onoplosbaar). Dat wil zeggen dat er een specifiek algoritme is voor wat het moet weten en dat de technologie ervan met de nodige precisie kan reageren om te "stoppen" en een oplossing te bieden.

Tot nu toe is de theoretische logica van een Turing-machine in detail besproken. De volgende regels zullen ingaan op de kern van zijn fysieke en / of functionele eigenaardigheden, waarmee het algoritme of de standaard van bewerking die de gebruiker heeft geregeld (en die kan variëren van eenvoudige vergelijkingen tot de kern van de wet van abstractie) wiskunde).

• Misschien ben je geïnteresseerd: "Het Chinese kamerexperiment: computers met een geest?"

Beschrijving van de Turingmachine

Naast de logische / wiskundige basis die is beschreven, vereist de Turing-machine een reeks: fysieke elementen, die de functie hebben van het uitvoeren van de opdrachten die zijn ingevoerd met anterioriteit. Hun opstelling kan divers zijn, aangezien er bijna oneindige ontwerpen van dit systeem zouden zijn, maar het volgende is noodzakelijkerwijs vereist: een tape van papier of een materiaal evenzo een bewegende kop waarvan het uiteinde in staat is om sporen (symbolen of cijfers) te maken en een centrale processor om de algoritmen te coderen die nodig zijn of die de analyse.

De tape is het meest essentiële element van allemaal. Het is niets meer dan een langsstrook, die is verdeeld in een opeenvolging van vierkanten van gelijke grootte (of vierkanten), en waarvan de lengte grotendeels zal afhangen van de "inspanning" die moet worden geleverd om de vraag van de gebruiker op te lossen (die zo kort of zo lang kan zijn als geschat relevant). De vakken zijn gereserveerd voor het hoofd om verschillende symbolen (zoals 0-1 in de binaire code) in elk te tekenen, en vormen het berekeningsproduct dat na zijn stop moet worden gecontroleerd. In computertermen zouden deze banden het geheugen van een moderne computer kunnen zijn. De eerste cellen hebben meestal een inhoud die al is vastgesteld (invoer), waardoor de rest leeg blijft en klaar is om te worden gebruikt na het berekeningsproces.

Zo ook de Turingmachine Het bestaat uit een kop, een mechanische (mobiele) appendix die naar links of rechts beweegt volgens de volgorde die het systeem ervoor heeft. Aan het uiteinde heeft het een verlenging die in staat is om een ​​spoor op de band te graveren, waardoor de vorm wordt gegeven aan de overeenkomstige cijfers of cijfers volgens de code die de beweging bepaalt. Het originele model had een rudimentaire technologiekop, maar de vooruitgang in robotica heeft de opkomst van nieuwe, meer geavanceerde en precieze ontwerpen mogelijk gemaakt. Het hoofd "leest" de inhoud van de cellen en verplaatst een enkele doos naar elke kant (afhankelijk van de specifieke status) om door te gaan met het uitvoeren van de instructie.

Ten derde is er een centrale processor voor het opslaan van code en algoritmen met instructies voor de activiteit van het apparaat, uitgedrukt volgens wiskundige en logische termen. Deze taal heeft een universele nuance, hoewel het een zekere mate van manoeuvre toelaat om door de gebruiker geformuleerde operationele uitdrukkingen te introduceren (op voorwaarde dat de betekenis operationeel is gemaakt). Op deze manier zou zijn hoofd de uitvoering van instructies vergemakkelijken die in de processor zijn opgeslagen, wat gelijk zou zijn aan wat tegenwoordig bekend staat als programma's of applicaties (app). Dit systeem zou het mogelijk maken om elke mogelijke berekening te reproduceren en zou de voorloper van een van de huidige computers worden.

• Misschien ben je geïnteresseerd: "Computational theory of mind: waar bestaat het uit?"

Werking van dit apparaat

Een Turing-machine is ontworpen om een ​​specifiek voorbeeld van symbolen of getallen te graveren, waarvan het mogelijke universum vaak het 'alfabet' wordt genoemd. Als het met binaire code werkt, is het totale alfabet twee (0 of 1), maar het kan zo breed zijn als geschikt wordt geacht voor de uit te voeren functie. De kop zal in de cellen van de band alleen kunnen reproduceren wat eerder is aangegeven in een dergelijke systeem, dus een berekening (getal "pi", bijvoorbeeld) vereist het volledige spectrum van getallen (van 0 tot 9).

Daarnaast is wat in de praktijk bekend staat als: toestanden (Q), die ook door de gebruiker worden geprogrammeerd tijdens de beschrijving van de code (en ze zijn gelabeld als q1, q2, q3, q4... qn). Het totale bereik is afhankelijk van abstracte wiskundige hypothesen en beoordeelt de voorwaardelijke nuances van de logische formule van de code, zodat het hoofd beweegt in de corresponderende richting en onderneemt de betreffende actie ("als je in positie q2 bent, schrijf" 0 "en beweeg niet", bijv.).

Ten slotte zou er een "overgangsfunctie" (delta) zijn, waarin de totale volgorde (stap voor stap) van de verwerking wordt samengevat. wiskundig, en dat drukt de volledige instructie uit: cellezen, schrijven van nieuwe symbolen, toestandsveranderingen (of niet) en beweging van de hoofd; in een terugkerende cyclus die stopt bij het vinden van het antwoord op de initiële vraag, of ook op het moment waarop dat de gebruiker het in zijn code heeft voorzien (vaak door een uitroep, die wordt gelezen als "stop"). Zodra de machine stopt met bewegen, wordt de band opgehaald en wordt de reactie die deze heeft gegeven tot in detail geanalyseerd.

Zoals te zien is, er is een duidelijke overeenkomst tussen de Turingmachine en de computers die we tegenwoordig gebruiken. Zijn bijdrage was de sleutel tot exponentiële vooruitgang in al het daaropvolgende computerontwerp, tot aan de erop wijzen dat de geest ervan in het hart van een technologie zit die ons in staat stelt te blijven onderling verbonden.

Bibliografische referenties:

• Khan, S. en Khiyal, M. (2006). Turing-model voor gedistribueerde computers. Tijdschrift voor informatietechnologie. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. en Gao, G. (2017). Parallelle Turing Machine, een voorstel. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.