Turing-maskin: hva det er og hvordan det fungerer

Vi kan ikke forstå det historiske øyeblikket vi lever i uten å ta hensyn til viktigheten av databehandling. På bare noen få år har det gått fra å bli brukt i spesifikke områder til å være en allestedsnærværende enhet, og ikke bare i datamaskiner, men også mobiltelefoner og nesten alle teknologier som ofte brukes (som såkalt "wearables").

Faktisk har datamaskinen eller mobilen du bruker til å lese denne artikkelen slik teknologi at den lager noen tiår ville det ha trengt et stort rom for å fungere (eller det hadde vært helt ikke levedyktig). Og det er at vi i dag beveger oss mot en ekstraordinær miniatyrisering av datamaskinkomponenter, som vil utvide bruken og lette deres utvidelse til alle livets områder.

Fremgangen som teknologien utsetter oss for er ustoppelig, til det punktet at uten den ville vi ikke lenger være i stand til å leve optimalt. Vår art er avhengig av databehandling, fordi dagens samfunn har en så kompleksitet som fungerer Nakne kognitive faktorer tillater ikke lenger å lykkes med det, og krever ekstern hjelp for å kompensere for vår mangler.

I denne teksten vil vi se hva er konseptet med Turing-maskinen, opprettet på midten av det 30. århundre. Hans bidrag til databehandling som det er kjent i dag er tydelig, med tanke på den modellen som logikken og arkitekturen til nåværende datamaskiner bygger på. Dette er det: moren til en teknologi som ikke bare har forandret verden, men også menneskehetens horisont.

• Relatert artikkel: "John Deweys funksjonalistiske teori"

Hva er Turing-maskinen?

Turing-maskinen er en enhet opprettet i 1936, som representerer en idealisert datamaskinmodell som er i stand til å lagre / behandle praktisk talt uendelig informasjon. Systemet er en matematisk abstraksjon som er bygget på en usedvanlig enkel måte, men som letter empirisk verifisering av et bredt spekter av spørsmål om beregningsevne og / eller kompleksitetsteorier. Hans ideer markerte en stor milepæl i databehandlingens historie, til det punktet å bli ansett som opprinnelsen til dagens datamaskiner (og relaterte teknologier, for eksempel nettbrett eller telefoner mobil).

Arkitekten av dette var Alan M. Turing, engelsk logiker og matematiker at han hele sitt liv prøvde oppfatningen av en teoretisk modell som man automatisk kunne svare på de ukjente i hans disiplin, og tilgjengelig for alle.

Dette britiske geniet, hvis historiske betydning ikke kan settes i tvil, bidro også (sammen med flere polske forskere) til å løse kodene kryptografier som det nazistiske militæret pleide å hemmelig kommunisere med hverandre under den triste andre verdenskrig (gjennom det som ble kjent som gåte maskin). For dette utviklet han en elektromagnetisk avskjæringsanordning (bombe), hvis bruk forkorte varigheten av konflikten og reddet utallige menneskeliv, ved å la regimens planer løses ut i løpet av tiden fiendtligheter.

Turing-maskinen er den historiske forløperen til moderne "lagrede programdatamaskiner", som tillater både lagring av dataene og algoritmene de er bygget på. Dens fordel, og en av faktorene som den genererer fascinasjon blant datamaskinteoretikere, er dens enkelhet og enorme tekniske konfigurasjonsmuligheter; og det er at det muliggjør eksperimentering gjennom hvordan dets fysiske elementer er ordnet og "spørsmålet" stilles med at bruken er programmert (ved hjelp av algoritmer, som blir oversatt til en "rekkefølge" av koder som er inspirert av språket logisk). Denne allsidige kapasiteten skyldes selve naturen til dataene den opererer med, underlagt et enormt nivå av abstraksjon.

På denne måten Turing-maskinen Den kan programmeres til å utføre spesifikke instruksjoner som svarer på mer eller mindre komplekse spørsmål.. Alt dette innebærer at det spesielle språket må være kjent for å tilpasse algoritmen til det for dets drift, klar over at det ikke det er en universell kode for å klargjøre helheten i de matematiske ukjente som døs i selve naturen (som indikert av loven om Church-Turing). Derfor krever systemet et menneskesinn bak seg, og stiller seg spørsmålet som skal formuleres, og vet hvordan man "adresserer" enheten for å løse det.

Råvaren til Turing-maskinen er beregningsbare tall, det vil si de som kan beregnes objektivt ved hjelp av en matematisk formel, og innenfor terskelen til en rimelig tid. I denne sammenhengen er det viktig at den tilpasser seg to spesifikke "problemer": avgjørelsen (hvert svar innledes med en serie tidligere beregningselementer som kan besvares dikotomt som ja / nei) og stopp (erkjenn om de endelige svarene virkelig er mulige, eller om systemet vil bli "fordømt" for å behandle ordren i en syklus uendelig / uløselig). Det vil si at det finnes en spesifikk algoritme for hva den er ment å vite og at dens teknologi kan svare på den med den nødvendige presisjonen for å "stoppe" og tilby en løsning.

Inntil dette har den teoretiske logikken til en Turing-maskin blitt diskutert i detalj. Følgende linjer vil fordype seg i kjernen av dets fysiske og / eller funksjonelle særegenheter, som algoritmen eller standarden for operasjon som brukeren har arrangert (og som kan variere fra enkle ligninger til selve hjertet av abstraksjonsloven matematikk).

• Du kan være interessert: "The Chinese Room Experiment: Computers with a Mind?"

Beskrivelse av Turing-maskinen

Sammen med det logiske / matematiske grunnlaget som er beskrevet, krever Turing-maskinen en serie fysiske elementer, som har funksjonen til å utføre kommandoene som er skrevet inn med anterioritet. Arrangementet deres kan være forskjellig, siden det ville være nesten uendelig design av dette systemet, men følgende er nødvendigvis nødvendig: et papirbånd eller et materiale på samme måte et bevegelig hode hvis ende er i stand til å lage spor (symboler eller tall) og en sentral prosessor der koding kan gjøres for algoritmene som kreves eller som letter analyse.

Båndet er det viktigste elementet i dem alle. Det er ikke noe annet enn en langsgående stripe, som er delt inn i en rekke av firkanter av samme størrelse (eller firkanter), og hvis lengde i stor grad vil avhenge av "innsatsen" som må utføres for å løse spørsmålet fra brukeren (som kan være så kort eller så lenge som estimert relevant). Boksene er forbeholdt hodet for å tegne forskjellige symboler (som 0-1 i binærkoden) i hver, og utgjør beregningsproduktet som må kontrolleres etter stoppet. Når det gjelder datamaskiner, kan disse kassettene være minnet til en moderne datamaskin. De første cellene har vanligvis et innhold som allerede er etablert (input), slik at resten blir tom og klar til bruk etter beregningsprosessen.

Likeledes Turing-maskinen Den består av et hode, et mekanisk vedlegg (mobil) som beveger seg til venstre eller høyre etter ordren som systemet har for det. På slutten har den en forlengelse som er i stand til å gravere et spor på båndet, og gi form til de tilsvarende tallene eller figurene i henhold til koden som bestemmer bevegelsen. Den opprinnelige modellen hadde et rudimentært teknologihode, men fremskritt innen robotikk har tillatt fremveksten av nye, mer avanserte og presise design. Hodet "leser" innholdet i cellene og flytter en enkelt boks til hver side (avhengig av dens spesifikke tilstand) for å fortsette å utføre instruksjonen.

For det tredje er det det en sentral prosessor for å lagre kode og algoritmer som inneholder instruksjoner for apparatets aktivitet, uttrykt etter matematiske og logiske termer. Dette språket har en universell nyanse, selv om det tillater en viss manøvre å introdusere operasjonelle uttrykk formulert av brukeren (forutsatt at betydningen er gjort operativ). På denne måten vil hodet gjøre det lettere å utføre instruksjoner som er lagret i prosessoren, noe som tilsvarer det som i dag er kjent som programmer eller applikasjoner (app). Dette systemet gjør det mulig å reprodusere alle mulige beregninger og vil stige som forgjengeren til en hvilken som helst av de nåværende datamaskinene.

• Du kan være interessert: "Beregningsteori om sinnet: hva består den av?"

Betjening av denne enheten

En Turing-maskin er designet for å gravere et bestemt utvalg av symboler eller tall, hvis mulige univers ofte kalles "alfabetet". Når det fungerer med binær kode, er det totale alfabetet to (0 eller 1), men det kan være så bredt som det anses hensiktsmessig for funksjonen som skal utføres. Hodet vil bare være i stand til å reprodusere i cellene på båndet det som tidligere er angitt i slikt system, slik at en beregning (for eksempel "pi") vil kreve hele spekteret av tall (fra 0 til 9).

I tillegg til dette, det som i praksis er kjent som tilstander (Q), som også er programmert av brukeren under beskrivelsen av koden (og de er merket som q1, q2, q3, q4... qn). Det totale området avhenger av abstrakte matematiske hypoteser, og gjennomgår de betingede nyansene til den logiske formelen til koden, slik at hodet beveger seg i tilsvarende retning og utfører den aktuelle handlingen ("hvis du er i posisjon q2, skriv" 0 "og ikke beveger deg", f.eks.).

Til slutt vil det være en "overgangs" -funksjon (delta), hvor den totale sekvensen (trinn for trinn) av behandlingen er oppsummert. matematisk, og som uttrykker den komplette instruksjonen: cellelesing, skriving av et nytt symbol, tilstandsendringer (eller ikke) og bevegelse av hode; i en tilbakevendende syklus som stopper når du finner svaret på det opprinnelige spørsmålet, eller også i øyeblikket når at brukeren hadde tenkt det i koden sin (ofte ved utrop, som leses som "stopp"). Så snart maskinen slutter å bevege seg, blir båndet hentet ut og responsen den har gitt blir analysert i detalj.

Som man kan se, det er en klar likhet mellom Turing-maskinen og datamaskinene vi bruker i dag. Hans bidrag har vært nøkkelen til å utvikle seg eksponentielt i all påfølgende datamaskindesign, opp til peker på at dens ånd ligger i hjertet av en teknologi som lar oss bli sammenkoblet.

Bibliografiske referanser:

• Khan, S. og Khiyal, M. (2006). Turing-modell for distribuert databehandling. Information Technology Journal. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. og Gao, G. (2017). Parallell Turing Machine, et forslag. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.