Maszyna Turinga: co to jest i jak działa

Nie możemy wyobrazić sobie momentu historycznego, w którym żyjemy, nie zwracając uwagi na znaczenie informatyki. W ciągu zaledwie kilku lat z zastosowania w konkretnych obszarach stał się bytem wszechobecnym i to nie tylko w komputery, ale także telefony komórkowe i prawie wszystkie powszechnie stosowane technologie (takie jak tzw "do noszenia").

W rzeczywistości komputer lub telefon komórkowy, którego używasz do czytania tego artykułu, ma taką technologię, że sprawia, że przez kilkadziesiąt lat potrzebowałby ogromnej przestrzeni do funkcjonowania (albo byłby całkowicie ) nieopłacalne). I to właśnie dzisiaj zmierzamy w kierunku niezwykłej miniaturyzacji podzespołów komputerowych, która rozszerzy ich zastosowanie i ułatwi ich ekspansję na wszystkie dziedziny życia.

Postęp, któremu poddaje nas technologia, jest nie do zatrzymania, do tego stopnia, że ​​bez niego nie bylibyśmy w stanie żyć optymalnie. Nasz gatunek jest uzależniony od komputerów, ponieważ dzisiejsze społeczeństwo jest tak złożone, że funkcjonuje Nagie czynniki poznawcze nie pozwalają już na skuteczne zarządzanie nim, wymagając zewnętrznej pomocy, aby zrekompensować nasze niedociągnięcia.

W tym tekście zobaczymy jaka jest koncepcja maszyny Turinga?, powstały w połowie 30 wieku. Jego wkład w informatykę, jaką znamy dzisiaj, jest oczywisty, biorąc pod uwagę model, na którym opiera się logika i architektura współczesnych komputerów. To jest to: matka technologii, która nie tylko zmieniła świat, ale także horyzont ludzkości.

• Powiązany artykuł: „Funkcjonalistyczna teoria Johna Deweya"

Co to jest maszyna Turinga?

Maszyna Turinga to urządzenie stworzone w 1936 roku, które reprezentuje wyidealizowany model obliczeniowy zdolny do przechowywania/przetwarzania praktycznie nieskończonej ilości informacji. System jest abstrakcją matematyczną, zbudowaną w niezwykle prosty sposób, ale ułatwiającą empirystyczna weryfikacja szerokiego zakresu pytań dotyczących teorii obliczalności i/lub złożoności. Jego idea była kamieniem milowym w historii informatyki, do tego stopnia, że ​​została uznana za pochodzenie dzisiejszych komputerów (i technologii pokrewnych, takich jak tablety czy telefony) mobilny).

Architektem tego był Alan M. Turing, angielski logik i matematyk że przez całe życie próbował koncepcji teoretycznego modelu, za pomocą którego mógłby odpowiedzieć na niewiadome swojej dyscypliny, automatycznie i dostępnej dla wszystkich.

Ten brytyjski geniusz, którego historycznego znaczenia nie można kwestionować, również przyczynił się (wraz z kilkoma polskimi naukowcami) do rozwikłania szyfrów kryptografie, którymi nazistowskie wojsko potajemnie komunikowało się ze sobą podczas smutnej drugiej wojny światowej (poprzez coś, co stało się znane jako maszyna do zagadki). W tym celu opracował elektromagnetyczne urządzenie odcinające (bombę), którego użycie skróciło czas trwania konfliktu i uratowało niezliczonych ludzkich istnień, pozwalając, by plany reżimu rozwikłały się w czasie, gdy działania wojenne.

Maszyna Turinga jest historyczny prekursor nowoczesnych „komputerów z programami przechowywanymi”, które umożliwiają zarówno zapisywanie danych, jak i algorytmów, na których są zbudowane. Jego zaletą, a jednym z czynników, przez który wzbudza fascynację wśród teoretyków komputerów, jest prostota i ogromne możliwości konfiguracji technicznej; i polega na tym, że umożliwia eksperymentowanie poprzez to, jak ułożone są jego fizyczne elementy, a „pytanie” jest stawiane za pomocą że jego użycie jest zaprogramowane (za pomocą algorytmów, które są tłumaczone na „sukcesję” kodów inspirowanych językiem logiczny). Ta wszechstronna zdolność wynika z samej natury danych, z którymi operuje, z zastrzeżeniem ogromnego poziomu abstrakcji.

W ten sposób maszyna Turinga Można go zaprogramować do wykonywania określonych instrukcji, które odpowiadają na mniej lub bardziej złożone pytania.. Wszystko to implikuje, że jego konkretny język musi być znany, aby dostosować do niego algorytm do jego działania, mając świadomość, że nie Istnieje uniwersalny kod wyjaśniający całość matematycznych niewiadomych, które drzemią w samej przyrodzie (na co wskazuje prawo Kościół-Turinga). Dlatego system wymaga stojącego za nim ludzkiego umysłu, zadającego sobie pytanie do sformułowania i umiejącego „podejść” do urządzenia, aby je rozwiązać.

Surowcem maszyny Turinga są liczby obliczalne, czyli takie, które można obliczyć obiektywnie za pomocą wzoru matematycznego iw granicach rozsądnego czasu. W tym kontekście ważne jest, aby dostosować się do dwóch konkretnych „problemów”: problemu decyzji (każda odpowiedź jest poprzedzona szeregiem poprzednich elementów obliczeniowych, na które można odpowiedzieć dychotomicznie jak tak/nie) i stop (rozpoznaj, czy ostateczne odpowiedzi są naprawdę możliwe, czy system będzie „skazany” na przetworzenie zlecenia w cyklu nieskończona / nierozwiązywalna). Oznacza to, że istnieje określony algorytm tego, co ma wiedzieć, i że jego technologia może na to odpowiedzieć z niezbędną precyzją, aby „zatrzymać się” i zaproponować rozwiązanie.

Do tego momentu szczegółowo omówiono teoretyczną logikę maszyny Turinga. Poniższe wiersze zagłębią się w rdzeń jego cech fizycznych i / lub funkcjonalnych, z którymi algorytm lub standard standard operacja, którą zaaranżował użytkownik (i która może obejmować od prostych równań do samego sedna prawa abstrakcji) matematyka).

• Możesz być zainteresowany: "Eksperyment z chińskim pokojem: komputery z umysłem?"

Opis maszyny Turinga

Wraz z opisanymi podstawami logicznymi / matematycznymi maszyna Turinga wymaga szeregu elementy fizyczne, które mają funkcję wykonywania poleceń wprowadzanych za pomocą pierwszeństwo. Ich układ może być różnorodny, ponieważ konstrukcji tego systemu byłoby prawie nieskończenie wiele, ale niezbędne są: taśma papierowa lub materiał podobnie ruchoma głowa, której koniec jest w stanie tworzyć ślady (symbole lub cyfry) oraz centralny procesor, w którym koduje wymagane algorytmy lub ułatwiające analiza.

Najistotniejszym elementem z nich jest taśma. To nic innego jak podłużny pasek, który jest podzielony na szereg kwadratów o jednakowej wielkości (lub kwadratów), których długość będzie w dużej mierze zależeć "wysiłku", jaki należy wykonać, aby rozwiązać pytanie zadane przez użytkownika (który może być tak krótki lub tak długi, jak szacowany istotnych). Pudełka są zarezerwowane dla głowy do rysowania różnych symboli (np. 0-1 w kodzie binarnym) w każdym z nichi stanowią iloczyn obliczeniowy, który trzeba będzie sprawdzić po jego zatrzymaniu. W kategoriach komputerowych te taśmy mogą być pamięcią współczesnego komputera. Pierwsze komórki zwykle mają już ustaloną zawartość (dane wejściowe), resztę pozostawiają pustą i gotową do użycia po procesie obliczeń.

Podobnie maszyna Turinga Składa się z głowicy, mechanicznej wypustki (ruchomej), która porusza się w lewo lub w prawo zgodnie z kolejnością, jaką ma dla niej system. Na końcu posiada wydłużenie zdolne do wygrawerowania śladu na taśmie, nadając jego kształt odpowiednim cyfrom lub cyfrom zgodnie z kodem określającym ruch. Oryginalny model miał szczątkową głowę technologiczną, ale postępy w robotyce pozwoliły na pojawienie się nowych, bardziej zaawansowanych i precyzyjnych projektów. Głowica „odczytuje” zawartość komórek i przesuwa pojedyncze pole w dowolną stronę (w zależności od konkretnego stanu), aby kontynuować wykonywanie instrukcji.

Po trzecie, jest centralny procesor na potrzeby przechowywania kodu i algorytmów zawierających instrukcje za aktywność aparatu, wyrażoną zgodnie z terminami matematycznymi i logicznymi. Język ten ma uniwersalny niuans, chociaż pozwala na pewien manewr, aby wprowadzić wyrażenia operacyjne sformułowane przez użytkownika (pod warunkiem, że znaczenie zostało uczynione operatywnym). W ten sposób jego głowa ułatwiłaby wykonywanie instrukcji przechowywanych w procesorze, co byłoby równoznaczne z tym, co dziś nazywamy programami lub aplikacjami (app). System ten pozwoliłby na odtworzenie wszelkich możliwych obliczeń i stałby się poprzednikiem każdego z obecnych komputerów.

• Możesz być zainteresowany: "Obliczeniowa teoria umysłu: z czego się składa?"

Działanie tego urządzenia

Maszyna Turinga jest zaprojektowana do grawerowania określonej próbki symboli lub liczb, których możliwy wszechświat jest często nazywany „alfabetem”. Kiedy działa z kodem binarnym, jego całkowity alfabet wynosi dwa (0 lub 1), ale może być tak szeroki, jak uzna to za właściwe dla wykonywanej funkcji. Głowica będzie w stanie odtworzyć w komórkach taśmy tylko to, co zostało wcześniej wskazane w takich więc obliczenie (na przykład liczba „pi”) będzie wymagało pełnego spektrum liczb (od 0 do 9).

Oprócz tego, co w praktyce znane jest jako stany (Q), które są również programowane przez użytkownika podczas opisu kodu (i są one oznaczone jako q1, q2, q3, q4… qn). Całkowity zakres zależy od abstrakcyjnych hipotez matematycznych i dokonuje przeglądu warunkowych niuansów logicznej formuły kodu, aby głowa porusza się w odpowiednim kierunku i wykonuje odpowiednią akcję ("jeśli jesteś w pozycji q2, napisz" 0 "i nie ruszaj się", na przykład.).

Na koniec byłaby funkcja „przejścia” (delta), w której podsumowywana jest całkowita sekwencja (krok po kroku) przetwarzania. matematyczny, który wyraża kompletną instrukcję: odczyt komórki, napisanie nowego symbolu, zmianę stanu (lub nie) i ruch głowa; w powtarzającym się cyklu, który zatrzymuje się po znalezieniu odpowiedzi na początkowe pytanie, a także w momencie, gdy że użytkownik zamierzył to w swoim kodzie (często przez wykrzyknik, który jest odczytywany jako „stop”). Gdy tylko maszyna przestaje się poruszać, taśma jest pobierana, a udzielona przez nią odpowiedź jest szczegółowo analizowana.

Jak widać, istnieje wyraźne podobieństwo między maszyną Turinga a komputerami, których używamy dzisiaj. Jego wkład był kluczem do postępu wykładniczego we wszystkich kolejnych projektach komputerowych, aż do wskaż, że jego duch tkwi w samym sercu technologii, która pozwala nam pozostać połączone.

Odniesienia bibliograficzne:

• Chan, S. i Khiyal, M. (2006). Model Turinga dla obliczeń rozproszonych. Czasopismo Technologii Informacyjnych. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. i Gao, G. (2017). Równoległa maszyna Turinga, propozycja. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.