Mașina Turing: ce este și cum funcționează

Nu putem concepe momentul istoric în care trăim fără să fim atenți la importanța computerului. În doar câțiva ani a trecut de la a fi folosit în anumite zone la a fi o entitate omniprezentă și nu numai în computere, dar și telefoane mobile și aproape toate tehnologiile utilizate în mod obișnuit (cum ar fi așa-numitele „purtabile”).

De fapt, computerul sau dispozitivul mobil pe care îl folosiți pentru a citi acest articol are o astfel de tehnologie pe care o face în câteva decenii ar fi avut nevoie de un spațiu uriaș pentru a funcționa (sau ar fi fost total neviabil). Și astăzi ne îndreptăm către o miniaturizare extraordinară a componentelor computerului, care le va extinde utilizarea și le va facilita extinderea în toate domeniile vieții.

Avansul la care ne supune tehnologia este de neoprit, până la punctul în care fără ea nu am mai putea trăi optim. Specia noastră depinde de calcul, deoarece societatea actuală este atât de complexă încât funcționează Factorii cognitivi goi nu mai permit să fie gestionat cu succes, necesitând ajutor extern pentru a compensa neajunsuri.

În acest text vom vedea care este conceptul de mașină Turing, creat la mijlocul secolului al 30-lea. Contribuția sa la calcul, așa cum este cunoscută astăzi, este evidentă, considerându-l modelul pe care se bazează logica și arhitectura computerelor actuale. Acesta este: mama unei tehnologii care nu numai că a schimbat lumea, ci și orizontul umanității.

• Articol asociat: "Teoria funcționalistă a lui John Dewey"

Ce este mașina Turing?

Mașina Turing este un dispozitiv creat în 1936, care reprezintă un model de calcul idealizat capabil să stocheze / proceseze informații practic infinite. Sistemul este o abstractizare matematică care este construită într-un mod extraordinar de simplu, dar care facilitează verificarea empiricistă a unei game largi de întrebări privind teoriile de calcul și / sau complexitate. Ideea sa a marcat o mare piatră de hotar în istoria calculelor, până la punctul de a fi considerată originea computerelor de astăzi (și a tehnologiilor conexe, cum ar fi tablete sau telefoane mobil).

Arhitectul a fost Alan M. Turing, logician și matematician englez că și-a încercat toată viața concepția unui model teoretic cu care să răspundă necunoscutelor disciplinei sale, automat și accesibil tuturor.

Acest geniu britanic, a cărui importanță istorică nu poate fi pusă la îndoială, a contribuit și el (împreună cu mai mulți oameni de știință polonezi) la dezlegarea codurilor criptografii pe care armata nazistă le comunica în secret în timpul celui de-al doilea război mondial trist (prin ceea ce a devenit cunoscut sub numele de mașină de enigmă). Pentru aceasta a conceput un dispozitiv de tăiere electromagnetică (bombe), a cărui utilizare a scurtat durata conflictului și a salvat nenumărate vieți umane, permițând planurilor regimului să se dezlănțuie în timpul ostilitățile.

Mașina Turing este precursorul istoric al „computerelor program stocate” moderne, care permit atât salvarea datelor, cât și algoritmii pe care sunt construite. Avantajul său și unul dintre factorii prin care generează fascinație în rândul teoreticienilor calculatoarelor, este simplitatea și posibilitățile sale enorme de configurare tehnică; și este că permite experimentarea prin modul în care elementele sale fizice sunt aranjate și „întrebarea” este pusă cu că utilizarea sa este programată (prin intermediul algoritmilor, care sunt traduși într-o „succesiune” de coduri care sunt inspirate din limbaj logic). Această capacitate versatilă se datorează însăși naturii datelor cu care operează, supusă unui nivel enorm de abstractizare.

În acest fel, mașina Turing Poate fi programat pentru a executa instrucțiuni specifice care răspund la întrebări mai mult sau mai puțin complexe.. Toate acestea implică faptul că limbajul său particular trebuie cunoscut, pentru a adapta algoritmul la acesta pentru funcționarea sa, conștient că nu există un cod universal pentru a clarifica totalitatea necunoscutelor matematice care dorm în natura însăși (așa cum este indicat de legea Biserica-Turing). Prin urmare, sistemul necesită o minte umană în spatele lui, punându-și întrebarea care trebuie formulată și știind cum să „meargă” la dispozitiv pentru a o rezolva.

Materia primă a mașinii Turing sunt numerele calculabile, adică acelea care pot fi calculate în mod obiectiv prin intermediul unei formule matematice și în pragul unui timp rezonabil. În acest context, este esențial să se adapteze la două „probleme” specifice: cea a deciziei (fiecare răspuns este precedat de o serie de elemente de calcul anterioare la care se poate răspunde dihotomic ca da / nu) și oprire (recunoașteți dacă răspunsurile finale sunt cu adevărat posibile sau dacă sistemul va fi „condamnat” să proceseze ordinea într-un ciclu infinit / de nerezolvat). Adică, există un algoritm specific pentru ceea ce se intenționează să știe și că tehnologia sa îi poate răspunde cu precizia necesară pentru a „opri” și a oferi o soluție.

Până în acest moment, logica teoretică a unei mașini Turing a fost discutată în detaliu. Următoarele linii vor aprofunda caracteristicile sale fizice și / sau funcționale, cu care algoritmul sau standardul operație pe care utilizatorul a aranjat-o (și care poate varia de la ecuații simple până la miezul legii abstractizării matematică).

• S-ar putea să vă intereseze: "Experimentul din camera chineză: computere cu o minte?"

Descrierea mașinii Turing

Împreună cu fundamentul logic / matematic descris, mașina Turing necesită o serie de elemente fizice, care au funcția de a executa comenzile introduse cu anterioritate. Aranjamentul lor poate fi divers, deoarece ar exista modele aproape infinite ale acestui sistem, dar sunt necesare în mod necesar următoarele: o bandă de hârtie sau un material în mod similar, un cap în mișcare al cărui capăt este capabil să facă urme (simboluri sau numere) și un procesor central în care să codeze algoritmii care sunt necesari sau care facilitează analiză.

Banda este cel mai esențial element al tuturor. Nu este altceva decât o bandă longitudinală, care este împărțită într-o succesiune de pătrate de dimensiuni egale (sau pătrate) și a căror lungime va depinde în mare măsură a „efortului” care trebuie efectuat pentru a rezolva întrebarea pusă de utilizator (care poate fi la fel de scurtă sau lungă pe cât este estimată relevante). Căsuțele sunt rezervate capului pentru a desena diferite simboluri (cum ar fi 0-1 în codul binar) în fiecare, și constituie produsul de calcul care va trebui verificat după oprire. În termeni de computer, aceste benzi ar putea fi memoria unui computer modern. Primele celule au de obicei un conținut deja stabilit (intrare), lăsând restul gol și gata de utilizare după procesul de calcul.

La fel, mașina Turing Se compune dintr-un cap, un apendice mecanic (mobil) care se deplasează la stânga sau la dreapta urmând ordinea pe care o are sistemul pentru el. La capătul său are o alungire capabilă să graveze o urmă pe bandă, dând forma numerelor sau cifrelor corespunzătoare conform codului care determină mișcarea. Modelul original avea un cap tehnologic rudimentar, dar progresele în domeniul roboticii au permis apariția unor noi designuri mai avansate și precise. Capul „citește” conținutul celulelor și mută o singură casetă de ambele părți (în funcție de starea specifică a acesteia) pentru a continua executarea instrucțiunii.

În al treilea rând, există un procesor central în scopul stocării codului și algoritmilor care conțin instrucțiuni pentru activitatea aparatului, exprimată în termeni matematici și logici. Acest limbaj are o nuanță universală, deși permite un anumit grad de manevră pentru a introduce expresii operaționale formulate de utilizator (cu condiția ca semnificația să devină operațională). În acest fel, capul său ar facilita executarea instrucțiunilor stocate în procesor, care ar fi echivalent cu ceea ce este cunoscut astăzi ca programe sau aplicații (aplicație). Acest sistem ar permite reproducerea oricăror calcule posibile și ar crește ca predecesorul oricăruia dintre computerele actuale.

• S-ar putea să vă intereseze: "Teoria calculațională a minții: în ce constă?"

Funcționarea acestui dispozitiv

O mașină Turing este concepută pentru a graba un eșantion specific de simboluri sau numere, al cărui posibil univers este adesea numit „alfabet”. Când funcționează cu cod binar, alfabetul său total este de două (0 sau 1), dar poate fi la fel de larg pe cât se consideră adecvat pentru funcția care trebuie îndeplinită. Capul va putea reproduce în celulele benzii doar ceea ce a fost indicat anterior în astfel de sistem, deci un calcul (numărul "pi", de exemplu) va necesita întregul spectru de numere (de la 0 la 9).

Pe lângă aceasta, ceea ce este cunoscut în practică sub numele de (Q), care sunt, de asemenea, programate de utilizator în timpul descrierii codului (și sunt etichetate ca q1, q2, q3, q4... qn). Gama totală depinde de ipoteze matematice abstracte și revizuiește nuanțele condiționate ale formulei logice a codului, pentru ca capul se mișcă în direcția corespunzătoare și efectuați acțiunea pertinentă („dacă sunteți în poziția q2, scrieți„ 0 ”și nu vă mișcați”, de exemplu.).

În cele din urmă, ar exista o funcție de „tranziție” (delta), în care se rezumă secvența totală (pas cu pas) a procesării. matematică și care exprimă instrucțiunea completă: citirea celulei, scrierea unui nou simbol, modificările de stare (sau nu) și mișcarea cap; într-un ciclu recurent care se oprește la găsirea răspunsului la întrebarea inițială sau, de asemenea, în momentul când că utilizatorul a intenționat-o în codul său (adesea prin exclamare, care este citită ca „oprire”). De îndată ce aparatul se oprește din mișcare, banda este recuperată și răspunsul pe care l-a furnizat este analizat în detaliu.

Cum se poate vedea, există o asemănare clară între mașina Turing și computerele pe care le folosim astăzi. Contribuția sa a fost esențială pentru a avansa exponențial în toate proiectările ulterioare ale computerului, până la subliniază că spiritul său se află chiar în inima unei tehnologii care ne permite să rămânem interconectate.

Referințe bibliografice:

• Khan, S. și Khiyal, M. (2006). Model Turing pentru calcul distribuit. Jurnalul Tehnologiei Informației. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. și Gao, G. (2017). Paralel Turing Machine, o propunere. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.