Машина Тьюринга: что это такое и как работает

Мы не можем представить себе исторический момент, в который мы живем, не обращая внимания на важность вычислений. Всего за несколько лет он превратился из использования в определенных областях в вездесущую организацию, и не только в компьютеры, а также мобильные телефоны и почти все широко используемые технологии (например, так называемые «носимые»).

Фактически, компьютер или мобильный телефон, на котором вы читаете эту статью, имеют такую ​​технологию, которая позволяет несколько десятилетий ему потребовалось бы огромное пространство для функционирования (или это было бы полностью нежизнеспособный). И именно сегодня мы движемся к необычайной миниатюризации компьютерных компонентов, которая расширит их использование и облегчит их распространение во всех сферах жизни.

Прогресс, к которому нас подталкивают технологии, невозможно остановить, до такой степени, что без него мы больше не смогли бы жить оптимально. Наш вид зависит от компьютеров, потому что современное общество настолько сложно, что функционирует Голые когнитивные факторы больше не позволяют успешно справиться с этим, требуя внешней помощи, чтобы компенсировать наши недостатки.

В этом тексте мы увидим какова концепция машины Тьюринга, созданный в середине 30 века. Его вклад в те вычисления, которые известны сегодня, очевиден, учитывая, что это модель, на которой базируются логика и архитектура современных компьютеров. Вот и все: мать технологии, которая изменила не только мир, но и горизонты человечества.

• Статья по теме: "Функционалистская теория Джона Дьюи"

Что такое машина Тьюринга?

Машина Тьюринга - это устройство, созданное в 1936 году, которое представляет собой идеализированная модель вычислений, способная хранить / обрабатывать практически бесконечную информацию. Система представляет собой математическую абстракцию, построенную чрезвычайно простым способом, но облегчающую эмпирическая проверка широкого круга вопросов по теории вычислимости и / или сложности. Его идеи стали важной вехой в истории вычислительной техники и стали считаться происхождение сегодняшних компьютеров (и связанных с ними технологий, таких как планшеты или телефоны мобильный).

Архитектором этого был Алан М. Тьюринг, английский логик и математик что он всю свою жизнь пробовал концепцию теоретической модели, с помощью которой он отвечал на неизвестные в его дисциплине, автоматически и доступной для всех.

Этот британский гений, историческое значение которого не подлежит сомнению, также внес свой вклад (вместе с несколькими польскими учеными) в разгадку кодов. криптографии, которые нацистские военные использовали для тайного общения друг с другом во время печальной Второй мировой войны (через то, что стало известно как машина загадка). Для этого он разработал устройство электромагнитной отсечки (бомбу), использование которого сократило продолжительность конфликта и сэкономило бесчисленных человеческих жизней, позволив планам режима рухнуть во время боевые действия.

Машина Тьюринга исторический предшественник современных "компьютеров с хранимыми программами", которые позволяют сохранять как данные, так и алгоритмы, на которых они построены. Его преимущество и один из факторов, которым он вызывает восхищение у компьютерных теоретиков, - это его простота и огромные возможности технической конфигурации; и заключается в том, что он позволяет экспериментировать с тем, как устроены его физические элементы, и ставится «вопрос» с что его использование запрограммировано (с помощью алгоритмов, которые переводятся в "последовательность" кодов, вдохновленных языком логично). Эта универсальная емкость обусловлена ​​самой природой данных, с которыми она работает, с учетом огромного уровня абстракции.

Таким образом, машина Тьюринга Его можно запрограммировать на выполнение определенных инструкций, которые отвечают на более или менее сложные вопросы.. Все это подразумевает, что необходимо знать его конкретный язык, чтобы адаптировать алгоритм к нему для его работы, зная, что он не Существует универсальный код, разъясняющий совокупность математических неизвестных, которые дремлют в самой природе (на что указывает закон Черч-Тьюринг). Следовательно, система требует, чтобы за ней стоял человеческий разум, который задавал себе вопрос, который нужно сформулировать, и знал, как «подойти» к устройству, чтобы решить его.

Сырье для машины Тьюринга - вычислимые числа.то есть те, которые могут быть объективно рассчитаны с помощью математической формулы и в пределах разумного времени. В этом контексте важно, чтобы он приспосабливался к двум конкретным «проблемам»: к решению (каждому ответу предшествует ряд предыдущих элементов расчета, на которые можно ответить дихотомически как да / нет) и остановка (узнайте, действительно ли возможны окончательные ответы, или система будет «обречена» обрабатывать заказ в цикле бесконечный / неразрешимый). То есть существует определенный алгоритм того, что он должен знать, и что его технология может реагировать на него с необходимой точностью, чтобы «остановиться» и предложить решение.

До сих пор теоретическая логика машины Тьюринга обсуждалась подробно. Следующие строки будут углубляться в суть его физических и / или функциональных характеристик, с которыми алгоритм или стандарт операция, которую организовал пользователь (и которая может варьироваться от простых уравнений до самых недр закона абстракции математика).

• Вам может быть интересно: "Эксперимент в китайской комнате: компьютеры с разумом?"

Описание машины Тьюринга

Наряду с логическим / математическим основанием, которое было описано, машина Тьюринга требует ряда физические элементы, которые имеют функцию выполнения команд, введенных с предшествование. Их расположение может быть разнообразным, так как конструкций этой системы может быть почти бесконечное количество, но обязательно потребуется следующее: лента из бумаги или материал. аналогично, движущаяся головка, конец которой способен создавать следы (символы или числа), и центральный процессор, в котором можно кодировать алгоритмы, которые требуются или которые облегчают анализ.

Лента - самый важный элемент из всех. Это не что иное, как продольная полоса, которая разделена на последовательность квадратов одинакового размера (или квадратов), длина которых во многом будет зависеть от "усилий", которые необходимо приложить для решения вопроса, поставленного пользователем (которые могут быть как короткими, так и длинными, уместным). Ящики зарезервированы для головы, чтобы рисовать разные символы (например, 0-1 в двоичном коде) в каждом из них., и составляют продукт расчета, который необходимо будет проверить после его отключения. С компьютерной точки зрения эти ленты могут быть памятью современного компьютера. Первые ячейки обычно имеют уже установленное содержимое (ввод), остальные оставляются пустыми и готовы к использованию после процесса вычисления.

Точно так же машина Тьюринга Он состоит из головки, механического придатка (подвижного), который перемещается влево или вправо в соответствии с порядком, установленным для него системой.. На конце он имеет удлинение, способное записывать след на ленте, придавая его форму числам или цифрам, которые соответствуют коду, определяющему движение. Первоначальная модель имела рудиментарную технологическую головку, но достижения в области робототехники позволили появиться новым, более совершенным и точным конструкциям. Головка «считывает» содержимое ячеек и перемещает одиночный прямоугольник в любую сторону (в зависимости от его конкретного состояния), чтобы продолжить выполнение инструкции.

В-третьих, есть центральный процессор для хранения кода и алгоритмов, содержащих инструкции за активность аппарата, выражаемую следующими математическими и логическими терминами. Этот язык имеет универсальный нюанс, хотя он позволяет с определенной степенью маневра вводить операционные выражения, сформулированные пользователем (при условии, что значение стало операционным). Таким образом, его голова будет способствовать выполнению инструкций, хранящихся в процессоре, что будет эквивалентно тому, что сегодня известно как программы или приложения (приложение). Эта система позволила бы воспроизвести любые возможные вычисления и стала бы предшественницей любого из существующих компьютеров.

• Вам может быть интересно: "Вычислительная теория разума: из чего она состоит?"

Работа этого устройства

Машина Тьюринга предназначена для гравировки определенного образца символов или чисел, возможную вселенную которых часто называют «алфавитом». Когда он работает с двоичным кодом, его общий алфавит равен двум (0 или 1), но он может быть настолько широким, насколько это считается подходящим для выполняемой функции. Голова сможет воспроизвести в ячейках ленты только то, что было указано ранее в таких системы, поэтому для вычисления (например, числа "пи") потребуется полный спектр чисел (от 0 до 9).

В дополнение к этому, то, что на практике известно как состояния (Q), которые также программируются пользователем при описании кода (и они обозначены как q1, q2, q3, q4… qn). Общий диапазон зависит от абстрактных математических гипотез и рассматривает условные нюансы логической формулы кода, чтобы голова движется в соответствующем направлении и выполняет соответствующее действие («если вы находитесь в позиции q2, напишите« 0 »и не двигайтесь», например.).

Наконец, будет функция «перехода» (дельта), в которой суммируется общая последовательность (шаг за шагом) обработки. математический, и это выражает полную инструкцию: чтение ячейки, запись нового символа, изменение состояния (или нет) и перемещение глава; в повторяющемся цикле, который останавливается при нахождении ответа на исходный вопрос, или также в момент, когда что пользователь предвидел это в своем коде (часто восклицанием, которое читается как «стоп»). Как только машина перестает двигаться, лента извлекается, и полученный ею отклик подробно анализируется.

Как можно заметить, есть явное сходство между машиной Тьюринга и компьютерами, которые мы используем сегодня. Его вклад был ключом к экспоненциальному прогрессу во всех последующих компьютерных разработках, вплоть до указывают на то, что его дух находится в самом сердце технологии, которая позволяет нам оставаться взаимосвязаны.

Библиографические ссылки:

• Хан, С. и Хиял, М. (2006). Модель Тьюринга для распределенных вычислений. Журнал информационных технологий. 5, 305-313.
• Цюй, П., Ян, Дж., Чжан, Ю. и Гао, Г. (2017). Параллельная машина Тьюринга, предложение. Журнал компьютерных наук и технологий, 32, 269-285.