Turingov stroj: kaj je in kako deluje

Ne moremo si predstavljati zgodovinskega trenutka, v katerem živimo, ne da bi bili pozorni na pomen računalništva. V samo nekaj letih se je od uporabe na določenih področjih spremenil v vseprisotno entiteto in ne samo v EU računalniki, pa tudi mobilni telefoni in skoraj vse najpogosteje uporabljene tehnologije (kot so t.i. "nosljivi materiali").

Pravzaprav ima računalnik ali mobilni telefon, s katerim berete ta članek, takšno tehnologijo, ki jo izdeluje nekaj desetletij bi potreboval ogromen prostor za delovanje (ali pa bi bil popolnoma neizvedljivo). In to je, da danes prehajamo k izjemni miniaturizaciji računalniških komponent, ki bo razširila njihovo uporabo in olajšala njihovo širitev na vsa področja življenja.

Napredka, ki nam ga podreja tehnologija, je neustavljivo do te mere, da brez nje ne bi mogli več živeti optimalno. Naša vrsta je odvisna od računalništva, saj je današnja družba tako kompleksna, da deluje Goli kognitivni dejavniki ne dovoljujejo več uspešnega obvladovanja, zato potrebujejo zunanjo pomoč, da nadomestijo našo pomanjkljivosti.

V tem besedilu bomo videli kakšen je koncept Turingovega stroja, ki je nastala sredi 30. stoletja. Njegov prispevek k računalništvu, kot ga poznamo danes, je očiten, saj gre za model, na katerem temelji logika in arhitektura sedanjih računalnikov. To je to: mati tehnologije, ki ni spremenila le sveta, ampak tudi obzorje človeštva.

• Povezani članek: "Funkcionalistična teorija Johna Deweya"

Kaj je Turingov stroj?

Turingov stroj je naprava, ustvarjena leta 1936, ki predstavlja idealiziran model računalništva, ki lahko shrani / obdela skoraj neskončne informacije. Sistem je matematična abstrakcija, ki je narejena na izredno preprost način, vendar omogoča empirično preverjanje širokega spektra vprašanj o teorijah izračunanosti in / ali kompleksnosti. Njegova zamisel je pomenila velik mejnik v zgodovini računalništva, da bi ga lahko obravnavali kot izvor današnjih računalnikov (in sorodnih tehnologij, kot so tablični računalniki ali telefoni mobilni).

Arhitekt tega je bil Alan M. Turing, angleški logik in matematik da je vse življenje preizkušal zasnovo teoretičnega modela, s katerim bi samodejno in vsem dostopno odgovoril na neznanke svoje discipline.

Ta britanski genij, katerega zgodovinskega pomena ni mogoče podvomiti, je prav tako prispeval (skupaj z več poljskimi znanstveniki) k razkrivanju kod kriptografije, ki jih je nacistična vojska med žalostno drugo svetovno vojno tajno komunicirala (prek tistega, kar je postalo znano kot stroj enigma). Za to je zasnoval elektromagnetno odklopno napravo (bombo), katere uporaba je skrajšala trajanje konflikta in prihranila nešteto človeških življenj, tako da je dovolil, da se načrti režima razpletejo v času sovražnosti.

Turingov stroj je zgodovinski predhodnik sodobnih "shranjenih programskih računalnikov", ki omogočajo shranjevanje podatkov in algoritmov, na katerih temeljijo. Njegova prednost in eden od dejavnikov, s katerimi med računalniškimi teoretiki ustvarja očaranost, je preprostost in ogromne možnosti tehnične konfiguracije; in to je, da omogoča eksperimentiranje s pomočjo urejanja njegovih fizičnih elementov in postavljanja "vprašanja" z da je njegova uporaba programirana (z algoritmi, ki se prevedejo v "zaporedje" kod, ki jih navdihuje jezik logično). Ta vsestranska zmogljivost je posledica same narave podatkov, s katerimi deluje, ob upoštevanju izjemne ravni abstrakcije.

Na ta način Turingov stroj Lahko se programira za izvajanje posebnih navodil, ki odgovarjajo na bolj ali manj zapletena vprašanja.. Vse to pomeni, da mora biti znan njegov poseben jezik, da mu lahko prilagodimo algoritem za njegovo delovanje, zavedajoč se, da ne obstaja univerzalna koda za razjasnitev vsote matematičnih neznank, ki dremajo v naravi (kot kaže zakon Church-Turing). Zato sistem za seboj zahteva človeški um, ki si zastavi vprašanje, ki ga je treba oblikovati, in ve, kako "nagovoriti" napravo, da jo reši.

Surovina Turingovega stroja so izračunane številke, to je tistih, ki jih je mogoče izračunati objektivno z matematično formulo in v mejah razumnega časa. V tem kontekstu je bistveno, da se prilagodi dvema specifičnima "težavama": odločitvi (pred vsakim odgovorom je vrsta predhodnih elementov izračuna, na katere je mogoče odgovoriti dihotomno kot da / ne) in stop (prepoznajte, ali so končni odgovori resnično možni ali bo sistem "obsojen", da bo cikel obdelal neskončno / nerešljivo). To pomeni, da obstaja poseben algoritem za tisto, kar naj bi vedel, in da se njegova tehnologija lahko nanj odzove s potrebno natančnostjo, da se "ustavi" in ponudi rešitev.

Do te točke so bile podrobno obravnavane teoretične logike Turingovega stroja. Naslednje vrstice se bodo poglobile v jedro njegovih fizičnih in / ali funkcionalnih posebnosti, s katerimi algoritem ali standard operacija, ki jo je uporabnik uredil (in se lahko giblje od preprostih enačb do samega središča zakona abstrakcije matematika).

• Morda vas zanima: "Poskus kitajske sobe: računalniki z umom?"

Opis Turingovega stroja

Skupaj z opisano logično / matematično osnovo Turingov stroj zahteva vrsto fizični elementi, ki imajo funkcijo izvrševanja ukazov, vnesenih z anteriornost. Njihova razporeditev je lahko raznolika, saj bi obstajali skoraj neskončni modeli tega sistema, nujno pa je potrebno naslednje: trak iz papirja ali material podobno gibljiva glava, katere konec je sposoben narediti sledi (simboli ali številke), in osrednji procesor za kodiranje algoritmov, ki so potrebni ali olajšajo analiza.

Trak je najpomembnejši element vseh. Ni nič drugega kot vzdolžni trak, ki je razdeljen na zaporedje kvadratov enake velikosti (ali kvadratov) in katerih dolžina bo v veliki meri odvisna od "napora", ki ga je treba izvesti za rešitev vprašanja uporabnika (ki je lahko tako kratko ali dolgo, kot je ocenjeno ustrezno). Polja so rezervirana za glavo, da v vsakega nariše različne simbole (na primer 0-1 v binarni kodi)in predstavljajo izračunski izdelek, ki ga bo treba preveriti po njegovi ustavitvi. V računalniškem smislu so ti trakovi lahko spomin sodobnega računalnika. V prvih celicah je običajno že vzpostavljena vsebina (vnos), ostale pa ostanejo prazne in pripravljene za uporabo po postopku izračuna.

Prav tako Turingov stroj Sestavljen je iz glave, mehanskega (premičnega) dodatka, ki se premika v levo ali desno po vrstnem redu, ki ga ima sistem zanj. Na koncu ima raztezek, ki lahko na trak vgravira sled in daje obliko ustreznim številkam ali številkam v skladu s kodo, ki določa gibanje. Prvotni model je imel osnovno tehnološko glavo, vendar je napredek v robotiki omogočil pojav novih, bolj naprednih in natančnih modelov. Glava "prebere" vsebino celic in premakne eno polje na katero koli stran (odvisno od njenega posebnega stanja), da nadaljuje z izvajanjem navodil.

Tretjič, obstaja centralni procesor za shranjevanje kode in algoritmov, ki vsebujejo navodila za delovanje naprave, izraženo v skladu z matematičnimi in logičnimi izrazi. Ta jezik ima univerzalno nianso, čeprav omogoča določeno stopnjo manevriranja za uvedbo operativnih izrazov, ki jih je oblikoval uporabnik (pod pogojem, da je pomen operativen). Na ta način bi njegova glava olajšala izvajanje navodil, shranjenih v procesorju, ki bi bila enakovredna tistemu, kar danes poznamo kot programi ali aplikacije (aplikacija). Ta sistem bi omogočal reprodukcijo vseh možnih izračunov in bi se povzpel kot predhodnik katerega koli od sedanjih računalnikov.

• Morda vas zanima: "Računalniška teorija uma: iz česa je sestavljena?"

Delovanje te naprave

Turingov stroj je zasnovan za graviranje določenega vzorca simbolov ali številk, katerih možno vesolje pogosto imenujemo "abeceda". Ko deluje z binarno kodo, je njena celotna abeceda dve (0 ali 1), vendar je lahko tako široka, kot se zdi primerno za funkcijo, ki jo je treba izvesti. Glava bo lahko v celicah traku reproducirala samo tisto, kar je bilo prej označeno v takem sistem, zato bo za izračun (na primer število "pi") potreben celoten spekter števil (od 0 do 9).

Poleg tega je tisto, kar je v praksi znano kot stanja (Q), ki jih med opisom kode programira tudi uporabnik (in so označene kot q1, q2, q3, q4… qn). Skupno območje je odvisno od abstraktnih matematičnih hipotez in pregleda pogojne odtenke logične formule kode, da se glava se premakne v ustrezno smer in ustrezno ukrepa ("če ste v položaju q2, napišite" 0 "in se ne premikajte", npr.).

Na koncu bi obstajala še funkcija "prehoda" (delta), v kateri je povzeto celotno zaporedje (korak za korakom) obdelave. matematično, kar izraža celotno navodilo: branje celic, pisanje novih simbolov, spremembe stanja (ali ne) in premikanje glava; v ponavljajočem se ciklu, ki se ustavi pri iskanju odgovora na začetno vprašanje ali pa tudi v trenutku, ko da ga je uporabnik predvidel v svoji kodi (pogosto s klicajem, ki se bere kot "stop"). Takoj, ko se naprava ustavi, se trak naloži in podrobno analizira odziv, ki ga je zagotovila.

Kot je razvidno, obstaja jasna podobnost med Turingovim strojem in računalniki, ki jih danes uporabljamo. Njegov prispevek je bil ključen za eksponentni napredek pri vseh nadaljnjih računalniških načrtovanjih, vse do poudarjajo, da je njen duh v središču tehnologije, ki nam omogoča, da ostanemo medsebojno povezani.

Bibliografske reference:

• Khan, S. in Khiyal, M. (2006). Turingov model za porazdeljeno računalništvo. Revija za informacijsko tehnologijo. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. in Gao, G. (2017). Vzporedni Turingov stroj, predlog. Časopis za računalniško znanost in tehnologijo, 32, 269-285.