Тјурингова машина: шта је то и како функционише

Не можемо да схватимо историјски тренутак у коме живимо, а да не обратимо пажњу на важност рачунара. За само неколико година од употребе у одређеним областима постао је свеприсутан ентитет, и то не само у рачунари, али и мобилни телефони и готово све најчешће коришћене технологије (попут тзв „ношњи“).

У ствари, рачунар или мобилни уређај који користите за читање овог чланка има такву технологију коју ствара неколико деценија требало би му огромно простора за функционисање (или би било потпуно не одржив). И то је да данас идемо ка изванредној минијатуризацији рачунарских компонената, што ће проширити њихову употребу и олакшати њихово ширење на сва подручја живота.

Напредак којем нас подноси технологија је незаустављив до те мере да без ње више не бисмо могли да живимо оптимално. Наша врста зависи од рачунарства, јер је данашње друштво такве сложености која функционише Голи когнитивни фактори више не дозвољавају да се њиме успешно управља, потребна је спољна помоћ да би се надокнадила наша недостаци.

У овом тексту ћемо видети какав је концепт Тјурингове машине, створена средином 30. века. Његов допринос рачунарству какав је данас познат је очигледан, сматрајући га моделом на којем се заснивају логика и архитектура садашњих рачунара. То је то: мајка технологије која није променила само свет, већ и хоризонт човечанства.

• Повезани чланак: "Функционалистичка теорија Џона Дјуија"

Шта је Тјурингова машина?

Тјурингова машина је уређај створен 1936. године, који представља идеализовани модел рачунарства способан за складиштење / обраду готово бесконачних информација. Систем је математичка апстракција која је конструисана на изузетно једноставан начин, али која олакшава емпиријска верификација широког спектра питања о теоријама израчунљивости и / или сложености. Његова замисао означила је велику прекретницу у историји рачунарства, до те мере да је сматрао порекло данашњих рачунара (и сродних технологија, попут таблета или телефона мобилни).

Архитекта овога био је Алан М. Тјуринг, енглески логичар и математичар да је целог свог живота покушавао концепцију теоријског модела помоћу којег би могао аутоматски и свима доступно да одговори на непознанице своје дисциплине.

Овај британски геније, чија се историјска важност не може довести у питање, такође је допринео (заједно са неколико пољских научника) разоткривању кодова криптографије које је нацистичка војска користила за тајну међусобну комуникацију током тужног Другог светског рата (кроз оно што је постало познато као машина за енигму). За ово је осмислио електромагнетни уређај за искључивање (бомбу), чија је употреба скратила трајање сукоба и спасила небројене људске животе, дозвољавајући објављивање планова режима током времена непријатељства.

Тјурингова машина је историјски претеча модерних „ускладиштених програмских рачунара“, који омогућавају и чување података и алгоритама на којима су изграђени. Његова предност и један од фактора који изазива фасцинацију међу теоретичарима рачунара је његова једноставност и огромне могућности техничке конфигурације; а то је да омогућава експериментисање кроз начин на који су његови физички елементи распоређени и поставља се „питање“ са да је његова употреба програмирана (помоћу алгоритама који се преводе у „сукцесију“ кодова инспирисаних језиком логичан). Овај свестрани капацитет резултат је саме природе података са којима ради, подложних огромном нивоу апстракције.

На овај начин, Тјурингова машина Може се програмирати за извршавање одређених упутстава која одговарају на више или мање сложена питања.. Све ово подразумева да његов језик мора бити познат, како би му се прилагодио алгоритам за његово функционисање, свестан да то не чини постоји универзални код који разјашњава целину математичких непознаница које дремају у самој природи (на шта указује закон Цхурцх-Туринг). Због тога систем захтева људски ум који иза себе поставља себи питање које треба формулисати и знајући како да „оде“ до уређаја да га реши.

Сировина Тјурингове машине су израчунати бројеви, односно они који се могу израчунати објективно помоћу математичке формуле и то у границама разумног времена. У том контексту, од суштинске је важности да се прилагоди двама специфичним „проблемима“: оном одлуке (сваком одговору претходи низ претходних елемената рачунања на које се може одговорити дихотомно као да / не) и заустављање (препознајте да ли су коначни одговори заиста могући или ће систем бити „осуђен“ да обрађује налог у циклусу бесконачно / нерешиво). Односно, да постоји одређени алгоритам за оно што се намерава знати и да његова технологија може на њега одговорити неопходном прецизношћу да се „заустави“ и понуди решење.

До ове тачке детаљно су разматране теоријске логике Тјурингове машине. Следећи редови ће истражити срж његових физичких и / или функционалних карактеристика, са којима алгоритам или стандард операција коју је корисник договорио (а која може да се креће од једноставних једначина до самог срца закона апстракције математика).

• Можда ћете бити заинтересовани: "Експеримент кинеске собе: Рачунари са умом?"

Опис Тјурингове машине

Заједно са логичком / математичком основом која је описана, Тјурингова машина захтева низ физички елементи, који имају функцију извршавања наредби унетих са антериорност. Њихов распоред може бити разнолик, јер би овај систем био готово бесконачан, али обавезно су потребни: трака од папира или материјал слично, покретна глава чији је крај способан да ствара трагове (симболи или бројеви) и централни процесор у којем се кодирају алгоритми који су потребни или који олакшавају анализа.

Трака је најважнији елемент свих њих. То није ништа више од уздужне траке која је подељена на низ квадрата једнаке величине (или квадрата) и чија ће дужина у великој мери зависити „напора“ који се мора предузети да би се решило питање које је поставио корисник (које може бити кратко или дуго колико процењује релевантни). Кутије су резервисане за главу да у сваки од њих црта различите симболе (попут 0-1 у бинарном коду), и представљају рачунски производ који ће се морати проверити након његовог заустављања. У рачунарском смислу, ове траке могу бити успомена на савремени рачунар. Прве ћелије обично имају садржај већ успостављен (улаз), а остатак оставља празан и спреман за употребу након процеса рачунања.

Исто тако, Тјурингова машина Састоји се од главе, механичког додатка (покретног) који се помера лево или десно пратећи редослед који систем за њу има. На свом крају има издужење способно да угравира траг на траку, дајући свој облик одговарајућим бројевима или фигурама према коду који одређује кретање. Оригинални модел имао је основну технолошку главу, али напредак роботике омогућио је појаву нових, напреднијих и прецизнијих дизајна. Глава „чита“ садржај ћелија и помера један оквир на било коју страну (у зависности од његовог специфичног стања) да би наставила са извршавањем упутства.

Треће, постоји централни процесор у сврху чувања кода и алгоритама који садрже упутства за активност апарата, изражено према математичким и логичким терминима. Овај језик има универзалну нијансу, иако омогућава одређени степен маневрисања за увођење оперативних израза које је формулисао корисник (под условом да је значење учињено оперативним). На тај начин би његова глава олакшала извршавање упутстава ускладиштених у процесору, што би било еквивалентно ономе што је данас познато као програми или апликације (апликација). Овај систем би омогућио репродукцију свих могућих прорачуна и подигао би се као претходник било ког од тренутних рачунара.

• Можда ћете бити заинтересовани: "Рачунарска теорија ума: од чега се он састоји?"

Рад овог уређаја

Тјурингова машина дизајнирана је за урезивање одређеног узорка симбола или бројева чији се могући универзум често назива „абецеда“. Када ради са бинарним кодом, његова укупна абецеда је два (0 или 1), али може бити широка онолико колико се сматра одговарајућом за функцију која ће се изводити. Глава ће моћи да репродукује само у ћелијама траке оно што је претходно назначено у њима система, па ће за прорачун (на пример број „пи“) бити потребан читав спектар бројева (од 0 до 9).

Поред овога, оно што је у пракси познато као стања (К), које такође програмира корисник током описа кода (а означени су као к1, к2, к3, к4… кн). Укупан опсег зависи од апстрактних математичких хипотеза и прегледава условне нијансе логичке формуле кода, како би се глава се креће у одговарајућем смеру и извршава одговарајућу акцију („ако сте у положају к2, напишите„ 0 “и не померајте се, на пример.).

Коначно, постојала би „транзициона“ функција (делта), у којој се сажима укупна секвенца (корак по корак) обраде. математички, а то изражава комплетну упуту: читање ћелије, писање новог симбола, промене стања (или не) и кретање глава; у понављајућем циклусу који се зауставља приликом проналажења одговора на почетно питање, или такође у тренутку када да је корисник то предвидео у оквиру свог кода (често узвиком, који се чита као „стоп“). Чим се машина заустави у покрету, трака се преузима и детаљно се анализира одговор који је пружила.

Као што се види, постоји јасна сличност између Тјурингове машине и рачунара које данас користимо. Његов допринос је био кључан за експоненцијално напредовање у свим наредним рачунарским дизајном, све до тачка да је њен дух у самом срцу технологије која нам омогућава да останемо међусобно повезани.

Библиографске референце:

• Кхан, С. и Кхииал, М. (2006). Тјурингов модел за дистрибуирано рачунање. Јоурнал оф Информатион Тецхнологи. 5, 305-313.
• Ку, П., Иан, Ј., Зханг, И. и Гао, Г. (2017). Машина за паралелни Тјуринг, предлог. Часопис за рачунарске науке и технологију, 32, 269-285.