Turing-maskin: vad det är och hur det fungerar

Vi kan inte tänka oss det historiska ögonblicket vi lever i utan att ta hänsyn till vikten av datorer. På bara några år har det gått från att användas i specifika områden till att vara en allestädes närvarande enhet, och inte bara i datorer, men också mobiltelefoner och nästan alla vanliga tekniker (som så kallade "användbara").

Faktum är att den dator eller mobil du använder för att läsa den här artikeln har sådan teknik som den skapar några årtionden hade det behövt ett enormt utrymme för att fungera (eller så hade det varit helt icke-bärkraftiga). Och det är att vi idag går mot en extraordinär miniatyrisering av datorkomponenter, som kommer att utvidga deras användning och underlätta deras expansion till alla livets områden.

Det framsteg som tekniken utsätter oss för är ostoppbar, så att vi utan den inte längre skulle kunna leva optimalt. Vår art är beroende av dator, eftersom dagens samhälle är så komplex att det fungerar Nakna kognitiva faktorer gör det inte längre möjligt att hantera den framgångsrikt och kräver extern hjälp för att kompensera för vår brister.

I denna text kommer vi att se vad är konceptet för Turing-maskinen, skapad i mitten av 30-talet. Hans bidrag till databehandling som det är känt idag är uppenbart, med tanke på det den modell som logiken och arkitekturen hos nuvarande datorer bygger på. Detta är det: modern till en teknik som inte bara har förändrat världen utan också mänsklighetens horisont.

• Relaterad artikel: "John Deweys funktionalistiska teori"

Vad är Turing-maskinen?

Turing-maskinen är en enhet skapad 1936, som representerar en idealiserad datormodell som kan lagra / bearbeta praktiskt taget oändlig information. Systemet är en matematisk abstraktion som byggs på ett utomordentligt enkelt sätt, men som underlättar empiriker verifiering av ett brett spektrum av frågor om beräkningsbarhet och / eller komplexitetsteorier. Hans tankegång markerade en stor milstolpe i databehandlingens historia, så långt att den betraktades som ursprung för dagens datorer (och relaterad teknik, som surfplattor eller telefoner mobil).

Arkitekten för detta var Alan M. Turing, engelsk logiker och matematiker att han hela sitt liv försökte uppfattningen av en teoretisk modell för att svara på de okända av hans disciplin, automatiskt och tillgänglig för alla.

Detta brittiska geni, vars historiska betydelse inte kan ifrågasättas, bidrog också (tillsammans med flera polska forskare) till att riva upp koderna kryptografier som den nazistiska militären använde för att i hemlighet kommunicera med varandra under det sorgliga andra världskriget (genom det som blev känt som gåtmaskin). För detta utarbetade han en elektromagnetisk avstängningsanordning (bom), vars användning förkortade konfliktens varaktighet och räddade oräkneliga människoliv genom att låta regimens planer lösa sig under den tid som fientligheter.

Turing-maskinen är den historiska föregångaren till moderna "lagrade programdatorer", som gör det möjligt att både spara data och algoritmerna som de bygger på. Dess fördel, och en av de faktorer genom vilka den skapar fascination bland datorteoretiker, är dess enkelhet och dess enorma tekniska konfigurationsmöjligheter; och det är att det möjliggör experiment genom hur dess fysiska element är ordnade och "frågan" ställs med att dess användning är programmerad (med hjälp av algoritmer, som översätts till en "följd" av koder som är inspirerade av språket logisk). Denna mångsidiga kapacitet beror på själva naturen hos de data som den fungerar med, föremål för en enorm abstraktionsnivå.

På detta sätt Turing-maskinen Den kan programmeras för att utföra specifika instruktioner som svarar på mer eller mindre komplexa frågor.. Allt detta innebär att dess speciella språk måste vara känt, för att anpassa algoritmen till den för dess funktion, medveten om att den inte det finns en universell kod för att klargöra helheten av de matematiska okända som slumrar i naturen själv (som indikeras av lagen om Church-Turing). Därför kräver systemet ett mänskligt sinne bakom sig, ställer sig själv frågan som ska formuleras och vet hur man "adresserar" enheten för att lösa den.

Råvaran i Turing-maskinen är beräknbara siffror, det vill säga de som kan beräknas objektivt med hjälp av en matematisk formel och inom tröskeln till en rimlig tid. I detta sammanhang är det viktigt att den anpassar sig till två specifika "problem": beslutets beslut (varje svar föregås av en serie tidigare beräkningselement som kan besvaras dikotomt som ja / nej) och stopp (känn igen om de slutliga svaren verkligen är möjliga, eller om systemet kommer att "fördömas" för att behandla ordern i en cykel oändlig / olöslig). Det vill säga att det finns en specifik algoritm för vad den är avsedd att veta och att dess teknik kan svara på den med nödvändig precision för att "stoppa" och erbjuda en lösning.

Fram till denna punkt har den teoretiska logiken för en Turing-maskin diskuterats i detalj. Följande rader kommer att gräva in i kärnan i dess fysiska och / eller funktionella särdrag, med vilka algoritmen eller standarden för operation som användaren har ordnat (och som kan sträcka sig från enkla ekvationer till själva hjärtat av abstraktionslagen matematik).

• Du kanske är intresserad: "Det kinesiska rumsexperimentet: Datorer med sinne?"

Beskrivning av Turing-maskinen

Tillsammans med den logiska / matematiska grunden som har beskrivits kräver Turing-maskinen en serie fysiska element, som har funktionen att utföra de kommandon som anges med anterioritet. Deras arrangemang kan vara olika, eftersom det skulle finnas nästan oändliga mönster av detta system, men följande krävs nödvändigtvis: ett tejp papper eller ett material på liknande sätt ett rörligt huvud vars ände kan skapa spår (symboler eller siffror) och en central processor för att koda de algoritmer som krävs eller som underlättar analys.

Bandet är det viktigaste inslaget i dem alla. Det är inget annat än en längsgående remsa, som är uppdelad i en följd av kvadrater av samma storlek (eller kvadrater), och vars längd till stor del kommer att bero på av "ansträngningen" som måste utföras för att lösa frågan från användaren (som kan vara så kort eller så lång som uppskattad relevant). Rutorna är reserverade för huvudet för att rita olika symboler (som 0-1 i binärkoden) i var och enoch utgör den beräkningsprodukt som måste kontrolleras efter dess stopp. I dators termer kan dessa band vara minnet av en modern dator. De första cellerna har vanligtvis ett redan etablerat innehåll (input) och lämnar resten tom och redo att användas efter beräkningen.

Likaså Turing-maskinen Den består av ett huvud, ett mekaniskt (mobilt) tillägg som rör sig åt vänster eller höger enligt den ordning som systemet har för det. I slutet har den en förlängning som kan gravera ett spår på bandet, vilket ger sin form till motsvarande siffror eller siffror enligt koden som bestämmer rörelsen. Den ursprungliga modellen hade ett rudimentärt teknikhuvud, men framsteg inom robotik har gjort det möjligt att uppstå nya, mer avancerade och exakta mönster. Huvudet "läser" innehållet i cellerna och flyttar en enda ruta till vardera sidan (beroende på dess specifika tillstånd) för att fortsätta att utföra instruktionen.

För det tredje finns det en central processor för att lagra kod och algoritmer som innehåller instruktioner för apparatens aktivitet, uttryckt enligt matematiska och logiska termer. Detta språk har en universell nyans, även om det tillåter en viss manöver att införa operativa uttryck formulerade av användaren (förutsatt att betydelsen har gjorts operativ). På detta sätt skulle dess huvud underlätta utförandet av instruktioner lagrade i processorn, vilket skulle motsvara det som idag kallas program eller applikationer (app). Detta system gör det möjligt att reproducera alla möjliga beräkningar och skulle stiga som föregångaren till någon av de nuvarande datorerna.

• Du kanske är intresserad: "Sinnets beräkningsteori: vad består den av?"

Användning av denna enhet

En Turing-maskin är utformad för att gravera ett specifikt exempel på symboler eller siffror, vars möjliga universum ofta kallas "alfabetet". När det fungerar med binär kod är dess totala alfabet två (0 eller 1), men det kan vara så brett som det anses lämpligt för den funktion som ska utföras. Huvudet kommer bara att kunna reproducera i cellerna på bandet vad som tidigare har indikerats i sådant system, så en beräkning (t.ex. "pi") kommer att kräva hela talets spektrum (från 0 till 9).

Utöver detta, vad som i praktiken kallas tillstånd (Q), som också programmeras av användaren under beskrivningen av koden (och de är märkta som q1, q2, q3, q4... qn). Det totala intervallet beror på abstrakta matematiska hypoteser och granskar de villkorliga nyanserna i den logiska formeln för koden, så att huvudet rör sig i motsvarande riktning och vidtar den relevanta åtgärden ("om du är i position q2, skriv" 0 "och rör dig inte", t.ex.).

Slutligen skulle det finnas en "övergångsfunktion" (delta), i vilken den totala sekvensen (steg för steg) för behandlingen sammanfattas. matematisk, och som uttrycker den fullständiga instruktionen: cellläsning, ny symbolskrivning, tillståndsförändringar (eller inte) och rörelse av huvud; i en återkommande cykel som stannar när du hittar svaret på den ursprungliga frågan, eller också vid det tillfället när att användaren har förutsett det i sin kod (ofta genom ett utrop, som läses som "stopp"). Så snart maskinen slutar röra sig hämtas tejpen och svaret som den har tillhandahållits analyseras i detalj.

Som man kan se, det finns en tydlig likhet mellan Turing-maskinen och de datorer vi använder idag. Hans bidrag har varit nyckeln till att utvecklas exponentiellt i all efterföljande datordesign, fram till påpeka att dess anda ligger i hjärtat av en teknik som gör att vi kan stanna kvar sammankopplade.

Bibliografiska referenser:

• Khan, S. och Khiyal, M. (2006). Turing-modell för distribuerad databehandling. Information Technology Journal. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. och Gao, G. (2017). Parallell turingmaskin, ett förslag. Journal of Computer Science and Technology, 32, 269-285.