Turing makinesi: nedir ve nasıl çalışır

Bilgisayarın önemine dikkat etmeden yaşadığımız tarihsel anı düşünemeyiz. Sadece birkaç yıl içinde belirli alanlarda kullanılmaktan her yerde hazır ve nazır bir varlık haline geldi. bilgisayarlar değil, aynı zamanda cep telefonları ve hemen hemen tüm yaygın olarak kullanılan teknolojiler (sözde "giyilebilir cihazlar").

Aslında, bu makaleyi okumak için kullandığınız bilgisayar veya cep telefonu öyle bir teknolojiye sahiptir ki, birkaç on yıl sonra, çalışması için çok büyük bir alana ihtiyaç duyulacaktı (ya da tamamen yaşayamaz). Ve bugün, kullanımlarını genişletecek ve yaşamın her alanına yayılmasını kolaylaştıracak bilgisayar bileşenlerinin olağanüstü minyatürleştirilmesine doğru ilerliyoruz.

Teknolojinin bizi tabi tuttuğu ilerleme durdurulamaz, o kadar ki onsuz artık en iyi şekilde yaşayamayız. Türümüz hesaplamaya bağlıdır, çünkü günümüz toplumu o kadar karmaşıktır ki, işlev görür. Çıplak bilişsel faktörler artık başarılı bir şekilde yönetilmesine izin vermemekte ve bizim için telafi etmek için dış yardıma ihtiyaç duymaktadır. eksiklikler.

Bu metinde göreceğiz Turing makinesinin konsepti nedir, 30. yüzyılın ortalarında yaratıldı. Günümüz bilgisayarlarının mantığının ve mimarisinin üzerine kurulduğu model olarak düşünüldüğünde, bugün bilindiği gibi bilişime katkısı açıktır. Bu: sadece dünyayı değil, insanlığın ufkunu da değiştiren bir teknolojinin anası.

• İlgili makale: "John Dewey'in işlevselci teorisi"

Turing makinesi nedir?

Turing makinesi, 1936'da oluşturulmuş bir cihazdır. sanal olarak sonsuz bilgiyi depolayabilen/işleyebilen ideal bir bilgi işlem modeli. Sistem, olağanüstü basit bir şekilde oluşturulmuş, ancak işlemi kolaylaştıran matematiksel bir soyutlamadır. hesaplanabilirlik ve / veya karmaşıklık teorileri hakkında çok çeşitli soruların ampirist doğrulaması. Onun fikri, bilgisayar tarihinde büyük bir dönüm noktası olarak kabul edilme noktasına geldi. günümüz bilgisayarlarının (ve tabletler veya telefonlar gibi ilgili teknolojilerin) kökeni mobil).

Bunun mimarı Alan M. Turing, İngiliz mantıkçı ve matematikçi tüm hayatı boyunca, kendi disiplininin bilinmeyenlerini otomatik olarak ve herkes için erişilebilir şekilde cevaplayacak teorik bir model kavramını denediğini söyledi.

Tarihsel önemi sorgulanamayan bu İngiliz dehası (birkaç Polonyalı bilim adamıyla birlikte) kodların çözülmesine de katkıda bulundu. Nazi ordusunun üzücü ikinci dünya savaşı sırasında birbirleriyle gizlice iletişim kurmak için kullandığı kriptografiler (olarak bilinen şey aracılığıyla). bilmece makinesi). Bunun için, kullanımı çatışmanın süresini kısaltan ve tasarruf sağlayan bir elektromanyetik kesme cihazı (bomba) tasarladı. sayısız insan hayatını, rejimin planlarının zaman içinde çözülmesine izin vererek düşmanlıklar.

Turing makinesi bu modern "depolanmış program bilgisayarlarının" tarihsel öncüsü, hem verilerin kaydedilmesine hem de üzerine inşa edildiği algoritmalara izin verir. Avantajı ve bilgisayar teorisyenleri arasında hayranlık uyandıran faktörlerden biri, basitliği ve muazzam teknik konfigürasyon olanaklarıdır; ve fiziksel unsurlarının nasıl düzenlendiği ve "soru"nun nasıl sorulacağı ile deneyi mümkün kılar. kullanımının programlanmış olması (dilden esinlenen kodların "ardışıklığına" çevrilen algoritmalar aracılığıyla) mantıklı). Bu çok yönlü kapasite, muazzam bir soyutlama düzeyine tabi olarak çalıştığı verilerin doğasından kaynaklanmaktadır.

Bu sayede Turing makinesi Az ya da çok karmaşık soruları yanıtlayan belirli talimatları yürütmek üzere programlanabilir.. Bütün bunlar, algoritmayı çalışması için ona uyarlamak için kendi dilinin bilinmesi gerektiğini ima eder. Doğanın kendisinde uyuklayan matematiksel bilinmeyenlerin bütününü açıklığa kavuşturmak için evrensel bir kod vardır (yasanın gösterdiği gibi). Kilise Turing). Bu nedenle sistem, arkasında formüle edilecek soruyu kendine soran ve onu çözmek için cihaza nasıl "gideceğini" bilen bir insan zihnine ihtiyaç duyar.

Turing makinesinin hammaddesi hesaplanabilir sayılardır.yani, matematiksel bir formül aracılığıyla ve makul bir süre eşiği içinde nesnel olarak hesaplanabilenler. Bu bağlamda, iki özel "soruna" uyum sağlaması esastır: kararınki (her yanıttan önce, yanıtlanabilecek bir dizi önceki hesaplama öğesi gelir). evet / hayır olarak ikiye ayrılır) ve durma (nihai cevapların gerçekten mümkün olup olmadığını veya sistemin siparişi bir döngüde işlemeye "mahkum olup olmayacağını" kabul edin sonsuz / çözülemez). Yani, bilmesi amaçlanan şey için belirli bir algoritma vardır ve teknolojisinin buna "durdurmak" ve bir çözüm önermek için gerekli hassasiyetle yanıt verebilmesidir.

Bu noktaya kadar bir Turing makinesinin teorik mantığı ayrıntılı olarak tartışıldı. Aşağıdaki satırlar, algoritmanın veya standardın kullandığı fiziksel ve / veya işlevsel özelliklerinin özüne inecektir. kullanıcının düzenlediği (ve basit denklemlerden soyutlama yasasının tam kalbine kadar değişebilir) işlem matematik).

• İlginizi çekebilir: "Çin Odası Deneyi: Akıl Sahibi Bilgisayarlar mı?"

Turing makinesinin açıklaması

Turing makinesi, açıklanan mantıksal/matematiksel temelin yanı sıra bir dizi ile girilen komutları yürütme işlevine sahip fiziksel öğeler öncelik. Bu sistemin neredeyse sonsuz tasarımları olacağından, düzenlemeleri çeşitli olabilir, ancak aşağıdakiler zorunlu olarak gereklidir: bir kağıt bant veya bir malzeme. benzer şekilde, ucu izler (semboller veya sayılar) yapabilen hareketli bir kafa ve gerekli algoritmaları kodlayan veya işlemi kolaylaştıran merkezi bir işlemci. analiz.

Bant, hepsinin en önemli unsurudur. Bu, ardışık eşit büyüklükteki karelere (veya karelere) bölünmüş ve uzunluğu büyük ölçüde bağlı olacak olan uzunlamasına bir şeritten başka bir şey değildir. Kullanıcı tarafından sorulan soruyu çözmek için yapılması gereken "çabanın" (tahmin edildiği kadar kısa veya uzun olabilir) ilgili). Kutular, kafanın her birinde farklı semboller (ikili kodda 0-1 gibi) çizmesi için ayrılmıştır.kapatıldıktan sonra kontrol edilmesi gereken hesaplama ürününü oluşturur. Bilgisayar terimleriyle, bu bantlar modern bir bilgisayarın belleği olabilir. İlk hücreler genellikle önceden oluşturulmuş bir içeriğe (girdi) sahiptir, geri kalanını boş ve hesaplama işleminden sonra kullanılmaya hazır bırakır.

Aynı şekilde Turing makinesi Bir kafa, sistemin kendisi için sahip olduğu sıraya göre sola veya sağa hareket eden mekanik (hareketli) bir ekten oluşur.. Sonunda, hareketi belirleyen koda göre ilgili sayılara veya şekillere şeklini vererek, bant üzerine bir iz kazıyabilen bir uzatmaya sahiptir. Orijinal model ilkel bir teknoloji kafasına sahipti, ancak robotikteki ilerlemeler yeni, daha gelişmiş ve hassas tasarımların ortaya çıkmasına izin verdi. Başlık, hücrelerin içeriğini "okur" ve talimatı yürütmeye devam etmek için tek bir kutuyu her iki tarafa (özel durumuna bağlı olarak) hareket ettirir.

Üçüncüsü, var talimatları içeren kod ve algoritmaları depolamak amacıyla merkezi bir işlemci aşağıdaki matematiksel ve mantıksal terimlerle ifade edilen aparatın aktivitesi için. Bu dilin evrensel bir nüansı vardır, ancak kullanıcı tarafından formüle edilen operasyonel ifadeleri tanıtmak için belirli bir manevra derecesine izin verir (anlamın işlevsel hale getirilmesi şartıyla). Bu şekilde kafası, işlemcide depolanan ve günümüzde programlar veya uygulamalar (uygulama) olarak bilinenlere eşdeğer olan talimatların yürütülmesini kolaylaştıracaktır. Bu sistem, olası herhangi bir hesaplamayı yeniden üretmeye izin verecek ve mevcut bilgisayarların herhangi birinin öncülü olarak yükselecekti.

• İlginizi çekebilir: "Hesaplamalı zihin teorisi: nelerden oluşur?"

Bu cihazın çalışması

Bir Turing makinesi, olası evreni genellikle "alfabe" olarak adlandırılan belirli bir sembol veya sayı örneğini oymak için tasarlanmıştır. İkili kod ile çalıştığında toplam alfabesi iki (0 veya 1) olur, ancak yapılacak işleve uygun görüldüğü kadar geniş olabilir. Kafa, kasetin hücrelerinde yalnızca daha önce belirtilenleri çoğaltabilecektir. sistem, bu nedenle bir hesaplama (örneğin "pi" sayısı) tam sayı spektrumunu (0'dan 9).

Buna ek olarak, pratikte bilinen kodun açıklaması sırasında kullanıcı tarafından da programlanan durumlar (Q) (ve q1, q2, q3, q4… qn olarak etiketlenirler). Toplam aralık, soyut matematiksel hipotezlere bağlıdır ve kodun mantıksal formülünün koşullu nüanslarını gözden geçirir. kafa ilgili yönde hareket eder ve ilgili eylemi gerçekleştirir ("q2 konumundaysanız," 0 "yazın ve hareket etmeyin", Örneğin.).

Son olarak, işlemenin toplam dizisinin (adım adım) özetlendiği bir "geçiş" işlevi (delta) olacaktır. matematiksel ve bu tam talimatı ifade eder: hücre okuma, yeni sembol yazma, durum değişiklikleri (veya değil) ve kafa; ilk sorunun cevabını bulurken veya aynı zamanda şu anda duran tekrar eden bir döngüde kullanıcının kodunda öngördüğünü (genellikle "dur" olarak okunan bir ünlemle). Makine durur durmaz bant alınır ve verdiği tepki detaylı olarak analiz edilir.

Görülebileceği gibi, Turing makinesi ile bugün kullandığımız bilgisayarlar arasında açık bir benzerlik var.. Katkısı, sonraki tüm bilgisayar tasarımında katlanarak ilerlemenin anahtarı olmuştur. kalmamıza izin veren bir teknolojinin tam kalbinde ruhunun yattığına işaret ediyor. birbirine bağlı.

Bibliyografik referanslar:

• Hakan, Ş. ve Hiyal, M. (2006). Dağıtılmış Hesaplama için Turing Modeli. Bilgi Teknolojileri Dergisi. 5, 305-313.
• Qu, P., Yan, J., Zhang, Y. ve Gao, G. (2017). Paralel Turing Makinesi, Bir Öneri. Bilgisayar Bilimi ve Teknolojisi Dergisi, 32, 269-285.