Машина Тьюрінга: що це і як вона працює

Ми не можемо уявити історичний момент, в якому живемо, не звертаючи уваги на важливість обчислень. Всього за кілька років він перейшов від використання в певних областях до того, щоб стати вездесущим, і не лише в комп’ютери, але також мобільні телефони та майже всі загальновживані технології (наприклад, т.зв. "носимі").

Насправді комп’ютер або мобільний телефон, яким ви користуєтесь для читання цієї статті, має таку технологію, яку він робить кілька десятиліть йому знадобився б величезний простір для функціонування (або це було б цілком нежиттєздатний). І це те, що сьогодні ми рухаємось до надзвичайної мініатюризації комп’ютерних компонентів, що розширить їх використання та полегшить їх поширення на всі сфери життя.

Прогрес, до якого нас підкоряється технологія, не зупинити, до того, що без неї ми вже не могли б жити оптимально. Наш вид залежить від обчислювальної техніки, оскільки сучасне суспільство має таку складність, яка функціонує Голі когнітивні фактори більше не дозволяють ним успішно керувати, що вимагає зовнішньої допомоги, щоб компенсувати нашу недоліки.

У цьому тексті ми побачимо в чому полягає концепція машини Тьюрінга, створений в середині 30 ст. Його внесок у обчислювальну техніку, відомий сьогодні, очевидний, вважаючи його моделлю, на якій ґрунтуються логіка та архітектура сучасних комп'ютерів. Ось воно: мати технології, яка змінила не лише світ, але й горизонт людства.

• Пов’язана стаття: "Функціоналістська теорія Джона Дьюї"

Що таке машина Тьюрінга?

Машина Тьюрінга - це пристрій, створений у 1936 році, який представляє ідеалізована модель обчислень, здатна зберігати / обробляти практично нескінченну інформацію. Система являє собою математичну абстракцію, яка побудована надзвичайно просто, але це полегшує емпірична перевірка широкого кола питань щодо теорій обчислюваності та / або складності. Його ідея стала великою віхою в історії обчислювальної техніки, аж до того, щоб вважатися нею походження сучасних комп’ютерів (та супутніх технологій, таких як планшети чи телефони мобільний).

Архітектором цього був Алан М. Тьюрінг, англійський логік і математик що він все життя пробував концепцію теоретичної моделі, за допомогою якої можна було б відповісти на невідомість своєї дисципліни, автоматично і доступно для всіх.

Цей британський геній, історичне значення якого неможливо поставити під сумнів, також сприяв (разом із кількома польськими вченими) розгадуванню кодів криптографії, які нацистські військові використовували для таємного спілкування між собою під час сумної Другої світової війни (завдяки тому, що стало відомим як машина для загадок). Для цього він розробив електромагнітний пристрій відключення (бомба), використання якого скоротило тривалість конфлікту і врятувало незліченні людські життя, дозволивши планам режиму розкритися протягом того часу бойові дії.

Машина Тьюрінга є історичний попередник сучасних "збережених програмних комп'ютерів", які дозволяють як зберігати дані, так і алгоритми, на яких вони побудовані. Його перевага та один із факторів, за допомогою яких він викликає захоплення серед теоретиків комп’ютерів, - це простота та величезні можливості технічної конфігурації; і це полягає в тому, що це дає можливість експериментувати за допомогою того, як влаштовані його фізичні елементи та поставлено "питання" з що його використання програмується (за допомогою алгоритмів, які перекладаються у "послідовність" кодів, натхненних мовою логічний). Ця різнобічна здатність зумовлена ​​самою природою даних, з якими вона працює, за умови величезного рівня абстракції.

Таким чином, машина Тьюрінга Його можна запрограмувати на виконання конкретних інструкцій, які відповідають на більш-менш складні запитання.. Все це означає, що його конкретна мова повинна бути відомою, щоб адаптувати алгоритм до неї для своєї роботи, знаючи, що вона не існує універсальний код, щоб уточнити сукупність математичних невідомих, які дрімають в самій природі (як вказує закон Church-Turing). Тому система вимагає людського розуму, що стоїть за нею, задаючи собі питання, яке потрібно сформулювати, і знаючи, як «підійти» до пристрою, щоб його вирішити.

Сировиною машини Тьюрінга є обчислювані числа, тобто ті, які можна обчислити об’єктивно за допомогою математичної формули, і в межах розумного часу. У цьому контексті важливо, щоб він адаптувався до двох конкретних "проблем": рішення рішення (кожна відповідь передує ряду попередніх елементів обчислення, на які можна відповісти дихотомічно як так / ні) і зупинитись (визнати, чи справді можливі остаточні відповіді або система буде "засуджена" обробляти замовлення в циклі нескінченний / нерозв'язний). Тобто, що існує конкретний алгоритм того, що він має знати, і що його технологія може реагувати на нього з необхідною точністю, щоб "зупинитися" і запропонувати рішення.

До цього моменту теоретична логіка машини Тьюрінга була детально обговорена. Наступні рядки заглиблюються у суть його фізичних та / або функціональних характеристик, з якими працює алгоритм або стандарт операція, яку влаштував користувач (і яка може варіюватися від простих рівнянь до самої суті закону абстракції математика).

• Вас може зацікавити: "Експеримент у китайській кімнаті: Комп’ютери з розумом?"

Опис машини Тьюрінга

Поряд з описаною логічною / математичною основою, машина Тьюрінга вимагає ряду фізичні елементи, які виконують функції команд, введених за допомогою передність. Їх розташування може бути різноманітним, оскільки ця система може мати майже нескінченні конструкції, але обов’язково потрібно: стрічка з паперу або матеріал аналогічно, рухома головка, кінець якої здатний робити сліди (символи або цифри), і центральний процесор, в якому кодуються алгоритми, які потрібні або полегшують аналіз.

Стрічка - найважливіший елемент з усіх них. Це не що інше, як поздовжня смуга, яка розділена на послідовність квадратів однакового розміру (або квадратів), і довжина яких значною мірою буде залежати "зусиль", які необхідно докласти, щоб вирішити питання, поставлене користувачем (яке може бути коротким або довгим, як передбачається відповідні). Поля зарезервовані для того, щоб голова могла малювати різні символи (наприклад, 0-1 у двійковому коді) у кожному, і становлять розрахунок продукту, який доведеться перевірити після його зупинки. З точки зору комп’ютера, ці стрічки можуть бути пам’яттю сучасного комп’ютера. Перші комірки зазвичай мають вже встановлений вміст (введення), а решта залишаються порожніми і готовими до використання після обчислювального процесу.

Так само, машина Тьюрінга Він складається з головки, механічного відростка (рухомого), який рухається вліво або вправо, дотримуючись порядку, встановленого системою. На кінці він має подовження, здатне закарбувати слід на стрічці, надаючи форму відповідним цифрам або цифрам відповідно до коду, що визначає рух. Оригінальна модель мала рудиментарну технологічну головку, але досягнення робототехніки дозволили появу нових, більш досконалих і точних конструкцій. Заголовок "зчитує" вміст комірок і переміщує одне поле в будь-яку сторону (залежно від його конкретного стану), щоб продовжити виконання інструкції.

По-третє, є центральний процесор з метою зберігання коду та алгоритмів, що містять інструкції для діяльності апарату, виражене наступними математичними та логічними умовами. Ця мова має універсальний нюанс, хоча вона дозволяє на певний рівень маневру вводити оперативні вирази, сформульовані користувачем (за умови, що значення було введено в дію). Таким чином, його керівник сприяв би виконанню інструкцій, що зберігаються в процесорі, що було б еквівалентно тому, що сьогодні відомо як програми або програми (додаток). Ця система дозволила б відтворити будь-які можливі розрахунки і зросла б як попередник будь-якого з сучасних комп'ютерів.

• Вас може зацікавити: "Обчислювальна теорія розуму: з чого він складається?"

Робота цього пристрою

Машина Тьюрінга призначена для гравіювання конкретного зразка символів або цифр, можливий всесвіт яких часто називають «алфавітом». Коли він працює з двійковим кодом, його загальний алфавіт дорівнює двом (0 або 1), але він може бути настільки широким, наскільки вважається відповідним для виконуваної функції. Голова зможе відтворювати лише в клітинках стрічки те, що раніше було вказано в такому система, тому для обчислення (число "pi", наприклад) буде потрібно повний спектр чисел (від 0 до 9).

На додаток до цього, те, що на практиці відомо як станів (Q), які також програмуються користувачем під час опису коду (і вони позначені як q1, q2, q3, q4… qn). Загальний діапазон залежить від абстрактних математичних гіпотез та переглядає умовні нюанси логічної формули коду для того, щоб голова рухається у відповідному напрямку і виконує відповідну дію ("якщо ви перебуваєте в положенні q2, напишіть" 0 "і не рухайтесь", наприклад).

Нарешті, існувала б функція "переходу" (дельта), в якій підсумовується загальна послідовність (крок за кроком) обробки. математичне, і це виражає повну інструкцію: зчитування комірки, написання нового символу, зміни стану (чи ні) та рух голова; у повторюваному циклі, який зупиняється при пошуку відповіді на початкове запитання, або також у момент, коли що користувач передбачив це в своєму коді (часто вигуком, який читається як "зупинка"). Як тільки машина припиняє рух, стрічка отримується і детально аналізується надана нею реакція.

Як видно, існує чітка схожість між машиною Тьюрінга та комп’ютерами, якими ми користуємося сьогодні. Його внесок був ключовим для прогресу в геометричній прогресії у всіх наступних комп'ютерних розробках, аж до Слід зазначити, що її дух лежить в основі технології, яка дозволяє нам залишатися взаємопов’язані.

Бібліографічні посилання:

• Хан, С. та Хіял, М. (2006). Модель Тьюрінга для розподілених обчислень. Журнал інформаційних технологій. 5, 305-313.
• Ку, П., Ян, Дж., Чжан, Ю. і Гао, Г. (2017). Машина паралельного Тьюрінга, пропозиція. Журнал комп'ютерних наук і технологій, 32, 269-285.