Co to jest maszyna Turinga?

Maszyna Turinga to filozoficzna konstrukcja działania komputera, wynaleziona w 1936 r. Przez Alana Turinga, słynnego angielskiego matematyka i logika ^XX wieku. Pomysły na maszynę Turinga są podstawą wszystkich współczesnych programów komputerowych i systemów sprzętowych, które istnieją od 2011 r., Chociaż rzeczywiste koncepcje stworzone przez Turinga nigdy nie były wykorzystywane do budowy rzeczywistego urządzenia w tym czasie i zostały wynalezione zanim istniały komputery cyfrowe prawdziwa forma. Zasady, na których działa maszyna Turinga, obejmują zestaw elementów sterujących danymi wejściowymi i wyjściowymi, maszynę do przetwarzania danych w jakiejś formie oraz zestaw ustalonych zasad przetwarzania tych danych przez maszynę.

Genialne odkrycie Alana Turinga polegało na tym, że każda spójna grupa symboli reprezentujących znaczące informacje, takie jak symbole matematyczne lub litery składające się na język, może być przetwarzana mechanicznie przez maszynę, jeśli otrzyma odpowiedni zestaw reguł ich przetwarzania. Spowodowałoby to stworzenie urządzeń mechanicznych, którym można by zadawać logiczne pytania dotyczące złożonych problemów i szybko uzyskać obiektywne odpowiedzi. Pod tym względem maszyna Turinga była prekursorem algorytmu komputerowego, który jest skompilowaną listą instrukcji komputerowych, na których polegają centralne jednostki przetwarzania (CPU) w komputerach od 2011 r.

Konstrukcja maszyny Turinga była uproszczona według współczesnych standardów obliczeniowych ^XXI wieku, a jej fizyczna funkcja była niepraktyczna w zakresie jej realizacji, ale pomysły, na których została zbudowana, miały solidne podstawy. Maszyna składała się z taśmy lub wstążki z nadrukowanymi symbolami, które mogły być odczytane przez głowę podczas przesuwania się nad nią taśmy. Podczas odczytywania symboli wywoływałyby pewne stany w maszynie, które kierowałyby ruchem taśmy i wpływały na wartości wyjściowe wytwarzane przez maszynę. Analogiem do współczesnych systemów komputerowych z 2011 roku byłoby to, że taśma reprezentuje kod lub algorytmy oprogramowania komputerowego, czytnikiem jest procesor, a wyjściem byłyby systemy wyświetlania i transmisji, takie jak monitory, głośniki i drukarki, ruch sieciowy i inne.

Pomysły związane z maszyną Turinga były postrzegane jako podstawowa funkcja wykonywania dowolnej serii obliczeń i można je również porównać do działania ludzkiego mózgu. Turing i inni z jego czasów wierzyli, że maszynę Turinga można przystosować do wykonywania praktycznie każdego rodzaju wyobrażalnych obliczeń i działać jako uniwersalna maszyna do rozwiązywania wszystkich ludzkich problemów. Problem, który wkrótce pojawił się w związku z tą koncepcją, znany jest jednak jako tarpit Turinga i odnosi się do faktu, że chociaż dowolny spójny zestaw symboli może być przetwarzany przez maszynę Turinga, uzyskanie takiej maszyny w celu uzyskania znaczących odpowiedzi na pytania opierają się całkowicie na coraz bardziej złożonych i wielowarstwowych zestawach reguł przetwarzania.

Informatyka wkrótce napotkała problemy związane ze sposobem, w jaki systemy oprogramowania i sprzętu oparte na zasadach maszyny Turinga mogą utknąć w bezsensownych obliczeniach zwanych pętlami programowymi. Ograniczenia logiczne doprowadziły do ​​adaptacji zasad maszyn Turinga, takich jak kwantowe i probabilistyczne maszyny Turinga. Probabilistyczna maszyna Turinga wykorzystuje ideę jednoczesnego uruchamiania wielu taśm w maszynie w celu uzyskania różnych wyników równolegle, które są następnie porównywane ze sobą na podstawie prawdopodobieństwa, że ​​wynik jest najprawdopodobniej dokładny. Takie maszyny doszłyby do wniosków w sposób podobny do tego, jak oprogramowanie logiki rozmytej działa w zaawansowanych systemach sterowania od 2011 r.

Komputer kwantowy oparty na zasadzie maszyny Turinga miałby taśmę o nieskończonej długości z komórkami symboli w wiecznym, nieokreślonym stanie aż do odczytu. Zapewniłoby to formę przetwarzania równoległego, która byłaby znacznie lepsza niż procedury przetwarzania danych stosowane w komputerach od 2011 r. Maszyny kwantowego Turinga oferują opcję przechowywania wielu wartości w poszczególnych komórkach pamięci do momentu uzyskania dostępu, których standardowe komputery oparte na logice nie mogą robić.