Máquina de Turing: o que é e como funciona - Psicologia - 2023

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Não podemos conceber o momento histórico em que vivemos sem prestar atenção à importância da computação. Em apenas alguns anos, ele deixou de ser usado em campos específicos para ser onipresente, e não apenas em computadores, mas também em telefones celulares e quase todas as tecnologias comumente usadas (como os chamados "wearables").

Na verdade, o computador ou celular que você usa para ler este artigo tem uma tecnologia que, algumas décadas atrás, precisaria de um grande espaço para funcionar (ou seria totalmente inviável). E é que hoje caminhamos para uma extraordinária miniaturização dos componentes do computador, que ampliará seu uso e facilitará sua expansão para todas as áreas da vida.

O avanço a que a tecnologia nos submete é imparável, a tal ponto que sem ela não poderíamos mais viver de forma ideal. Nossa espécie depende da computação, porque a sociedade atual é tão complexa que funções cognitivas vazias não nos permitem mais administrá-la com sucesso, necessitando de ajuda externa para compensar nossas deficiências.

Neste texto veremos qual é o conceito da máquina de Turing, criado em meados do século 30. É evidente a sua contribuição para a informática como é hoje conhecida, considerando-a o modelo em que se fundamentam a lógica e a arquitetura dos computadores atuais. Ou seja: a mãe de uma tecnologia que mudou não só o mundo, mas também o horizonte da humanidade.

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O que é a máquina de Turing?

A máquina de Turing é um dispositivo criado em 1936, que representa um modelo idealizado de computação capaz de armazenar / processar informações virtualmente infinitas. O sistema é uma abstração matemática construída de forma extraordinariamente simples, mas que facilita a verificação empirista de uma ampla gama de questões sobre as teorias da computabilidade e / ou complexidade. Sua idealização marcou um grande marco na história da computação, a ponto de ser considerada a origem dos computadores de hoje (e tecnologias relacionadas, como tablets ou telefones celulares).

O arquiteto disso foi Alan M. Turing, lógico e matemático inglês que experimentou durante toda a vida a concepção de um modelo teórico para responder às incógnitas da sua disciplina, de forma automática e acessível a todos.

Esse gênio britânico, cuja importância histórica não pode ser questionada, também contribuiu (junto com vários cientistas poloneses) para desvendar os códigos criptografados que os militares nazistas usaram para se comunicar secretamente durante a triste Segunda Guerra Mundial (por meio do que ficou conhecido como um enigma máquina). Para isso, ele desenvolveu um dispositivo de corte eletromagnético (bombe), cujo uso encurtou a duração do conflito e salvou inúmeras vidas humanas ao permitir que os planos do regime fossem revelados durante o período de hostilidades.

A máquina de Turing é o precursor histórico dos modernos "computadores de programa armazenado", que permitem salvar os dados e os algoritmos nos quais são construídos. Sua vantagem, e um dos fatores pelos quais gera fascínio entre os teóricos da computação, é sua simplicidade e suas enormes possibilidades de configuração técnica; e é que permite a experimentação por meio da disposição de seus elementos físicos e da "pergunta" com a qual seu uso é programado (usando algoritmos, que são traduzidos em uma "sucessão" de códigos inspirados na linguagem lógica). Esta capacidade versátil deve-se à própria natureza dos dados sobre os quais opera, sujeitos a um enorme nível de abstração.

Desta forma, a máquina de Turing Pode ser programado para executar instruções específicas que respondem a questões mais ou menos complexas. Tudo isso implica que sua linguagem particular deva ser conhecida, com o objetivo de adaptar o algoritmo para seu funcionamento a ela, ciente de que não existe um código universal que esclareça todas as incógnitas matemáticas que dormitam na própria natureza (como indica a lei de Church-Turing ) Portanto, o sistema requer uma mente humana por trás dele, perguntando-se a questão a ser formulada e sabendo como "endereçar" o dispositivo para resolvê-la.

A matéria-prima da máquina de Turing são os números computáveis, isto é, aqueles que podem ser calculados objetivamente por meio de uma fórmula matemática e dentro do limite de um tempo razoável. Neste contexto, é essencial que seja adaptado a dois "problemas" específicos: o da decisão (cada resposta é precedida de uma série de elementos de cálculo anteriores que podem ser respondidos dicotomicamente como sim / não) e o da paragem ( reconhecer se as respostas finais são realmente possíveis ou se o sistema estará "condenado" a processar o pedido em um ciclo infinito / insolúvel).Ou seja, que haja um algoritmo específico para o que se pretende conhecer e que sua tecnologia possa responder a ele com a precisão necessária para “parar” e oferecer uma solução.

Até este ponto, a lógica teórica de uma máquina de Turing foi discutida em detalhes. As linhas a seguir mergulharão no cerne de suas características físicas e / ou funcionais, com as quais o algoritmo ou padrão operacional que o usuário definiu pode ser executado (e que pode variar de equações simples até o próprio cerne da lei da abstração matemática )

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Descrição da máquina de Turing

Junto com o fundamento lógico / matemático que foi descrito, a máquina de Turing requer uma série de elementos físicos, que têm a função de executar os comandos inseridos anteriormente. Seu arranjo pode ser diverso, já que haveria desenhos quase infinitos deste sistema, mas os seguintes são obrigatoriamente necessários: uma fita de papel ou material semelhante, uma cabeça móvel cuja extremidade seja capaz de fazer linhas (símbolos ou números) e um processador central no qual codificar os algoritmos que são necessários ou que facilitam a análise.

A fita é o elemento mais essencial de todos eles. Nada mais é do que uma faixa longitudinal, que se divide em uma sucessão de quadrados de igual tamanho (ou caixas), e cujo comprimento dependerá em grande parte do "esforço" que deve ser realizado para resolver a questão colocada pelo usuário ( podendo ser tão curto ou tão longo quanto for considerado apropriado). As caixas são reservadas para a cabeça desenhar diferentes símbolos (como 0-1 no código binário) em cada uma, e constituem o produto de cálculo que deverá ser verificado após sua parada. Em termos de computador, essas fitas poderiam ser a memória de um computador moderno. As primeiras células geralmente possuem um conteúdo já estabelecido (entrada), deixando o restante vazio e pronto para ser utilizado após o processo de cálculo.

Da mesma forma, a máquina de Turing É composto por uma cabeça, um apêndice mecânico (móvel) que se move para a esquerda ou direita seguindo a ordem que o sistema tem para ele. Em sua extremidade possui um alongamento capaz de registrar um traço na fita, dando sua forma aos números ou figuras que correspondem de acordo com o código que determina o movimento. O modelo original tinha uma cabeça de tecnologia rudimentar, mas os avanços na robótica permitiram o surgimento de projetos novos, mais avançados e precisos. O cabeçalho "lê" o conteúdo das células e move uma única caixa para os lados (dependendo de seu estado específico) para continuar executando a instrução.

Terceiro, existe um processador central com a finalidade de armazenar código e algoritmos contendo instruções para a atividade do aparelho, expressa em termos matemáticos e lógicos. Essa linguagem tem uma nuance universal, embora permita um certo grau de manobra para introduzir expressões operacionais formuladas pelo usuário (desde que o significado tenha sido operacionalizado). Dessa forma, seu cabeçote facilitaria a execução de instruções armazenadas no processador, o que equivaleria ao que hoje conhecemos como programas ou aplicativos (app). Este sistema permitiria reproduzir qualquer cálculo possível e surgiria como o predecessor de qualquer um dos computadores atuais.

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Operação deste dispositivo

Uma máquina de Turing é projetada para gravar uma amostra específica de símbolos ou números, cujo universo possível é freqüentemente chamado de "alfabeto". Quando trabalha com código binário, seu alfabeto total é dois (0 ou 1), mas pode ser tão amplo quanto for considerado apropriado para a função a ser executada. A cabeça só poderá reproduzir nas células da fita o que foi previamente indicado em tal sistema, portanto um cálculo (número "pi", por exemplo) exigirá todo o espectro de números (de 0 a 9).

Além disso, o que é conhecido na prática como estados (Q), que também são programados pelo usuário durante a descrição do código (e são rotulados como q1, q2, q3, q4 ... qn). O intervalo total depende de hipóteses matemáticas abstratas e analisa as nuances condicionais da fórmula lógica do código, para que a cabeça se mova na direção correspondente e execute a ação pertinente ("se você está na posição q2, escreva" 0 "e não se mova", por exemplo).

Por fim, haveria uma função de "transição" (delta), em que a sequência total (passo a passo) do processamento matemático é resumida, e que expressa a instrução completa: leitura de célula, escrita de um novo símbolo, mudanças de estado (ou não) e movimento da cabeça; em um loop recorrente que pára quando a resposta à pergunta inicial é encontrada, ou também quando o usuário a previu em seu código (geralmente por uma exclamação, que é lida como "pare"). Assim que a máquina para de se mover, a fita é recuperada e a resposta fornecida é analisada em detalhes.

Como pode ser apreciado, há uma semelhança clara entre a máquina de Turing e os computadores que usamos hoje. Sua contribuição tem sido a chave para o avanço exponencial em todos os projetos subsequentes de computadores, a ponto de seu espírito residir no cerne de uma tecnologia que nos permite permanecer interconectados.