13.4. Применимость машины Тьюринга
Машина Тьюринга крайне проста. Вместе с тем эта модель отражает существенные свойства любой вычислительной машины в смысле того, что эти машины вообще могут делать, и как они это делают.
Прежде всего в этой формальной системе не видно понятия символа как элемента, который что-то обозначает. Данные рассматриваются просто как конечные последовательности букв некоторого алфавита. Это обстоятельство, а именно нейтральность данных, существенна для сведения вычислений к физическим процессам. Далее, действия по обработке данных регламентируются соответствующими им состояниями управляющего устройства машины. Его память конечна и выступает, по существу, в качестве хранилища совокупности знаний системы. То, что было достигнуто на этом этапе развития теории вычислений, во многом способствовало прояснению принципа интерпретации, относящегося к числу важнейших в информатике: было показано, что машина может действовать, исходя из описания процесса вычислений. В прагматическом отношении суть этого этапа состоит в автоматизации формальных символьных манипуляций.
В этой связи следует особо отметить, что возникновение электронных вычислительных машин нельзя рассматривать как результат развития только инженерного изобретательства и электронной техники. Действительно, применение электронной техники обеспечивает большую экономию во времени при реализации элементарных операций, совершаемых машиной. Однако главнейшая черта этих машин – автоматическое управление процессами обработки данных – не является следствием применения электронной техники. Основной вклад в решение этой принципиально важной для развития информатики проблемы принадлежит математическим логикам, сформулировавшим понятие абстрактной вычислительной машины.
Машина Тьюринга это не машина в том значении, в котором обычно употребляется это слово. Это вычислительная модель или модель преобразования информации, однако, при описании структуры машины и процесса ее функционирования используются некоторые технические термины, что и позволяет, видимо, употреблять термин машина. Существенно отметить, что, во-первых, машина Тьюринга работает с алфавитным представлением информации, т. е. со словами или с последовательностями слов; во-вторых, доказано, что любая, самая произвольная информация без потерь может быть закодирована в каком-либо алфавитном представлении (языке).
Строго доказано, что если задача или проблема имеют решение, то всегда может быть построена машина Тьюринга (т. е. записана ее таблица), которая за конечное число тактов переведет начальную конфигурацию (условия задачи) в конечную (результат решения). Использовать машину Тьюринга в качестве практического вычислителя, конечно, не имеет смысла, так как, во-первых, не всякую информацию удобно перекодировать в алфавитную форму (хотя и возможно) и, во-вторых, (что является особенно существенным), сведение процесса вычислений к слишком детальной последовательности элементарных шагов делает этот процесс настолько медленным, что даже очень простые задачи на этой модели будут решаться недопустимо долго, не говоря уже о сложных. В связи с этим никогда, видимо, не возникала мысль о построении машины Тьюринга для решения практических задач, но как теоретическая модель она оказалась весьма удобной, важной и нужной.
Описанную модель машины Тьюринга можно назвать специализированной моделью, так как для каждой конкретной задачи должна быть разработана своя конкретная таблица машины. Рассмотрев работу специализированной машины Тьюринга, обратим внимание на одно немаловажное обстоятельство. Элементарной структурной единицей машины является клетка таблицы, описывающей функционирование ее управляющего устройства. Информация, содержащаяся в такой клетке, задает один такт работы машины, состоящий из следующих действий: восприятия с ленты входного символа (стимул), изменения состояния машины (эквивалент действия обратной связи), записи на ленту нового символа (реакция).