En pocas palabras :
Lo que caracteriza a los lenguajes de programación imperativos tan cercanos a las máquinas de Turing y a las computadoras habituales, como las PC, (más cerca de las máquinas de acceso aleatorio (RAM) en lugar de las máquinas de Turing) es el concepto de una memoria explícita que se puede modificar para almacenar (resultados intermedios ) Es una vista de autómatas de cómputo, con un concepto de estado (que comprende tanto el control de estado finito como el contenido de memoria) que puede cambiar a medida que avanza el cómputo.
La mayoría de los otros modelos son más abstractos. Aunque pueden expresar el cálculo como una sucesión de pasos de transformación de una estructura original, estas transformaciones se aplican en una especie de universo intemporal de significados matemáticos. Esto puede preservar propiedades, como la transparencia referencial, que pueden simplificar el análisis matemático. Pero está más alejado de los modelos físicos naturales que dependen de la concpet de la memoria.
Por lo tanto, no hay máquinas funcionales naturales, excepto en un sentido más amplio como se explica a continuación, ya que el software no es realmente separable del hardware.
La referencia a Turing como criterio de computabilidad proviene probablemente del hecho de que su modelo, la máquina de Turing, estaba más cerca de esta restricción de realización física, lo que lo convirtió en un modelo de computación más intuitivo.
Consideraciones adicionales :
Hay muchos modelos de computación, que fueron diseñados para capturar de la manera más general posible el concepto de computación. Incluyen máquinas de Turing, en realidad en muchos sabores diferentes, el cálculo lambda (sabores también), sistemas de reescritura semi-Thue, función recursiva parcial, lógica combinatoria.
Todos capturan algunos aspectos de las diversas técnicas utilizadas por los matemáticos para expresar o realizar cálculos. Y la mayoría se han utilizado hasta cierto punto como la base de algún diseño de lenguaje de programación (por ejemplo, Snobol para reescribir sistemas, APL para combinadores, Lisp / Scheme para cálculo lambda) y a menudo se pueden combinar de diversas maneras en lenguajes de programación modernos.
Un resultado importante es que todos estos modelos de computación demostraron ser equivalentes, lo que lleva a la tesis de Church-Turing de que ningún modelo de computación físicamente realizable puede hacer más que cualquiera de estos modelos. Se dice que un modelo de cómputo es Turing completo si se puede demostrar que es equivalente a uno de estos modelos, por lo tanto, equivalente a todos ellos.
El nombre podría haber sido diferente. La elección de la máquina de Turing (TM) como referencia probablemente se deba al hecho de que es probablemente el más simple de estos modelos, imitando de cerca (aunque de manera simplista) la forma en que un humano calcula y bastante fácil de implementar (en una forma limitada limitada) ) como dispositivo físico, hasta tal punto que las máquinas de Turing se han construido con juegos de Lego . La idea básica no requiere sofisticación matemática. Probablemente sea la simplicidad y la realización del modelo lo que le dio esta posición de referencia.
En el momento en que Alan Turing creó su dispositivo informático, otras propuestas estaban sobre la mesa para servir como definición formal de computabilidad, un tema crucial para los fundamentos de las matemáticas (ver
Entscheidungsproblem ). Los expertos de la época consideraron la propuesta de Turing como el trabajo conocido más convincente sobre lo que debería ser la calculabilidad (ver Computabilidad y Recursión , RI Soare, 1996, ver sección 3.2). Las diversas propuestas demostraron ser equivalentes, pero la de Turing fue más convincente. [de los comentarios de Yuval Filmus]
Cabe señalar que, desde el punto de vista del hardware, nuestras computadoras no son máquinas de Turing, sino lo que se llama Máquinas de acceso aleatorio (RAM) , que también están completas.
El lenguaje puramente imperativo (lo que sea que eso signifique) son probablemente los formalismos utilizados para los modelos más básicos, como las máquinas de Turing, o el lenguaje ensamblador (omitiendo su codificación binaria) de las computadoras. Ambos son notoriamente ilegibles y muy difíciles de escribir con programas significativos. En realidad, incluso el lenguaje ensamblador tiene algunas características de nivel superior para facilitar un poco la programación, en comparación con el uso directo de las instrucciones de la máquina. Los modelos básicos imperativos están cerrados a los mundos físicos, pero no son muy utilizables.
Esto condujo rápidamente al desarrollo de modelos de cómputo de nivel superior, que comenzaron a mezclar una variedad de técnicas computacionales, como llamadas a subprogramas y funciones, denominación de ubicación de memoria, alcance de nombres, cuantificación y variables ficticias, ya utilizadas de alguna forma en matemática y lógica, e incluso conceptos muy abstractos como la reflexión ( Lisp 1958).
La clasificación de los lenguajes de programación en paradigmas de programación como imperativo, funcional, lógico, orientado a objetos se basa en la preeminencia de algunas de estas técnicas en el diseño del lenguaje y la presencia o ausencia de algunas características informáticas que imponen algunas propiedades para los programas. o fragmentos de programas escritos en el idioma.
Algunos modelos son convenientes para máquinas físicas. Algunos otros son más convenientes para una descripción de algoritmos de alto nivel, que puede depender del tipo de algoritmo que se describirá. Algunos teóricos incluso usan especificación no determinista de algoritmos, e incluso pueden traducirse en términos de programación más convencionales. Pero no hay problema de desajuste, porque desarrollamos una sofisticada tecnología de compilación / interpretación que puede traducir cada modelo a otro según sea necesario (que también es la base de la tesis de Church-Turing).
Ahora, nunca debe mirar a su computadora como hardware en bruto. Contiene circuitos booleanos que realizan un procesamiento muy elemental. Pero gran parte de esto es impulsado por microprogramas dentro de la computadora que nunca conoce. Luego tiene el sistema operativo que hace que su máquina parezca incluso diferente de lo que hace el hardware, además de eso puede tener una máquina virtual que ejecuta código de bytes y luego un lenguaje de alto nivel como Pyva y Jathon o Haskell o OCaml, que se puede compilar en código de bytes.
En cada nivel, ve un modelo de cálculo diferente. Es muy difícil separar el nivel de hardware del nivel de software para asignar un modelo computacional específico a una máquina. Y como todos son intertraducibles, la idea de un modelo de cómputo de hardware definitivo es prácticamente una ilusión.
La máquina de cálculo lambda sí existe: es una computadora que puede reducir las expresiones de cálculo lambda. Anuncio que se hace fácilmente.
Sobre arquitecturas de máquinas especializadas
En realidad, complementando la respuesta de Peter Taylor y siguiendo el entrelazamiento de hardware / software, se han producido máquinas especializadas para adaptarse mejor a un paradigma específico, y se les ha escrito su software básico en un lenguaje de programación basado en ese paradigma.
Éstas incluyen
Fundamentalmente, estas también son estructuras de hardware imprescindibles, pero mitigadas con funciones especiales de hardware o intérpretes microprogramados para adaptarse mejor al paradigma deseado.
En realidad, el hardware especializado para paradigmas específicos no parece haber tenido éxito a largo plazo. La razón es que la tecnología de compilación para implementar cualquier paradigma en el hardware de vainilla se hizo cada vez más efectiva, por lo que el hardware especializado no era tan necesario. Además, el rendimiento del hardware mejoró rápidamente, pero el costo de la mejora (incluida la evolución del software básico) se amortizó más fácilmente en el hardware básico que en el hardware especializado. El hardware especializado no podría competir a largo plazo.
Sin embargo, y aunque no tengo datos precisos sobre esto, sospecharía que estas empresas dejaron algunas ideas que influyeron en la evolución de la arquitectura de máquinas, memorias y conjuntos de instrucciones.
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