Sind diskrete Schaltungen "turing-vollständig"?

Gast #2763147
Lesenswert?

Ist alles, was man in einem Mikrocontroller programmieren kann auch 
theoretisch auch mit (beliebig großen) diskreten Schaltungen 
realisierbar?
Sprich: Gibt es eigentlich so etwas wie Turing-Vollständigkeit bei 
"analogen" Schaltungen? Bzw. gibt es eine kleinste Menge Bauteilarten, 
aus denen alles beliebige baubar ist?
Ich war nie gut in Rechnerarchitektur auf der Uni, aber ich habe das 
Gefühl, dass mein Prof. das irgendwie mit vollständiger Induktion 
beweisen hätte können. Der konnte alles ;)

Das ist auch jetzt übrigens keine Hausarbeit oder so, ich bin von dem 
Fach auch schon 'ne Weile weg, ich hab mich das nur gerade gefragt, und 
wusste spontan keine Antwort..
#2763150
Lesenswert?

@  Arne W. (Gast)

>Ist alles, was man in einem Mikrocontroller programmieren kann auch
>theoretisch auch mit (beliebig großen) diskreten Schaltungen
>realisierbar?

Ja.

>Sprich: Gibt es eigentlich so etwas wie Turing-Vollständigkeit bei
>"analogen" Schaltungen?

Mikrocontroller sind digital, die logikkompatiblen Dikretschaltungen 
sind es auch.

> Bzw. gibt es eine kleinste Menge Bauteilarten,
>aus denen alles beliebige baubar ist?

Tranistor.
Gast #2763169
Lesenswert?

> Bzw. gibt es eine kleinste Menge Bauteilarten,
> aus denen alles beliebige baubar ist?

Jede Logik-Schaltung kann aus NAND oder NOR Gattern aufgebaut werden. 
Demnach kannst du auch eine Menge an Bauteilen bestimmen, die du für ein 
NAND oder NOR Gatter brauchst. Also Transistor und ein paar passive 
Bauteile.

Gruß,
Edson
Gast #2763174
Lesenswert?

Klar,

der Mikrocontroller besteht auch nur aus diskreten Bauelementen...

Also alles was der Mikrocontroller in digitaler Hinsicht kann ist durch 
nand-Gatter realisierbar. Du kannst also mit diskreten Bauelementen 
(nand-Gattern) deinen Mikrocontroller nachbauen und dann kann er alles 
was er auch so kann.... ;-D

AD-Wandlung, etc fällt in den Analogen-Bereich. Hier lässt sich keine 
kleinste Menge angeben (zumindest meiner Meinung nach).
#2763313
Lesenswert?

Ein klares Jain!

Eine Turing-Maschine hat ein unendlich langes Band. Sie hat somit 
unendlich viel Speicher. Der Grund warum man Mikrocontroller trotzdem 
noch, streng genommen falsch, als Turing-vollständig ansieht ist, dass 
sie "genügend" Speicher haben.

Also streng genommen kann es keine realen Turing-Maschinen geben. Wenn 
Du "genügend Speicher" auf ein paar Bits reduzierst wird aber auch jeder 
endliche Automat zur Turing-Maschine.

In Transistoren kannst Du diskret aber problemlos Computer bauen. Bis in 
die 1960ger Jahre waren fast alle Computer so aufgebaut.

Hier mal ein Beispiel aus einem PDP-8, ein sehr populärer 
US-amerikanischer Computer:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Okona-GfhR-DEC-PDP-8-Logikgatter.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/PDP-8
#2763326
Lesenswert?

Christian Berger schrieb:
> Ein klares Jain!
Ein klares JA

> Eine Turing-Maschine hat ein unendlich langes Band. Sie hat somit
> unendlich viel Speicher. Der Grund warum man Mikrocontroller trotzdem
> noch, streng genommen falsch, als Turing-vollständig ansieht ist, dass
> sie "genügend" Speicher haben.
Ja weil bei der Turingmaschine eben eine Speicherbegrenzung keine Rolle 
spielen soll, weil es eben nicht auf den Speicher, sondern auf die 
Grundsätzliche Berechenbarkeit eines Problems ankommt.

> Also streng genommen kann es keine realen Turing-Maschinen geben. Wenn
> Du "genügend Speicher" auf ein paar Bits reduzierst wird aber auch jeder
> endliche Automat zur Turing-Maschine.
Nicht nur streng genommen sondern ganz einfach. Es kann keine 
Turingmaschine geben. Das war aber auch nicht die Frage. Es geht um 
Turing-Vollständig und das bezieht sich allein auf die Berechenbarkeit 
und nicht auf den Speicher oder die Rechenzeit oder onst was. Also 
spielt es dafür keine Rolle ob nun eine Turingmaschine real existieren 
kann oder nicht. Und somit ist die Antwort auf die Ursprüngliche Frage 
ein klares JA und sonst gar nichts. Dies würde auch dann gelten wenn ein 
Controller überhaupt keinen Speicher hätte, weil es hier einzig auf die 
ALU ankommt, d.h. vorallem welche Kontrollstukturen existieren. Und als 
Kontrollstruktur reicht bereits ein WHILE oder sogar nur ein GOTO aus 
bzw. Befehle welche diese Nachbilden können.

Das wird auch klar wenn man sich die Definition von 
Turing-Vollständigkeit ansieht. Dazu muss jedes math. Problem lösbar 
sein welches mit einem Algorithmus gelöst werden kann. Dabei spielen in 
der realen Welt natürlich IMMER Begrenzungen eine Rolle. Diese 
Begrenzungen haben aber keinen Einfluss auf die Tatsache ob eine 
logische Einheit Turing-Äquivalent ist oder nicht.

Und btw: Ein DFA/NFA ist nicht Turing-Äquivalent. Eine Turingmaschine 
welche sich nur in eine Richtung bewegt UND nur lesen kann, entspricht 
einem NFA.

gruß cyblord
Gast #2763363
Lesenswert?

Arne W. schrieb:
> Ist alles, was man in einem Mikrocontroller programmieren kann auch
> theoretisch auch mit (beliebig großen) diskreten Schaltungen
> realisierbar?
Ja. Du kannst ja jedes Programm auf einen endlichen Graphen abbilden.
Endliche Graphen kannst Du dann zB als Statemachine aufbauen.

> Sprich: Gibt es eigentlich so etwas wie Turing-Vollständigkeit bei
> "analogen" Schaltungen?
Eigentlich nicht. Analoge Systeme kannst Du ja nicht auf ein ENDLICHES 
Alphabet abbilden (zB liegt zwischen zwei unterschiedlichen (idealen) 
Spannungen immer eine Dritte, nämlich ihr Mittelwert). Damit ist der 
Begriff Turing-Vollständigkeit aber nicht mehr anwendbar.

Mir ist zumindest kein Beweis  der Turing-Vollständigkeit für 
|\Zeta|->\inf gekannt.

> Bzw. gibt es eine kleinste Menge Bauteilarten, aus denen alles beliebige baubar
> ist?
Streng genommen auch nicht. Du kannst z.B. keinen Generator für "echte" 
Rechtecksignale bauen. Irgendeine Rise-/Falltime hat man immer. 
Ladungsträger brauchen halt ihre Zeit ;-) Da gibt es einfach nix um das 
zu realisieren. Da ist halt Physik die Basis und nicht Mathematik, wie 
bei Software.

Grüße
Andreas
Gast #2901258
Lesenswert?

So hier noch die anderen Links... (Forum Spamschutz)

Ach gerade mal geschaut, auf die Idee ist schon wer gekommen, zumindest 
Teilweise ein paar Chips sind noch dabei:
http://www.6502.org/users/dieter/mt15/mt15_cpu_down2.jpg
http://www.6502.org/users/dieter/mt15/mt15_sch.htm
http://www.6502.org/users/dieter/mt15/mt15_carry.jpg
http://www.6502.org/users/dieter/mt15/mt15_alu.jpg
http://www.6502.org/users/dieter/mt15/mt15_pla_top.jpg

;-)

Antwort schreiben

Bitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben.

oder

Mit Google-Account einloggen

Die Registrierung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.

Jetzt registrieren