计算机的基础

计算的运作基础——图灵机

在计算机科学的基础中，一个重要的概念是图灵机。

图灵机的概念是由数学家艾伦．图灵在1936年提出的。它将计算过程抽象为一系列的状态转换，并且可以模拟任何其他计算机的计算过程。而这个机械式的工作，只需要由三个主要组件组成：读写头、无限长的纸带和控制单元。纸带被划分为一系列的格子，每个格子都可以存储一个符号。读写头可以读取和写入这些符号，并根据控制单元的指示进行移动。

图灵机是一个理论上的计算模型，它证明了机械计算是可能且可行的。机械计算是指「依照一定的有限的步骤，毋须计算者的灵感就能完成的计算」。这意味着机械是可以自行运算而不需要计算者——人的参与。粗略地想像就是由算盘来到了电子计算机中，人的角色的转变。

机械计算例子

用比较日常的例子来想像，我们平时笔算乘法的思维过程，跟一台图灵机的运转非常相似：在每个时刻，我们只将注意力集中在一个地方，根据已经读到的信息移动笔尖，在纸上写下符号；而指示我们写甚麽怎麽写的，则是早已背好乘法表，以及简单的加法。这样就是图灵机要做到的事情：把计算变成一系列的机械动作，让机械可以自行运算。

结语

在有了这个计算模型，我们从理论上已经可以进行机械计算，但实际要做出一个可以实现这个模型的机器，我们还要一个架构(architecture)，对计算机有认识的读者，可能由上文的读写头，纸带等联想到现在计算机中的中央处理器，记忆体，这正正是匈牙利裔美国数学家约翰．冯·诺依曼的工作，下一篇文章，我们会看一下这个基本上现在所有计算机都在用的架构到底是甚麽。