21、迈向并行图灵机模型

迈向并行图灵机模型

现有并行图灵机研究

1936 年，艾伦·图灵发明了图灵机（TM），其顺序程序执行模型影响了顺序计算机的编程模型。1979 年，Hemmerling 首次尝试提出并行计算图灵模型，该模型由多个在共享图灵带上工作的有限状态机组成。

1984 年，Wiederman 对 Hemmerling 的模型进行了推广。Wiederman 的并行图灵机有一条无限长的磁带，与顺序图灵机类似，但可能有多个处理单元（PU），即多个读写头。每个处理单元的工作方式类似于单个顺序图灵机，可以独立地从磁带上读取输入并将输出写回磁带。

顺序图灵机和 Wiederman 并行图灵机在状态转换上有所不同。在顺序图灵机中，如果有限状态机（FSM）的状态 S 有多个对应相同输入的后继状态 {S1, S2, …}，从 S 进行的转换将非确定性地选择其中一个状态作为下一个状态并进行相应转换。而在 Wiederman 的图灵机模型中，状态 S 会同时向一组状态 {S1, S2, …} 进行转换。

Wiederman 的模型从单个处理单元开始，当一个正在运行的处理单元遇到有多个后继状态且输入相同的状态时，FSM 会动态利用并行性，即处理单元会复制自身，为每个可能的转换分配一个处理单元并执行操作。不过，该模型似乎假设所有处理单元同步运行，为避免严重冲突（如两个内存操作同时发生且至少有一个是写操作）可能会使用额外的等待状态。若允许处理单元异步操作，则可能会出现严重冲突，如写操作与读操作的顺序重排。

目前关于并行图灵机的研究现状并不乐观。已发表的相关工作较少，现有的并行图灵机提案在架构描述中仍使用磁带作为存储模型。在并行计算领域，对于寻找一个被广泛接受的并行图灵机模型及相应