『壹』 圖靈或馮.諾依曼模型建造的主要特徵
圖靈模型是理論模型，而馮.諾依曼是實現模型兩者內容不同。圖靈講理論上計算機可實現任何演算法；馮諾依曼講計算機的物理組成部分。
圖靈機是計算機模型，對寫代碼有指導意義。馮諾依曼是體系結構模型，對讓代碼跑的更快有指導意義。
簡單例子就是，在現實中，不存在無限內存，圖靈機需要這么一根無限長的紙帶，因此馮諾依曼模型實現出現出來的更類似有限狀態的自動機。
馮諾依曼模型特點：
（1）計算機應該包括五個基本組成部分：運算單元、存儲器、控制器、輸入輸出設備。（2） 計算機中的指令和數據應該用二進制來表示。每條指令通常都有一個操作碼和一個地址碼。操作碼表示操作屬性，地址碼表示內存中操作數的地址。（3） 採用存儲程序模式。將程序發送到存儲器，然後啟動計算機工作。計算機可以自動取出並逐個執行指令，無需操作員干預。
『貳』 圖靈機與馮諾依曼結構計算機
圖靈機（英語：Turing machine），又稱確定型圖靈機，是英國數學家艾倫·圖靈於1936年提出的一種將人的計算行為抽象掉的數學邏輯機，其更抽象的意義為一種計算模型。
圖靈的基本思想是用機器來模擬人們用紙筆進行數學運算的過程，他把這樣的過程看作下列兩種簡單的動作：
為了模擬人的這種運算過程，圖靈構造出一台假想的機器，該機器由以下幾個部分組成：
一條無限長的紙帶TAPE。紙帶被劃分為一個接一個的小格子，每個格子上包含一個來自有限字母表的符號，字母表中有一個特殊的符號表示空白。紙帶上的格子從左到右依次被編號為0, 1, 2, ...，紙帶的右端可以無限伸展。
一個讀寫頭HEAD。該讀寫頭可以在紙帶上左右移動，它能讀出當前所指的格子上的符號，並能改變當前格子上的符號。
一套控制規則TABLE。它根據當前機器所處的狀態以及當前讀寫頭所指的格子上的符號來確定讀寫頭下一步的動作，並改變狀態寄存器的值，令機器進入一個新的狀態，按照以下順序告知圖靈機命令：
一個狀態寄存器。它用來保存圖靈機當前所處的狀態。圖靈機的所有可能狀態的數目是有限的，並且有一個特殊的狀態，稱為停機狀態。參見停機問題。
注意這個機器的每一部分都是有限的，但它有一個潛在的無限長的紙帶，因此這種機器只是一個理想的設備。圖靈認為這樣的一台機器就能模擬人類所能進行的任何計算過程。
圖靈機看起來簡單，但是功能非常強大。它把計算思維用形式化語言描述，從而模擬人類的計算方法，為設計計算機提供了理論基礎。
馮·諾依曼（John von Neumann，1903年12月28日-1957年2月8日），美籍匈牙利數學家、計算機科學家、物理學家，是20世紀最重要的數學家之一。 馮·諾依曼是布達佩斯大學數學博士，在現代計算機、博弈論、核武器和生化武器等領域內的科學全才之一，被後人稱為「現代計算機之父」、「博弈論之父」。
數學家馮·諾依曼提出了計算機製造的三個基本原則，即採用二進制邏輯、程序存儲執行以及計算機由五個部分組成（運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備），這套理論被稱為馮·諾依曼體系結構。
先來看看計算機各個功能部件的作用。
計算機使用二進制邏輯有很多好處，利於數據的傳輸、儲存、表示。例如用高電平表示1，用低電平表示0。由此可以建立數字邏輯系統，用簡單的物理元件組合表示更復雜的運算和處理。
程序控制是計算機體系結構里的一個核心思想。先把指令和數據都存放在存儲器中，然後根據指令的地址取出指令，經過解碼產生不同的控制信號，實現對計算機的控制，完成指令的功能。
把存儲器里的信息分為指令和數據是很有必要的。指令就是指揮機器工作的指示和命令，程序就是一系列按一定順序排列的指令，執行程序的過程就是計算機的工作過程。數據是被操作的內容。
計算機可以從時間和空間兩方面來區分指令和數據。在時間上，取指周期從內存中取出的是指令，而執行周期從內存取出或往內存中寫入的是數據；在空間上，從內存中取出指令送控制器，而執行周期從內存從取的數據送運算器、往內存寫入的數據也是來自於運算器。
把圖靈機和馮諾依曼計算機做個對比：
圖靈機的紙帶 ≈ 存儲器，
讀寫頭 ≈ MAR MDR 寄存器，
控制規則 ≈ 運算器+控制器，
狀態 ≈ 時序+各種寄存器。
個人認為，圖靈機是對於人類計算思維的理論模型，馮諾依曼計算機是通用圖靈機的工程化實現。
『叄』 圖靈機的模型包括存儲器嗎
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『肆』 圖靈機與現代計算機的關系
圖靈機的意義與思想內涵：圖靈提出圖靈機的模型並不是為了同時給出計算機的設計，它的意義我認為有如下幾點：
1、 它證明了通用計算理論，肯定了計算機實現的可能性，同時它給出了計算機應有的主要架構；
2、 圖靈機模型引入了讀寫與演算法與程序語言的概念，極大的突破了過去的計算機器的設計理念；
3、 圖靈機模型理論是計算學科最核心的理論，因為計算機的極限計算能力就是通用圖靈機的計算能力，很多問題可以轉化到圖靈機這個簡單的模型來考慮。
(4)圖靈機的模型中不包括存儲器擴展閱讀：
「圖靈機」只是假象的「計算機」，完全沒有考慮硬體狀態，考慮的焦點是邏輯結構。
圖靈在他著作里，進一步設計出被人們稱為「通用圖靈機」的模型，圖靈機可以模擬其他任何一台解決某個特定數學問題的「圖靈機」的工作狀態。
圖靈甚至還想像在帶子上存儲數據和程序。「通用圖靈機」實際上就是現代通用計算機的最原始的模型。
『伍』 圖靈機是否有存儲系統
對於每一個行業和領域來說，幾乎都存在一兩項令其領域內所有人視為「終極榮譽」的大獎，例如電影業的奧斯卡獎、新聞領域的普利策獎，數學領域的沃爾夫獎和費爾茲獎等等。隨著計算機通訊業的迅猛發展，「圖靈」這個詞頻頻出現在各個場合，尤其是去年比爾.蓋茨攜微軟高層人員來華一行，期間多次提到「圖靈獎」一詞，而且大家對獲得該獎項的人士更是恭敬有加，好奇之餘，我便查閱資料，不想卻發現了許多趣事，於是寫來與大家分享。
「圖靈（Turing）獎」是美國計算機協會（ACM，Association for Computer Machinery）干 1966年設立的，專門獎勵那些對計算機科學研究與推動計算機技術發展有卓越貢獻的傑出科學家。設立的初衷是因為計算機技術的飛速發展，尤其到20世紀60年代，其已成為一個獨立的有影響的學科，信息產業亦逐步形成，但在這一產業中卻一直沒有一項類似「諾貝爾」、「普利策」等的獎項來促進該學科的進一步發展，為了彌補這一缺陷，於是「圖靈」獎便應運而生，它被公認為計算機界的「諾貝爾」獎。
「圖 靈」為 何 如 此 幸 運
不少人夢寐以求的國際計算機的最高獎項——圖靈獎，為何它如此幸運，真是說來話長。
阿蘭·圖靈（Alan Turing），1912年6月23日出生於英國倫敦，他被認為成二十世紀最著名的數學家之一，誰也沒有想到他的名字會和計算機產業掛鉤。
20世紀的數學界正在熱烈的討論本世紀最偉大的科學發現之一 ——昆特.哥德爾的不完全性定理，在那以前，數學家們總認為，一個數學問題雖然要找到答案也許會很困難，但理論上總有一個確定的答案，一個數學命題，要麼是真的，要麼是假的。而哥德爾的不完全定理指出：在一個稍微復雜一點的的數學公理系統中，總存在那樣的命題，我們既不能證明它是真的，也不能證明它是假的。數學家們大吃一驚，發現以往大家認為絕對嚴密的數學中，原來有令人如此不安的不確定性。每個邏輯學家都在苦苦思索，試圖為陷入了危機的數學找到一條出路，這些邏輯學家包括當時在劍橋的貝特朗.羅素( Bertrand Russell ) 、阿爾弗雷德.懷特海（Alfred Whitehead）、路德維格.維特斯根坦 ( Ludwig Wittgenstein) 等著名的邏輯學家。這時的圖靈正在劍橋求學，他也同樣為此問題陷入了困境。
1936年，圖靈作出了他一生最重要的科學貢獻，他在其著名的論文《論可計算數在判定問題中的應用（On Computer numbers with an Application to the Entscheings -problem）》一文中，以布爾代數[i]為基礎，將邏輯中的任意命題（即可用數學符號）用一種通用的機器來表示和完成，並能按照一定的規則推導出結論。這篇論文被譽為現代計算機原理開山之作,它描述了一種假想的可實現通用計算的機器，後人稱之為「圖靈機」。
這種假想的機器由一個控制器和一個兩端無限長的工作帶組成。工作帶被劃分成一個個大小相同的方格，方格內記載著給定字母表上的符號。控制器帶有讀寫頭並且能在工作帶上按要求左右移動。隨著控制器的移動，其上的讀寫頭可讀出方格上的符號，也能改寫方格上的符號。這種機器能進行多種運算並可用於證明一些著名的定理。這是最早給出的通用計算機的模型。圖靈還從理論上證明了這種假想機的可能性。盡管圖靈機當時還只是一紙空文，但其思想奠定了整個現代計算機發展的理論基礎。
1945年，圖靈被調往英國國家物理研究所工作。他結合自己多年的理論研究和戰時製造密碼破譯機的經驗，起草了一份關於研製自動計算機器（ACE：Automatic Computer Engine ）的報告，以期實現他曾提出的通用計算機的設計思想。通過長期研究和深入思考，圖靈預言，總有一天計算機可通過編程獲得能與人類競爭的智能。1950年10月，圖靈發表了題為《 機器能思考嗎？》的論文，在計算機科學界引起巨大震撼，為人工智慧學的創立奠定了基礎。同年，圖靈花費4萬英鎊，用了約800個電子管的ACE樣機研製成功，它的存儲容量比愛尼亞克[ii]大了許多。在公開演示會上，被認為是當時世界上速度最快、功能最強的計算機之一。圖靈還設計了著名的「模仿游戲試驗」，後人稱之為「圖靈測試」。該實驗把被提問的一個人和一台計算機分別隔離在兩間屋子，讓提問者用人和計算機都能接受的方式來進行問答測試。如果提問者分不清回答者是人還是機器，那就證明計算機已具備人的智能（1993年美國波士頓計算機博物館舉行的著名的「圖靈測試」 [iii]充分驗證了圖靈的預言）。
這讓我想起前幾年IBM公司研製的計算機「深藍」與國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫進行的那場人機大戰，最終以「深藍」戰勝卡斯帕羅夫而宣告結束，讓我們不得不佩服圖靈的天才預言。
現代計算機之父馮·諾依曼[iv]生前曾多次謙虛地說：如果不考慮巴貝奇[v]等人早先提出的有關思想，現代計算機的概念當屬於阿蘭·圖靈。馮·諾依曼能把「計算機之父」的桂冠戴在比自己小10歲的圖靈頭上，足見圖靈對計算機科學影響之巨大。
毒 液 浸 透 蘋 果，如 睡 之 死 滲 入 ……
身為一名數學家, 圖靈模型研製計算機的夢想在第二次世界大戰的爆發中粉碎。當時，德國法西斯正對英倫三島狂轟濫炸，圖靈的祖國危在旦夕,懷著一腔報國熱情，圖靈前往英國外交部承擔「超級機密」研究工作，即主持對德軍通訊密碼的破譯工作。圖靈便和歷史上著名的布萊奇利公園以及加密電子機械裝置ENIGMA聯系在了一起。
ENIGMA是德國發明家亞瑟.謝爾比烏斯（Arthur Scherbius）發明的一種加密電子器,它被證明是有史以來最可靠的加密系統之一，二戰期間它開始被德軍大量用於鐵路、企業當中。英國第40局（英國政府負責破譯密碼的間諜機構）開始恐慌，因為出現了大量他們無法破譯的電文。在整整13年裡，英國人和法國人都認為ENIGMA是不可破譯的。針對這一情況，40局新設了它的機構——英國政府代碼及加密學校（GC&CS ,Government Code and Cipher School），總部坐落在白金漢郡的布萊奇利公園。在布萊奇利公園有一大批為破譯ENIGMA作出卓越貢獻的人們，圖靈無疑是他們當中最值得敘述的一個。圖靈發明了綽號為「炸彈」 （Bombes）的解密機器，他被看成一位天才解密分析專家。戰爭結束，布萊奇利公園被關閉，「炸彈」被拆毀，所有戰時有關密碼分析和破譯的檔案資料都被銷毀，直到1967年波蘭出版第一本關於波蘭破譯ENIGMA方面的書，以及1974年溫特伯坦姆寫的《超級機密The Ultra Secret》一書出版，人們才知道圖靈在分析解密方面的貢獻。
1938年迪斯尼公司著名的動畫片《白雪公主和七個小矮人》上映，圖靈也觀看了這部影片，在後來的日子裡，他的同事常常聽見他哼電影中巫婆王後泡製毒蘋果的台詞：「毒液 浸透蘋果如睡之死滲入……」而圖靈的一生正是在這首歌詞中結束。
圖靈在他生命的最後時光，沒有機會看到自己被當作一個解密英雄來尊敬，相反，由於他同性戀的性傾向而倍受折磨。1952年因小偷入室行竊，圖靈向警察報了案，但他卻忘了向警察掩藏他和另一位男士同居的事實，同年他被警方逮捕，以「有傷風化罪」罪名遭到起訴，並被判為有罪。而這期間，他不得不忍受報紙媒體對他案件的公開全面報道。性傾向被公開，私生活曝光於大眾，政府也取消了他情報部門的工作。他的脾氣變的躁怒不安，性格陰沉鬱悒。1954年6月8日，人們在圖靈的寓所發現了他的屍體。他在自己的住處服用沾過氰化物的蘋果而自殺。臨死的前夜，也許圖靈的耳邊還回響著那首歌：「毒液浸透蘋果如睡之死滲入……」
迄今為止，作為計算機界「諾貝爾獎」的圖靈獎已走過了36個春秋。40多點陣圖靈獎得主均對計算機科學與技術的發展創新做出了傑出貢獻。他們在珍惜自己所獲崇高榮譽的同時，也深切懷念阿蘭·圖靈這位在計算機創新史上永放光芒的先驅。
『陸』 什麼是圖靈機理論模型
圖靈機由一條無限長的紙帶、一個讀寫頭、一套控制規則和一個狀態寄存器四部分組成，在無限長的紙條上有一個個方格，每個方格可以存儲一個符號，紙條可以向左或者向右運動。圖靈機模型可以執行三個基本操作：讀取指針頭指向的符號；修改方框中的字元；將紙帶向左或向右移動，以便修改其臨近方框的值。
參考資料：《大學計算機-計算思維導論》，清華大學出版社2019
『柒』 圖靈機模型由哪幾部分組成
該機器由以下幾個部分組成：
1.一條無限長的紙帶 TAPE。紙帶被劃分為一個接一個的小格子，每個格子上包含一個來自有限字母表的符號，字母表中有一個特殊的符號 表示空白。紙帶上的格子從左到右依此被編號為 0,1,2,... ，紙帶的右端可以無限伸展。
2.一個讀寫頭 HEAD。該讀寫頭可以在紙帶上左右移動，它能讀出當前所指的格子上的符號，並能改變當前格子上的符號。
3.一套控制規則 TABLE。它根據當前機器所處的狀態以及當前讀寫頭所指的格子上的符號來確定讀寫頭下一步的動作，並改變狀態寄存器的值，令機器進入一個新的狀態。
4.一個狀態寄存器。它用來保存圖靈機當前所處的狀態。圖靈機的所有可能狀態的數目是有限的，並且有一個特殊的狀態，稱為停機狀態。
(7)圖靈機的模型中不包括存儲器擴展閱讀
圖靈機有很多變種，但可以證明這些變種的計算能力都是等價的，即它們識別同樣的語言類，而且圖靈機是一個抽象的機器，它有一條無限長的紙帶，紙帶分成了一個一個的小方格，每個方格有不同的顏色。