Theory of Reversible Computing

این کتاب محاسبات برگشت پذیر را از نقطه نظر تئوری اتوماتا و محاسبات توصیف می کند. این بررسی می کند که چگونه می توان از برگشت پذیری به طور موثر در محاسبات استفاده کرد. یک سیستم محاسباتی برگشت‌پذیر یک سیستم قطعی معکوس است، به طوری که هر حالت از سیستم حداکثر یک سلف دارد. اگرچه تعریف آن بسیار ساده است، اما ارتباط نزدیکی با برگشت پذیری فیزیکی، یکی از قوانین میکروسکوپی بنیادی طبیعت دارد. این کتاب که توسط دانشمند برجسته در این زمینه نوشته شده است، به عنوان یک اثر مرجع ارزشمند برای هر کسی که در محاسبات برگشت پذیر یا به طور کلی در نظریه اتوماتا کار می کند، عمل می کند.

این کار به مدل های مختلف محاسبات برگشت پذیر در چندین سطح مختلف می پردازد. که از میکروسکوپی تا ماکروسکوپی را شامل می شود و هدف آن روشن کردن چگونگی انجام محاسبات کارآمد و ظریف در این مدل های محاسباتی برگشت پذیر است. از آنجایی که روش‌های ساخت اغلب منحصر به فرد و متفاوت از روش‌های سنتی هستند، این مدل‌های محاسباتی و همچنین روش‌های طراحی، بینش جدیدی را برای سیستم‌های محاسباتی آینده ارائه می‌کنند.

سازمان‌دهی شده از پایین به بالا، کتاب با پایین‌ترین مقیاس عناصر منطقی برگشت‌پذیر و مدارهای ساخته شده از آنها شروع می‌شود. پس از آن ماشین‌های تورینگ برگشت‌پذیر، ابتدایی‌ترین ماشین‌های محاسباتی جهانی، و برخی دیگر از انواع اتوماتای ​​برگشت‌پذیر مانند اتوماتای ​​چند سر برگشت‌پذیر و ماشین‌های شمارنده برگشت‌پذیر قرار می‌گیرند. متن با اتوماتای ​​سلولی برگشت پذیر برای محاسبات فضایی و زمانی موازی به پایان می رسد. برای اینکه خواننده بتواند درک روشنی از هر مدل داشته باشد، ارائه‌های همه مدل‌های مختلف از یک الگوی مشابه پیروی می‌کنند: مدل با جزئیات کامل ارائه شده است، یک بحث غیررسمی کوتاه در مورد نقش عناصر مختلف مدل برگزار می‌شود، و یک مثال با تصاویر به دنبال هر مدل است.

This book describes reversible computing from the standpoint of the theory of automata and computing. It investigates how reversibility can be effectively utilized in computing. A reversible computing system is a “backward deterministic” system such that every state of the system has at most one predecessor. Although its definition is very simple, it is closely related to physical reversibility, one of the fundamental microscopic laws of Nature. Authored by the leading scientist on the subject, this book serves as a valuable reference work for anyone working in reversible computation or in automata theory in general.

This work deals with various reversible computing models at several different levels, which range from the microscopic to the macroscopic, and aims to clarify how computation can be carried out efficiently and elegantly in these reversible computing models. Because the construction methods are often unique and different from those in the traditional methods, these computing models as well as the design methods provide new insights for future computing systems.

Organized bottom-up, the book starts with the lowest scale of reversible logic elements and circuits made from them. This is followed by reversible Turing machines, the most basic computationally universal machines, and some other types of reversible automata such as reversible multi-head automata and reversible counter machines. The text concludes with reversible cellular automata for massively parallel spatiotemporal computation. In order to help the reader have a clear understanding of each model, the presentations of all different models follow a similar pattern: the model is given in full detail, a short informal discussion is held on the role of different elements of the model, and an example with illustrations follows each model.