チューター

TUTOR はPLATO Author Languageとも呼ばれ、1965年頃からイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のPLATO システムで使用するために開発されたプログラミング言語です。TUTOR は当初、コンピュータ支援教育(CAI) およびコンピュータ管理教育(CMI) (「レッスン」と呼ばれるコンピュータ プログラム内) で使用するために Paul Tenczar によって設計され、そのための多くの機能を備えています。たとえば、TUTOR には、強力な解答解析および解答判定コマンド、グラフィックス、および講師による学生の記録と統計の処理を簡素化する機能があります。TUTOR の柔軟性と PLATO の計算能力 (1972 年当時はスーパーコンピュータと考えられていたコンピュータ上で実行) の組み合わせにより、フライト シミュレータ、戦争ゲーム、ダンジョン スタイルのマルチプレイヤー ロール プレイング ゲーム、カード ゲーム、単語ゲーム、Bugs and Drugs ( BND ) などの医療レッスン ゲームなどのゲームの作成にも適しています。 TUTORは現在もCyber​​1 PLATOシステム^[2]のプログラミング言語として使われており、 1980年代のPLATOのソースコードのほとんどが実行され、2020年6月現在で約5000人のユーザーがいる。

TUTOR は、もともとは教育レッスンを設計するための専用オーサリング言語として開発されたもので、汎用プログラミング言語への進化は計画外でした。TUTOR という名前は、 Plato III の後半にPLATO システムのオーサリング言語に初めて使用されました。この名前で最初に文書化された言語は、 Avner, Richard Allen、Tenczar, Paul (1969 年 1 月)、The TUTOR Manual であると思われます。CERL レポート X-4

論文「ロシア語の翻訳をコンピュータで教える」^[3]は、 PLATO IVが稼働する直前のTUTORのスナップショットを示しています。言語のコア要素は存在していましたが、コマンドは大文字で与えられ、一般的なメカニズムを使用する代わりに、代替文字セットのサポートはWRUSS「ロシア語の文字セットを使用して書き込む」などの特別なコマンド名によって行われました。

1970年代を通じて、TUTORの開発者は、TUTORプログラムのコーパス全体が同じコンピュータシステム上にオンラインで保存されているという事実を活用しました。言語を変更する必要があると感じるたびに、彼らはTUTORコードのコーパスに対して変換ソフトウェアを実行し、既存のコードすべてを、行った変更に適合するように修正しました。^[4] その結果、TUTORの新しいバージョンが開発されると、PLATOバージョンとの互換性を維持するのは非常に困難でした。^[5]

コントロールデータコーポレーション（CDC）は、1981年までに、PLATOのドキュメントからTUTORという名前をほぼ削除しました。彼らは言語自体をPLATO Author Languageと呼んでいました。しかし、 TUTORファイルやTUTORレッスンファイルというフレーズは、PLATO Author Languageで書かれたテキストを保存するために使用するファイルの種類の名前として生き残りました。^[6]

TUTORレッスンは、ユニットのシーケンスで構成されます。各ユニットは情報の提示から始まり、1 つ以上の質問に正しく答えることで、1 つのユニットから次のユニットに進むことができます。COBOL 段落と同様に、制御は前のユニットから TUTOR ユニットに入り、次のユニットに抜けることができますが、ユニットは コマンドまたはコマンドを使用してサブルーチンとして呼び出すこともできます。 dojoin

単位の例は次の通りです: ^[7]

単位数学
205で
これらの問題に答えてください

        3 + 3 =

        4 × 3 =

矢印413
答え6
矢印613
答え 12

この例からすぐにいくつかのことが明らかになるはずです。

• まず、TUTOR は固定形式の言語です。各行はコマンド名で始まり、固定の 8 文字のフィールドに収まる必要があります。そのコマンドの引数 (タグ)は9 番目の文字から始まります。9 列目に移動するにはタブ キーを使用しますが、PLATO にはタブ文字がないため、スペースが生成されます。
• 上記のコマンドのようにwrite、タグが複数の行で構成される場合もあります。継続行は空白か、先頭にタブが付きます。
• 画面座標は単一の数字として表されるため、205 は 2 行目の 5 列目を指し、413 は 4 行目の 13 列目を指します。

このユニットに暗黙的に含まれている制御構造は明らかではないかもしれません。コマンドは、判定ブロックarrowへの入り口を示します。 この制御構造は、TUTOR のユニークな機能の 1 つです。

TUTOR には、数多くのユニークな機能が含まれています。以下のリストは、TUTOR マニュアルの代わりとなるものではなく、単にこの言語の最も興味深く、革新的で、時には混乱を招く機能を強調するものです。

TUTOR の判定ブロックはarrow、コマンドで始まり、次のarrow、endarrowまたはコマンドで終わる制御構造ですunit。arrowコマンドは入力を促し、指定された画面座標にプロンプ​​トとして特別な矢印文字 (「▷」に似た文字) が表示されます。実際には、判定ブロックは、正解して先に進むことができるまで生徒が質問に複数回回答を試みることができるバックトラッキング制御構造と考えることができます。

各判定ブロックは、パターン マッチングコマンドのシーケンスで構成され、各コマンドは、パターンが一致した場合に実行されるコマンド ブロック (空の場合もあります) を導入します。最も一般的な 2 つのパターン マッチング コマンドは、answerとです。これらは、一致した場合には学生の回答を正しいと判定し、 は学生の回答を不正解と 判定するwrong点を除いて、パターン マッチングのセマンティクスは同じです。answerwrong

answerコマンドとコマンドのタグフィールドは、wrongオプション、必須、代替の単語のリストで構成されていました。次の例を考えてみましょう: ^[8]

答え <それは、図です、
        ポリゴン>
        (右、rt) (三角形、三角形)

これは、「直角三角形です」や「三角形です」、または単に「直角三角形」などの回答と一致します。「sort of」という単語は無視対象としてリストされていないため、「sort of triangular」には一致しません。また、順序が間違っているため、「triangle, right?」にも一致しません。

パターン マッチング サブシステムはスペル エラーを認識したため、「triangel」または「triangl」という単語がサンプル パターンと一致します。レッスン作成者は、このspecsコマンドを使用して、スペル エラーに関してシステムがどの程度厳格であるかを設定できます。

さまざまなTUTOR実装で使用されるパターンマッチングアルゴリズムは細部が異なりますが、通常は入力テキストの各単語とパターンの各単語がビットベクトルに変換されます。生徒が入力した単語がパターンの単語と一致するかどうかを確認するために、 2つのビットベクトル間のハミング距離が単語間の相違度の尺度として使用されました。ビットベクトルは通常60ビットまたは64ビットの長さで、文字の存在、文字ペアの存在、および最初の文字のフィールドがあります。その結果、 2つのビットベクトルの排他的論理和の1ビットの数は、対応する単語間の音声の違いの程度を概算しました。^[9]

TUTOR 判定ブロックの制御構造に関する初期の説明はどれもわかりにくいものでした。しかし、現代の用語で言えば、判定ブロックは、生徒の入力が正しいと判定されたときに終了する反復制御構造として説明できます。この制御構造の本体は、一連のケースで構成され、各ケースはまたは などのパターン マッチングコマンドによって導入されます。前のサイクルで判定ループの本体によって生成されたすべての出力は、次のサイクルの前に画面から消去されます。 answerwrong

次の例を考えてみましょう: ^[10]

間違った <it, is,a> 正方形
1501年
正方形には4つの
        側面。

学生が「square」または「a square」と入力した場合、その答えは不正解と判断され、画面の 15 行目 1 列目から「A square has four sides.」というテキストが出力されます。この出力は、学生が新しい答えを入力し始めるまで画面に残り、入力が終わると消去され、新しい答えに対する応答を計算できるようになります。ディスプレイ画面を前の状態に戻すメカニズムは、実装ごとに異なります。初期の実装では、端末を消去モードに切り替え、一致したケース全体を再実行することで動作していました。後期の実装では、判定中に生成された出力をバッファリングして、この出力を消去できるようにしました。

コマンドjoinはサブルーチン呼び出しの独特な形式である。これは、結合コマンド自体の代わりに結合ユニットの本体のテキスト置換と同等であると定義されていた。^[11] そのため、結合ユニットには判定ブロックの一部を含めることができる。したがって、判定ブロックは概念的には一連のケースを囲む反復子であるが、このブロックは任意にサブルーチンに分割することができる。(代替のサブルーチン呼び出しであるコマンドは、他のプログラミング言語のサブルーチン呼び出しに関連する通常のセマンティクスに準拠している。) do

PLATO IV学生端末^[12]には、512×512ピクセルの プラズマディスプレイパネルがあり、ポイントプロット、ライン描画、テキスト表示のハードウェアサポートがありました。PLATO IV端末の各ピクセルはオレンジ色か黒色でした。CDC PLATO V端末は、プラズマパネルをエミュレートするためにモノクロの白黒CRTを使用していました。組み込みの文字セットには、それぞれ8×16ピクセルの63文字の4セットがあり、半分は固定で、残りの半分はプログラム可能でした。Tutor言語は、この端末を完全にサポートしていました。

2つの座標系があった^[13]

• 大まかな座標は、テキストの行と列に基づいて指定されます。たとえば、大まかな座標 1501 は、行 15、文字 1 を参照します。画面の左上の文字は位置 101 にあり、右下の文字は位置 3264 にあります。
• 精密座標は、画面の左下隅を基準とした X 座標と Y 座標として指定されました。精密座標 0.511 は画面の左上隅を指定し、0.496 は粗座標 101 に相当し、文字の高さが 16 ピクセルであることと、文字が左下隅を基準としてプロットされることを考慮に入れています。

次の例はTutorの描画コマンドのいくつかを示しています。^[14]

描画 1812;1852;スキップ;1844;1544
サークル 16,344,288
引き分け 1837;1537;1535;1633;1833

コマンド上の連続する座標を区切るためにセミコロンを使用していることに注意してくださいdraw。これにより、コンマで区切られた細かい座標を明確に使用できます。通常、描画コマンドは連続する点を線分で接続しますが、skipタグを挿入することで、drawコマンドが概念的にペンを持ち上げるようになります。

コマンドのタグは、circle中心の半径と細かい座標を指定します。追加のタグで、部分円の開始角度と終了角度を指定できます。

描画コマンドを手作業で作成するのは難しいため、この作業を自動化するために、1974年までにPLATOシステムに画像エディタが組み込まれました。^[15] これは、一定の座標を持つ描画コマンドしか処理できませんでした。

次の例はTutorのテキストレンダリングツールの一部を示しています。^[16]

ユニット名
サイズ 9.5 $$ テキスト 9.5 倍の通常サイズ
45 度回転 $$ テキストを 45 度回転
2519年
ラテン語を書く
サイズ 0 $$ 通常の書き込みに戻る
回転 0
3125時
動詞のレッスンを書く

サイズ 0、回転 0 でレンダリングされたテキストは、PLATO 端末の組み込み文字レンダリング ハードウェアを使用しましたが、サイズと回転が 0 以外の場合のレンダリングは線分で行われたため、端末への通信リンクの速度により大幅に遅くなりました。

独自の解答判定メカニズムを除けば、TUTOR のオリジナルの制御構造セットはかなりまばらでした。1970 年代半ばに、オプションのセクションとセクションを含むifブロックを導入することでこの欠点が解消されました。これらの制御構造のセマンティクスは定型的でしたが、構文はTutor 言語の必須インデントを継承し、 Pythonの先駆けとなり、インデントを継続行と区別するために独自の非空白インデント文字を追加しました。 endifelseifelse

これは次の例で説明される：^[17]

n8<4の場合
. 最初のブランチを書き込む
. 計算n9⇐34
そうでない場合n8=4
. 2番目のブランチを書く
. 何かする
それ以外
. デフォルトブランチを書き込む
. n8>6の場合
. . 特別なブランチを書く
. 終わり
終了

(ステートメント内の代入calc矢印は、一部のブラウザでは正しくレンダリングされません。<= に似ていますが、1 つの文字として表示されます。PLATO IV キーボードには専用のキーがありました。)

同じ構文がloop、従来のプログラミング言語のwhileループendloopに相当する意味を持つブロックにも使用されました。これは次の例で示されています^[18]

ループ n8<10
ループ内で書き込む
. サブ1 n8
再ループ n8≥5
ループ内でまだ書き込みます
. 何かする
ループ n8<3
ループ内でまだ書き込みます
エンドループ
ループの外側に書き込む

reloopおよびコマンドは、 Cベースの言語のおよびステートメントoutloopに多少似ていますが、変更するループのインデント レベルに配置する必要があり、指定された制御の転送がいつ行われるかを示す条件タグがある点が異なります。これにより、内部ループの任意の行で 1 つのステートメントを使用して複数の外部ループを終了または再ループできるため、この構造は他の言語よりも強力になります。 continuebreak

TUTORの式構文はFORTRANの構文を彷彿とさせるものではなく、当時の不十分に設計された文字セットによって制限されることもありませんでした。たとえば、PLATO IVの文字セットには下付き文字と上付き文字の制御文字が含まれていましたが、TUTORはこれを指数計算に使用しました。このコマンド^{[19]を考えてみましょう。}

円 (41 2 +72.6 2 ) 1/2 ,100,200

この文字セットには、乗算と除算の従来の記号、×およびも含まれていました÷が、FORTRAN によって確立された規則から大幅に逸脱して、暗黙の乗算が許可されたため、式および(4+7)(3+6)は、それぞれ 99 と 15.9 の値で有効でした (前掲書)。この機能は不可欠であると考えられていました。生徒が質問に対して数値の回答を入力すると、演算子と変数、および標準的な代数表記法を使用でき、プログラムは TUTOR の「compute」コマンドを使用して数式をコンパイルおよび実行し、正しい回答と数値的に等しい (または浮動小数点の丸め誤差の範囲内である) ことを確認します。 3.4+5(23-3)/2

この言語には、ギリシャ文字の円周率 (π) で名付けられた定義済みの定数が適切な値とともに含まれており、計算に使用できます。したがって、この式は、組み込みの π 定数、上付き文字で示される暗黙の乗算と累乗を使用して、円の面積を計算するために使用できます。 πr2

TUTORでは、浮動小数点の比較は、とがほぼ等しいx=y場合に真であると定義されていました。^[20]これは、数学に疎い教育レッスン開発者にとっては作業を簡単にしましたが、数値的に高度なコードを開発する開発者にとっては、とが同時に真になる可能性があるため、頭痛の種になることもありました。 ^[21]xyx<yx≥y

オーサリング言語としての TUTOR は、最小限のメモリ リソースと、それらを操作するための最も基本的なツールのみから始まりました。各ユーザー プロセスには 150 個の変数のプライベート データ セグメントがあり、共有の共通ブロックをアタッチして、共有メモリを介してユーザー間の通信を行うことができました。

PLATO IVシステムでは、CDC 6600ファミリーのコンピュータに合わせてワードは60ビットでした。その後の実装ではこれが64ビットに変更されました。^[22]

各プロセスのプライベートメモリ領域は、それぞれ150ワードで構成され、学生変数と呼ばれていました。これらの変数の値は永続的で、セッションごとに個々のユーザーを追跡していました。これらは、整数値を保持するために使用される場合はn1を通じてn150、浮動小数点値を保持するために使用される場合はv1を通じてアドレス指定されました。 ^[23]v150

TUTORレッスンは、コマンドを使用して、最大1500ワードの共有メモリの単一領域をアタッチできますcommon。各レッスンには、そのレッスンのすべてのユーザーが共有する変数を含む名前のない一時的な共通ブロックがあります。このようなブロックは、レッスンが使用されるときに作成され、レッスンが非アクティブになると割り当て解除されます。対照的に、名前付き共通ブロックは、レッスンのブロック（ディスクファイル）に関連付けられています。共有メモリは、（整数の場合）または（浮動小数点数の場合）としてアドレス指定されnc1ますnc1500。[ vc124 ^]vc1500

150の生徒変数では不十分な場合、レッスンでは storageコマンドを使用して最大1000語の追加のプライベートメモリセグメントを作成できます。このセグメントはスワップスペースにのみ存在しますが、生徒変数または共通変数にマッピングできます。たとえば^[25]

共通 1000
ストレージ 75
ストロード vc1001,1,75

この例では、nc1to をnc1000共有の名前のない共通ブロックとして定義し、nc1001to をnc1075プライベート ストレージとして定義します。

TutorコマンドはCプリプロセッサdefineディレクティブに非常によく似ていました。これはニーモニック名を変数に関連付ける唯一の方法でした。メモリを静的に割り当て、変数に名前を割り当てるのはプログラマの責任でした。次の例を考えてみましょう：^[26] #define

私の名前を定義する
        最初 = v1、2番目 = v2
        結果=v3

mynamesこれにより、3つの浮動小数点変数を定義するという定義セットが作成されます。ユーザーには、「ステートメント自体を除いて、レッスンのどこにもv3やv26があってはなりませんdefine。すべての定義をレッスンの最初に置き、どの変数を使用しているかを簡単に参照できるようにします。」とアドバイスされています。^[27]

関数は、マクロ置換セマンティクスを使用して、次の図のように定義できます。^[28]

cotan(a)=cos(a)/sin(a) と定義する

C とは異なり、TUTOR の元のスコープ ルールは、ローカル定義に関する規定がなく、純粋な「使用前の定義」でした。したがって、上記で使用した形式パラメータには、a以前の定義があってはなりません。

TUTORの開発の後半で、複数の名前付き定義セットが導入され、プログラマーはどの定義セットが現在有効であるかを明示的に制御できるようになりました。たとえば、define purge, setname名前付きセット内のすべての定義を破棄します。^[29]

テキスト操作のためのオリジナルのTUTORツールは、特定のテキスト操作のためのコマンドに基づいていました。たとえば、packパックされた文字列をメモリ内の連続した変数に配置する、searchある文字列を別の文字列内から検索する、move文字列をメモリからメモリに移動するなどです。^[30] 1975年までに、整数の配列やパックされた配列のためのより一般的なツールが追加されました。たとえば、次のとおりです。 ^[31]

セグメントの定義、名前=開始変数、バイトあたりのビット数、s
        配列、名前(サイズ)=開始変数
        配列、名前 (行数、列数) = 開始変数

キーワード で定義されるセグメント配列は、 Pascalsegmentのパック配列に相当します。バイト サイズと、配列要素を符号付きまたは符号なしとして扱うかどうかは、完全にユーザーの制御下にあります。バイト サイズをマシンのバイト サイズ (表示コードを使用する実装では 6 ビット、後期のASCIIおよび拡張 ASCII実装では 8 ビット) に設定することで、任意のテキスト操作を行うことができます。セグメント配列には配列の次元の指定がないことに注意してください。

一般的なパラメータ受け渡し機構はPLATO IV時代の初期にTUTORに追加された。例えば: ^[32]

半径=v1、x=v2、y=v3 を定義します。
単位は様々
半円(100,150,300)を実行します
半円を描く(50)
*
単位 半円(半径, x,y)
円の半径, x,y,0,180
x半径、y;x+半径、yを描く

コマンドの引数リストにリストされている仮パラメータはunit、静的に割り当てられたグローバル変数の定義名にすぎないことに注意してください。パラメータ渡しのセマンティクスは、宛先ユニットへの制御転送時の割り当てと同等であると指定されており、上記の 2 番目のコマンドのように実際のパラメータが省略された場合do、対応する仮パラメータの以前の値は変更されません。

ローカル変数は1980年頃にTUTORに追加されました。ローカル変数を使用したいレッスン作成者は、lvarsコマンドを使用して、ローカル変数に使用するバッファのサイズを最大128ワードまで宣言する必要がありました。^[33] これを行うと、ローカル変数を使用するユニットは次のように開始できます。^[34]

ユニット ソメウ
        名前1、名前2、名前3(サイズ)
        NAME4=定数
        フローティング:NAME5,NAME6,NAME7(サイズ)
        整数、NUM BITS:NAME8、NAME9
        整数、NUM BITS、符号付き:NAME10
        整数:NAME11

上記のコマンドの継続行は、ローカルスコープunitを持つ暗黙的なコマンドの行とみなされます。 などの学生変数に関する従来の定義は、このようなローカル で使用できますが、ここで示す形式はすべて、コマンドによって割り当てられたメモリ ブロック内の場所に名前を自動的にバインドします。 利用可能な TUTOR ドキュメントでは、ローカル変数の割り当て方法については説明されていません。 definen150definelvars

TUTOR 関連言語にはかなりの数のファミリーがあり、それぞれがオリジナルの TUTOR 言語に似ていますが、違いがあります。特に、TUTOR は特定の CDC メインフレーム ハードウェアで実行されるシステム (PLATO コンピュータ ベース教育システム) のコンポーネントでした。効率性のために、TUTOR にはハードウェア固有の要素がいくつかありました (たとえば、60 ビットの配列として、または 10 個の 6 ビット文字として使用できる 60 ビット ワードの変数など)。また、TUTOR は Windows 向けのグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) が登場する前に設計されました。

microTutor 言語は UIUC の PLATO プロジェクトで開発され、メインフレームで実行されている TUTOR コードに接続して、マイクロコンピュータを含む端末でレッスンの一部を実行できるようにしました。microTutor 方言は、UIUC で開発され、日本の TDK にライセンス供与された Cluster システムのプログラミング言語でもありました。Cluster システムは、ストレージとコンパイルを提供するミニコンピュータに接続された少数の端末で構成されていました。Tencore Language Authoring System は、PC 用に Paul Tenczar が開発し、Computer Teaching Corporation が販売した TUTOR の派生製品です。cT は、カーネギーメロン大学で開発された TUTOR と microTutor の派生製品で、Windows、Mac、Unix/Linux システムのウィンドウ GUI 環境で変更なしでプログラムを実行できるようにしました。

Cyber​​1が開発したPterm端末エミュレータは、バージョン6以降でmicroTutor言語をサポートしています。^{[35] [36]}