نظرية الحوسبة Theory Of Computation: دليل شامل

نظرية الحوسبة تُعد إحدى النظريات المؤسسة لعلم الحاسب، حيث إنها نواة فكرة صناعة الحواسيب، والأنظمة الحاسوبية المختلفة، وقد بدأت كمحاولة لمحاكاة العقل البشري، وتطورت حتى أصبح للآلة عقل خاص بها؛ تم تصميمه بواسطة البشر، ولكن تفوق قدراته حدود التصميم.

ما هو مفهوم نظرية الحوسبة؟

نظرية الحوسبة Theory of computation تشير إلى أحد المجالات التي يتضمنها مجال علم الحاسب الآلي، والتي تهتم بتقديم الحلول الإلكترونية من خلال استخدام الخوارزميات، والعمل بها لحل المسائل الإلكترونية. تعتمد نظرية الحوسبة على تطوير نماذج رياضية، ومنطقية من أجل الوصول إلى طرق ممنهجة، ونظامية لحل المشكلات بشكلٍ تلقائي عن طريق تقنيات الحاسب الآلي، مع قياس تكلفة حلها من موارد المساحة، والزمان الذي يستغرقهما الفرد لحل المشكلة.

ما هو تاريخ نظرية الحوسبة؟

تاريخ نظرية الحوسبة يمتد إلى ما قبل 1930 حين قام عالم الحاسب آلان تورينج بدراسة لما تستطيع أجهزة الحاسب فعله وما لا تستطيع فعله. 

قام العديد من علماء ومهندسي الحاسب باختراع أجهزة حاسوبية بهدف محاكاة نشاط العقل البشري في المدة الزمنية بين ثلاثينيات وخمسينيات القرن المنصرم، وعلى الرغم من أنها كانت بدائية للغاية في محاكاتها لعقول البشر، فقد كانت خطوة إلى الأمام في طريق الآلية.

خلال الستينيات وما بعدها من عقود، اهتم ستيفن كوك بالاعتماد على أبحاث تورينج، وتطويرها من أجل الفصل بين المشكلات التي يمكن للحاسوب أن يقوم بحلها، والمشكلات التي لا يمكن فعلياً لأجهزة الحاسوب بحلها.

ما هي أنواع الحوسبة؟

تتعدد أنواع الحوسبة، حيث إن فكرة وجود حل سحري للعديد من المسائل التي يساهم حلها إلكترونيًا في تيسير حياة الناس:

1- الحوسبة السحابية:

الحوسبة السحابية هي أحد أنواع الحوسبة التي تساعد الناس في تخزين مختلف أنواع البيانات، والملفات دون تكبد تكاليف باهظة، أو مشقة كبيرة، من خلال استخدام السحابات الإلكترونية التي تسمح للعملاء بتخزين أية قدر من البيانات بشكلٍ سريع، وسهل.

2- الحوسبة الكمية:

نظرية الحوسبة الكمية تستمد الخوارزميات التي تعتمد عليها من علم ميكانيكا الكم، وتستخدمها كفرصة للتطور التكنولوجي؛ لإيجاد حلول للمسائل الإلكترونية المعقدة التي تقف أمامها أجهزة الحاسب الكلاسيكية عاجزة.

3- الحوسبة المتنقلة:

نظرية الحوسبة المتنقلة تشير إلى نوع من أنواع الحوسبة التي تهدف إلى تمكين المستخدمين من استخدام إلى البيانات والموارد التكنولوجية دون التقيد بالوجود في موقع جغرافي محدد، حيث لا يقوم الإنسان بملازمة أماكن وجود الخدمات الإلكترونية، ولكن تلازمه تلك الخدمات أينما كان.

ما هو مفهوم الحوسبة الهجينة؟

مفهوم الحوسبة الهجينة يشير إلى استخدام أنواع مختلفة من أنواع الحوسبة لبناء البنية التحتية الخاصة بنظام من الأنظمة الإلكترونية التي تعتمد على نظرية الحوسبة. السبب وراء استخدام الحوسبة الهجينة يعود إلى إمكانية تجنب جميع العيوب والمعوقات التي تشوب أنواع الحوسبة المنفردة.

ما هو مفهوم التعقيد في نظرية الحوسبة؟

مفهوم التعقيد في نظرية الحوسبة يشير إلى إحدى نظريات الحوسبة الكلاسيكية، والتي تهتم بالوقت والمساحة الذي تستغرقه الخوارزميات لحل المسألة الإلكترونية، ويقوم مهندس الحاسب على تحليل تلك المدة الزمنية، والمساحة اللازمة من خلال التحليل الحسابي للخوارزميات.

عند التحدث عن نظرية الحوسبة، فإن مفهوم التعقيد يشير إلى عملية تحليل الخوارزميات لمعرفة الوقت والمساحة التي سيكون النظام بحاجة إليها من أجل حل المسائل الحوسبية، التي تساهم في حل المشكلات الإلكترونية، والتي تساهم بدورها في تيسير حياة الأفراد الإلكترونية، وتذليل الصعاب.

أثناء القيام بعملية التعقيد في نظرية الحوسبة يتم تصنيف المسائل الحوسبية طبقاً للموارد الزمانية والمكانية التي تستغلها من الأسهل، وصعوداً إلى الأصعب، حتى يتمكن القائمون على النظام من تقييم قدرة الحاسوب، أو النظام الإلكتروني من حل المشكلة التي تواجههم.

ما هي نظرية البيانات في الحوسبة؟

تشير نظرية البيانات في مجال الحوسبة إلى التحليل البياني باستخدام تقنيات الحوسبة الإلكترونية، حيث أن إحدى الخدمات الحوسبية وهي الحوسبة السحابية مسؤولة عن تخزين البيانات والمعلومات بشكل فعال، وآمن. كما أن تقنيات الحوسبة تقدم خدمات تحليل تلك البيانات.

عملية التخزين في الحوسبة تتم من خلال مساحات تخزينية إلكترونية غير محدودة تُسَمى السحابات الإلكترونية، وتُدعى تلك العملية الحوسبة السحابية. غالباً ما تتضمن تلك السحابات خاصيات أمان فعالة عند تخزين البيانات، وعند تحليلها، ومعالجتها كذلك.

أهمية نظرية البيانات يكمن في التعامل مع البيانات الضخمة في الحوسبة، حيث إن البيانات الإنسانية الهائلة التي صار من الصعب تحليلها إنسانياً لا تبقى في طي النسيان، أو التجاهل بسبب ضخامة حجمها؛ لأن تقنيات الحوسبة يمكنها أن تقوم بتحليل هذه البيانات من أجل البشر.

ما هو مفهوم التشفير في نظرية الحوسبة؟

مفهوم التشفير في نظرية الحوسبة يشير إلى تحويل البيانات التي يمكن قراءتها باستخدام اللغات العادية، إلى بيانات يمكن قراءتها باستخدام لغات التشفير الإلكترونية فحسب، ويتم استخدام هذه التقنيات بشكل متوسع لعدة أسباب عند العمل على أنظمة الحوسبة.

التشفير في نظرية الحوسبة يحدث عندما يريد شخصٌ ما أن يقوم بتخزين البيانات الخاصة به بشكلٍ إلكتروني، ولكن بشكلٍ سري؛ فيضع هذه البيانات في صيغة مُشفرة، حتى لا يستطيع أي مخترق للشبكة فهم محتوى تلك البيانات.

ماذا تعني الخوارزمية في نظرية الحوسبة؟

تلعب الخوارزمية في نظرية الحوسبة دورًا رئيسيًا، حيث تُعد الخوارزمية هي حجر الأساس الذي ترتكز عليه نظرية الحوسبة. الخوارزمية هي تحويل الكلمات والألفاظ المقروءة، إلى رموز قد لا تكون مفهومة لنا كبشر، ولكن الحواسب تفهمها، وتترجمها إلى تصرفاتٍ معينة يمليها عليها مهندس الحاسب.

الخوارزميات تحدد للجهاز الخطوات التي يجب أن يتخذها بالضبط من أجل أن تقوم بحل المشكلات التي قد تواجه المستخدمين، وتجعلها مميكنة؛ أي أن عندما يواجه المستخدم موقفًا إلكترونيًا معينًا يفهم الحاسب أنه يجب أن يتخذ تلك الخطوات بشكلٍ تلقائي.

تستطيع الخوارزميات أن توجد من خلال تقنية التشفير التي يستطيع من خلالها المهندس أن يحول الجمل والعبارات المفهومة، إلى الخوارزميات التي قد تبدو معقدة للعين المجردة، ولكنها أساسية للتواصل مع أجهزة الحاسب.

ما هو مفهوم الشفافية في نظرية الحوسبة؟

يشير مفهوم الشفافية في نظرية الحوسبة إلى الفهم البشري، والكشف المبسط للعمليات الحسابية والخوارزمية، حتى يزول عنها الغموض، وتصبح مفهومة من قبل البشر. في نظرية الحوسبة، مفهوم الشفافية له ثلاثة أنواع: شفافية الخوارزمية، وشفافية تنفيذ الخوارزمية لإنتاج الأكواد، شفافية تشغيل تلك الأكواد على أجهزة الحاسب للحصول على نتائج معينة.

ما هو مفهوم التقنية في نظرية الحوسبة؟

مفهوم التقنية في نظرية الحوسبة يشير إلى الأساليب والأدوات التكنولوجية التي تُستخدم لبناء أنظمة الحوسبة، وتُستخدم أيضًا لتشغيل أجهزة الحاسب. من بين تقنيات نظرية الحوسبة: البرمجة، وقواعد البيانات، وشبكات الحوسبة، والذكاء الاصطناعي.

ما هو تأثير نظرية الحوسبة على التكنولوجيا؟

يمتد تأثير نظرية الحوسبة على التكنولوجيا في العديد من الاتجاهات والجوانب، حيث يمكن رؤية تأثير نظرية الحوسبة على جوانب متعددة وأنظمة تكنولوجية متعددة؛ كالتشفير الإلكتروني، والذكاء الاصطناعي، والبرمجة.

يمكن بوضوح ملاحظة بصمة نظرية الحوسبة على التشفير الإلكتروني باستخدام الخوارزميات، حيث إن خوارزميات التشفير تعتمد على نظرية الحوسبة في نقل البيانات، وتخزينها بشكلٍ آمن.

نظرية الحوسبة تلعب دوراً هاماً في مجال الذكاء الاصطناعي، حيث من خلال نظرية الحوسبة تمكن مهندسو الحاسب من تطوير خوارزميات تعلم الآلة، والتي تقبع في جوهر فكرة الذكاء الاصطناعي، وكذلك تطوير تطبيقات الذكاء الاصطناعي.

في مجال البرمجة، يتم استخدام نظرية الحوسبة من أجل تطوير تقنيات التحقق، والتي تقوم بقياس صحة أنظمة البرمجة المختلفة، ومدى إمكانية الوثوق بها.

ينظر المرء إلى نظرية الحوسبة، وتطوراتها، تأثيرها التكنولوجية، ويكاد يصدق أن أفلام الخيال العلمي الخاصة بغزو الآلة للأرض ستكون حقيقة في يومٍ ما!

تعلم الأمن السيبراني والحوسبة السحابية:

تتعرض جميع المنظمات لتهديدات سواء كانت داخلية أو خارجية، ولذلك من الضروري إبقاء موظفيها في حالة تأهب مستمرة، من خلال الالتحاق بالدورات التدريبية المُعتمدة التي تقدمها منصة بكه في شهادة تحليل الأمن السيبراني المعتمدة.

وتقدم بكه أيضًا العديد من دورات حوكمة نظم المعلومات ومنها التالي:

• دورة أساسيات ITIL
• شهادة معتمدة COBIT5
• شهادة ودورة DevOps

وما يزيد من فرص الحصول على وظائف في تكنولوجيا المعلومات والحوكمة التقنية، صقل المهارات في تصميم الويب من خلال الالتحاق بالدورات التدريبية المُعتمدة المُقدمة من منصة بكه في قيادة الاستراتيجية الرقمية وتكنولوجيا المعلومات، متخصص تكنولوجيا المعلومات.