كومپىيۇتېر دۇنياسىغا تۇتاشقان خەرىتە 1

بىز كومپىيۇتېر ئارقىلىق ئۆزىمىزنىڭ مېڭىسىنى ئاچىمىز. دەسلەپكى مەزگىلدە كومپىيۇتېر ھېسابلاشقا ئالاقىدار مەسىلىلەرنى ھەل قىلىش ئۈچۈن ئىشلىتىلەتتى، لېكىن كومپىيۇتېرنىڭ رولى بارا-بارا ھەرقايسى ساھەلەرگە كېڭەيدى. ئىنتېرنېت تورى ئىجرا قىلىش، ئەمەلىي ۋاقىتتىكى رەسىم بىرتەرەپ قىلىش، سۈنئىي ئىدراك، ھەمدە پۈتۈن كائىناتنى تەقلىد قىلىش دېگەنلەرگە ئوخشاش. ئۇنىڭ ئۈستىگە بۇ كۈچلۈك ئىقتىدارنىڭ كەينىدىكى كىشىنى ئەڭ ھەيران قالدۇرىدىغىنى بولسا بۇلارنىڭ ھەممىسى پەقەت ۋە پەقەت 0 بىلەن 1 نىڭ ئۆزگىرىپ تۇرىشىدىن كېلىپ چىقىشى.

5a663c82-9ee3-11e8-a2e0-001e676a89bd.jpg

كومپىيۇتېر كىشى ئىشەنگۈسىز دەرىجىدىكى سۈرئەت بىلەن تېزلىشىۋاتىدۇ، كىچىكلەۋاتىدۇ.

ھازىر تېلېفوننىڭ ھېسابلاش ئىقتىدارى 60-يىللاردىكى دەرىجىدىن تاشقىرى كومپىيۇتېرلارنىڭ ھېسابلاش ئىقتىدارىنىڭ يىغىندىسىدىن ئېشىپ كەتتى. ئاپولو 11-نومۇرنىڭ پۈتۈن ئايغا چىقىش سىستېمىسى ھازىر پەقەت ئىككى دانە Nintendo بولسىلا يېتەرلىك. كومپىيۇتېر ئىلمى ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا كومپىيۇتېرنىڭ نېمە قىلالىشىنى تەتقىق قىلىدۇ. كومپىيۇتېر ئىلمى ھازىر ئاللىقاچان ئۆزئارا باغلىنىشلىقى بار تارماقلارغا كېڭەيدى، لېكىن مەن يەنىلا پۈتۈن پەننى ئۈچ بۆلەككە بۆلىمەن: كومپىيۇتېر نەزەرىيسى، كومپىيۇتېر قۇرلۇشى، ھەمدە كومپىيۇتېر ئەمەلىي قوللىنىشى.


بىرىنچى چوڭ تارماق: كومپىيۇتېر نەزەرىيسى

5a719e56-9ee3-11e8-a2e0-001e676a89bd (1).jpg

كومپىيۇتېر نەزەرىيسى ھەققىدە توختالغىنىمىزدا، بىز كومپىيۇتېر ئاتىسى، تۇرىڭ ماشىنىسىنى ياسىغان ئالەن تۇرىڭدىن باشلاشقا توغرا كېلىدۇ. تۇرىڭ بىر پارچە «ھېسابلاش ماشىنىسىنىڭ مەسىلىلەرگە ھۆكۈم قىلىشىنىڭ قوللىنىشى ھەققىدە» ناملىق ماقالىسىدە تۇنجى قېتىم «چەكلىك ھېسابلاش»قا ئېنىقلىما بەردى، ھەمدە تۇرىڭ ماشىنىسىنىڭ ئەسلى مودېلىنى ئوتتۇرىغا قويدى. تۇرىڭ ماشىنىسى ھازىرىقى ئاممىباپ كومپىيۇتېرنىڭ بىر ئاددىي تەسۋىرى، بىراق ھەرگىزمۇ ئەمەلىي ماشىنا ئەمەس. كېيىنكى ئالىملار نۇرغۇن كومپىيۇتېر مودىلىنى ئوتتۇرىغا قويدى، لېكىن بۇ مودىللار تۈپتىن ئېلىپ ئېيتقاندا ھەممىسى تۇرىڭ ماشىنىسى. شۇڭلاشقا تۇرىڭ ماشىنىسى ھازىرىقى زامان كومپىيۇتېرىنىڭ نەزىرىيە ئاساسى ھېسابلىنىدۇ.


تۇرىڭ ماشىنىسى بىرقانچە بۆلەكتىن تەركىب تاپقان، بىر بەلگە يېزىلغان چەكسىز ئۇزۇنلۇقتىكى لېنتا، بىر لېنتىغا ئوقۇپ يازالايدىغان ئوقۇپ يېزىش بېشى، بىر نۆۋەتتىكى ھالەتنى ساقلايدىغان ھالەت رېگىستىرى، ھەمدە بىر قاتار بۇيرۇق. ھازىرىقى كومپىيۇتېرلاردا، لېنتا دەل ھازىرىقى ئىچكى ساقلىغۇچ (ئەلۋەتتە ئۇنداق چەكسىز چوڭلۇقتا ئەمەس)، ئوقۇپ يېزىش بېشى دەل ھازىرىقى بىرتەرەپ قىلغۇچ (CPU). بۇيرۇق تىزمىسى كومپىيۇتېرنىڭ ئىچكى ساقلىغۇچىدا ساقلىنىدۇ. گەرچە تۇرىڭ ماشىنىسى بىر ئاددىي تەسۋىر بولسىمۇ، لېكىن كومپىيۇتېر لايىھەسى ئۈچۈن تولىمۇ ئەتىراپلىق تەسۋىر. ھازىرىقى كومپىيۇتېر ئەلۋەتتە نۇرغۇن بۆلەكلەردىن تەركىب تاپىدۇ، مەسىلەن قاتتىق دېسكا، كونۇپكا تاختىسى، ياڭراتقۇ، كۆرسىتىش كارتىسى، ئېكران دېگەندەك، لېكىن ئىجرا بولۇش پىرىنسىپى يەنىلا تۇرىڭ ماشىنىسى ئۇقۇمى ئىچىدە.


تۇرىڭ ماشىنىسى ۋە ھازىرىقى زامان كومپىيۇتېرى

5a7e16fe-9ee3-11e8-a2e0-001e676a89bd.jpg

تۇرىڭ ماشىنىڭنىڭ ماشىنىغا بولغان تەسۋىرى كومپىيۇتېر تەرەققىياتىغا ئاساس سېلىپ بەردى. شۇنىڭ بىلەن بىرگە، بىز ئۇندىن باشقا يەنە بىر تۇرىڭ بىلەن زىچ مۇناسىۋەتلىك كومپىيۇتېر ئالىمىنى ئۇنتۇپ قالساق بولمايدۇ، ئۇ دەل ئالەن تۇرىڭنىڭ دوكتۇر يېتەكچىسى ئالونزو چۇرچ (Alonzo Church). چۇرچ lambda ئوپېراتورنى ئىجاد قىلدى، ناھايىتى مۇكەممەل ماتېماتىكىلىق نەزىرىيە ئارقىق كومپىيۇتېر ھېسابلاش ئۇقۇمىنى تەسۋىرلەپ چىقتى. بارىلىق تۇرىڭ ماشىنىسى بىلەن ھەل قىلغىلى بولىدىغان مەسىلىلەرنى lambda ئوپېراتورى ئىشلىتىپ تەڭ قىممەتلىك ھېسابلىغىلى بولىدۇ. ئەگەر تۇرىڭ ماشىنىسىنىڭ ئىدىيسى ئالگورىفما (ھېسابلاش ئۇسۇلى) ۋە ماشىنا ئەسلى تىپىگە ۋەكىللىك قىلغان بولسا، ئۇنداقتا lambda ئوپېراتورى ھازىرىقى بارىلىق پىروگرامما تۈزۈش لوگىكىسى ۋە تىللىرىنىڭ ئاساسى ھېسابلىنىدۇ.


دەسلەپتە ئېيتقىنىمىزدەك، كومپىيۇتېر نەزەرىيىسىدىكى ئەڭ ئاساسلىق مەسىلە دەل كومپىيۇتېر ھەممىگە قادىرمۇ؟ ئەگەر ئۇنداق بولمىسا، ئۇ نېمە قىلالايدۇ ياكى نېمە قىلالمايدۇ. بۇ مەسىلە بىۋاستە كومپىيۇتېر نەزەرىيسى تارمىقىدا يەنە بىر ساھەنى كېڭەيتىپ چىقتى --- ھېسابلىنىشچانلىق نەزەرىيە (Computability Theory 可计算性理论). ھېسابلىنىشچانلىق نەزەرىيە قايسى مەسىلىلەرنى تۇرىڭ ماشىنىسى ئارقىلىق ھېسابلاپ ئاخىرىدا نەتىجىسى ئېرىشكىلى بولىدىغان بولمايدىغانلىقىنى مۇقۇملاشتۇرۇشقا ئىشلىتىلىدىغان پەن. بەزى مەسىلىلەرگە ئەسلىدىن كومپىيۇتېر بىلەن نەتىجىسىگە ئېرىشكىلى بولمايدۇ، بۇنىڭ ئىچىدىكى ئەڭ داڭلىق ۋەكىلى بولسا توختاش مەسىلىسى. ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا، توختاش مەسىلىسى بولسا خالىغان بىر پىروگراممىنىڭ چەكلىك ۋاقىت ئىچىدە ئىجرا بولىشىنى ئاخىرلاشتۇرالامدۇ يوق دېگەن مەسىلە. تۇرىڭ ئۇستىلىق بىلەن ئۆز ماسلىشىشچانلىق ئۇقۇمى بىلەن پەقەت تۇرىڭ مەشىنىسى دائىرىسدىن ھالقىپ كەتمىسىلا، كومپىيۇتېر ھەممىگە قادىر ئەمەسلىكىنى ئىسپاتلىدى. بەزى مەسىلىلەرنى كومپىيۇتېر بىر ئۆمۈرمۇ ھەل قىلالمايدۇ.


مۇرەككەپلىك دەرىجىسى نەزەرىيسىنىڭ تۈرلىرى

5c51d6be-9ee3-11e8-a2e0-001e676a89bd.jpg

كومپىيۇتېر ئىشلىتىپ ھەل قىلىغىلى بولىدىغان مەسىلىلەردە ھەم نۇرغۇن ۋاقىت سەرپ قىلىپ ھەل قىلىدىغان مەسىلىلەر بار (ھەتتا ئالەمنىڭ مەۋجۇت بولۇپ تۇرۇش ۋاقتىدىن ھالقىپ كېتىشىمۇ مۇمكىن).شۇنىڭغا ئاساسەن، مۇرەككەپلىكىنى ھېسابلاش (Computational Complexity 计算复杂度) نەزەرىيسى كومپىيۇتېر نەزەرىيسىنىڭ يەنە بىر مۇھىم قىسىمى بولۇپ قالدى. مۇرەككەپلىكىنى ھېسابلاش نەزەرىيسى بىر مەسىلىنى ھەل قىلىشقا كېتىدىغان ۋاقىت كىرگۈزگەن مەسىلىنىڭ كۆپىيشىگە ئەگىشىپ چوڭىيىش دەرىجىسى ئاساسىدا، مەسىلەرنى تۈرگە ئايرىپ P تۈردىكى مەسىلىلەر (مەسىلەن سانلار ئارقىمۇ ئارقىلقىنى قانداق قىلىپ كىچىكىدىن چوڭىغا تەرتىپلەش)، NP تۈرىدىكى مەسىلە (مەسىلەن بەلگىلەنگەن شەھەر ئىچىدە بىر تال پۈتۈن شەھەرنى ئېرگودىكلىيالايدىغان ھەمدە ئومۇمى مۇساپىسى N دىن كىچىك بولغان يول ئىزدەش) قاتارلىقلار. گەرچە ئەمەلىيەتتىكى نۇرغۇن مەسىلىلەر نەزەرىيەدە ھەل قىلغىلى بولمايدىغان بولسىمۇ، لېكىن كومپىيۇتېر ئالىملىرى بەزى تاكتىكىلار بىلەن ئاددىيلاشتۇرۇش ئارقىلىق تەخمىنىي جاۋابىنى ھېسابلاپ چىقىرىدۇ، شۇنداق بولسىمۇ ھېچكىم بۇ جاۋابلارنىڭ ئەڭ ياخشى جاۋابلىقىنى مۇقۇملاشتۇرالمايدۇ. ئۈستىدە ئېيتقان NP مەسىلىسىدىكى بىز كۆپ ئەزالىق دەرىجىدىكى ۋاقىت ئىچىدە پۈتۈن شەھەرنى ئومۇمى مۇساپىسى N دىن كىچىك بولغان يولنى ئېرگودىكلىيالايمىز، لېكىن كۆپ ئەزالىق دەرجىدىكى ۋاقىت ئىچىدە ئەڭ قىسقا يولنى تاپالمايمىز.


ئالگورىفما ھەمدە ئالگورىفما مۇرەككەپلىك دەرىجىسى

5c5bb3be-9ee3-11e8-a2e0-001e676a89bd.jpg

كومپىيۇتېر نەزەرىيسىنىڭ بۇ تارمىقىدا يەنە ئالگورىفما (Alogorithm 算法) ۋە ئۇچۇر نەزەرىيسىنى تەتقىق قىلىشنىمۇ ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئالگورىفما بارىلىق پىروگرامما تۈزۈش تىللىرى ھەمدە كومپىيۇتېر قاتتىق دېتالىنىڭ مەسىلە ھەل قىلىش ئۇسۇلىدىن مۇستەقىل تۇرىدۇ. ئالگورىفما پىروگرامما تۈزۈشنىڭ ئاساسى، نۇرغۇن كومپىيۇتېر ئالىملىرى ئالگورىفما تەتقىق قىلىشقا كۈچ چىقىرىش ئارقىلىق مەسىلىنى ھەل قىلىشنىڭ ئەڭ ياخشى چارىسىنى تېپىپ چىقىدۇ. مەسىلەن ئوخشىمىغان ئالگورىفما بەلكىم ئوخشاش بىر مەسىلىنى ھەل قىلالايدۇ ھەمدە ئوخشاش نەتىجە چىقىرىپ بېرەلەيدۇ، خۇددى رەتسىز، قائىدىسىز سانلارنى كىچىكىدىن چوڭىغا تىزغانغا ئوخشاش. لېكىن بەزى ئالگورىفمىلار يەنە بەزىلىرىدىن تېخىمۇ تېز ، تېخىمۇ ئۈنۈملۈك. بۇلارنىڭ ھەممىسى ئالگورىفما مۇرەككەپلىكى ساھەسىگە تەۋە.


ئۇچۇر نەزەرىيسى (Information Theory) ئارقىلىق ئۇچۇرنىڭ خاراكېتىرىنى تەتقىق قىلىدۇ، ئۇچۇرنىڭ قانداق قوبۇللىنىدىغانلىقى، ساقلىنىدىغانلىقى، ھەمدە تارقىلىدىغانلىقىنى تەتقىق قىلىدۇ. مەسىلەن قانداق قىلىپ كۆپ ساندىكى ھەتتا ھەممە ئۇچۇرلارنى ساقلاپ قالغان ئاساستا ئۇچۇرلارنى قىسىش، بۇ ئارقىلىق تېخىمۇ ئاز ساقلىغۇچ ئارقىلىق بۇ ئۇچۇرلارنى ساقلاش. كودلاش نەزەرىيسى (Coding Theory) ۋە شىفىرلاش نەزەرىيسى (Encryption Theory) مۇ ئۇچۇر نەزەرىيسىدىكى ئىنتايىن مۇھىم بىر بۆلەك. بۇ ئىككى نەزەرىيە مۇرەككەپ ماتېماتىكىنى ياردەمچى قىلىپ ئىشلىتپ، ئۇچۇر يوللىغاندا قايتىدىن شىفىرلاپ، ئۇچۇرنىڭ توردا يوللانغاندىكى بىخەتەرلىكىنى تېخىمۇ يۇقىرى كۆتۈرىدۇ.


ئۇچۇر نەزەرىيسى ۋە شىفىرشۇناسلىق

5c93148a-9ee3-11e8-a2e0-001e676a89bd.jpg

ئۈستىدىكىلەر دەل كومپىيۇتېر نەزەرىيسىنىڭ تارمىقىدىكى ئەڭ مۇھىم بۆلەكلىرى. ئەلۋەتتە بۇنىڭدىن سىرت يەنە نۇرغۇن بۆلەكلىرى بار، مەسىلەن لوگىكا ئىلمى، گىرافىك ئىلمى، گىئومېتىرىيە، ئاپتوماتىك ماشنا نەزەرىيسى، كىۋانت ھېسابلاش، پاراللېل بىر تەرەپ قىلىش، مەلۇمات قۇرۇلمىسى دېگەندەك.


داۋامى بار...