نظریه بی‌نظمی و تاثیر آن در کامپیوتر و سخت افزار

توجه: مطالعه این مطلب به افرادی با تحصیلات کارشناسی (خصوصا رشته های الکترونیک و کامپیوتر) توصیه می گردد.

آیا تا به حال “نظریه بی‌نظمی و فراکتال” به گوشتان خورده است؟ نظریه های علمی که حتی گاها دلایل اصلی آنها روشن نیست، در تمام علوم از جمله سخت افزار و نرم افزار نیز دیده می شوند. از جمله جذاب ترینه این نظریه ها می توان به نظریه ی بی‌نظمی و فراکتال اشاره کرد. این نظریه در علوم کامپیوتر به اثبات رسیده است و با وجود آنکه تئوری های علمی برای تمامی بخش های آن توضیح و تعریف مناسبی را پیدا نکرده اند، اما با یک درک کلی می توانید بر وضعیت آن مسلط شوید. نظریه بی نظمی یک تعریف کلی دارد که در تمامی علوم و شاخه ها یکسان است:

((نظریه بی نظمی (آشوب) یک مفهوم ریاضیاتی محسوب می‌شود که شاید نتوان خیلی دقیق آن را تعریف کرد، اما می‌توان آن را نوعی اتفاقی بودن همراه با قطعیت دانست؛ قطعیت آن به خاطر آن است که بی‌نظمی دلایل درونی دارد و به علت اختلالات خارجی رخ نمی‌دهد، اتفاقی بودن آن هم به دلیل آن است که رفتار بی‌نظمی، بی‌قاعده و غیرقابل پیش‌بینی است. این تئوری که در حیطه علوم تجربی، ریاضیات، رفتارشناسی، مدیریت، جامعه‌شناسی و … وارد شده، باعث تغییر در نوع دیدگاه بشر به حل مسائل غیرقابل پیش‌بینی شده‌است.))

این نظریه معتقد است که در هر بی نظمی و آشوب، نظمی پنهان نهفته است. الگوهای بی نظمی دارای یک نظم خاص هستند که شاید در مقادیر بزرگتر قابل مشاهده باشد. به این معنا که نباید نظم را تنها در یک مقیاس جستجو کرد و پدیده‌ای که در مقیاس محلی، کاملاً تصادفی و غیرقابل پیش‌بینی به نظر می‌رسد، چه بسا در مقیاس بزرگتر کاملا پایا و قابل پیش‌بینی باشد. تا همین چند دهه پیش، دانشمندان اعتقاد داشتند که هر پدیده دارای رفتار “سیستامتیک” است که متاثر از قوانین طبیعت، ریاضی و به طور کلی کاملا قابل پیشبینی است. با گذشت زمان و پیشرفت علوم، عدم توجیه بسیاری از رویدادهای طبیعی بواسطه دیدگاه‌های جبرگرایانه قبلی، باعث شد تا دید دانشمندان به این موارد تغییر کرده و در همان زمان نظریه هایی از جمله نسبیت، کوانتوم و هرج و مرج (Chaos Theory) پدیدار شدند. Chaos Theory دست کم در بحث معنی لغتی، به معنی فقدان هر گونه نظم در یک ساختار است که در نهایت ظاهری ناکارآمد پیدا می کند. از این رو Chaos Theory ترکیب دو کلمه است که معنی آنها کاملا منفی است. ا بهبود نگرش دانشمندان و روشن شدن ابعاد علمی و نظری آن، امروزه دیگر بی‌نظمی و آشوب به مفهوم سازمان نیافتگی و درهم ریختگی تلقی نمی‌گردد؛ بلکه بی نظمی یعنی جنبه های غیر قابل پیشبینی و اتفاقی در هر ساختار و یا پدیده است که دارای ویژگی های خاص خود است. به عبارت ساده تر، بی نظمی نوعی نظم غائی است که در بی نظمی وجود دارد.

در اوایل معرفی این نظریه، دانشمندان و تحلیلگران معتقد بودند که معلول ها به شیوه های خطی دلیل اصلی ایجاد بدنه مقولات و پدیده های خاص هستند. اما این ایده دیگر چندان معنی ندارد؛ جهان همواره دارای نقش خلاقانه بی نظمی و آشوب است که به صورت خودسازنده و حتی گاها خلاق، تصادفی و نسبتا عجیب عمل می کنند. در چنین شرایطی سیستم های از نظم به سوی بی نظمی و از بی نظمی به سوی نظم حرکت می کنند! در سال 1990، هیلز در مورد نظریه آشفتگی گفت: بی‌نظمی و آشوب نوعی بی‌نظمی منظم یا نظم در بی‌نظمی است. بی‌نظمی از این رو، که نتایج آن غیرقابل پیش‌بینی است و منظم بدان جهت که از نوعی قطعیت برخوردار است. برای درک بهتر، یک مثال بسیار جالب توجه را عنوان می کنیم؛ در برخی مقالات بی نظمی، به “تولید مثل قورباغه های نر” اشاره شده است. گروهی از دانشمندان علوم ژنتیک، برای یک آزمایش بر روی قوباغه ها، تعدادی از آنها را به آزمایشگاه بردند. اما برای حفظ شرایط آزمایشگاهی و جلوگیری از زیاد شدن این حیوانات در این محیط، آنها تنها از غورباقه های نر استفاده کردند. اما در عین ناباوری متوجه شدند که پس از مدتی تعداد 5 قورباغه جدید به آنها اضافه شده است! قضیه از این قرار بود که غورباقه ها به ناچار برای ادامه نسل خود، 6 ماه از سال را نر و 6 ماه دیگر را ماده می شدند و این یعنی بی نظمی وارد نظم طبیعت شده و راه را برای ادامه بقا باز کرده است.

بی‌نظمی و فراکتال در سیستم های کامپیوتری

نظریه های بسیاری وجود دارند که تئوری های فراکتال و بی نظمی را به خوبی بازگو می کنند. از علوم پزشکی تا هوا و فضا؛ اما در ادامه به تاثیر این نظریه بر روی سیستم های کامپیوتری می پردازیم. همانطور که گفته شد، سیستم های منظم علاقمند به بی نظمی هستند! به عنوان مثال برنامه ای که توسط یک یا چند برنامه نویس نوشته شده، تست های نهایی را پشت سر می گذارد و برای هدفی خاص مورد استفاده قرار می گیرد. پس از مدتی شاهد ایجاد تغییرات در برخی از بخش های آن هستیم که نه بد افزار و نه دستکاری در ساختار آن باعث این مسئله شده است. نرم افزار مورد نظر گاها در اثر قرار گرفتن در یک سیستم عامل و در کنار دیگر نرم افزارها، می تواند از آنها متاثر شود. برای درک بهتر، به “اعتیاد فیلتر شکن” ها اشاره می کنیم؛ در برخی از گوشی های موبایل هوشمند و کامپیوترهای امروزی دیده شده است که استفاده از یک VPN در گذر زمان باعث شده است تا یک یا چند نرم افزار بدون فعال بودن آن قادر به فعالیت نباشند! از نظر تئوری علمی این مسئله تقریبا غیر ممکن است و این نوعی بی نظمی است که در قالب نظم های کد و دستورات برنامه نویسی پدیدار شده است.

در زمینه سخت افزار نیز نظریه بی نظمی وجود دارد؛ مدارات مجتمع (انواع IC و سیلیکون مانند GPU و CPU) از میلیون ها ترانزیستور تشکیل شده اند. این ترانزیستورها به صورت گیت های منطقی در کنار یکدیگر قرار گرفته و به صورت 0/1 کار می کنند. این امکان وجود دارد که تعدادی از این ترانزیستورها از کار افتاده و دچار چسبندگی ترانزیستوری شوند. در این شرایط باز هم سیستم درست کار کرده است! اما علت چیست؟ ترانزیستورها هوشمند نیستند؛ برخی از نظریه ها در این زمینه حاکی از آن است که پس از مدتی استفاده از یک مدار مجتمع، با یک بی نظمی خاص شاهد از کار افتادن برخی از ترانزیستورها هستیم. اما به واقع این یک بی نظمی نیست؛ ترانزیستورهای از کار افتاده به دلایلی جالب از کار افتاده شده اند. به عنو.ان مثال استفاده مداوم از یک نرم افزار یا سیستم عامل خاص و یا پردازش هایی منحصر به فرد باعث می شود تا به صورت غیر طبیعی و غیر علمی، برخی از ترانزیستورها به صورت بی نظم از کار بیفتند، و این ترانزستورها همان هایی هستند که تاثیری در این گونه از پردازش ها ندارند! همانطور که گفته شد، تمامی سیستم های دارای نظم، میل به سمت بی نظمی دارند. کامپیوترها هم از این قاعده مستثنی نبوده و میل به بی نظمی دارند. تمامی سیستم های دیجیتال که از پردازنده، رم و فضای ذخیره سازی بهره می برد، به طور عجیبی میل به کشیده شدن به سمت بی نظمی و آشوب دارند. از کار افتادن کدهای یک نرم افزار به طور ناگهانی و بدون علت، تغییرات عجیب در بخش پردازشگرها، خالی ماندن و پر شدن سلول های یک درایو ذخیره سازی بدون وجود الگوی در ظاهر منظم و… از جمله دیگر مواردی است که می توان بدان اشاره کرد.

به دنبال الگوهای عجیب و منظم، در اوج بی نطمی باشید!