یکی از گرایش‌های علوم کامپیوتر در مقطع ارشد، گرایش نظریه سیستم ها (System Theory) می‌باشد، به طور کلی نظریه سیستم ها نقش اساسی در فهمیدن، مدل‌سازی کردن و مدیریت کردن سیستم‌های پیچیده کامپیوتری و نرم‌افزارهای کاربردی بازی می‌کند. نظریه سیستم ها یک مجموعه از اصول (Principle) و ابزارهایی را ارائه می‌دهد که برای دانشمندان کامپیوتر و دانشجویان علوم کامپیوتر بسیار ارزشمند است. در ادامه این مقاله می‌خواهیم به مفاهیم نظریه سیستم ها در علوم کامپیوتر و بررسی این گرایش در رشته علوم کامپیوتر بپردازیم.
اصول نظریه سیستم ها در علوم کامپیوتر
ابتدا می‌خواهیم به اصول نظریه سیستم ها بپردازیم. نظریه سیستم ها از یک سری اصول و قواعدی تشکیل شده است که هر دانشمند علوم کامپیوتری نیاز است تا با آنها آشنا باشد. در لیست زیر 4 اصل از اصول اصلی گرایش نظریه سیستم ها را مشاهده می‌کنید:
- کلی‌نگری (Holism): در علوم کامپیوتر، کلی‌نگری یعنی اینکه به یک سیستم کامپیوتری و یا یک نرم‌افزار کاربردی به‌عنوان یک سیستم یکپارچه نگاه کنیم، نه به تک‌تک اجزاء تشکیل‌دهنده آن. این رویکرد مشخص می‌کند که رفتار و ویژگی‌های یک سیستم نتیجه تعاملات و وابستگی‌های متقابل بین اجزای آن است. به‌عنوان‌مثال فرض کنید در توسعه نرم‌افزار، کلی‌نگری، توسعه‌دهندگان را تشویق می‌کند که تمامی یا کل یک اپلیکیشن را در نظر بگیرند و نحوه کار ماژول‌های آن اپلیکیشن باهم دیگر را بررسی کنند.
- غیرقابل‌پیش‌بینی بودن (Emergence): یکی از مفاهیم مهم در نظریه سیستم ها، غیرقابل‌پیش‌بینی بودن است. در سیستم‌های کامپیوتری پیچیده، ممکن است تک‌تک اجزا به‌درستی کار کنند؛ اما وقتی با یکدیگر ترکیب می‌شوند ممکن است رفتارهای غیرمنتظره از خود نشان دهند که با بررسی بخش‌های جداگانه غیرقابل‌پیش‌بینی هستند. اصل غیرقابل‌پیش‌بینی بودن اغلب نتیجه تعامل بین اجزا است و برای درک و بهینه‌سازی عملکرد سیستم ضروری است؛ به‌عنوان‌مثال برای این اصل می‌توان به سیستم‌های توزیع شده (Distributed) اشاره کرد. در یک سیستم توزیع شده، دستگاه‌های شبکه می‌توانند به روش‌های پیش‌بینی نشده با یکدیگر تعامل داشته باشند.
- بازخورد (Feedback): فعالان حوزه کامپیوتر به‌خوبی می‌دانند که حلقه بازخورد برای نگهداری و بهینه‌سازی سیستم‌های کامپیوتری ضروری هستند. در علوم کامپیوتر نیز می‌توان از مکانیسم بازخورد برای کنترل و انطباق (Adaptation) سیستم استفاده کرد؛ به‌عنوان یک نمونه ساده می‌توان به مانیتورینگ و تنظیم عملکرد یک وب سرور بر اساس بار ترافیک آن اشاره کرد.
- سلسه مراتب (Hierarchy): بسیاری از سیستم‌های کامپیوتر ساختار سلسله مراتبی دارند. مثلا یک سیستم عامل از زیر سیستم‌ها تشکیل شده است و این زیر سیستم‌ها از ماژول‌های نرم‌افزاری مجزا تشکیل شده‌اند. درک این سازماندهی سلسله مراتبی برای طراحی و مدیریت سیستم‌های نرم‌افزاری در مقیاس بزرگ یک امر مهم محسوب می‌شود و دانشجویان و همچنین دانشمندان گرایش نظریه سیستم ها باید درک خوبی از این مفهوم داشته باشند.
درس های گرایش نظریه سیستم ها رشته علوم کامپیوتر
همانند بقیه گرایش‌های رشته علوم کامپیوتر، گرایش نظریه سیستم ها رشته علوم کامپیوتر از دودسته دروس الزامی و دروس تخصصی – انتخابی به‌وجود آمده است که در جداول زیر می‌توانید آنها را مشاهده کنید:
جدول مربوط به دروس الزامی گرایش نظریه سیستم ها علوم کامپیوتر
| نام درس | تعداد واحد |
|---|---|
| داده کاوی محاسباتی (Computational Data Mining) | 3 |
| الگوریتم های پیشرفته (Advanced algorithms) | 3 |
| طراحی نرم‌افزار پیشرفته (Advanced Software Engineering) | 3 |
| نام درس | تعداد واحد | ساعت | پیش‌نیاز یا زمان ارائه درس | ||
|---|---|---|---|---|---|
| نام درس | تعداد واحد | نظری | عملی | جمع | پیش‌نیاز یا زمان ارائه درس |
| طراحی نرم‌افزار پیشرفته (Advanced Software Engineering) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| سیستم عامل پیشرفته (Advanced Operating System) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| پایگاه‌داده پیشرفته (Advanced Database) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| سیستم‌های بلادرنگ (Real Time Systems) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| سیستم‌های تصمیم یار(Decision Support Systems) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| کامپایلر پیشرفته (Advanced Compiler) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| سیستم‌های توزیع شده (Distributed Systems) | 3 | 48 | - | 48 | هوش مصنوعی |
| شبکه‌های کامپیوتری پیشرفته (Advanced Computer Networks) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| بهینه‌سازی شبکه‌های پیشرفته (Advanced Network Optimization) | 3 | 48 | - | 48 | - |
| مباحث ویژه در نظریه سیستم ها (Special Topics in System Theory) | 3 | 48 | - | 48 | اجازه استاد درس |
توجه داشته باشید که لازم است دانشجو حداقل 6 واحد از درس های ذکر شده در جدول دروس تخصصی-انتخابی را اخذ کند.
کاربردهای نظریه سیستم ها
نظریه سیستم ها که یکی از زیرشاخه‌های علوم کامپیوتر است، کاربرد وسیعی در مباحث کامپیوتری دارد که در این قسمت می‌خواهیم چند نمونه از آنها را باهم بررسی کنیم:
- معماری کامپیوتر: در مباحث علوم کامپیوتر، نظریه سیستم ها به طراحی معماری کامپیوتر کمک می‌کند تا اجزای مختلف یک سیستم کامپیوتری یا یک نرم‌افزار به درستی با یکدیگر به صورت بهینه کار کنند؛ همچنین به پرفورمنس و کارایی معماری کامپیوتر نیز کمک می‌کند.
- مهندسی نرم افزار: نظریه سیستم ها در مهندسی کامپیوتر برای مدل کردن، تحلیل کردن و در نهایت بهینه کردن سیستم‌های پیچیده نرم‌افزاری استفاده می‌شود. با تشویق کردن توسعه دهندگان به در نظر گرفتن نحوه تعامل اجزای مختلف نرم‌افزار، به ایجاد یک برنامه Robust و بهینه کمک می‌کند.
- شبکه: شبکه های کامپیوتری، چه به‌صورت محلی و چه به‌صورت جهانی، سیستم‌های پیچیده‌ای هستند که از ارتباطات بسیار زیادی تشکیل شده‌اند. نظریه سیستم ها در مباحث طراحی، آنالیز و مدیریت این شبکه‌ها به کار گرفته می‌شود تا یک سیستم انتقال داده مطمئن و بهینه ایجاد شود.
- مدیریت پایگاه داده: سیستم های مدیریت پایگاه داده ای به نظریه سیستم ها برای مدیریت بهینگی داده‌ها متکی هستند؛ همچنین تامین کردن یکپارچگی (Integrity)، سازگاری (Consistency) و قابل اطمینان (Reliability) بودن داده‌ها در پایگاه داده های بزرگ و پیچیده بر عهده نظریه سیستم ها است.
- امنیت سایبری: کارشناسان امنیت سایبری از نظریه سیستم ها برای درک ماهیت کل‌نگر سیستم‌های کامپیوتری، شناسایی آسیب‌پذیری‌ها و در نتیجه توسعه اقدامات امنیتی مؤثر برای محافظت در برابر تهدیدها استفاده می‌کنند.
- هوش مصنوعی و یادگیری ماشین: نظریه سیستم ها در هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نیز برای مدل کردن الگوریتم های پیچیده و شبکه های عصبی مورد استفاده واقع می‌شود. علت آن نیز فهمیدن چگونگی تعامل اجزای مختلف سیستم برای اتخاذ یک تصمیم و یا پیش‌بینی آن است.
گرایش نظریه سیستم ها در چه دانشگاه‌هایی ارائه می‌شود؟
گرایش نظریه سیستم ها در دانشگاه‌های زیر ارائه می‌شود:
- دانشگاه تبریز
- دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان
- دانشگاه علامه طباطبایی
جمع‌بندی
یکی از گرایش‌های رشته علوم کامپیوتر در مقطع ارشد، گرایش نظریه سیستم ها است. نظریه سیستم ها با رویکردهای کلی‌نگری، غیرقابل‌پیش‌بینی بودن، بازخورد و سلسله‌مراتبی، به دانشمندان علوم کامپیوتر و مهندسان نرم‌افزار کمک می‌کند تا سیستم‌های کارآمد و بهینه تولید کنند. نظریه سیستم ها در بسیاری از زمینه‌های کامپیوتری مورداستفاده واقع می‌شود. در این مقاله به طور خلاصه به این گرایش پرداخته شد و توضیحات تکمیلی در مورد این گرایش را ذکر کردیم؛ همچنین دروس مختلفی که دانشجویان باید آنها، یا از میان آنها اخذ کنند نیز ضمیمه شده است.
نظریه سیستم ها چیست؟
به‌طورکلی نظریه سیستم ها چارچوبی برای درک و تحلیل سیستم‌های پیچیده با بررسی اجزاء مختلف و تعاملات و رفتارهای غیرقابل‌پیش‌بینی آنها است.
نظریه سیستم ها در چه جاهایی کاربرد دارد؟
نظریه سیستم ها کاربردهای فراوانی دارد؛ به‌عنوان‌مثال در حوزه‌های معماری کامپیوتر، مهندسی نرم‌افزار، شبکه، مدیریت پایگاه‌داده، امنیت سایبری و هوش مصنوعی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
