Számítástechnika - Computer science

Egyházi számok kifejezése lambda számításban Gyorsort algoritmus ábrázolása
Példa számítógépes animációra, amely mozgásrögzítéssel készült Félösszegző áramkör
A számítástechnika az információ elméleti alapjaival, az algoritmusokkal és a számítás architektúrájával, valamint gyakorlati technikáikkal foglalkozik.

Számítástechnika a tanulmány algoritmikus eljárások , számítógépes berendezések és számítás is. Mint tudományág, a számítástechnika számos témát ölel fel, az algoritmusok , a számítás és az információ elméleti tanulmányaitól a számítási rendszerek hardverben és szoftverben való megvalósításának gyakorlati kérdésein át .

Területei elméleti és gyakorlati tudományágakra oszthatók . Például az elméleti számítási vonatkozik elméleti modellek számítási és általános osztályokba problémákat meg lehet oldani azokat használó, míg a számítógépes grafika vagy számítógépi geometria hangsúlyozni több speciális alkalmazásokhoz. Az algoritmusokat és az adatstruktúrákat az informatika szívének nevezték. A programozási nyelv elmélete figyelembe veszi a számítási folyamatok leírásának megközelítéseit, míg a számítógépes programozás magában foglalja azok használatát összetett rendszerek létrehozásához . A számítógép-architektúra a számítógép-alkatrészek és a számítógép által működtetett berendezések felépítését írja le. A mesterséges intelligencia célja olyan célorientált folyamatok szintetizálása, mint az emberekben és állatokban megtalálható problémamegoldás, döntéshozatal, környezeti alkalmazkodás, tervezés és tanulás . A digitális számítógép képes különféle információs folyamatok szimulálására . Az informatika alapvető feladata annak meghatározása, hogy mit lehet és mit nem lehet automatizálni. Az informatikusok általában az akadémiai kutatásokra összpontosítanak. A Turing -díjat általában a számítástechnika legmagasabb kitüntetésének tartják.

Történelem

Charles Babbage , akit néha a "számítástechnika atyjának" is neveznek.
Ada Lovelace közzétette az első számítógépen történő feldolgozásra szánt algoritmust .

A számítástechnika legkorábbi alapjai a modern digitális számítógép feltalálását megelőzték . A rögzített számfeladatok kiszámítására szolgáló gépek, mint például az abakusz , már az ókor óta léteznek, és segítenek olyan számításokban, mint a szorzás és az osztás. A számítások elvégzésére szolgáló algoritmusok az ókor óta léteztek, még a kifinomult számítástechnikai berendezések kifejlesztése előtt is.

Wilhelm Schickard tervezte és gyártotta meg az első működő mechanikus számológépet 1623 -ban. 1673 -ban Gottfried Leibniz bemutatta a digitális mechanikus számológépet, az úgynevezett Stepped Reckoner -t . Leibniz tekinthető az első informatikusnak és információteoretikusnak, többek között a bináris számrendszer dokumentálása miatt. 1820 -ban Thomas de Colmar elindította a mechanikus számológépipart, amikor feltalálta leegyszerűsített számológépét , az első olyan számológépet, amely elég erős és megbízható ahhoz, hogy napi irodai környezetben használhassa. Charles Babbage 1822 -ben kezdte meg az első automatikus mechanikus számológép , a Difference Engine tervezését , amely végül az első programozható mechanikus számológép , az Analytical Engine ötletét adta neki . Ezt a gépet 1834 -ben kezdte fejleszteni, és "kevesebb, mint két év alatt felvázolta a modern számítógép számos kiemelkedő jellemzőjét". "Döntő lépés volt a Jacquard szövőszékből származó lyukkártya -rendszer elfogadása ", ami végtelenül programozhatóvá tette. 1843 -ban, az analitikai motorról szóló francia cikk fordítása során Ada Lovelace a sok megjegyzés egyikében írta a Bernoulli -számok kiszámítására szolgáló algoritmust , amelyet az első közzétett algoritmusnak tartanak, amelyet kifejezetten a megvalósításra szabtak. számítógépen. 1885 körül Herman Hollerith feltalálta a tabulátort , amely lyukkártyákkal dolgozta fel a statisztikai információkat; végül cége az IBM részévé vált . Babbage nyomán, bár nem tudott korábbi munkáiról, Percy Ludgate 1909 -ben közzétette a történelemben a mechanikai analitikai motorok egyetlen két tervének másodikát. 1937 -ben, száz évvel Babbage lehetetlen álma után, Howard Aiken meggyőzte az IBM -et , amely mindenféle lyukkártya -berendezést gyárt, és a számológépekkel is foglalkozik, hogy kifejlessze óriási programozható számológépét, az ASCC/Harvard Mark I -t , amely Babbage analitikus Motor, amely maga is kártyákat és központi számítási egységet használt. Amikor a gép elkészült, néhányan "Babbage álmát váltotta valóra".

Az 1940-es, az az új és nagyobb teljesítményű számítástechnikai gépek, mint például a Atanasoff-Berry számítógép és az ENIAC , a kifejezés számítógép jött olvassa el a gépek helyett az emberi elődei. Mivel világossá vált, hogy a számítógépek nem csak matematikai számításokhoz használhatók, az informatika területe szélesedett, és általánosságban a számítás tanulmányozására is kiterjedt . 1945 -ben az IBM megalapította a Watson Scientific Computing Laboratory -t a New York -i Columbia Egyetemen . A manhattani West Side -i felújított testvérház az IBM első laboratóriuma, amely a tiszta tudománynak szentelte magát. A labor az IBM kutatási részlegének előfutára, amely ma világszerte kutatási létesítményeket üzemeltet. Végül az IBM és az egyetem közötti szoros kapcsolat meghatározó szerepet játszott egy új tudományos diszciplína létrejöttében, hiszen 1946-ban a Columbia az egyik első számítástechnikai tanfolyamot kínálta a számítástechnikában. az 1950 -es években és az 1960 -as évek elején. A világ első számítástechnikai képzési programja, a Cambridge Diploma in Computer Science 1953 -ban kezdődött a Cambridge -i Egyetem Számítógépes Laboratóriumában . Az Egyesült Államokban az első számítástechnikai tanszéket 1962 -ben hozták létre a Purdue Egyetemen . Mivel gyakorlati számítógépek váltak elérhetővé, a számítástechnikai alkalmazások saját jogukban külön tanulmányi területté váltak.

Etimológia

Bár először 1956 -ban javasolták, a "számítástechnika" kifejezés megjelenik az ACM Communications of the Communications 1959 -ben megjelent cikkében , amelyben Louis Fein a Harvard Business School 1921 -es létrehozásához hasonló Graduate School of Computer Sciences létrehozása mellett érvel , indokolva a nevet azzal érvelve, hogy a menedzsment tudományhoz hasonlóan a tantárgy alkalmazott és interdiszciplináris jellegű, miközben rendelkezik egy tudományos diszciplínára jellemző jellemzőkkel. Az ő és mások törekvései, mint például George Forsythe numerikus elemzője , jutalmat kaptak: az egyetemek továbbfejlesztették az ilyen tanszékeket, 1962 -ben kezdve a Purdue -val. Emiatt számos alternatív nevet javasoltak. A nagy egyetemek egyes tanszékei a számítástechnika kifejezést részesítik előnyben , hogy pontosan ezt a különbséget hangsúlyozzák. Peter Naur dán tudós javasolta az adatgyűjtés kifejezést , hogy tükrözze azt a tényt, hogy a tudományos diszciplína az adatok és az adatkezelés körül forog, nem feltétlenül a számítógépek bevonásával. Az első tudományos intézmény, amely ezt a kifejezést használta, a Koppenhágai Egyetem 1969 -ben alapított Datalógiai Tanszéke volt, ahol Peter Naur volt az első professzor az adattanban. A kifejezést főleg a skandináv országokban használják. Egy másik kifejezés is által javasolt Naur, az adatok a tudomány ; ezt most az adatelemzés multidiszciplináris területén használják, beleértve a statisztikákat és az adatbázisokat.

Az első napokban a számítástechnikai, számos kifejezést a szakemberek az informatika területére javasoltak a Communications of the ACM - turingineer , turologist , áramlás-diagramok-man , alkalmazott meta-matematikus és alkalmazott episztemológus . Három hónappal később ugyanabban a folyóiratban komptológust javasoltak, majd jövőre a hipológus követte . A számítástechnika kifejezést is javasolták.Európában gyakran használják az "automatikus információ" kifejezés szerződéses fordításából származó kifejezéseket (pl. "Informazione automatica" olaszul) vagy "információ és matematika", pl. Informatique (francia), Informatik (német), informatica (olasz, holland) ), informática (spanyol, portugál), informatika ( szláv nyelvek és a magyar ), vagy pliroforiki ( πληροφορική , amely eszköz informatika) a görög . Hasonló szavakat fogadtak el az Egyesült Királyságban is (például az Edinburghi Egyetem Informatikai Iskolájában ). "Az Egyesült Államokban azonban az informatika összekapcsolódik az alkalmazott számítástechnikával, vagy a számítástechnikával egy másik területen."

Egy folklór idézet, amelyet gyakran Edsger Dijkstrának tulajdonítanak - de szinte biztosan nem először fogalmazott meg - , kijelenti, hogy "az informatika nem többet jelent a számítógépekről, mint a csillagászat a távcsövekről". A számítógépek és számítógépes rendszerek tervezését és telepítését általában a számítástechnikától eltérő tudományágak tartományának tekintik. Például, a tanulmány a számítógépes hardver általában részének tekinthető számítógépes tervezés , a tanulmány a kereskedelmi számítógépes rendszerek és alkalmazási gyakran nevezik informatikai vagy informatikai rendszerek . Mindazonáltal az ötletek sokféle módon megtermékenyültek a különböző számítógéppel kapcsolatos tudományágak között. A számítástechnikai kutatások gyakran metszenek más tudományágakat is, mint például a filozófia, a kognitív tudomány , a nyelvészet , a matematika , a fizika , a biológia , a földtudomány , a statisztika és a logika .

Néhányan úgy vélik, hogy a számítástechnika sokkal szorosabb kapcsolatban áll a matematikával, mint sok tudományos tudományág, egyes megfigyelők szerint a számítástechnika matematikai tudomány. A korai informatikát erőteljesen befolyásolták olyan matematikusok munkái, mint Kurt Gödel , Alan Turing , John von Neumann , Rózsa Péter és Alonzo Church, és továbbra is hasznos eszmecsere folyik a két terület között, például matematikai logika , kategória elmélet , tartományelmélet és algebra .

A számítástechnika és a szoftverfejlesztés kapcsolata vitatott kérdés, amelyet tovább zavarnak a viták arról , hogy mit jelent a "szoftverfejlesztés" kifejezés, és hogyan határozzák meg az informatikát. David Parnas , mintát véve más mérnöki és természettudományos tudományok kapcsolatából, azt állította, hogy a számítástechnika fő célja a számítás általános tulajdonságainak tanulmányozása, míg a szoftverfejlesztés fő célja a konkrét számítások tervezése a gyakorlati megvalósítás érdekében a két különálló, de egymást kiegészítő tudományág megteremtése.

Az informatika tudományos, politikai és finanszírozási vonatkozásai általában attól függenek, hogy egy tanszéket matematikai vagy mérnöki hangsúllyal hoznak létre. A matematikai hangsúlyt fektető és numerikus irányultságú informatika tanszékek fontolják meg a számítástechnikához való igazodást . Mindkét típusú tanszék hajlamos erőfeszítéseket tenni a terület oktatási áthidalására, ha nem minden kutatásra.

Filozófia

Az informatika ismeretelmélete

A nevében szereplő "tudomány" szó ellenére vita folyik arról, hogy a számítástechnika tudomány, matematika vagy mérnöki tudományág -e vagy sem. Allen Newell és Herbert A. Simon 1975 -ben vitatkozott,

Az informatika empirikus tudományág. Kísérleti tudománynak neveztük volna, de a csillagászathoz, a közgazdaságtanhoz és a geológiához hasonlóan néhány egyedi megfigyelési és tapasztalati formája nem illik a kísérleti módszer szűk sztereotípiájához. Ettől függetlenül kísérletek. Minden új gép egy kísérlet. A gép felépítése kérdéseket vet fel a természet számára; és a választ úgy hallgatjuk, hogy megfigyeljük a gép működését, és minden rendelkezésre álló elemzési és mérési eszközzel elemezzük.

Azóta azzal érvelnek, hogy a számítástechnika empirikus tudománynak minősíthető, mivel empirikus teszteket alkalmaz a programok helyességének értékeléséhez, de továbbra is probléma van az informatika törvényeinek és tételeinek (ha vannak) meghatározásában és a számítástechnikai kísérletek jellege. A számítástechnika mérnöki tudományágba sorolásának hívei azzal érvelnek, hogy a számítási rendszerek megbízhatóságát ugyanúgy vizsgálják, mint az építőmérnöki hidakat és a repülőgépeket az űrtechnika területén . Azt is állítják, hogy míg az empirikus tudományok megfigyelik a jelenleg létezőket, a számítástechnika a lehetséges létezést, és míg a tudósok a megfigyelésből fedezik fel a törvényeket, addig az informatikában nem találtak megfelelő törvényeket, hanem a jelenségek létrehozásával foglalkozik.

A számítástechnika matematikai diszciplínának minősítésének hívei azzal érvelnek, hogy a számítógépes programok a matematikai entitások fizikai megvalósításai, és a programok matematikai formai módszerekkel deduktívan érvelhetők . Számítógép tudósok Edsger Wybe Dijkstra és Tony Hoare tekintetben utasítások számítógépes programok, mint a matematikai mondatok és értelmezni formális szemantika a programozási nyelvek, mint a matematikai axiomatikus rendszerek .

Az informatika paradigmái

Számos informatikus érvelt a számítástechnika három különálló paradigmájának megkülönböztetése mellett. Peter Wegner azzal érvelt, hogy ezek a paradigmák a tudomány, a technológia és a matematika. Peter Denning munkacsoportja azzal érvelt, hogy ezek elmélet, absztrakció (modellezés) és design. Amnon H. Eden a "racionalista paradigmának" nevezte őket (amely a számítástechnikát a matematika egyik ágaként kezeli, amely elterjedt az elméleti informatikában, és főként deduktív érvelést alkalmaz ), a "technokratikus paradigmát" (amely megtalálható a mérnöki tudományban) megközelítések, leginkább a szoftverfejlesztésben) és a "tudományos paradigma" (amely a számítógéppel kapcsolatos műtermékeket a természettudományok empirikus szemszögéből közelíti meg, a mesterséges intelligencia egyes ágaiban azonosítható ). A számítástechnika az ember által létrehozott számítástechnikai rendszerek tervezésével, specifikációjával, programozásával, ellenőrzésével, megvalósításával és tesztelésével kapcsolatos módszerekre összpontosít.

Mezők

A számítástechnika nem több a számítógépről, mint a csillagászat a távcsövekről.

Mint tudományág, a számítástechnika számos témát ölel fel az algoritmusok elméleti tanulmányaitól és a számítás korlátaitól a számítástechnikai rendszerek hardverben és szoftverben való megvalósításának gyakorlati kérdésein. A CSAB , korábban Computing Sciences Accreditation Board (Számítástechnikai Akkreditációs Testület) - amely a Számítógépes Szövetség (ACM) és az IEEE Számítógépes Társaság (IEEE CS) képviselőiből áll - négy olyan területet határoz meg, amelyeket az informatika tudományága szempontjából döntő fontosságúnak tart: az elméletet számítás , algoritmusok és adatstruktúrák , programozási módszerek és nyelvek , valamint számítógépes elemek és architektúra . Amellett, hogy ez a négy terület, CSAB is azonosítja olyan területeken, mint a szoftverfejlesztés, mesterséges intelligencia, számítógépes hálózatok és kommunikáció, adatbázis rendszerek párhuzamos számítási, elosztott számítási, ember-számítógép interakció, számítógépes grafika, operációs rendszerek, valamint a numerikus és szimbolikus számítások , mint az informatika fontos területei.

Elméleti informatika

Az elméleti számítástechnika lélekben matematikai és elvont, de motivációját a gyakorlati és mindennapi számításból nyeri. Célja, hogy megértse a számítás természetét, és ennek eredményeként hatékonyabb módszereket biztosítson.

A számítás elmélete

Szerint Peter Denning , az alapvető kérdés alapjául szolgáló számítástechnika, „Mit lehet automatizálni?” A számítás elmélete az alapvető kérdések megválaszolására összpontosít, hogy mit lehet kiszámítani, és mennyi erőforrás szükséges a számítások elvégzéséhez. Az első kérdés megválaszolása érdekében a számíthatósági elmélet megvizsgálja, hogy mely számítási problémák megoldhatók a számítás különböző elméleti modelljein . A második kérdésre a számítási komplexitás elmélete ad választ , amely a számítási feladatok sokaságának különböző megközelítéseihez kapcsolódó idő- és térköltségeket tanulmányozza.

A híres P = NP? probléma, a Milleniumi Díj egyik problémája , nyitott probléma a számításelméletben.

DFAexample.svg Szintaxisfa.svg Összetett osztályok.svg
Automata elmélet Formális nyelvek Számíthatósági elmélet Számítási komplexitáselmélet
Interaction Net mint Configuration.png Blochsphere.svg XNOR ANSI Címkézett.svg Kellerautomat.svg
Számítási modellek A kvantumszámítás elmélete Logikai áramkör elmélet Mobil automaták

Információ és kódolás elmélete

Az információelmélet, amely szorosan kapcsolódik a valószínűséghez és a statisztikákhoz , az információ mennyiségi meghatározásához kapcsolódik. Ezt Claude Shannon fejlesztette ki , hogy alapvető korlátokat találjon a jelfeldolgozási műveletek, például az adatok tömörítése, valamint az adatok megbízható tárolása és közlése terén. A kódolási elmélet a kódok tulajdonságainak (az információ egyik formából a másikba történő átalakítására szolgáló rendszerek) tulajdonságainak és egy adott alkalmazáshoz való alkalmasságának tanulmányozása. A kódokat adattömörítésre , titkosításra , hibafelismerésre és -javításra , újabban pedig hálózati kódolásra is használják . A kódokat hatékony és megbízható adatátviteli módszerek tervezése céljából tanulmányozzák .

Hamming.jpg Bináris szimmetrikus csatorna.svg Digitalteilchen.svg H0 h1 fehler.jpg Mandelpart2 red.png
Kódolási elmélet Csatorna kapacitás Algoritmikus információelmélet A jel észlelésének elmélete Kolmogorov összetettsége

Adatstruktúrák és algoritmusok

Az adatstruktúrák és algoritmusok az általánosan használt számítási módszerek és számítási hatékonyságuk tanulmányai.

O ( n 2 ) Rendezés quicksort anim.gif Fa (informatika) .svg TSP Deutschland 3.png SimplexRangeSearching.svg Összehúzódási csúcsok.jpg
Algoritmusok elemzése Algoritmus tervezés Adatszerkezetek Kombinatorikus optimalizálás Számítási geometria Véletlenszerű algoritmusok

Programozási nyelvelmélet és formai módszerek

A programnyelv -elmélet a számítástechnika egyik ága, amely a programozási nyelvek és egyedi jellemzőik tervezésével, megvalósításával, elemzésével, jellemzésével és osztályozásával foglalkozik . Ez a számítástechnika tudományágába tartozik, mind a matematikától , mind a szoftverfejlesztéstől és a nyelvészettől függően . Ez egy aktív kutatási terület, számos dedikált tudományos folyóirattal.

A formális módszerek egy speciális matematikai alapú technika a szoftver- és hardverrendszerek specifikálásához , fejlesztéséhez és ellenőrzéséhez . A szoftver- és hardvertervezés formális módszereinek használatát az az elvárás motiválja, hogy más mérnöki tudományokhoz hasonlóan a megfelelő matematikai elemzés elvégzése is hozzájárulhat a tervezés megbízhatóságához és tartósságához. Ezek fontos elméleti alátámasztást jelentenek a szoftverfejlesztéshez, különösen, ha a biztonságról van szó. A formális módszerek hasznos kiegészítői a szoftvertesztelésnek, mivel segítenek elkerülni a hibákat, és keretet adhatnak a teszteléshez. Ipari használatra szerszámtámaszra van szükség. Ugyanakkor a magas költségek, formális módszerek segítségével, hogy azokat általában csak használják a magas-integritás és az élet-kritikus rendszerek , ahol a biztonság vagy a biztonsági rendkívül fontos. A formális módszereket leginkább úgy lehet leírni, mint az elméleti számítástechnikai alapok meglehetősen széles skálájának alkalmazását , különösen a logikai számításokat, a formális nyelveket , az automataelméletet és a programszemantikát , de a típusrendszereket és az algebrai adattípusokat is a szoftverek és hardverek specifikációjának problémáira, valamint igazolás.

IF-THEN-MSE-END folyamatábra.svg Compiler.svg Python add5 syntax.svg Prop-tableau-1.svg Coq plus comm screenshot.jpg
Formális szemantika Típuselmélet Fordító tervezése Programozási nyelvek Hivatalos ellenőrzés Automatizált tételbizonyítás

Számítógépes rendszerek és számítási folyamatok

Mesterséges intelligencia

A mesterséges intelligencia (AI) célja vagy szükséges, hogy szintetizáljon olyan célorientált folyamatokat, mint a problémamegoldás, a döntéshozatal, a környezeti alkalmazkodás, a tanulás és az emberekben és állatokban megtalálható kommunikáció. A kibernetikából és a Dartmouth-i konferenciából (1956) származó mesterséges intelligencia-kutatások szükségszerűen több tudományterületet is átfogóak voltak, olyan szakterületekre támaszkodva, mint az alkalmazott matematika , a szimbolikus logika , a szemiotika , az elektrotechnika , az elmefilozófia , a neurofiziológia és a társadalmi intelligencia . A mesterséges intelligenciát a közvéleményben a robotfejlesztéssel hozzák összefüggésbe , de a gyakorlati alkalmazás fő területe a szoftverfejlesztés olyan részeinek beágyazott része volt , amelyek számítástechnikai ismereteket igényelnek. A negyvenes évek végén Alan Turing "A számítógépek tudnak gondolkodni?" Kérdése volt a kiindulópont, és a kérdés gyakorlatilag megválaszolatlan marad, bár a Turing -tesztet még mindig használják a számítógépes kimenetek emberi intelligencia skálán történő értékelésére. Az értékelési és prediktív feladatok automatizálása azonban egyre sikeresebb, mivel helyettesíti az emberi megfigyelést és beavatkozást a számítógépes alkalmazások területén, amelyek komplex valós adatokat tartalmaznak.

Nicolas P. Rougier renderelése az emberi agyról.png Emberi szem, a Eye.png -ből Színes ideghálózat.svg Markov Döntési folyamat.svg
Számítási tanuláselmélet Számítógépes látás Neurális hálózatok Tervezés és ütemezés
English.png Lovag túra.svg Ackley.gif AutonomicSystemModel.png
Természetes nyelvfeldolgozás Számítási játékelmélet Evolúciós számítás Autonóm számítástechnika
Neuron.svg KnnClassification.svg ROS C logó.jpg Szabályigazítás.gif
Képviselet és érvelés Mintafelismerés Robotika Raj intelligencia

Számítógép architektúra és szervezés

A számítógépes architektúra vagy digitális számítógépes szervezet a számítógépes rendszer koncepcionális tervezése és alapvető működési felépítése. Nagyrészt arra összpontosít, ahogyan a központi processzor belsőleg teljesít, és hozzáfér a memóriában lévő címekhez. A számítástechnikai mérnökök tanulmányozzák a számítógépes hardverek számítási logikáját és tervezését , az egyes processzorkomponensektől , mikrokontrollerektől , személyi számítógépektől a szuperszámítógépekig és a beágyazott rendszerekig . A számítógépes irodalomban az „építészet” kifejezés Lyle R. Johnson és Frederick P. Brooks, Jr. munkájára vezethető vissza , akik az IBM fő kutatóközpontjának Gépszervezés osztályának tagjai voltak 1959 -ben.

ABasicComputer.gif Intel Core2 arch.svg SIMD.svg Z80 arch.svg
Feldolgozó egység Mikroarchitektúra Többfeldolgozás A processzor tervezése
Roomba original.jpg Folyamatábra.png Kernel Layout.svg Uarm metal wiki2.jpg
Mindenütt jelenlévő számítástechnika Rendszer architektúra Operációs rendszer Bemenet kimenet
Fizikai számítástechnika.svg FIR szűrő General.svg Dep-1.svg Linker.svg
Beágyazott rendszer Valós idejű számítástechnika Megbízhatóság Tolmács

Párhuzamos, párhuzamos és elosztott számítástechnika

A párhuzamosság olyan rendszerek tulajdonsága, amelyekben több számítás is fut egyszerre, és potenciálisan kölcsönhatásba lépnek egymással. Számos matematikai modellt fejlesztettek ki az általános párhuzamos számításhoz, beleértve a Petri -hálókat , a folyamatszámításokat és a párhuzamos véletlen hozzáférésű gép modelljét. Ha párhuzamos használat közben több számítógép csatlakozik a hálózathoz, ezt elosztott rendszernek nevezik. Az elosztott rendszeren belüli számítógépek saját memóriával rendelkeznek, és az információk cserélhetők a közös célok elérése érdekében.

Számítógépes hálózatok

A számítástechnika ezen ágazatának célja a számítógépek közötti hálózatok kezelése világszerte.

Számítógépes biztonság és kriptográfia

A számítógépes biztonság a számítógépes technológia egyik ága, amelynek célja, hogy megvédje az információkat az illetéktelen hozzáféréstől, megszakadástól vagy módosítástól, miközben megőrzi a rendszer hozzáférhetőségét és használhatóságát a tervezett felhasználók számára. A kriptográfia az információk elrejtésének (titkosításának) és ezért megfejtésének (dekódolásának) gyakorlata és tanulmányozása. A modern kriptográfia nagymértékben összefügg a számítástechnikával, mivel sok titkosítási és visszafejtési algoritmus számítási összetettségükön alapul.

Adatbázisok és adatbányászat

Az adatbázis célja nagy mennyiségű adat egyszerű rendszerezése, tárolása és visszakeresése. A digitális adatbázisokat adatbázis -kezelő rendszerek segítségével kezelik az adatok tárolására, létrehozására, karbantartására és keresésére adatbázis -modelleken és lekérdezési nyelveken keresztül . Az adatbányászat a nagy adathalmazokban található minták felfedezésének folyamata.

Számítógépes grafika és vizualizáció

A számítógépes grafika a digitális vizuális tartalmak tanulmányozása, és magában foglalja a képadatok szintézisét és manipulálását. A tanulmány számos más informatikai területhez kapcsolódik, beleértve a számítógépes látást , a képfeldolgozást és a számítási geometriát , és erősen alkalmazzák a speciális effektusok és a videojátékok területén .

Simx2 = fordítás OK.svg FWDvsINV Kinematics HighResTransp.png 5-cell.gif Üdv a macskán.jpg Látható fény szemkövető algoritmus.jpg Csg fa.png
2D számítógépes grafika Számítógépes animáció Renderelés Vegyes valóság Virtuális valóság Szilárd modellezés

Kép- és hangfeldolgozás

Az információ formája lehet kép, hang, videó vagy más multimédia. Az információk bitjei jeleken keresztül továbbíthatók . A feldolgozás a központi fogalma az informatika , az európai álláspont számítástechnikai amely tanulmányok információ feldolgozó algoritmusok függetlenül az adathordozó típusának - legyen az elektromos, mechanikai vagy biológiai. Ez a terület fontos szerepet játszik az információelméletben , a távközlésben , az információtechnikában, és többek között az orvosi képszámításban és a beszédszintézisben is alkalmazható . Mi az alsó határa a gyors Fourier -transzformációs algoritmusok összetettségének ? az elméleti informatika egyik megoldatlan problémája .

DIT-FFT-butterfly.png Bayer minta az érzékelőn.svg Opus minőség -összehasonlító színvakok kompatibilis.svg Minőség -összehasonlítás jpg vs saveforweb.jpg MeningiomaMRISegmentation.png Ætoms - Translation.svg
FFT algoritmusok Képfeldolgozás Beszédfelismerés Adattömörítés Orvosi képszámítás Beszédszintézis

Alkalmazott informatika

Számítástechnika, pénzügy és mérnöki tudomány

A tudományos számítástechnika (vagy számítástechnika ) az a tanulmányi terület, amely matematikai modellek és kvantitatív elemzési technikák kialakításával, valamint számítógépek használatával tudományos problémák elemzésére és megoldására vonatkozik . A tudományos számítástechnika fő felhasználási területe a különböző folyamatok szimulálása , beleértve a számítási folyadékdinamikát , a fizikai, elektromos és elektronikus rendszereket és áramköröket, valamint a társadalmakat és a társadalmi helyzeteket (különösen a háborús játékokat), valamint azok élőhelyeit. A modern számítógépek lehetővé teszik az olyan konstrukciók optimalizálását, mint a komplett repülőgépek. Az elektromos és elektronikus áramkörök tervezésében figyelemre méltó a SPICE, valamint az új (vagy módosított) tervek fizikai megvalósítására szolgáló szoftver. Ez utóbbi magában foglalja az integrált áramkörök alapvető tervezési szoftvereit .

Lorenz attraktor yb.svg Quark wiki.jpg Naftalin-3D-golyók.png 1u04-argonaute.png GalvesLocherbach - Alacsony felbontás.gif Plutchik-wheel.svg A kéz röntgenfelvétele, ahol a BoneXpert szoftver automatikusan megtalálja a csont korát. Jpg Elmer-pump-heatequation.png Bachlut1.png
Számtani elemzés Számítási fizika Számítási kémia Bioinformatika Neuroinformatika Pszichoinformatika Orvosi informatika Számítástechnika Számítási zenetudomány

Társadalmi számítástechnika és ember -számítógép interakció

A szociális számítástechnika olyan terület, amely a társadalmi viselkedés és a számítási rendszerek metszéspontjával foglalkozik. Az ember -számítógép interakciós kutatás elméleteket, elveket és irányelveket dolgoz ki a felhasználói felület tervezői számára.

Szoftverfejlesztés

A szoftverfejlesztés a szoftver tervezésének, megvalósításának és módosításának tanulmányozása annak biztosítása érdekében, hogy magas színvonalú, megfizethető, karbantartható és gyorsan felépíthető legyen. Ez a szoftver tervezés szisztematikus megközelítése, amely magában foglalja a mérnöki gyakorlatok alkalmazását a szoftverekre. A szoftverfejlesztés a szoftverek szervezésével és elemzésével foglalkozik - nemcsak új szoftverek létrehozásával vagy gyártásával, hanem belső elrendezésével és karbantartásával is foglalkozik. Például szoftvertesztelés , rendszertervezés , műszaki tartozás és szoftverfejlesztési folyamatok .

Felfedezések

Bill Rapaport , a számítástechnika filozófusa három nagy betekintést jegyzett fel a számítástechnikában :

Minden számítható problémára vonatkozó információ csak 0 és 1 (vagy bármely más bistabil páros használatával ábrázolható, amely két könnyen megkülönböztethető állapot, például "be/ki", "mágnesezett/mágnesezett", "magas" között fordulhat elő) -feszültség/alacsony feszültség ", stb.).
  • Alan Turing betekintése: a számítógépnek csak öt műveletet kell végrehajtania ahhoz, hogy "bármit" megtehessen.
Minden algoritmus kifejezhető egy számítógép nyelvén, amely csak öt alapvető utasítást tartalmaz:
  • lépjen balra egy helyre;
  • lépjen jobbra egy helyen;
  • szimbólum olvasása az aktuális helyen;
  • 0 nyomtatás az aktuális helyen;
  • nyomtatás 1 az aktuális helyen.
  • Corrado Böhm és Giuseppe Jacopini belátása: ezeknek a műveleteknek (bonyolultabbakba) kombinálásának csak három módja van , amelyekre szükség van ahhoz, hogy a számítógép "bármit" elvégezzen.
Mindössze három szabályra van szükség ahhoz, hogy az alapvető utasításokat komplexebbé tegye:
  • sorrend : először ezt, majd ezt;
  • kiválasztás : HA ilyen-olyan helyzet áll fenn, akkor ezt tedd, MÁS tegye ezt;
  • ismétlés : MILYEN ilyen-olyan helyzet van, tedd ezt.
Ne feledje, hogy Boehm és Jacopini belátásának három szabálya tovább egyszerűsíthető a goto használatával (ami azt jelenti, hogy elemibb, mint a strukturált programozás ).

Programozási paradigmák

A programozási nyelvek különböző feladatok elvégzésére használhatók különböző módon. A gyakori programozási paradigmák a következők:

  • Funkcionális programozás , a számítógépes programok szerkezetének és elemeinek felépítésének stílusa, amely a számítást matematikai függvények értékeléseként kezeli, és elkerüli az állapot- és a módosítható adatokat. Ez egy deklaratív programozási paradigma, ami azt jelenti, hogy a programozás kifejezésekkel vagy deklarációkkal történik az állítások helyett.
  • Az imperatív programozás , egy programozási paradigma, amely olyan állításokat használ, amelyek megváltoztatják a program állapotát. Nagyjából ugyanúgy, ahogy a természetes nyelvek felszólító hangulata parancsokat fejez ki, a kötelező program a számítógép által végrehajtandó parancsokból áll. Az imperatív programozás a program működésének leírására összpontosít.
  • Objektum-orientált programozás , az "objektumok" fogalmán alapuló programozási paradigma, amely adatokat tartalmazhat, mezők formájában, gyakran attribútumok néven; és kód, eljárások formájában, gyakran módszerek néven. Az objektumok egyik jellemzője, hogy az objektum eljárásai hozzáférhetnek és gyakran módosíthatják annak az objektumnak az adatmezőit, amelyhez társítva vannak. Így az objektum-orientált számítógépes programok egymással kölcsönhatásba lépő objektumokból készülnek.
  • Szolgáltatás-orientált programozás , programozási paradigma, amely a "szolgáltatásokat" használja a számítógépes munka egységeként, integrált üzleti alkalmazások és küldetés-kritikus szoftverprogramok tervezéséhez és megvalósításához

Számos nyelv támogat több paradigmát, így a megkülönböztetés inkább stílus kérdése, mint technikai képessége.

Academia

A konferenciák fontos események az informatikai kutatások számára. E konferenciák során az állami és a magánszektor kutatói bemutatják legújabb munkájukat és találkoznak. A legtöbb más tudományos területtel ellentétben a számítástechnika területén a konferencia -cikkek presztízse nagyobb, mint a folyóirat -publikációké. Ennek egyik javasolt magyarázata az, hogy ennek a viszonylag új területnek a gyors fejlődése gyors felülvizsgálatot és az eredmények elosztását igényli, ezt a feladatot a konferenciák jobban kezelik, mint a folyóiratok.

Oktatás

A számítástechnikát , amely közeli szinonimái, a számítástechnika , a számítógépes tanulmányok néven ismert, az egyesült királyságbeli iskolákban a kötegelt feldolgozás óta tanítják , érzékeny kártyákat és papírszalagokat jelölnek, de általában néhány kiválasztott diáknak. 1981-ben a BBC mikroszámítógépes és tantermi hálózatot állított elő, és a számítógépes tanulmányok általánossá váltak a GCE O szintű diákok (11–16 évesek), és a Számítástechnika az A szintű diákok számára. Fontosságát felismerték, és a Nemzeti Tanterv kötelező részévé vált a 3. és 4. kulcsszakasz számára. 2014 szeptemberében ez jogosultsággá vált minden 4 év feletti tanuló számára.

Az Egyesült Államokban , amikor 14 000 iskolakörzet döntött a tantervről, az ellátás tönkrement. A Számítástechnikai Gépek Szövetsége (ACM) és a Számítástechnikai Tanárok Szövetsége (CSTA) 2010 -es jelentése szerint az 50 államból csak 14 fogadott el jelentős oktatási szabványokat a középiskolai számítástechnika területén.

Izrael, Új -Zéland és Dél -Korea felvette a számítástechnikát a középfokú oktatás nemzeti tantervébe, és sokan mások ezt követik.

Lásd még

Megjegyzések

Hivatkozások

További irodalom

Áttekintés

  • Tucker, Allen B. (2004). Számítástechnikai kézikönyv (2. kiadás). Chapman és Hall/CRC. ISBN 978-1-58488-360-9.
    • "Több mint 70 fejezeten belül, minden új vagy jelentősen átdolgozott, bármilyen információ és referencia megtalálható a számítástechnikával kapcsolatban, amit csak el lehet képzelni. a 2,5 kilogrammos enciklopédia 110 felmérési cikkével […]. " (Christoph Meinel, Zentralblatt MATH )
  • van Leeuwen, Jan (1994). Az elméleti számítástechnika kézikönyve . Az MIT Press. ISBN 978-0-262-72020-5.
    • "[…] Ez a készlet a legegyedibb és talán a leghasznosabb az [elméleti számítástechnikai] közösség számára, mind az oktatás, mind a kutatás támogatására. ezeknek a területeknek, vagy valaki, aki szeretne kutatni egy témában, vagy olyan oktatók, akik időben szeretnének információt találni az általuk tanított témában, fő szakterületükön kívül. " (Rocky Ross, SIGACT News )
  • Ralston, Anthony ; Reilly, Edwin D .; Hemmendinger, David (2000). Számítástechnikai enciklopédia (4. kiadás). Grove szótárai. ISBN 978-1-56159-248-7.
    • "1976 óta ez a végső referenciamunka a számítógép, a számítástechnika és a számítástechnika területén. […] Betűrendben elrendezve és széles témakörökbe sorolva a bejegyzések hardvert, számítógépes rendszereket, információkat és adatokat, szoftvereket, számítástechnikai matematikát foglalnak magukban , a számításelmélet, a módszertan, az alkalmazások és a számítástechnikai miliő. A szerkesztők dicséretes munkát végeztek a történelmi perspektíva és a gyakorlati referencia információk összekeverésében. Az enciklopédia továbbra is nélkülözhetetlen a legtöbb nyilvános és tudományos könyvtári referenciagyűjtemény számára. " (Joe Accardin, Illinois északkeleti egyeteme, Chicago)
  • Edwin D. Reilly (2003). Mérföldkövek a számítástechnikában és az informatikában . Greenwood Kiadócsoport. ISBN 978-1-57356-521-9.

Válogatott irodalom

Cikkek

Tanterv és osztályozás

Külső linkek

Bibliográfia és tudományos keresőmotorok

Szakmai szervezetek

Egyéb