Računarstvo

Računarstvo , proučavanje računala i računarstva, uključujući njihove teorijske i algoritamske osnove, hardver i softver i njihova uporaba za obradu podataka. The disciplina informatike uključuje proučavanje algoritmi i strukture podataka, dizajn računala i mreže, modeliranje podataka i informacijskih procesa, i umjetna inteligencija . Računarstvo neke svoje temelje crpi iz matematike i inženjerstva, pa stoga uključuje tehnike iz područja kao što su teorija čekanja, vjerojatnost i statistika te elektronički dizajn sklopa. Računalne znanosti također se jako koriste testiranje hipoteze i eksperimentiranje tijekom konceptualizacije, dizajna, mjerenja i usavršavanja novih algoritama, informacijskih struktura i računalnih arhitektura.

prijenosno računalo

prijenosno računalo Prijenosno osobno računalo. Indeks otvoren



Najpopularnija pitanja

Što je informatika?

Računarstvo je proučavanje računala i računarstva kao i njihove teorijske i praktične primjene. Računalstvo primjenjuje principe matematike, inženjerstva i logike na mnoštvo funkcija, uključujući algoritam formulacija, softver i razvoj hardvera i umjetna inteligencija .



Tko su najpoznatiji informatičari?

Najutjecajniji računalni znanstvenici uključuju Alana Turinga, razbijača kodova iz Drugog svjetskog rata koji se obično smatra ocem modernog računarstva; Tim Berners-Lee, izumitelj World Wide Web ; John McCarthy, izumitelj programskog jezika LISP i umjetna inteligencija pionir; i Grace Hopper , Časnik američke mornarice i ključna figura u razvoju ranih računala kao što je UNIVAC I kao i razvoju računalnog jezika sastavljač .

Što možete učiniti s informatikom?

Računarstvo se primjenjuje na širok spektar disciplina koje uključuju simulacije modeliranja poput utjecaja klimatskih promjena i virusa ebole, stvaranje umjetnosti i vizualizacije grafičkim prikazom i simuliranje ljudskog sučelja kroz umjetna inteligencija i strojno učenje.



Koristi li se računalna znanost u video igrama?

Video igra razvoj se temelji na načelima informatike i programiranja. Moderno prikazivanje grafike u video igrama često koristi napredne tehnike poput traženja zraka kako bi se dobili realni efekti. Razvoj proširena stvarnost i virtualna stvarnost je također proširio spektar mogućnosti razvoja video igara.

Kako mogu naučiti informatiku?

Mnoga sveučilišta širom svijeta nude diplome koje uče studente osnovama teorije računalnih znanosti i primjenama računalnog programiranja. Uz to, rasprostranjenost internetskih izvora i tečajeva mnogim ljudima omogućuje samostalno učenje praktičnijih aspekata računalne znanosti (poput kodiranja, razvoja videoigara i dizajna aplikacija).

Računarstvo se smatra dijelom obitelji od pet zasebnih, ali međusobno povezanih disciplina: računalno inženjerstvo, informatika, informacijski sustavi , informacijske tehnologije i softverskog inženjerstva. Ova je obitelj zajednički postala poznata kao disciplina računanja. Ovih pet disciplinama međusobno su povezani u smislu da je računarstvo njihov predmet proučavanja, ali su zasebni jer svaki ima svoju perspektivu istraživanja i kurikularni fokus. (Od 1991. Udruženje za računske strojeve [ACM], IEEE Computer Society [IEEE-CS] i Udruženje za informacijske sustave [AIS] imaju surađivao razviti i ažurirati taksonomija od ovih pet međusobno povezanih disciplina i smjernica koje obrazovne institucije širom svijeta koriste za svoje dodiplomske, diplomske i istraživačke programe.)



koje vrste zračenja čine elektromagnetski spektar

Glavna podpolja računalne znanosti uključuju tradicionalno proučavanje računalne arhitekture, programskih jezika i razvoja softvera. Međutim, oni također uključuju računalnu znanost (upotreba algoritamskih tehnika za modeliranje znanstvenih podataka), grafiku i vizualizaciju, interakciju čovjeka i računala, baze podataka i informacijski sustavi, mreže i socijalna i profesionalna pitanja koja su jedinstvena u praksi informatike. Kao što je očito, neka od tih potpolja se u svojim aktivnostima preklapaju s drugim modernim poljima, kao što su bioinformatika i računalstvo kemija . Ova preklapanja posljedica su tendencije među računalnim znanstvenicima da prepoznaju i djeluju na temelju mnogih interdisciplinarnih veza svog područja.

Razvoj informatike

Računarstvo se pojavilo kao neovisna disciplina početkom 1960-ih, iako je elektroničko digitalno računalo koje je predmet njegovog istraživanja izumljeno nekih dva desetljeća ranije. Korijeni informatike leže prvenstveno u srodnim poljima matematike, elektrotehnike, fizika i informacijski sustavi za upravljanje.

Matematika je izvor dva ključna koncepta u razvoju računala - ideje da se sve informacije mogu predstaviti kao nizovi nula i jedinica i apstraktni pojam pohranjenog programa. U binarnom brojevnom sustavu brojevi su predstavljeni nizom binarnih znamenki 0 i 1 na isti način na koji su brojevi u poznatom decimalnom sustavu predstavljeni pomoću znamenki 0 do 9. Relativna lakoća s kojom su dva stanja (npr. Visoka i niskog napona) mogu se realizirati u električnom i elektronički uređaji su prirodno doveli do binarne znamenke ili bita, postajući osnovna jedinica za pohranu i prijenos podataka u računalnom sustavu.



Elektrotehnika pruža osnove dizajna sklopa - naime, ideju da se električni impulsi koji se unose u krug mogu kombinirati pomoću Booleove algebre da bi se proizveli proizvoljni izlazi. (Bulova algebra razvijena u 19. stoljeću pružila je formalizam za dizajniranje sklopa s binarnim ulaznim vrijednostima nula i jedinica [netačno, odnosno tačno, u terminologiji logike] da bi se dobila bilo koja željena kombinacija nula i jedinica kao izlaz.) Izum tranzistor a minijaturizacija sklopova, zajedno s izumom elektroničkih, magnetskih i optičkih medija za pohranu i prijenos informacija, rezultat je napretka u elektrotehnici i fizici.

Sustavi za upravljanje informacijama, izvorno nazvani sustavima za obradu podataka, pružali su rane ideje iz kojih su se razni koncepti informatike poput sortiranja, pretraživanja, baze podataka , pronalaženje informacija i grafičko korisničko sučelje su se razvili. Velike korporacije smjestile su računala koja su pohranjivala informacije koje su bile ključne za aktivnosti vođenja poduzeća - obračun plaća, računovodstvo, upravljanje zalihama, kontrola proizvodnje, otprema i primanja.



Teoretski rad na izračunljivosti, započet 1930-ih, pružio je potrebno proširenje tih dostignuća na dizajn cijelih strojeva; prekretnica je bila specifikacija Turingovog stroja iz 1936. godine (teoretski računski model koji provodi upute predstavljene kao niz nula i jedinica) britanskog matematičara Alana Turinga i njegov dokaz računske snage modela. Sljedeći je proboj bio koncept računala s pohranjenim programom, koji se obično pripisuje mađarsko-američkom matematičaru Johnu von Neumannu. To su podrijetla polja računalnih znanosti koja su kasnije postala poznata kao arhitektura i organizacija.

Alan M. Turing, 1951.

Alan M. Turing, 1951. Slike povijesti povijesti / Alamy



U pedesetim godinama prošlog stoljeća većina korisnika računala radila je ili u znanstveno-istraživačkim laboratorijima ili u velikim korporacijama. Prva grupa koristila je računala kako bi im pomogla u složenim matematičkim proračunima (npr. Putanje projektila), dok je druga skupina koristila računala za upravljanje velikim količinama korporativnih podataka (npr. Platnih spiskova i zaliha). Obje su skupine brzo naučile da pisanje programa na strojnom jeziku nula i jedinica nije praktično ili pouzdano. Ovo je otkriće dovelo do razvoja asemblerskog jezika u ranim 1950-ima, koji programerima omogućuje upotrebu simbola za upute (npr. ADD za dodavanje) i varijabli (npr. x ). Drugi program, poznat kao asembler, preveo je ove simboličke programe u ekvivalentni binarni program čije je korake računalo moglo izvršiti ili izvršiti.

koliko vojnika u četi

Ostali elementi sistemskog softvera poznati kao povezujući učitavači razvijeni su da kombiniraju dijelove okupljenog koda i učitavaju ih u memoriju računala, gdje se mogu izvršiti. Koncept povezivanja zasebnih dijelova koda bio je važan, jer je omogućio ponovnu upotrebu knjižnica programa za izvršavanje uobičajenih zadataka. Ovo je bio prvi korak u razvoju područja računalnih znanosti softver inženjering.



Kasnije u 1950-ima utvrđeno je da je skupni jezik toliko glomazan da je razvoj jezika visoke razine (bliži prirodnim jezicima) počeo podržavati lakše i brže programiranje. FORTRAN se pojavio kao glavni jezik visoke razine za znanstveno programiranje, dok je COBOL postao glavni jezik za poslovno programiranje. Ti su jezici sa sobom nosili potrebu za različitim softverom, tzv sastavljači , koji prevode jezične programe visoke razine u strojni kod. Kako su programski jezici postajali sve moćniji i apstraktniji, grade se kompajleri koji stvaraju visokokvalitetni strojni kod i koji su učinkoviti u pogledu brzine izvršavanja i pohrane potrošnja postao izazovni problem informatike. Dizajn i implementacija jezika na visokoj razini u središtu su područja informatike koja se naziva programski jezici.

Sve veća upotreba računala u ranim 1960 - ima omogućila je poticaj za razvoj prvog operativni sustavi , koji se sastojao od softvera rezidentnog u sustavu koji je automatski rukovao unosom i izlazom te izvršavanjem programa nazvanih poslovi. Potražnja za boljim računalnim tehnikama dovela je do ponovnog porasta zanimanja za numeričke metode i njihovu analizu, aktivnost koja se toliko proširila da je postala poznata kao računska znanost.

U 1970-ima i 80-ima pojavili su se moćni računalni grafički uređaji, kako za znanstveno modeliranje, tako i za druge vizualne aktivnosti. (Računarski grafički uređaji uvedeni su početkom pedesetih godina prošlog stoljeća s prikazom sirovih slika na papirnatim pločama i zaslonima s katodnom cijevi [CRT].) Skupi hardver i ograničena dostupnost softvera sprečavali su rast polja sve do ranih 1980-ih, kada memorija računala potrebna za bitna grafika (na kojoj se slika sastoji od malih pravokutnih piksela) postala je pristupačnija. Bitmap tehnologija, zajedno sa zaslonima visoke razlučivosti i razvojem grafičkih standarda koji čine softver manje ovisnim o stroju, dovela je do eksplozivnog rasta polja. Podrška za sve ove aktivnosti evoluirala je u područje informatike poznate kao grafika i vizualno računanje.

Usko je povezano s tim područjem dizajn i analiza sustava koji izravno komuniciraju s korisnicima koji izvršavaju razne računske zadatke. Ti su sustavi postali široko korišteni tijekom 1980-ih i 90-ih, kada su interakcije uređene linijom s korisnicima zamijenjene grafičkim korisničkim sučeljima (GUI). GUI dizajn, čiji je pionir bio Xerox a kasnije ga je preuzeo Apple (Macintosh) i na kraju Microsoft ( Windows ), važno je jer to čini što ljudi vide i rade kada komuniciraju s računalnim uređajem. Dizajn prikladnih korisničkih sučelja za sve tipove korisnika evoluirao je u polje informatike poznato kao interakcija čovjek-računar (HCI).

grafičko korisničko sučelje

grafičko korisničko sučelje Xerox Alto bilo je prvo računalo koje je koristilo grafičke ikone i miš za upravljanje sustavom - prvo grafičko korisničko sučelje (GUI). Ljubaznošću Xeroxa

Područje računalne arhitekture i organizacije također se dramatično razvilo otkako su razvijena prva računala s pohranjenim programom 1950-ih. Takozvani sustavi za dijeljenje vremena pojavili su se 1960-ih kako bi omogućili nekoliko korisnika istodobno pokretanje programa s različitih terminala koji su bili čvrsto povezani kabelom računala. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća razvio se prvi široki prostor računalne mreže (WAN-ovi) i protokoli za prijenos podataka velikim brzinama između računala odvojenih velikim udaljenostima. Kako su se te aktivnosti razvijale, udružile su se u polje informatike nazvano umrežavanje i komunikacije. Glavno postignuće na ovom polju bio je razvoj Interneta.

Ideja da se upute, kao i podaci, mogu pohraniti u memoriju računala bila je presudna za temeljna otkrića o teorijskom ponašanju algoritmi . Odnosno pitanja poput: Što se može, a što ne može izračunati? formalno su se obraćali koristeći ove apstraktne ideje. Ta su otkrića bila podrijetlo područja informatike poznatog kao algoritmi i složenost. Ključni dio ovog područja je proučavanje i primjena struktura podataka koje odgovaraju različitim aplikacijama. Strukture podataka, zajedno s razvojem optimalnih algoritama za umetanje, brisanje i pronalaženje podataka u takvim strukturama, glavna su briga informatičara jer se toliko koriste u računalnom softveru, ponajviše u kompajlerima, operacijskim sustavima, datotečnim sustavima, i tražilice .

U 1960-ima izum za pohranu magnetskog diska omogućio je brzi pristup podacima koji se nalaze na proizvoljnom mjestu na disku. Ovaj izum nije doveo samo do pametnije dizajniranih datotečnih sustava već i do razvoja sustava baza podataka i sustavi za pronalaženje informacija, koji su kasnije postali ključni za pohranu, pronalaženje i prijenos velikih količina i širokih vrsta podataka putem Interneta. Ovo područje informatike poznato je kao upravljanje informacijama.

Još jedan dugoročni cilj istraživanja računalnih znanosti je stvaranje računalnih strojeva i robotskih uređaja koji mogu izvršavati zadatke za koje se obično smatra da zahtijevaju ljudska inteligencija . Takvi zadaci uključuju kretanje, viđenje, slušanje, govor, razumijevanje prirodnog jezika, razmišljanje, pa čak i izlaganje ljudski emocije. Područje informatike inteligentnih sustava, izvorno poznato kao umjetna inteligencija (AI), zapravo prethodi prvom elektronički računala četrdesetih godina, iako je pojam umjetna inteligencija nastao je tek 1956.

Tri razvoja u računalstvu u ranom dijelu 21. stoljeća - mobilno računanje, klijentsko-poslužiteljsko računanje i računalno hakiranje - pridonijelo je nastanku tri nova polja u računalnoj znanosti: razvoj temeljen na platformi, paralelno i distribuirano računanje te sigurnost i informacije osiguranje . Razvoj temeljen na platformi je proučavanje posebnih potreba mobilnih uređaja, njihovih operativnih sustava i njihovih aplikacija. Paralelno i distribuirano računanje odnosi se na razvoj arhitektura i programskih jezika koji podržavaju razvoj algoritama čije se komponente mogu istodobno i asinkrono izvoditi (umjesto uzastopno), kako bi se bolje iskoristilo vrijeme i prostor. Sigurnost i osiguranje informacija bavi se dizajnom računalnih sustava i softvera koji štite integritet i sigurnost podataka, kao i privatnost pojedinaca koje ti podaci karakteriziraju.

Konačno, posebna briga računalne znanosti tijekom njezine povijesti je jedinstveni društveni utjecaj koji prati istraživanje računalnih znanosti i tehnološki napredak. Pojavom Interneta u 1980-ima, na primjer, programeri su trebali riješiti važna pitanja vezana uz informacijsku sigurnost, osobnu privatnost i pouzdanost sustava. Uz to, pitanje čini li računalni softver intelektualni imovine i s tim povezano pitanje Tko je vlasnik? iznjedrio je potpuno novo pravno područje licenciranja i standarde licenciranja koji su se primjenjivali na softver i srodne proizvode artefakti . Ove i druge brige čine osnovu socijalnih i profesionalnih pitanja računalnih znanosti, a pojavljuju se u gotovo svim ostalim gore navedenim poljima.

Dakle, da rezimiramo, disciplina informatike evoluirala je u sljedećih 15 različitih područja:

  • Algoritmi i složenost
  • Arhitektura i organizacija
  • Računalna znanost
  • Grafika i vizualno računanje
  • Interakcija čovjek-računalo
  • Upravljanje informacijama
  • Inteligentni sustavi
  • Umrežavanje i komunikacija
  • Operativni sustavi
  • Paralelno i distribuirano računanje
  • Razvoj temeljen na platformi
  • Programski jezici
  • Osiguranje sigurnosti i informacija
  • Softverski inženjering
  • Socijalna i profesionalna pitanja

Računarstvo i dalje ima snažne matematičke i inženjerske korijene. Postdiplomski akademske institucije rutinski nude programe prvostupničkih, magistarskih i doktorskih studija informatike, a ti programi zahtijevaju da studenti završe odgovarajuće tečajeve matematike i inženjerstva, ovisno o njihovom fokusu. Na primjer, svi preddiplomski studiji informatike moraju studirati diskretnu matematiku (logiku, kombinatoriku i teoriju elementarnih grafova). Mnogi programi također zahtijevaju da studenti završe tečajeve u račun , statistika , numerička analiza, fizika i principi inženjerstva na početku studija.