Участник:Tatyanakaushinis/Черновик

Информатика — научно-практический подход к вычислению и его применениям. Это систематическое изучение целесообразности, структуры, выражения и механизации методических процедур (или алгоритмов), которые лежат в основе приобретения, представления, обработки, хранения, передачи и доступа к информации, будь то информация, кодируемая в виде битов в памяти компьютера или записанная в генах и белковых структурах в биологической клетке[1].Специалист в области компьютеров специализируется на теории вычислений и проектировании вычислительных систем.[2]-добавь snf

Информатика может быть разделена на множество теоретических и практических дисциплин. Некоторые дисциплины, такие как теория сложности вычислений (которая исследует фундаментальные свойства вычислительных и трудновычислимых задач), являются весьма абстрактными, а дисциплины, такие как компьютерная графика, акцентируют внимание на реальных визуальных приложениях. Другие дисциплины сфокуссированы на проблемах реализации вычислений. Например, теория языков программирования рассматривает различные подходы к описанию вычислений, в то время как программирование исследует различные аспекты использования языка программирования и комплексных систем. Человеко-компьютерное взаимодействие рассматривает проблемы производства компьютеров и полезности вычислений, удобства и общедоступности для человека.

История

Основная статья: История информатики

Чарльзу Бэббиджу приписывают изобретение первого механического компьютера.

Аде Лавлейс приписывают написание первого алгоритма, предназначенного для обработки на компьютере.

Самые ранние основы того, что в последствии станет информатикой предшествуют изобретению современного цифрового компьютера. Машины для расчёта основных численных задач, такие как счёты, существовали с древности, помогая в таких вычислениях как умножение и деление.

Блез Паскаль спроектировал и собрал первый рабочий механический калькулятор, калькулятор Паскаля, в 1642.[3]

В 1673 Готфрид Лейбниц продемонстрировал цифровой механический калькулятор, названный калькулятор Лейбница.[4] Он считается первым учёным в области компьютерных наук и информационным теоретиком.

В 1820 году Томас де Кольмар запустил механический калькулятор в промышленности,[5] когда он выпустил свой упрощённый арифмометр, который был первой счётной машиной достаточно сильной и надёжной для ежедневного использования в офисе. Чарльз Бэббидж начал проектирование первого автоматического механического калькулятора, его разностной машины, в 1822, который в конечном счёте подал ему идею первого программируемого механического калькулятора, его аналитической машины.[6]

Он начал развивать эту машину в 1834 году и менее чем за два года он набросал многие из характерных особенностей современного компьютера.Важнейшим шагом стало принятие перфокарт, произведенных на Жаккардовском ткацком станке"[7], что делает их бесконечно программируемыми".[8] В 1843 году, во время перевода французской статьи на аналитической машине, Ада Лавлейс написала в одной из её многочисленных записок алгоритм для вычисления чисел Бернулли, который считается первой компьютерной программой.[9]

Около 1885, Герман Холлерит изобрёл табулятор, который использовал перфокарты для обработки статистической информации; в конечном итоге его компания стала частью IBM. В 1937 году, спустя сто лет после несбыточной мечты Бэббиджа, Говард Эйкен, убеждённый сторонник IBM, который сделал все виды оборудования для перфорированных карт, а также развивал свой гигантский программируемый калькулятор,[10] ASCC/Harvard Mark I, основанный на аналитической машине Бэббиджа. Когда машина была закончена, некоторые называли её "мечта Бэббиджа сбывается".[11]

В 40-х, как новая и более мощная вычислительная машина была изобретена машина, названная термином компьютер, который теперь обозначал машин, а не их человеческих предшественников.[12] Как стало ясно, что компьютеры можно использовать не только для математических расчётов, в области информатики расширилось изучение вычислений в целом. Информатика начала становиться отдельной академической дисциплиной в 1950-х и начале 1960-х.[13][14] Первая в мире степень по информатике, Диплом в области информатики, берёт своё начало в компьютерной лаборатории Кембриджского университета с 1953 года. Первая подобная учебная программа в США появилась в Университете Пердью в 1962 году.[15] Поскольку компьютеры стали доступны, многие вычислительные приложения стали самостоятельными, различными областями исследования.[?]

Хотя многие изначально полагали, что это было невозможно, чтобы сами компьютеры действительно могли быть научным направлением исследований, в конце пятидесятых годов это постепенно стало принятым среди большинства академического населения.[16] Ныне известный бренд IBM был частью революции информатики в течение того времени. IBM (сокращение от International Business Machines) выпустила компьютеры IBM 704[17] и позже IBM 709[18], которые широко использовались в ходе разведочного периода таких устройств. "Тем не менее, работа с IBM (компьютером) была разочарованием... если ты допускаешь ошибку в одной букве в одной инструкции, программа терпит крах и тебе приходится начинать весь процесс заново."[16] В конце 1950-х годов информатика была на стадии развития, и такие вопросы были обычным явлением.

Со временем был достигнут значительный прогресс в удобстве использования и эффективности вычислительной техники. Современное общество наблюдает значительный сдвиг среди пользователей компьютерной техники. от использования только экспертами и специалистами к почти повсеместной пользовательской базе. Изначально компьютеры были весьма дорогостоящими и была необходима некоторая степень человеческой помощи для его эффективного использования. Как только компьютер стал более распространённым и доступным, меньше человеческой помощи стало необходимо для общего пользования.

Философия

Основная статья: Философия информатики

Ряд учёных-компьютерщиков утверждали, что в информатике существуют три отдельные парадигмы. Питер Вегнер утверждал, что эти три парадигмы - наука, технологии и математика.[25] Рабочая группа Питера Деннинга утверждала, что это теория, абстракция (моделирование) и дизайн.[26] Амнон Х. Еден разделил её на "рационалистическую парадигму" (которая рассматривает информатику как раздел математики, который преобладает в теоретической информатике и в основном использует логическую аргументацию), на "технократическую парадигму" (которая может быть использована в инженерных подходах, наиболее важная в разработке программного обеспечения), и "научную парадигму" (которая объединяет связанные с компьютером артефакты с эмпирической точки зрения естественных наук, идентифицируемых в некоторых отраслях искусственного интеллекта.[27]

Имена информатики

Термин "информатика" появился в 1959 году в статье Communications of the ACM, [28] в которой Луи Фейн выступает за создание Высшей школы в области информатики аналогичной Гарвардской бизнес-школе, созданной в 1921 году, [29], оправдывая это название, утверждая, что, как наука управления, предмет несёт прикладной и междисциплинарный характер, хотя и имеет признаки, характерные для научной дисциплины.[30] Его усилия и других, таких как численный аналитик Джордж Форсайт, были вознаграждены: университеты пошли на создание программ, связанных с информатикой, начиная с Пердью в 1962.[31] Несмотря на своё название (от англ. Computer Science - компьютерная наука), большая часть информатики не включает изучение самих компьютеров. Из-за этого были предложены несколько альтернативных названий. [32] Некоторые факультеты крупных университетов предпочитают термин вычислительная наука, чтобы подчеркнуть именно эту разницу. датский учёный Питер Наур предложил термин datalogy, [33] чтобы отразить тот факт, что научная дисциплина вращается вокруг данных и обработки данных, хотя и не обязательно с применением компьютеров. Первое научное учреждение, использовавшее этот термин был Департамент Datalogy(дейталогия?даннология?фактология?) в Университете Копенгагена, основанного в 1969 году с Питером Наура, ставшим первым профессором в дейталогии. Этот термин используется в основном в скандинавских странах. В Европе, термины, производные от обусловленного договором перевода термина "автоматическая информация" (например informazione automatica по-итальянски) или "информатика и математика" часто используются, например informatique (французский), Informatik (немецкий), informatica (Италия, Нидерланды), informática (Испания, Португалия), informatika (в славянских языках) или pliroforiki (πληροφορική, что означает информатика) - в Греции. Подобные слова также были приняты в Великобритании (как в Школе Информатики Эдинбургского Университета).[37]

Фольклорная цитата, авторство которой часто приписывают Эдсгеру Дейкстре, гласит: "информатика не больше о компьютерах, чем астрономия о телескопах". [note 1] Проектирование и внедрение компьютеров и компьютерных систем, как правило, считается сферой деятельности из других областей информатики. Например, изучение аппаратного обеспечения компьютера, как правило, рассматривается как часть компьютерной инженерии, в то время как исследование коммерческих компьютерных систем и их внедрение часто называют информационные технологии или информационные системы. Тем не менее, было много взаимного обогащения идеями между различными дисциплинами, связанными с компьютерами. Исследования в области информатики также часто пересекаются с другими науками, такими как философия, когнитология, лингвистика, математика, физика, биология, статистика и логика.

Информатика, по мнению многих, имеет более близкие отношения с математикой, чем со многими научными дисциплинами, при этом некоторые наблюдатели говорят, что информатика это математическая наука.[13] В начале информатика находилась под сильным влиянием работ таких математиков, как Курт Гедель и Алан Тьюринг, и там же продолжает быть полезным обмен идеями между в таких областях, как математическая логика, теория категорий, теория доменов, алгебра.

Отношения между информатикой и разработкой программного обеспечения являются спорным вопросом, который ещё больше запутывается спорами о том, что означает термин "разработка программного обеспечения", и как определяется информатика.[38] Девид Парнас, взяв пример с отношений между другими инженерными и научными дисциплинами, заявил, что основной задачей информатики является изучение свойств вычислений в целом, в то время как основным направлением разработки программного обеспечения является разработка конкретных вычислений для достижения практических целей,создавая две отдельные, но взаимодополняющие дисциплины.[39]

Академические, политические и финансовые аспекты информатики, как правило, зависят от того, сформирован факультет с математическим акцентом или с инженерным уклоном. Факультеты информатики с математическим уклоном и с числовой ориентацией соответствуют компьютерному моделированию. Оба типа факультетов, как правило, прикладывают усилия чтобы охватить все области образования.

Области информатики

Как дисциплина, информатика охватывает широкий круг тем от теоретических исследований алгоритмов и пределов вычислений до практической реализации вычислительных систем в области аппаратного и программного обеспечения. [40][41] CSAB, ранее называемая Совет по Аккредитации Вычислительных Наук, состоит из представителей Ассоциации вычислительной техники (ACM) и Компьютерного общества IEEE (IEEE-CS)[42] - определила четыре области, которые она считает важными для дисциплины информатика: теория вычислений, алгоритмы и структуры данных, методология программирования и языков, компьютерные элементы и архитектура. В дополнение к этим четырём направлениям, CSAB также определяет области, такие как разработка программного обеспечения, искусственный интеллект, компьютерные сети и телекоммуникации, системы управления базами данных, параллельные вычисления, распределенные вычисления, взаимодействия между человеком и компьютером, компьютерная графика, операционные системы, численные и символьные вычисления, которые являются важными областями информатики.[40]

Теоретическая информатика

Основная статья: Теоретическая информатика

Наиболее обширная область теоретической информатики охватывает как классическую теорию вычислений так и широкий круг других тем, которые сосредотачиваются на более абстрактных, математических и логических аспектах вычислений.

Теория алгоритмов

Основная статья: Теория алгоритмов

По словам Питера Деннинга, фундаментальным вопросом информатики является "Что может быть эффективно автоматизировано?"[13] Изучение теории алгоритмов сфокуссировано на поиске ответов на фундаметнальные вопросы о том, что можно вычислить и какое количество ресурсов необходимо для этих вычислений. В попытке ответить на первый вопрос, теория вычислимости рассматривает вычислительные задачи, решаемые на различных теоретических моделях вычислений. Второй вопрос адресуется теории сложности вычислений, изучающей пространственные и временные затраты, связанные с различными подходами к решению множества вычислительных задач.

Известная "P=NP?" проблема, одна из Задач тысячелетия,[43] являющаяся открытой проблемой в теории вычислений.

		P = NP ?	GNITIRW-TERCES
Теория автоматов	Теория вычислимости	Вычислительная сложность	Криптография	Квантовая теория вычислений

Информация и теория кодирования

Основные статьи: Теория информации и Теория кодирования

Теория информации связана с количественной оценкой информации. Это было развито Клодом Э. Шенноном, чтобы найти фундаментальные ограничения на обработку сигнала в таких операциях, как сжатие данных, а также для надежного хранения и передачи данных.[44] Теория кодирования изучает свойства кодов (системы для преобразования информации из одной формы в другую) и их пригодность для конкретного применения. Коды используются для сжатия данных, в криптографии, для обнаружения и коррекции ошибок, а в последнее время также и для сетевого кодирования. Коды изучаются с целью разработки эффективных и надежных методов передачи данных.

Алгоритмы и структуры данных

Алгоритмы и структуры данных изучают наиболее часто используемые вычислительные методы и их вычислительную эффективность.

$O(n^{2})$
Анализ алгоритмов	Алгоритмы	Структуры данных	Комбинаторная оптимизация	Вычислительная геометрия

Формальные методы

Основная статья: Формальные методы

Формальные методы являются определенного рода методы, основанные на математике и предназначенные для спецификации, разработки и верификации программных и аппаратных систем. Использование формальных методов для разработки программного и аппаратного обеспечения мотивировано расчётом на то, что, как и в других инженерных дисциплинах, выполнение соответствующего математического анализа может способствовать надежности и устойчивости конструкции. Они составляют важную теоретическую основу для разработки программного обеспечения, особенно в случаях, когда дело касается надёжности или безопасности. Формальные методы являются полезным дополнением к тестированию программного обеспечения, так как они помогают избежать ошибок, а также могут предоставить основу для тестирования. Для их промышленного использования требуется поддержка, однако высокая стоимость использования формальных методов означает, что они, как правило, используются только в развитии жизненно-важных систем, где надёжность и безопасность имеют первостепенное значение. Формальные методы имеют довольно широкое применение в теоретических основах информатики, в частности, в логических вычислениях, формальных языках, теории автоматов, программах и семантике, также в системе типов и проблемах алгебраических типов данных в области программной и аппаратной спецификации и верификации.

Прикладная информатика

Прикладная информатика направлена ​​на выявление определенных понятий информатики, которые могут использоваться непосредственно в решении реальных мировых проблем.

Искусственный интеллект

Основная статья: Искусственный интеллект

Это область информатики, которая стремится синтезировать цель-ориентированные процессы, такие как решение проблем, принятие решений, экологическая адаптация, обучение и коммуникация, которые присущи человеку и животному. Она берёт начало в кибернетике и Дартмутской Конференции (1956). Исследования в области искусственного интеллекта (AI) были обязательно кросс-дисциплинарными, опираясь на области знаний, такие как прикладная математика, математическая логика, семиотика, электротехника, философия сознания, нейрофизиология и социальный интеллект. В народном сознании искусственный интеллект ассоциируется с робототехникой, но на практике он применялся в первую очередь в качестве встроенного компонента в области разработки программного обеспечения, которые требуют понимания в вычислениях, моделировании, интеллектуальном анализе данных и физических науках. Отправной точкой в конце 1940-х годов стал вопрос Алана Тьюринга: "Могут ли компьютеры думать?", и вопрос остаётся фактически без ответа, хотя "тест Тьюринга" до сих пор используется для оценки результатов работы компьютера по шкале человеческого интеллекта.

Машинное обучение	Компьютерное зрение	Обработка изображений	Теория распознавания образов
Когнитивистика	Data mining Интеллектуальный анализ данных	Эволюционное моделирование	Информационный поиск
Представление знаний	Обработка естественного языка	Робототехника	Компьютерный анализ медицинских изображений

Архитектура компьютера и компьютерная инженерия

Основные статьи: Архитектура компьютера и Компьютерная инженерия

Архитектура компьютера или организация цифрового компьютера является концептуальной структурой компьютерной системы. Она сосредоточена в основном на способе, с помощью которого центральный процессор выполняет внутренние операции и обращается к адресам в памяти.???[45] Она часто включает в себя дисциплины вычислительной техники и электротехники, выбор и соединение компонентов оборудования для создания компьютеров, которые удовлетворяют функциональным, производительным и финансовым целям.

Булева алгебра	Микроархитектура	Многопроцессорность
Операционная система	Компьютерная сеть	База данных	Информационная безопасность
Повсеместные вычисления	Архитектура системы	Конструкция компилятора	Язык программирования

Анализ производительности компьютера

Основная статья: Вычислительная мощность компьютера

Анализ производительности компьютера - это изучение работы, протекающей в компьютерах, в общих целях повышения пропускной способности, управления временем отклика, эффективного использования ресурсов, устранения узких мест и прогнозирования производительности при предполагаемых пиковых нагрузках. [46]

Компьютерная графика и визуализация

Основная статья: Компьютерная графика

Компьютерная графика представляет собой изучение цифрового визуального содержания и включает в себя синтез и манипуляцию данными изображения. Это учение связано со многими другими областями информатики, в том числе с компьютерным зрением, обработкой изображений и вычислительной геометрией, также оно активно применяется в области спецэффектов и видео-игр.

Компьютерная безопасность и криптография

Основная статья: Криптография

Компьютерная безопасность - это область компьютерных технологий, в чьи задачи входит защита информации от несанкционированного доступа, разрушения или модификации при сохранении доступности и удобства использования системы для предполагаемых пользователей. Криптография же является наукой о шифровании и дешифровании информации. Современная криптография в значительной степени связана с информатикой, многими алгоритмами шифрования и дешифрования на основе их вычислительной сложности.

Компьютерное моделирование

Компьютерное моделирование (или вычислительные методы) является областью исследования проблем построения математических моделей, методов количественного анализа, использования компьютеров для анализа и решения научных проблем. На практике, это, как правило, применение компьютерного моделирования и других форм вычислений к проблемам в различных научных дисциплинах.

Вычислительная математика	Вычислительная физика	Вычислительная химия	Биоинформатика

Компьютерные сети

Основная статья: Компьютерная сеть

Эта отрасль информатики нацелена на управление сетями между компьютерами по всему миру.

Параллельные и распределённые системы

Основные статьи: Параллелизм (информатика) и Распределённые вычисления

Параллелизм - это свойство систем, при котором несколько вычислений выполняются одновременно, и при этом, возможно, взаимодействуют друг с другом. Был разработан ряд математических моделей для общего вида параллельных вычислений, в том числе сети Петри, процессы исчисления и модель Parallel Random Access Machine (параллельной машины с произвольным доступом). Распределённая система расширяет идею параллелизма на несколько компьютеров, подключенных через сеть. Компьютеры в пределах одной распределённой системы имеют свою собственную память и часто обмениваются информацией между собой для достижения общей цели.

Базы данных

Основная статья: База данных

База данных предназначена для упрощения организации, хранения и извлечения больших объёмов данных. Управление цифровыми базами данных происходит с помощью системы управления базами данных (СУБД) для хранения, создания, поддержки и поиска данных посредством моделей баз данных и языков запросов.

Информатика в здравоохранении

Информатика здравоохранения рассматривает вычислительные методы для решения задач в сфере здравоохранения.

Научная информатика

Информационный поиск	Представление знаний	Обработка естественного языка	Человеко-компьютерное взаимодействие

Программная инженерия

Основная статья: Программная инженерия

Программная инженерия изучает разработку, внедрение и модификацию программного обеспечения в целях обеспечения его высокого качества, доступности, простоты в обслуживании. Это систематический подход к проектированию программного обеспечения, предусматривающий применение инженерных практик??? в области программного обеспечения. Программная инженерия рассматривает организацию и анализ программного обеспечения - она не просто не просто занимаемся созданием или производством нового программного обеспечения, но и его внутренним содержанием и организацией. По прогнозам, разработчики компьютерных приложений и разработчики программного обеспечения компьютерных систем будут одними из наиболее динамично растущих профессий с 2008 по 2018 год.

См. также: Программирование

Великие идеи информатики

Философ Билл Рапапорт отметил три великие идеи информатики[47]

• Согласно взглядам Лейбница, Буля, Алана Тьюринга, Шеннона и Морзе: есть только 2 объекта, с которыми компьютер должен иметь дело чтобы представлять что угодно.

Вся информация о любой вычислимой проблеме может быть представлена с использованием только 0 и 1 (или любой другой бистабильной пары, которая может быть триггером между двумя легко различимыми состояниями, такими как "включено"/"выключено", "намагничено"/"размагничено", "высокое напряжение"/"низкое напряжение" и т.д.)

См. также: Цифровая физика

• Мнение Алана Тьюринга: есть только 5 действий, которые компьютер должен выполнить чтобы сделать "что-нибудь"

Каждый алгоритм может быть выражен на языке, понятном для компьютера в виде 5 основных инструкций:

• перемещение на позицию влево
• перемещение на позицию вправо
• чтение символа на текущей позиции
• вывести 0 на текущей позиции
• вывести 1 на текущей позиции

См. также: Машина Тьюринга

• Согласно Бем и Якопини: есть только 3 способа совмещения этих действий (в более сложные), которые необходимы для компьютера чтобы сделать "что-нибудь"

Только 3 правила необходимы для того, чтобы совместить любой набор базовых инструкций в более сложные:

последовательность:

сперва сделать это; затем сделать то

выбор:

если такой и такой случай,

THEN (тогда сделать это)

ELSE (иначе сделать то)

повторение:

WHILE (до тех пор, пока такой и такой случаи - делать это)

Обратите внимание, что 3 правила Бема и Якопини могут быть упрощены с использованием goto (что означает, что это более элементарно, чем структурное программирование)

Научное

Конференции

Конференции являются стратегическими событиями научных исследований в области информатики. В ходе этих конференций, исследователи из государственного и частного секторов встречаются и представляют свои последние работы. Труды этих конференций являются важной частью литературы по информатике.

Журналы

См. также: Категория:Журналы по информатике

Образование

Некоторые университеты преподают информатику в качестве теоретического изучения вычислений и алгоритмической рассуждений. Такие программы часто включают в себя теорию алгоритмов, анализ алгоритмов, формальные методы, параллелизм (информатика), базы данных, компьютерную графику, и системный анализ и другие. Как правило, они также преподают программирование, но не ставят его в центр внимания, а рассматривают как поддержку других областей информатики. The ACM/IEEE-CS Joint Curriculum Task Force "Computing Curriculum 2005" (и обновление от 2008 года) [48] даёт рекомендации для университетских учебных программ.

Другие колледжи и ВУЗы, а также средние школы и учебные заведения профессиональной подготовки, которые обучают информатике, делают в своих учебных курсах акцент на практике программирования, а не на теории алгоритмов и вычислений. Такие программы, как правило, сосредоточены на тех навыках, которые важны для работников индустрии программной инженерии.

В то время как профессии в области информатики управляют всё больше и больше экономикой США, образование в этой области отсутствует в большинстве американских учебных программ. Отчёт под названием "Running on Empty: The Failure to Teach K-12 Computer Science in the Digital Age" был выпущен в октябре 2010 года Ассоциацией по Вычислительной Технике (АСМ) и Ассоциацией Учителей Информатики (CSTA) показ, что только 14 штатов приняли образовательные стандарты для высшей школы информатики. Также, в докладе отмечается, что только 9 штатов приняли информатику как основной учебный предмет, необходимый для аттестации в высшей школе. В тандеме с "Running on Empty", новая внепартийная коалиция защиты прав - Computing in the Core (CinC) - была создана чтобы влиять на федеральную и государственную политики, такие как "Закон об образовании в области информатики", который предусматривает предоставление грантов штатам, разрабатывающим планы по улучшению образования в области информатики и поддержке учителей информатики.

Литература

• Collier, Bruce. The little engine that could've: The calculating machines of Charles Babbage. — Garland Publishing Inc. — ISBN 0-8240-0043-9.

Ссылки

• Wegner, P. (October 13-15, 1976). "Research paradigms in computer science". Proceedings of the 2nd international Conference on Software Engineering. San Francisco, California, United States: IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA. {{cite conference}}: Неизвестный параметр |booktitle= игнорируется (|book-title= предлагается) (справка)Википедия:Обслуживание CS1 (формат даты) (ссылка)