Datorzinātne , datoru un skaitļošanas izpēte, ieskaitot to teorētiskos un algoritmiskos pamatus, aparatūru un programmatūru , un to izmantošana informācijas apstrādei. The disciplīna Datorzinātne ietver pētījumu par algoritmi un datu struktūras, datoru un tīklu projektēšana, datu un informācijas procesu modelēšana un mākslīgais intelekts . Datorzinātne dažus pamatus izmanto matemātikā un inženierzinātnēs, un tāpēc tajā ir iekļautas tādas tehnikas kā rindu teorija, varbūtība un statistika, kā arī elektroniska shēmas dizains. Datorzinātnes arī daudz izmanto hipotēzes pārbaude un eksperimentēšana jaunu algoritmu, informācijas struktūru un datoru arhitektūru konceptualizēšanas, projektēšanas, mērīšanas un pilnveidošanas laikā.
klēpjdators Portatīvais personālais dators. Indekss atvērts
Datorzinātne ir datoru un skaitļošanas, kā arī to teorētisko un praktisko pielietojumu izpēte. Datorzinātnes matemātikas, inženierzinātņu un loģikas principus piemēro daudzām funkcijām, ieskaitot algoritms formulējums, programmatūru un aparatūras izstrāde, un mākslīgais intelekts .
Visietekmīgākie datorzinātnieki ir Alans Tūrings, Otrā pasaules kara kodoliekārta, ko parasti uzskata par mūsdienu skaitļošanas tēvu; Tims Berners-Lī, filmas izgudrotājs Globālais tīmeklis ; Džons Makartijs, programmēšanas valodas LISP izgudrotājs un mākslīgais intelekts pionieris; un Greisa Hopers , ASV Jūras spēku virsnieks un galvenais darbinieks tādu agrīnu datoru kā UNIVAC I izstrādē, kā arī datoru valodas attīstībā sastādītājs .
Datorzinātnes tiek izmantotas visdažādākajās disciplīnās, kas ietver simulācijas modelēšanu, piemēram, klimata pārmaiņu un Ebolas vīrusa ietekmi, mākslas un vizualizācijas radīšanu, izmantojot grafikas renderēšanu, un cilvēka saskarnes simulēšanu, izmantojot mākslīgais intelekts un mašīnmācīšanās.
Video spēle attīstība ir balstīta uz datorzinātņu un programmēšanas principiem. Mūsdienu grafikas atveide videospēlēs bieži izmanto modernas metodes, piemēram, staru izsekošanu, lai nodrošinātu reālistiskus efektus. Programmas attīstība paplašinātā realitāte un virtuālā realitāte ir paplašinājis arī videospēļu attīstības iespēju loku.
Daudzas universitātes visā pasaulē piedāvā grādus, kas studentiem māca datorzinātņu teorijas pamatus un datorprogrammēšanas lietojumus. Turklāt tiešsaistes resursu un kursu izplatība daudziem cilvēkiem ļauj pašiem apgūt praktiskākus datorzinātnes aspektus (piemēram, kodēšanu, videospēļu izstrādi un lietotņu dizainu).
Datorzinātne tiek uzskatīta par daļu no piecu atsevišķu, tomēr savstarpēji saistītu disciplīnu saimes: datortehnika, datorzinātne, Informācijas sistēmas , informācijas tehnoloģijas un programmatūras inženierija. Šī ģimene kolektīvi ir pazīstama kā skaitļošanas disciplīna. Šie pieci disciplīnas ir savstarpēji saistīti tādā nozīmē, ka skaitļošana ir viņu izpētes objekts, taču tie ir atsevišķi, jo katram ir sava pētniecības perspektīva un mācību programma. (Kopš 1991. gada Datoru mašīnu asociācija [ACM], IEEE Datoru sabiedrība [IEEE-CS] un Informācijas sistēmu asociācija [AIS] ir sadarbojās izstrādāt un atjaunināt taksonomija no šīm piecām savstarpēji saistītajām disciplīnām un vadlīnijām, ko izglītības iestādes visā pasaulē izmanto pamatstudiju, absolventu un pētniecības programmām.)
ko Pāvils darīja Bībelē
Galvenās datorzinātnes apakšnozares ietver tradicionālo datoru arhitektūras, programmēšanas valodu un programmatūras izstrādes izpēti. Tomēr tie ietver arī skaitļošanas zinātni (algoritmisko metožu izmantošanu zinātnisko datu modelēšanai), grafiku un vizualizāciju, cilvēka un datora mijiedarbību, datu bāzes un informācijas sistēmas, tīkli un sociālie un profesionālie jautājumi, kas raksturīgi tikai datorzinātņu praksei. Kā var būt skaidrs, daži no šiem apakšlaukiem savā darbībā pārklājas ar citām mūsdienu jomām, piemēram, ar bioinformātiku un skaitļošanas ķīmija . Šīs pārklāšanās ir rezultāts datorzinātnieku tendencei atpazīt savas jomas daudzos starpdisciplināros sakarus un rīkoties pēc tiem.
Datorzinātne kā neatkarīga disciplīna parādījās pagājušā gadsimta sešdesmito gadu sākumā, lai gan elektroniskais digitālais dators, kas ir tās izpētes objekts, tika izgudrots dažas desmitgades agrāk. Datorzinātnes saknes galvenokārt meklējamas saistītajās matemātikas, elektrotehnikas, fizika un vadības informācijas sistēmas.
Matemātika ir divu galveno jēdzienu avots datora attīstībā - ideja, ka visu informāciju var attēlot kā nulles un vienības secības, un abstrakts saglabātas programmas jēdziens. Bināro skaitļu sistēmā skaitļus attēlo bināro ciparu 0 un 1 secība tādā pašā veidā, kā skaitļus pazīstamajā decimāldaļu sistēmā attēlo, izmantojot ciparus no 0 līdz 9. Relatīvais divu stāvokļu (piemēram, augsts) skaitlis un zemspriegums) var realizēt elektriskajā un elektroniska ierīces dabiski noveda pie binārā cipara jeb bita, kas kļuva par datu glabāšanas un pārraides pamatsistēmu datorsistēmā.
Elektrotehnika sniedz ķēdes projektēšanas pamatus - proti, ideju, ka elektriskos impulsus, kas tiek ievadīti ķēdē, var apvienot, izmantojot Būla algebru, lai iegūtu patvaļīgas izejas. (Būla algebra, kas tika izstrādāta 19. gadsimtā, sniedza formālismu ķēdes projektēšanai ar nulles un nulles bināro ievades vērtību [loģikas terminoloģijā attiecīgi kļūdainu vai patiesu], lai iegūtu jebkuru vēlamo nulles un vienu kombināciju kā izvadi.) Izgudrojums tranzistors un ķēžu miniaturizācija, kā arī elektronisko, magnētisko un optisko datu nesēju izgudrošana informācijas glabāšanai un pārraidei tika panākta elektrotehnikas un fizikas sasniegumu rezultātā.
Pārvaldības informācijas sistēmas, kuras sākotnēji sauca par datu apstrādes sistēmām, sniedza agrīnas idejas, no kurām dažādas datorzinātnes koncepcijas, piemēram, šķirošana, meklēšana, datu bāzes , informācijas iegūšana un grafiskās lietotāja saskarnes attīstījās. Lielās korporācijās atradās datori, kuros glabājās informācija, kas bija galvenā uzņēmējdarbības aktivitātēs - algas, grāmatvedība, krājumu pārvaldība, ražošanas kontrole, nosūtīšana un saņemšana.
Teorētiskais darbs par aprēķināmību, kas sākās pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados, nodrošināja nepieciešamo šo sasniegumu paplašināšanu visu mašīnu projektēšanā; pavērsiens bija britu matemātiķa Alana Tūringa 1936. gada specifikācija Turinga mašīnai (teorētisks skaitļošanas modelis, kas izpilda instrukcijas, kas attēlotas kā nulles un vienumu virkne), un viņa pierādījums modeļa skaitļošanas jaudai. Vēl viens sasniegums bija glabātās programmas datora jēdziens, ko parasti attiecina uz Ungārijas amerikāņu matemātiķi Džonu fon Neimanu. Tie ir datorzinātņu nozares aizsākumi, kas vēlāk kļuva pazīstami kā arhitektūra un organizācija.
Alans M. Tūrings, 1951. Zinātnes vēstures attēli / Alamy
1950. gados lielākā daļa datoru lietotāju strādāja vai nu zinātnisko pētījumu laboratorijās, vai lielās korporācijās. Pirmā grupa izmantoja datorus, lai palīdzētu viņiem veikt sarežģītus matemātiskus aprēķinus (piemēram, raķešu trajektorijas), bet otrā grupa izmantoja datorus, lai pārvaldītu lielu korporatīvo datu apjomu (piemēram, algas un krājumus). Abas grupas ātri uzzināja, ka programmu rakstīšana nulles un vienīgo mašīnvalodā nav praktiska vai uzticama. Šis atklājums noveda pie asamblejas valodas attīstības 1950. gadu sākumā, kas ļauj programmētājiem izmantot simbolus instrukcijām (piemēram, ADD pievienošanai) un mainīgos (piemēram, X ). Cita programma, kas pazīstama kā montētājs, tulkoja šīs simboliskās programmas līdzvērtīgā binārā programmā, kuras darbības dators varēja veikt vai izpildīt.
Tika izstrādāti citi sistēmas programmatūras elementi, kas pazīstami kā iekrāvēju sasaistīšana, lai apvienotu samontētā koda gabalus un ielādētu tos datora atmiņā, kur tos varētu izpildīt. Atsevišķu koda fragmentu sasaistīšanas jēdziens bija svarīgs, jo tas ļāva atkārtoti izmantot programmu bibliotēkas kopīgu uzdevumu veikšanai. Tas bija pirmais solis tā dēvētās datorzinātņu nozares attīstībā programmatūru inženierzinātnes.
Vēlāk, 50. gados, tika konstatēts, ka asamblejas valoda ir tik apgrūtinoša, ka augsta līmeņa valodu (tuvāk dabiskajām valodām) attīstība sāka atbalstīt vieglāku, ātrāku programmēšanu. FORTRAN kļuva par galveno zinātniskā programmēšanas augsta līmeņa valodu, savukārt COBOL kļuva par galveno biznesa programmēšanas valodu. Šīs valodas nesa vajadzību pēc atšķirīgas programmatūras, ko sauc sastādītāji , kas tulko augsta līmeņa valodu programmas mašīnkodā. Programmēšanas valodām kļūstot jaudīgākām un abstraktākām, veidojot kompilatorus, kas izveido augstas kvalitātes mašīnkodu un ir efektīvi izpildes ātruma un krātuves ziņā patēriņš kļuva par izaicinošu datorzinātņu problēmu. Datorzinātnes jomas, ko sauc par programmēšanas valodām, centrā ir augsta līmeņa valodu izstrāde un ieviešana.
Pieaugošā datoru izmantošana 1960. gadu sākumā nodrošināja impulss pirmās izstrādei operētājsistēmas , kas sastāvēja no sistēmas rezidenta programmatūras, kas automātiski apstrādāja ievadi un izvadi, kā arī programmu, kuras sauc par darbiem, izpildi. Pieprasījums pēc labākām skaitļošanas metodēm izraisīja interesi par skaitliskām metodēm un to analīzi - darbību, kas paplašinājās tik plaši, ka kļuva pazīstama kā skaitļošanas zinātne.
1970. un 80. gados parādījās jaudīgas datorgrafikas ierīces, kas paredzētas gan zinātniskai modelēšanai, gan citām vizuālām darbībām. (Datorizētas grafiskās ierīces tika ieviestas pagājušā gadsimta 50. gadu sākumā, neapstrādātus attēlus parādot uz papīra gabaliem un katodstaru lampu [CRT] ekrāniem.) Dārga aparatūra un ierobežotā programmatūras pieejamība neļāva laukam augt līdz 80. gadu sākumam, kad datoram nepieciešama datora atmiņa bitkartes grafika (kurā attēls sastāv no maziem taisnstūra pikseļiem) kļuva pieejamāks. Bitmap tehnoloģija kopā ar augstas izšķirtspējas displejiem un grafikas standartu izstrādi, kas padara programmatūru mazāk atkarīgu no mašīnas, ir izraisījusi lauka eksplozīvu pieaugumu. Atbalsts visām šīm darbībām pārtapa informātikas jomā, kas pazīstama kā grafika un vizuālā skaitļošana.
Ar šo jomu ir cieši saistīta tādu sistēmu projektēšana un analīze, kuras tieši mijiedarbojas ar lietotājiem, kuri veic dažādus skaitļošanas uzdevumus. Šīs sistēmas plaši izmantoja 1980. un 90. gados, kad līnijā rediģētās mijiedarbības ar lietotājiem tika aizstātas ar grafiskām lietotāja saskarnēm (GUI). GUI dizains, kura aizsācējs bija Xerox un vēlāk to paņēma Apple (Macintosh) un visbeidzot Microsoft ( Windows ), ir svarīga, jo tā veido ko cilvēki redz un dara, mijiedarbojoties ar skaitļošanas ierīci. Atbilstošu lietotāja saskarņu dizains visiem lietotāju veidiem ir kļuvis par datorzinātņu jomu, kas pazīstama kā cilvēka un datora mijiedarbība (HCI).
grafiskā lietotāja saskarne Xerox Alto bija pirmais dators, kas izmantoja grafiskās ikonas un peli, lai vadītu sistēmu - pirmais grafiskais lietotāja interfeiss (GUI). Pieklājīgi no Xerox
Datoru arhitektūras un organizācijas sfēra ir arī dramatiski attīstījusies kopš pirmajiem datoriem, kas glabājas ar programmu, kas tika izveidota 1950. gados. Tā sauktās laika koplietošanas sistēmas parādījās pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados, lai ļautu vairākiem lietotājiem vienlaikus palaist programmas no dažādiem termināļiem, kuri bija datoram pievienoti. Septiņdesmitajos gados attīstījās pirmais plašais apgabals datoru tīkli (WAN) un protokoliem informācijas pārsūtīšanai lielā ātrumā starp datoriem, kas atdalīti ar lielu attālumu. Kad šīs aktivitātes attīstījās, tās apvienojās datorzinātņu jomā, ko sauc par tīkliem un sakariem. Liels sasniegums šajā jomā bija interneta attīstība.
Ideja, ka instrukcijas, kā arī datus, var glabāt datora atmiņā, bija kritiska fundamentāliem atklājumiem par datoru teorētisko uzvedību. algoritmi . Tas ir, tādi jautājumi kā: Ko var / nevar aprēķināt? ir oficiāli uzrunāti, izmantojot šīs abstraktās idejas. Šie atklājumi radīja datorzinātņu jomu, kas pazīstama kā algoritmi un sarežģītība. Galvenā šīs jomas sastāvdaļa ir dažādu lietojumprogrammu piemērotu datu struktūru izpēte un izmantošana. Datu struktūras kopā ar optimālu algoritmu izstrādi datu ievietošanai, dzēšanai un izvietošanai šādās struktūrās ir galvenās datorzinātnieku rūpes, jo tās tik ļoti tiek izmantotas datoru programmatūrā, īpaši kompilatoros, operētājsistēmās, failu sistēmās, un meklētājprogrammas .
1960. gados magnētiskā diska atmiņas izgudrojums nodrošināja ātru piekļuvi datiem, kas atrodas patvaļīgā diska vietā. Šis izgudrojums izraisīja ne tikai gudrāk izstrādātas failu sistēmas, bet arī datu bāzē un informācijas izguves sistēmas, kas vēlāk kļuva būtiskas, lai uzglabātu, izgūtu un pārsūtītu lielu daudzumu un plašu datu klāstu internetā. Šī datorzinātņu nozare ir pazīstama kā informācijas pārvaldība.
cik reizes notiek Mēness aptumsums
Vēl viens datorzinātņu pētījumu ilgtermiņa mērķis ir tādu skaitļošanas mašīnu un robotu ierīču izveide, kas var veikt uzdevumus, kas parasti tiek uzskatīti par nepieciešamiem cilvēka inteliģence . Šādi uzdevumi ietver pārvietošanos, redzēšanu, dzirdēšanu, runāšanu, dabiskās valodas izpratni, domāšanu un pat izstādīšanu cilvēks emocijas. Intelektuālo sistēmu informātikas joma, kas sākotnēji bija pazīstama kā mākslīgais intelekts (AI), faktiski pirms pirmās elektroniska datori 1940. gados, kaut arī šis termins mākslīgais intelekts tika izdomāts tikai 1956. gadā.
Trīs attīstība skaitļošanas jomā 21. gadsimta sākumā - mobilā skaitļošana, klienta-servera skaitļošana un datoru uzlaušana - veicināja trīs jaunu jomu rašanos datorzinātnēs: uz platformām balstīta attīstība, paralēla un izplatīta skaitļošana, kā arī drošība un informācija apdrošināšana . Uz platformas balstīta attīstība ir mobilo ierīču, to operētājsistēmu un lietojumprogrammu īpašo vajadzību izpēte. Paralēlā un sadalītā skaitļošana attiecas uz tādu arhitektūru un programmēšanas valodu izstrādi, kas atbalsta tādu algoritmu izstrādi, kuru komponenti var darboties vienlaicīgi un asinhroni (nevis secīgi), lai labāk izmantotu laiku un telpu. Drošības un informācijas nodrošināšana attiecas uz skaitļošanas sistēmu un programmatūras projektēšanu, kas aizsargā datoru integritāte datu drošību, kā arī to personu privātumu, kurām šie dati ir raksturīgi.
Visbeidzot, īpaša datorzinātņu problēma visā tās vēsturē ir unikālā sabiedrības ietekme, kas pavada datorzinātnes pētījumus un tehnoloģiskos sasniegumus. Līdz ar interneta parādīšanos 1980. gados, piemēram, programmatūras izstrādātājiem bija jārisina svarīgi jautājumi, kas saistīti ar informācijas drošību, personas privātumu un sistēmas uzticamību. Turklāt jautājums par to, vai datoru programmatūra ir intelektuāls īpašums un ar to saistītais jautājums Kam tas pieder? radīja pilnīgi jaunu licencēšanas un licencēšanas standartu juridisko jomu, kas attiecās uz programmatūru un ar to saistīto artefakti . Šīs un citas bažas veido pamatu sociālajiem un profesionālajiem datorzinātņu jautājumiem, un tās parādās gandrīz visās pārējās iepriekš identificētajās jomās.
Tātad, apkopojot, informātikas disciplīna ir attīstījusies šādās 15 atšķirīgās jomās:
Datorzinātnei joprojām ir spēcīgas matemātiskās un inženiertehniskās saknes. Datorzinātņu bakalaura, maģistra un doktora grāda programmas regulāri piedāvā pēckolas akadēmiskās iestādes, un šīs programmas prasa studentiem pabeigt atbilstošus matemātikas un inženierzinātņu kursus, atkarībā no viņu fokusa jomas. Piemēram, visiem datorzinātņu bakalaura grādiem ir jāmācās diskrēta matemātika (loģika, kombinatorika un elementāru grafu teorija). Daudzās programmās studentiem arī jāapgūst kursi aprēķins , statistiku , skaitliskā analīze, fizika un inženierijas principi studiju sākumā.
