Изобразите состав программного обеспечения современного компьютера в виде графика

Обновлено: 21.11.2024

Компьютер — это удивительно полезная универсальная технология, до такой степени, что теперь камеры, телефоны, термостаты и многое другое превратились в маленькие компьютеры. В этом разделе будут представлены основные части и темы работы компьютерного оборудования. «Оборудование» — это физические части компьютера, а «программное обеспечение» — код, работающий на компьютере.

Чипы и транзисторы

Транзистор — жизненно важный электронный блок.
—Транзисторы являются «твердотельными» — в них нет движущихся частей.
— Одно из самых важных изобретений в истории.
— «Переключатель», который мы можем включить. /выключено электрическим сигналом
Кремниевый чип – кусочек кремния размером с ноготь.
Микроскопические транзисторы выгравированы на кремниевых чипах
Чипы могут содержать миллиарды транзисторов.
Чипсы упакованы в пластик с металлическими ножками.
напр. Микросхемы ЦП, микросхемы памяти, флэш-чипы
Силикон (металлоид) и силикон (мягкое вещество на кухонной утвари)

Вот кремниевый чип в пластиковой упаковке. Я вытащил это из кучи электронных отходов в здании Stanford CS, так что, наверное, оно старое. Это небольшой чип с несколькими «контактами» электрического соединения. Позже мы увидим более крупный чип с сотнями контактов.

Внутри пластиковой упаковки находится кремниевый чип размером с ноготь с выгравированными на его поверхности транзисторами и другими компонентами. Крошечные провода соединяют чип с внешним миром. (лицензия CC, атрибуция на шареалке 3. пользователь википедии Zephyris)

В современных компьютерах используются крошечные электронные компоненты, которые можно выгравировать на поверхности кремниевого чипа. (См.: чип из Википедии) Обратите внимание, что кремний (микросхемы, солнечные панели) и силикон (мягкий резиновый материал) — это разные вещи!

Самым распространенным электронным компонентом является "транзистор", который работает как усилительный клапан для потока электронов. Транзистор является «твердотельным» устройством, то есть в нем нет движущихся частей. Это основной строительный блок, используемый для создания более сложных электронных компонентов. В частности, «бит» (ниже) можно построить с компоновкой из 5 транзисторов. Транзистор был изобретен в начале 1950-х годов, заменив вакуумную лампу. С тех пор транзисторы становились все меньше и меньше, что позволяло размещать все больше и больше их на кремниевом чипе.

Закон Мура

Транзисторы становятся в 2 раза меньше примерно каждые 2 года
– иногда указывается срок службы около 18 месяцев.
Может вместить в два раза больше транзисторов на чип
Из-за более совершенной технологии травления чипов
-Но современный завод по производству чипов стоит более 1 миллиарда долларов
Наблюдение против научного "закона"
2 эффекта:
а. чипы удваивают емкость каждые 2 года
-скорость не удваивается, емкость удваивается, что все еще очень полезно
б. или при неизменной емкости чипы становятся меньше и дешевле каждые 2 года.
(б) вот почему компьютеры теперь используются в автомобилях, термостатах и поздравительных открытках.
Пример: емкость MP3-плеера 50 долларов США каждые 2 года: 2 ГБ, 4 ГБ, 8 ГБ, 16 ГБ.
Практическое правило: увеличение емкости в 8 раз каждые 6 лет.
В 8 раз за 6 лет емкость вашего телефона может увеличиться в 8 раз
Вероятно, закон Мура не будет действовать вечно

Закон Мура (Гордон Мур, соучредитель Intel) гласит, что плотность транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года (иногда указывается каждые 18 месяцев). Увеличение связано с улучшением технологии производства чипов. Это не научный закон, а просто общее предсказание, которое, кажется, продолжает работать. В более широком смысле он отражает идею о том, что на доллар компьютерные технологии (не только транзисторы) с течением времени становятся лучше в геометрической прогрессии. Это совершенно ясно, если вы посмотрите на стоимость или возможности компьютеров/камер и т. д., которые у вас есть. Закон Мура приводит к появлению более мощных компьютеров (сравните возможности iPhone 7 и оригинального iPhone), а также к более дешевым компьютерам (компьютеры с меньшими возможностями появляются повсюду, например, в термостатах и автомобилях).

Компьютеры в жизни: системы управления

Система управления: реагирует на внешнее состояние
напр. автомобильный двигатель: изменяйте топливную смесь в зависимости от температуры
напр. сработала подушка безопасности при больших перегрузках от столкновения
Чипы — отличный и дешевый способ создания систем управления.
Докомпьютерные системы управления работали не так хорошо
Одна из причин, почему сегодня автомобили работают намного лучше

Система управления / Демонстрация фонарика Мура

У фонарика Maglite XL200 есть фишка
Пример системы управления
Закон Мура делает возможным такое применение чипа
Фонарик преобразует угловое положение в яркость. (1 клик)
Также есть угол для режима скорости моргания. (2 клика)

Компьютерное оборудование — ЦП, ОЗУ и постоянное хранилище

Теперь давайте поговорим о трех основных компонентах, из которых состоит компьютер: ЦП, ОЗУ и постоянном хранилище. Эти три компонента есть на всех компьютерах: ноутбуках, смартфонах и планшетах.

1. ЦП

ЦП – центральный процессор
Действует как мозг: следует инструкциям в коде.
"общее" — изображения, работа в сети, математика... все на ЦП
Выполняет вычисления, например. добавить два числа
по сравнению с ОЗУ и постоянное хранилище, в которых только хранятся данные
"гигагерц" = 1 миллиард операций в секунду
ЦП с частотой 2 ГГц выполняет 2 миллиарда операций в секунду.

ЦП — центральный процессор — неизбежно называют "мозгом" компьютера. ЦП выполняет активный «запуск» кода, манипулируя данными, в то время как другие компоненты играют более пассивную роль, например, хранят данные. Когда мы говорим, что компьютер может «складывать два числа миллиард раз в секунду»… это процессор. Когда вы нажимаете кнопку «Выполнить», ЦП в конечном итоге «запускает» ваш код. Позже мы дополним картину того, как ваш код Javascript выполняется процессором.

Кроме того: "ядра" процессора

Современные чипы ЦП имеют несколько ядер.
Каждое ядро является полунезависимым процессором.
Ключ: 4 ядра не в 4 раза быстрее, чем 1 ядро.
т.е. 4 машины не доставят вас туда быстрее, чем 1 машина
Убывающая отдача
Более 4 ядер часто бесполезны

Примеры ЦП

напр. Кнопка "Выполнить" — "распечатать информацию", посчитать.
напр. Отправить текстовое сообщение — отформатировать байты, отправить байты, проверить, что они были отправлены

Вариант CPU: GPU — графический процессор

Подобен процессору, но предназначен для обработки изображений.
Компьютерные игры активно используют GPU
Современные ЦП в большинстве случаев достаточно быстры, больше энергии уходит на ГП.

2. ОЗУ

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
Действует как доска.
Временное рабочее хранилище, байты
ОЗУ хранит как код, так и данные (временно)
напр. открыть изображение в Photoshop
- данные изображения загружаются в байты оперативной памяти
напр. добавление 2 к числу в калькуляторе
- управление байтами в оперативной памяти
"постоянная"
-ОЗУ не является постоянной. Состояние исчезает при выключении питания
-e.g. Вы работаете над документом, затем отключается питание, и вы теряете свою работу (вместо "Сохранить")

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или просто «память». Оперативная память — это оперативная память, которую компьютер использует для хранения кода и данных, которые активно используются. ОЗУ фактически является областью хранения байтов под управлением ЦП. Оперативная память относительно быстра и способна извлекать значение любого конкретного байта за несколько наносекунд (1 наносекунда составляет 1 миллиардную долю секунды). Другая важная особенность ОЗУ заключается в том, что оно сохраняет свое состояние только до тех пор, пока на него подается питание — ОЗУ не является «постоянным» хранилищем.

Предположим, вы работаете на своем компьютере, и он внезапно теряет питание, и экран гаснет. Вы понимаете, что то, над чем вы работали, пропало. Оперативная память была очищена, осталось только то, что вы в последний раз сохранили на диск (ниже).

Примеры оперативной памяти

В вашем браузере открыто много вкладок
– данные для каждой вкладки находятся в оперативной памяти
Выполняется программа
- код программы находится в оперативной памяти
Программа манипулирует большим изображением
- данные изображения находятся в оперативной памяти
напр. у вас может закончиться оперативная память — вы не сможете открыть новую вкладку или программу, потому что вся оперативная память занята
Кроме того, теперь телефоны имеют от 2 до 4 ГБ ОЗУ . достаточно для большинства целей

3. Постоянное хранилище: жесткий диск, флэш-накопитель

Постоянное хранение байтов
"Постоянный" означает сохранение, даже если питание отключено.
напр. Жесткий диск — хранит байты в виде магнитного узора на вращающемся диске.
— также известный как «жесткий диск».
— Высокий звук вращения, который вы, возможно, слышали.
Жесткие диски долгое время были основной технологией постоянного хранения данных.
НО сейчас Flash становится все более популярным.

Видео о том, как работает жесткий диск (Webm — открытый стандартный видеоформат, работает в Firefox и Chrome). 4:30 в видео, чтобы увидеть чтение/запись битов.

Постоянное хранилище, новая технология: флэш-память

«Флэш-память» – это транзисторная технология постоянного хранения данных.
«твердотельное состояние» – отсутствие движущихся частей. -aka "SSD": твердотельный накопитель
Флэш-память лучше жесткого диска во всех отношениях, но стоит дешевле: быстрее, надежнее, потребляет меньше энергии.
Флэш дороже в пересчете на байт.
Форматы: USB-ключ, SD-карта в камере, флэш-память, встроенная в телефон, планшет или компьютер.
Раньше флэш-память была очень дорогой, поэтому в большинстве компьютеров использовались жесткие диски.
Flash дешевеет (закон Мура)
Однако в пересчете на байт жесткие диски по-прежнему значительно дешевле.
Не путать с проприетарным мультимедийным форматом Adobe Flash.
Предупреждение: флэш-память не сохраняется вечно. Он может не хранить биты за последние 10 или 20 лет. Никто точно не знает

Постоянное хранилище — долговременное хранилище байтов в виде файлов и папок. Постоянный означает, что байты сохраняются даже при отключении питания. Ноутбук может использовать вращающийся жесткий диск (также известный как «жесткий диск») для постоянного хранения файлов. Или он может использовать «флэш-накопитель», также известный как твердотельный диск (SSD), для хранения байтов на флэш-чипах. Жесткий диск считывает и записывает магнитные узоры на вращающемся металлическом диске для хранения байтов, в то время как флэш-память является «твердотельной»: никаких движущихся частей, только кремниевые чипы с крошечными группами электронов для хранения байтов. В любом случае хранилище является постоянным, т. е. сохраняет свое состояние даже при отключении питания.

Флэш-накопитель работает быстрее и потребляет меньше энергии, чем жесткий диск. Однако в пересчете на байт флэш-память значительно дороже, чем хранилище на жестком диске. Flash дешевеет, поэтому может занять нишу за счет жестких дисков. Флэш-память намного медленнее, чем оперативная память, поэтому она не является хорошей заменой оперативной памяти. Обратите внимание, что Adobe Flash — это несвязанное понятие; это проприетарный медиаформат.

Флэш-память — это то, что лежит в основе USB-накопителей, SD-карт для использования в камерах или встроенной памяти в планшете или телефоне.

Файловая система

Как организованы байты в постоянном хранилище?
напр. Байты на флешке?
"Файловая система" – организация байтов постоянного хранилища, файлов и папок.
"Файл" — имя, дескриптор блока байтов.
напр. "flowers.jpg" означает 48 КБ данных изображения.

Жесткий диск или флэш-накопитель обеспечивает постоянное хранение в виде плоской области байтов без особой структуры. Обычно жесткий диск или флэш-диск отформатированы с использованием «файловой системы», которая организует байты в знакомый шаблон файлов и каталогов, где каждый файл и каталог имеют несколько полезное имя, например «resume.txt». Когда вы подключаете диск к компьютеру, компьютер представляет файловую систему диска пользователю, позволяя ему открывать файлы, перемещать файлы и т. д.

По сути, каждый файл в файловой системе относится к блоку байтов, поэтому имя «flowers.jpg» относится к блоку 48 КБ байтов, которые являются данными этого изображения. Фактически файловая система дает пользователю имя (и, возможно, значок) для блока байтов данных и позволяет пользователю выполнять операции с этими данными, например перемещать их, копировать или открывать с помощью программы. Файловая система также отслеживает информацию о байтах: их количество, время последнего изменения.

Microsoft использует проприетарную файловую систему NTFS, а Mac OS X имеет собственный эквивалент HFS+ от Apple. Многие устройства (камеры, MP3-плееры) используют на своих флеш-картах очень старую файловую систему Microsoft FAT32. FAT32 — старая и примитивная файловая система, но она хороша там, где важна широкая поддержка.

Примеры постоянного хранилища

Это легко понять, так как вы использовали файлы и файловые системы.
напр. 100 отдельных видеофайлов по 1 ГБ. Требуется 100 ГБ дискового пространства.

Изображения оборудования

Ниже представлены изображения недорогих компьютеров Shuttle с процессором 1,8 ГГц, 512 МБ ОЗУ и жестким диском на 160 ГБ. Примерно в 2008 году он стоил около 200 долларов США. Он сломался и стал классным примером.

Материнская плата
Металлический пакет ЦП, удерживаемый рычагом
Медный радиатор

Чип процессора в металлическом корпусе
Радиатор удален.
Низ упаковки... много соединений (маленькие провода)

Если перевернуть ЦП, видны маленькие позолоченные накладки в нижней части ЦП. Каждая контактная площадка соединена очень тонким проводом с точкой на кремниевом чипе.

Вот изображение другого чипа, но без верхней упаковки. Вы видите кремниевый чип размером с мизинец в центре с выгравированными на нем крошечными деталями транзистора. На краю чипа видны очень тонкие провода, соединяющие части чипа с внешними контактными площадками (лицензия CC, атрибуция 3. пользователь википедии Zephyris)

Карта оперативной памяти
Подключается к материнской плате
Карта на 512 МБ (4 чипа)

Оперативная память состоит из нескольких микросхем, объединенных в небольшую плату, известную как DIMM, которая вставляется в материнскую плату (модуль памяти с двумя встроенными разъемами).Здесь мы видим модуль RAM DIMM, извлеченный из разъема материнской платы. Это модуль DIMM емкостью 512 МБ, состоящий из 4 микросхем. Несколькими годами ранее этот модуль DIMM мог потребовать 8 микросхем для хранения 512 МБ. Закон Мура в действии.

Жесткий диск объемом 160 ГБ (постоянное хранилище)
т.е. постоянный
Подключается к материнской плате стандартным кабелем SATA.

Флэш-накопитель (другой тип постоянного хранилища)
т.е. постоянный
Содержит флэш-чип, твердотельный.
SD-карта, аналогичная идея

Здесь он разобран, показывая флэш-чип, который фактически хранит байты. Этот чип может хранить около 1 миллиарда бит... сколько это байтов? (A: 8 бит на байт, то есть около 125 МБ)

Вот "SD-карта", которая обеспечивает хранение в камере. Он очень похож на флешку, только другой формы.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

Компьютер — это машина, которая может хранить и обрабатывать информацию. Большинство компьютеров полагаются на двоичную систему, в которой используются две переменные, 0 и 1, для выполнения таких задач, как хранение данных, расчет алгоритмов и отображение информации. Компьютеры бывают разных форм и размеров: от карманных смартфонов до суперкомпьютеров весом более 300 тонн.

Многим людям на протяжении всей истории приписывают разработку ранних прототипов, которые привели к созданию современного компьютера. Во время Второй мировой войны физик Джон Мочли, инженер Дж. Преспер Эккерт-младший и их коллеги из Пенсильванского университета разработали первый программируемый электронный цифровой компьютер общего назначения — электронный числовой интегратор и компьютер (ENIAC).

По состоянию на ноябрь 2021 года самым мощным компьютером в мире является японский суперкомпьютер Fugaku, разработанный компаниями RIKEN и Fujitsu. Он использовался для моделирования симуляций COVID-19.

Популярные современные языки программирования, такие как JavaScript и Python, работают с несколькими формами парадигм программирования. Функциональное программирование, использующее математические функции для получения выходных данных на основе введенных данных, является одним из наиболее распространенных способов использования кода для предоставления инструкций для компьютера.

Самые мощные компьютеры могут выполнять чрезвычайно сложные задачи, такие как моделирование экспериментов с ядерным оружием и прогнозирование изменения климата. Разработка квантовых компьютеров, машин, способных выполнять большое количество вычислений посредством квантового параллелизма (полученного из суперпозиции), позволит выполнять еще более сложные задачи.

Способность компьютера обретать сознание — широко обсуждаемая тема. Некоторые утверждают, что сознание зависит от самосознания и способности мыслить, а это означает, что компьютеры обладают сознанием, потому что они распознают свое окружение и могут обрабатывать данные. Другие считают, что человеческое сознание никогда не может быть воспроизведено физическими процессами. Прочитайте точку зрения одного исследователя.

компьютер, устройство для обработки, хранения и отображения информации.

Компьютер когда-то означал человека, выполняющего вычисления, но теперь этот термин почти повсеместно относится к автоматизированному электронному оборудованию. Первый раздел этой статьи посвящен современным цифровым электронным компьютерам, их конструкции, составным частям и приложениям. Второй раздел посвящен истории вычислительной техники. Подробную информацию об архитектуре компьютера, программном обеспечении и теории см. в см. информатике.

Основы вычислений

Первые компьютеры использовались в основном для численных расчетов. Однако, поскольку любая информация может быть закодирована в числовом виде, люди вскоре поняли, что компьютеры способны обрабатывать информацию общего назначения. Их способность обрабатывать большие объемы данных расширила диапазон и точность прогнозов погоды. Их скорость позволяет им принимать решения о маршрутизации телефонных соединений через сеть и управлять механическими системами, такими как автомобили, ядерные реакторы и роботизированные хирургические инструменты. Они также достаточно дешевы, чтобы их можно было встроить в бытовые приборы и сделать сушилки для белья и рисоварки «умными». Компьютеры позволили нам ставить вопросы и отвечать на них, на которые раньше нельзя было ответить. Эти вопросы могут касаться последовательностей ДНК в генах, моделей поведения на потребительском рынке или всех случаев употребления слова в текстах, хранящихся в базе данных. Компьютеры все чаще могут обучаться и адаптироваться во время работы.

Компьютеры также имеют ограничения, некоторые из которых носят теоретический характер.Например, существуют неразрешимые утверждения, истинность которых не может быть определена в рамках заданного набора правил, таких как логическая структура компьютера. Поскольку не может существовать универсального алгоритмического метода для идентификации таких утверждений, компьютер, которому нужно получить истинность такого утверждения, будет (если его принудительно не прервать) продолжать работу бесконечно — состояние, известное как «проблема остановки». (См. Машина Тьюринга.) Другие ограничения отражают современные технологии. Человеческий разум способен распознавать пространственные структуры — например, легко различать человеческие лица, — но это сложная задача для компьютеров, которые должны обрабатывать информацию последовательно, а не схватывать детали в целом с первого взгляда. Еще одна проблемная область для компьютеров связана с взаимодействием на естественном языке. Поскольку в обычном человеческом общении предполагается так много общих знаний и контекстуальной информации, исследователям еще предстоит решить проблему предоставления релевантной информации универсальным программам на естественном языке.

Аналоговые компьютеры

Аналоговые компьютеры используют непрерывные физические величины для представления количественной информации. Сначала они представляли величины с помощью механических компонентов (см. дифференциальный анализатор и интегратор), но после Второй мировой войны стали использоваться напряжения; к 1960-м годам цифровые компьютеры в значительной степени заменили их. Тем не менее аналоговые компьютеры и некоторые гибридные цифро-аналоговые системы продолжали использоваться в течение 1960-х годов для решения таких задач, как моделирование самолетов и космических полетов.

Одним из преимуществ аналоговых вычислений является то, что спроектировать и построить аналоговый компьютер для решения одной задачи может быть относительно просто. Другое преимущество заключается в том, что аналоговые компьютеры часто могут представлять и решать проблему в «реальном времени»; то есть вычисления выполняются с той же скоростью, что и моделируемая им система. Их основные недостатки заключаются в том, что аналоговые представления имеют ограниченную точность — обычно несколько знаков после запятой, но меньше в сложных механизмах, — а устройства общего назначения дороги и их нелегко запрограммировать.

Цифровые компьютеры

В отличие от аналоговых компьютеров, цифровые компьютеры представляют информацию в дискретной форме, как правило, в виде последовательностей нулей и единиц (двоичных цифр или битов). Современная эра цифровых компьютеров началась в конце 1930-х — начале 1940-х годов в США, Великобритании и Германии. В первых устройствах использовались переключатели, управляемые электромагнитами (реле). Их программы хранились на перфоленте или картах, и у них было ограниченное внутреннее хранилище данных. Исторические события см. см. в разделе Изобретение современного компьютера.

Мейнфрейм

В 1950-х и 60-х годах Unisys (производитель компьютера UNIVAC), International Business Machines Corporation (IBM) и другие компании производили большие и дорогие компьютеры все большей мощности. Они использовались крупными корпорациями и государственными исследовательскими лабораториями, как правило, в качестве единственного компьютера в организации. В 1959 году компьютер IBM 1401 сдавался в аренду за 8000 долларов в месяц (ранние машины IBM почти всегда сдавались в аренду, а не продавались), а в 1964 году самый большой компьютер IBM S/360 стоил несколько миллионов долларов.

Эти компьютеры стали называться мейнфреймами, хотя этот термин не стал общепринятым, пока не были построены компьютеры меньшего размера. Мэйнфреймы характеризовались наличием (для своего времени) больших объемов памяти, быстрых компонентов и мощных вычислительных возможностей. Они были очень надежны, и, поскольку они часто обслуживали жизненно важные потребности в организации, они иногда разрабатывались с избыточными компонентами, которые позволяли им выдерживать частичные отказы. Поскольку это были сложные системы, ими управлял штат системных программистов, которые одни имели доступ к компьютеру. Другие пользователи отправили «пакетные задания» для запуска на мэйнфрейме по одному.

Такие системы остаются важными и сегодня, хотя они больше не являются единственным или даже основным центральным вычислительным ресурсом организации, которая обычно имеет сотни или тысячи персональных компьютеров (ПК). В настоящее время мейнфреймы обеспечивают хранение данных большой емкости для серверов Интернета или, благодаря методам разделения времени, они позволяют сотням или тысячам пользователей одновременно запускать программы. Из-за их текущих ролей эти компьютеры теперь называются серверами, а не мейнфреймами.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

Информатика — это изучение компьютеров и вычислений, а также их теоретических и практических приложений.Информатика применяет принципы математики, инженерии и логики во множестве функций, включая формулирование алгоритмов, разработку программного и аппаратного обеспечения и искусственный интеллект.

Самые влиятельные ученые-компьютерщики – Алан Тьюринг, взломщик кодов времен Второй мировой войны, которого обычно называют "отцом современных вычислений"; Тим Бернерс-Ли, изобретатель Всемирной паутины; Джон Маккарти, изобретатель языка программирования LISP и пионер искусственного интеллекта; и Грейс Хоппер, офицер ВМС США и ключевая фигура в разработке первых компьютеров, таких как UNIVAC I, а также в разработке компилятора языка программирования.

Информатика применяется в широком спектре дисциплин, включая моделирование последствий изменения климата и вируса Эбола, создание произведений искусства и визуализацию с помощью графического рендеринга, а также моделирование человеческого интерфейса с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения.< /p>

Разработка видеоигр основана на принципах информатики и программирования. Современный рендеринг графики в видеоиграх часто использует передовые методы, такие как трассировка лучей, для обеспечения реалистичных эффектов. Развитие дополненной реальности и виртуальной реальности также расширило спектр возможностей разработки видеоигр.

Многие университеты по всему миру предлагают программы обучения основам теории информатики и применениям компьютерного программирования. Кроме того, распространенность онлайн-ресурсов и курсов позволяет многим людям самостоятельно изучать более практические аспекты информатики (такие как программирование, разработка видеоигр и дизайн приложений).

информатика, изучение компьютеров и вычислений, включая их теоретические и алгоритмические основы, аппаратное и программное обеспечение, а также их использование для обработки информации. Дисциплина информатики включает изучение алгоритмов и структур данных, проектирование компьютеров и сетей, моделирование данных и информационных процессов, а также искусственный интеллект. Информатика черпает некоторые из своих основ из математики и инженерии и поэтому включает в себя методы из таких областей, как теория массового обслуживания, вероятность и статистика, а также проектирование электронных схем. Информатика также широко использует проверку гипотез и экспериментирование при концептуализации, проектировании, измерении и уточнении новых алгоритмов, информационных структур и компьютерных архитектур.

Информатика считается частью семейства пяти отдельных, но взаимосвязанных дисциплин: компьютерная инженерия, информатика, информационные системы, информационные технологии и разработка программного обеспечения. Это семейство стало известно под общим названием компьютерной дисциплины. Эти пять дисциплин взаимосвязаны в том смысле, что компьютеры являются объектом их изучения, но они разделены, поскольку каждая из них имеет свою собственную исследовательскую перспективу и учебную направленность. (С 1991 года Ассоциация вычислительной техники [ACM], Компьютерное общество IEEE [IEEE-CS] и Ассоциация информационных систем [AIS] сотрудничают в разработке и обновлении таксономии этих пяти взаимосвязанных дисциплин и руководств, которые образовательные учреждения использовать во всем мире для своих программ бакалавриата, магистратуры и исследовательских программ.)

Основные разделы информатики включают традиционное изучение компьютерной архитектуры, языков программирования и разработки программного обеспечения. Однако они также включают вычислительную науку (использование алгоритмических методов для моделирования научных данных), графику и визуализацию, взаимодействие человека и компьютера, базы данных и информационные системы, сети, а также социальные и профессиональные проблемы, которые являются уникальными для практики информатики. . Как может быть очевидно, некоторые из этих подполей пересекаются по своей деятельности с другими современными областями, такими как биоинформатика и вычислительная химия. Эти совпадения являются следствием склонности ученых-компьютерщиков признавать многочисленные междисциплинарные связи в своей области и действовать в соответствии с ними.

Развитие информатики

Информатика возникла как самостоятельная дисциплина в начале 1960-х годов, хотя электронный цифровой компьютер, являющийся объектом ее изучения, был изобретен на два десятилетия раньше. Корни информатики лежат в основном в смежных областях математики, электротехники, физики и информационных систем управления.

Математика является источником двух ключевых концепций разработки компьютеров — идеи о том, что вся информация может быть представлена в виде последовательности нулей и единиц, и абстрактного понятия «хранимой программы». В двоичной системе счисления числа представляются последовательностью двоичных цифр 0 и 1 точно так же, как числа в знакомой нам десятичной системе представляются цифрами от 0 до 9. Относительная легкость, с которой два состояния (например,, высокое и низкое напряжение) могут быть реализованы в электрических и электронных устройствах, что естественным образом привело к тому, что двоичная цифра или бит стали основной единицей хранения и передачи данных в компьютерной системе.

Электротехника обеспечивает основы проектирования цепей, а именно идею о том, что электрические импульсы, поступающие в цепь, можно комбинировать с помощью булевой алгебры для получения произвольных выходных сигналов. (Булева алгебра, разработанная в 19 веке, предоставила формализм для проектирования схемы с двоичными входными значениями нулей и единиц [ложь или истина, соответственно, в терминологии логики], чтобы получить любую желаемую комбинацию нулей и единиц на выходе.) Изобретение транзистора и миниатюризация схем, а также изобретение электронных, магнитных и оптических носителей для хранения и передачи информации стали результатом достижений электротехники и физики.

Информационные системы управления, первоначально называвшиеся системами обработки данных, предоставили ранние идеи, на основе которых развились различные концепции информатики, такие как сортировка, поиск, базы данных, поиск информации и графические пользовательские интерфейсы. В крупных корпорациях размещались компьютеры, на которых хранилась информация, необходимая для ведения бизнеса: начисление заработной платы, бухгалтерский учет, управление запасами, контроль производства, отгрузка и получение.

Теоретическая работа над вычислительностью, начавшаяся в 1930-х годах, обеспечила необходимое распространение этих достижений на проектирование целых машин; важной вехой стала спецификация машины Тьюринга (теоретическая вычислительная модель, которая выполняет инструкции, представленные в виде последовательности нулей и единиц) в 1936 году британским математиком Аланом Тьюрингом и его доказательство вычислительной мощности модели. Еще одним прорывом стала концепция компьютера с хранимой в памяти программой, которую обычно приписывают американскому математику венгерского происхождения Джону фон Нейману. Это истоки области информатики, которая позже стала известна как архитектура и организация.

В 1950-х годах большинство пользователей компьютеров работали либо в научно-исследовательских лабораториях, либо в крупных корпорациях. Первая группа использовала компьютеры для выполнения сложных математических расчетов (например, траектории ракет), в то время как вторая группа использовала компьютеры для управления большими объемами корпоративных данных (например, платежных ведомостей и запасов). Обе группы быстро поняли, что писать программы на машинном языке нулей и единиц непрактично и ненадежно. Это открытие привело к разработке языка ассемблера в начале 1950-х годов, который позволяет программистам использовать символы для инструкций (например, ADD для сложения) и переменных (например, X). Другая программа, известная как ассемблер, переводила эти символические программы в эквивалентную двоичную программу, шаги которой компьютер мог выполнять или «выполнять».

Другие элементы системного программного обеспечения, известные как связывающие загрузчики, были разработаны для объединения фрагментов собранного кода и загрузки их в память компьютера, где они могли выполняться. Концепция связывания отдельных фрагментов кода была важна, поскольку позволяла повторно использовать «библиотеки» программ для выполнения общих задач. Это был первый шаг в развитии области компьютерных наук, называемой разработкой программного обеспечения.

Позже, в 1950-х годах, язык ассемблера оказался настолько громоздким, что разработка языков высокого уровня (более близких к естественным языкам) стала поддерживать более простое и быстрое программирование. FORTRAN стал основным языком высокого уровня для научного программирования, а COBOL стал основным языком для бизнес-программирования. Эти языки несли с собой потребность в другом программном обеспечении, называемом компилятором, которое переводит программы на языке высокого уровня в машинный код. По мере того, как языки программирования становились все более мощными и абстрактными, создание компиляторов, создающих высококачественный машинный код и эффективных с точки зрения скорости выполнения и использования памяти, стало сложной задачей в области информатики. Разработка и реализация языков высокого уровня лежит в основе области компьютерных наук, называемой языками программирования.

Расширение использования компьютеров в начале 1960-х послужило толчком к разработке первых операционных систем, которые состояли из системно-резидентного программного обеспечения, которое автоматически обрабатывало ввод и вывод, а также выполняло программы, называемые «заданиями». Потребность в более совершенных вычислительных методах привела к возрождению интереса к численным методам и их анализу, и эта деятельность распространилась настолько широко, что стала известна как вычислительная наука.

В 1970-х и 80-х годах появились мощные компьютерные графические устройства, как для научного моделирования, так и для других видов визуальной деятельности.(Компьютерные графические устройства были представлены в начале 1950-х годов с отображением грубых изображений на бумажных графиках и экранах электронно-лучевых трубок [ЭЛТ].) Дорогое оборудование и ограниченная доступность программного обеспечения не позволяли этой области расти до начала 1980-х годов, когда компьютерная память, необходимая для растровой графики (в которой изображение состоит из маленьких прямоугольных пикселей), стала более доступной. Технология растровых изображений вместе с экранами с высоким разрешением и разработкой графических стандартов, которые делают программное обеспечение менее зависимым от машин, привели к взрывному росту этой области. Поддержка всех этих видов деятельности превратилась в область информатики, известную как графика и визуальные вычисления.

С этой областью тесно связано проектирование и анализ систем, которые напрямую взаимодействуют с пользователями, выполняющими различные вычислительные задачи. Эти системы получили широкое распространение в 1980-х и 90-х годах, когда линейное взаимодействие с пользователями было заменено графическими пользовательскими интерфейсами (GUI). Дизайн графического пользовательского интерфейса, который впервые был разработан Xerox, а затем был подхвачен Apple (Macintosh) и, наконец, Microsoft (Windows), важен, поскольку он представляет собой то, что люди видят и делают, взаимодействуя с вычислительным устройством. Разработка подходящих пользовательских интерфейсов для всех типов пользователей превратилась в область информатики, известную как взаимодействие человека с компьютером (HCI).

Xerox Alto был первым компьютером, в котором для управления системой использовались графические значки и мышь — первый графический интерфейс пользователя (GUI).

Область компьютерной архитектуры и организации также претерпела значительные изменения с тех пор, как в 1950-х годах были разработаны первые компьютеры с хранимой в памяти программой. В 1960-х годах появились так называемые системы с разделением времени, позволяющие нескольким пользователям одновременно запускать программы с разных терминалов, жестко подключенных к компьютеру. В 1970-е годы были разработаны первые глобальные компьютерные сети (WAN) и протоколы для передачи информации на высоких скоростях между компьютерами, разделенными большими расстояниями. По мере развития этих видов деятельности они объединились в область компьютерных наук, называемую сетями и коммуникациями. Крупным достижением в этой области стало развитие Интернета.

Идея о том, что инструкции и данные могут храниться в памяти компьютера, имела решающее значение для фундаментальных открытий, касающихся теоретического поведения алгоритмов. То есть такие вопросы, как «Что можно/нельзя вычислить?» были официально рассмотрены с использованием этих абстрактных идей. Эти открытия положили начало области информатики, известной как алгоритмы и сложность. Ключевой частью этой области является изучение и применение структур данных, подходящих для различных приложений. Структуры данных, наряду с разработкой оптимальных алгоритмов для вставки, удаления и поиска данных в таких структурах, являются серьезной проблемой для ученых-компьютерщиков, поскольку они так интенсивно используются в компьютерном программном обеспечении, особенно в компиляторах, операционных системах, файловых системах и т. д. и поисковые системы.

В 1960-х годах изобретение накопителей на магнитных дисках обеспечило быстрый доступ к данным, расположенным в произвольном месте на диске. Это изобретение привело не только к более продуманным файловым системам, но и к развитию баз данных и систем поиска информации, которые позже стали необходимы для хранения, поиска и передачи больших объемов и разнообразных данных через Интернет. Эта область информатики известна как управление информацией.

Еще одной долгосрочной целью исследований в области компьютерных наук является создание вычислительных машин и роботизированных устройств, способных выполнять задачи, которые обычно считаются требующими человеческого интеллекта. К таким задачам относятся движение, зрение, слух, речь, понимание естественного языка, мышление и даже проявление человеческих эмоций. Область информатики интеллектуальных систем, первоначально известная как искусственный интеллект (ИИ), на самом деле возникла еще до появления первых электронных компьютеров в 1940-х годах, хотя термин искусственный интеллект появился только в 1956 году.

Три достижения в области вычислительной техники в начале 21 века — мобильные вычисления, клиент-серверные вычисления и взлом компьютеров – способствовали появлению трех новых областей компьютерных наук: разработка на основе платформ, параллельные и распределенные вычисления, и обеспечение безопасности и информации. Платформенная разработка — это изучение особых потребностей мобильных устройств, их операционных систем и их приложений. Параллельные и распределенные вычисления касаются разработки архитектур и языков программирования, которые поддерживают разработку алгоритмов, компоненты которых могут работать одновременно и асинхронно (а не последовательно), чтобы лучше использовать время и пространство.Безопасность и обеспечение информации связаны с проектированием вычислительных систем и программного обеспечения, которые защищают целостность и безопасность данных, а также конфиденциальность лиц, для которых эти данные характерны.

Наконец, особую озабоченность компьютерных наук на протяжении всей их истории вызывает уникальное общественное влияние, которое сопровождает исследования в области компьютерных наук и технологические достижения. Например, с появлением Интернета в 1980-х разработчикам программного обеспечения необходимо было решить важные вопросы, связанные с информационной безопасностью, личной конфиденциальностью и надежностью системы. Кроме того, вопрос о том, является ли программное обеспечение интеллектуальной собственностью, и связанный с ним вопрос «Кому оно принадлежит?» породила совершенно новую правовую область лицензирования и стандартов лицензирования, которые применялись к программному обеспечению и связанным с ним артефактам. Эти и другие проблемы составляют основу социальных и профессиональных проблем информатики, и они появляются почти во всех других областях, указанных выше.

Подводя итог, можно сказать, что дисциплина компьютерных наук превратилась в следующие 15 отдельных областей:

К популярным типам диаграмм относятся линейные графики, гистограммы, круговые диаграммы, точечные диаграммы и гистограммы. Графики — отличный способ визуализировать данные и отображать статистику. Например, гистограмма или диаграмма используются для отображения числовых данных, которые не зависят друг от друга.

Внедрение визуализации данных в ваши проекты очень важно при работе с числовой статистикой. Независимо от того, что вы создаете, визуальные эффекты для представления ваших данных могут значительно помочь вашей аудитории понять вашу точку зрения.

Но как узнать, какие типы графиков и диаграмм лучше всего подходят для вашей отрасли и вашей информации?

Независимо от того, пытаетесь ли вы визуализировать рост в отчете о продажах , представить демографические данные в презентации , поделиться отраслевой статистикой в инфографике или сделать что-то еще, вам понадобится простой способ продемонстрировать этот контент.

Поскольку мы понимаем, насколько сложно определить, какая именно диаграмма или график лучше всего подходят для визуализации ваших данных, мы составили список из 44 типов графиков, многие из которых можно создать прямо в Visme, чтобы помочь вы выходите.

Найдите свою отрасль, ознакомьтесь с доступными вариантами графика, затем нажмите кнопку под каждым шаблоном, чтобы начать вводить свои данные и настраивать дизайн для своего проекта.

44 типа графиков и диаграмм

Маркетинг

Линейные графики

Линейные диаграммы или линейные графики – это мощные визуальные инструменты, которые иллюстрируют тенденции в данных за определенный период времени или определенную корреляцию. Например, одна ось графика может представлять значение переменной, а другая ось часто отображает временную шкалу.

Каждое значение отображается на диаграмме, а затем точки соединяются для отображения тренда за сравниваемый промежуток времени. Несколько трендов можно сравнить, нанеся линии разных цветов.

Например, интерес к цифровому маркетингу с течением времени можно легко наглядно показать с помощью линейного графика. Просто нанесите каждое количество поисковых запросов на временную шкалу, чтобы увидеть тенденцию.

Гистограммы

Самый простой и понятный способ сравнения различных категорий – классическая гистограмма. Общепризнанный график представляет собой ряд столбцов разной длины.

Одна ось гистограммы показывает сравниваемые категории, а другая ось представляет значение каждой из них. Длина каждой полосы пропорциональна числовому значению или проценту, который она представляет.

Например, 4 доллара – прямоугольная полоса длиной четыре единицы, а 5 долларов – полоса длиной пять единиц. С одного взгляда зрители точно узнают, как разные предметы соотносятся друг с другом.

Гистограммы отлично подходят для визуального представления данных практически любого типа, но особенно важны они в сфере маркетинга. Графики идеально подходят для сравнения любых числовых значений, включая размеры групп, запасы, рейтинги и ответы на опросы.

Круговые диаграммы

Круговые диаграммы – это самый простой и эффективный визуальный инструмент для сравнения частей целого. Например, с помощью круговой диаграммы можно быстро и эффективно сравнить различные бюджетные ассигнования, сегменты населения или ответы на вопросы маркетинговых исследований.

Дизайнеры маркетингового контента часто используют круговые диаграммы для сравнения размеров сегментов рынка. Например, простая круговая диаграмма может наглядно показать, как самые популярные производители мобильных телефонов сравниваются в зависимости от размера их пользовательской базы.

Зрители могут быстро понять, что стоковые фотографии являются наиболее часто используемыми визуальными элементами в маркетинге, а оригинальная графика, например та, которую можно создать с помощью Visme, занимает второе место.

Мозаика или диаграммы Mekko

Простые линейные, гистограммы и круговые диаграммы — отличные инструменты для сравнения одной или двух переменных в нескольких категориях, но что произойдет, если вам нужно сравнить несколько переменных или несколько категорий одновременно?

Что, если все эти переменные не числовые? Мозаика — или мекко — диаграмма может быть лучшим выбором.

Возможно, например, рыночный аналитик хочет сравнить не только размеры различных рынков мобильных телефонов. Что, если вместо этого ему или ей потребуется сравнить размер пользовательской базы, а также возрастные группы внутри каждой группы?

Мозаичная диаграмма позволит указанному маркетологу наглядно и просто проиллюстрировать все переменные.

В приведенном выше примере на одной оси диаграммы представлены сравниваемые категории — производители мобильных телефонов, а на другой — различные возрастные диапазоны.

Размер и цвет каждого поперечного сечения диаграммы соответствует сегменту рынка, который он представляет, как показано в условных обозначениях диаграммы.

Пирамиды населения

Сегменты рынка часто делятся по возрасту и полу, и пирамида населения является идеальным визуальным представлением этих двух групп.

График обычно принимает форму пирамиды, когда популяция здорова и растет: самые большие группы — это самые молодые, и каждый пол сокращается примерно одинаково по мере старения населения, оставляя самые маленькие группы в верхней части графика. .

Пирамида населения, отклоняющаяся от своей классической формы, может указывать на неравномерность численности населения в определенный период, например голод или экономический бум, который привел к увеличению смертности или рождаемости.

Конечно, демографические пирамиды не всегда используются для сравнения населения по возрасту и, следовательно, не всегда принимают форму одноименного графика.

Например, маркетолог может использовать дизайн для сравнения населения по доходу, весу или IQ, в котором самые маленькие группы часто будут как в верхней, так и в нижней части. Несмотря на это, на графике четко показаны тенденции изменения численности населения, и при этом сравниваются размеры двух связанных групп.

Диаграммы пауков

Когда статистику необходимо визуально сравнить три или более количественных переменных, он может использовать лепестковую диаграмму, также известную как диаграмма-паук или звездная диаграмма.

Диаграмма обычно состоит из ряда радиусов, каждый из которых представляет отдельную категорию, которые расходятся от центральной точки наподобие спиц.

Длина каждой «спицы» пропорциональна сравниваемому значению. Для каждой категории спицы затем соединяются линией определенного рисунка или цвета, образуя звездообразную форму с точками, равными количеству категорий.

В результате получается графическое представление, которое может одновременно отображать тенденции и сравнивать категории.

Читайте также: