Какая информатика изучает методы представления компьютерного дизайна

Обновлено: 04.07.2024

Информатика и области, связанные с вычислительной техникой: что это такое и в чем разница?

Широкая общественность не понимает, что такое информатика (иногда называемая просто "вычислениями") и чем она отличается от смежных областей, связанных с вычислительной техникой, таких как информационные системы и вычислительная техника. Это разные области, с разными направлениями обучения и разными карьерами и карьерными перспективами. Важно, чтобы учащийся, планирующий заняться одной из этих областей, знал различия, чтобы он или она могли найти область, которая лучше всего соответствует его или ее способностям, интересам и карьерным целям.

На этой странице рассматривается вопрос "Что такое информатика?" и обсуждается ее место в наборе областей, связанных с информатикой, которые обычно называют "вычислениями".

Короткий ответ

Следующие краткие определения основаны на определениях, используемых профессиональными сообществами в соответствующих областях. Более подробное обсуждение представлено в следующем разделе.

Информатика – это изучение теории, проектирования, реализации и производительности компьютерного программного обеспечения и компьютерных систем, включая изучение вычислимости и самих вычислений.

Компьютерная инженерия связана с проектированием компьютерного оборудования и компьютерных устройств. В той степени, в которой CE включает программное обеспечение, это программное обеспечение, тесно взаимодействующее с оборудованием для встроенных систем и компьютерных устройств.

Информационные системы как область деятельности связаны с применением современных информационных технологий для решения современных проблем, как правило, в сфере бизнеса и других предприятий

Длинный ответ

В оставшейся части этой страницы будет дано более полное описание трех областей вычислительной техники, представленных в кампусе UMaine. Из этих трех информатика (CS) является самой старой и обширной. Действительно, информационные системы (ИС) можно рассматривать как производные от КС, а вычислительная техника (КЭ) сформировалась на стыке КС и электротехники.

Тот факт, что на самом деле существует три отдельных области, каждая из которых имеет свою область изучения, подтверждается как минимум тремя вещами. Во-первых, эти три области обычно изучаются отдельно в университетах по всей стране и, как правило, реализуются на разных факультетах. Во-вторых, у них есть отдельные профессиональные сообщества. Основным профессиональным обществом компьютерных наук является Ассоциация вычислительной техники (ACM). Основным профессиональным сообществом компьютерной инженерии является Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Для информационных систем основными обществами являются Ассоциация информационных систем (AIS) и Ассоциация специалистов по информационным технологиям (AITP). В-третьих, три поля должны соответствовать разным критериям аккредитации.

Лучше всего искать определения полей в информации, предоставленной самими профессиональными сообществами. Наиболее лаконично это изложено в различных документах, созданных в рамках совместного проекта обществ Computing Curricula 2001 (CC2001) (совместный проект IEEE и ACM с участием других профессиональных обществ). Приведенные ниже определения основаны на обзорном документе этого проекта: Computing Curricula 2005: The Overview Report (подготовлен Объединенной целевой группой по вычислительным программам 2005 г., совместный проект Ассоциации вычислительной техники, Ассоциации информационных систем и Компьютерной Общество IEEE, сентябрь 2005 г.). Это называется CC2005. Другие документы из этой серии также существуют и полезны для понимания различий между полями:

CS2001: Computing Curricula 2001: Computer Science, Объединенная рабочая группа по вычислительным программам, Компьютерное общество IEEE и Ассоциация вычислительной техники, декабрь 2001 г.
CE2004: Рекомендации по учебным программам для программ бакалавриата в области вычислительной техники: Отчет в серии учебных программ по вычислительной технике, Объединенная рабочая группа по учебным программам компьютерной инженерии, Компьютерное общество IEEE и Ассоциация вычислительной техники, декабрь 2004 г. Ассоциация вычислительной техники, Ассоциация информационных систем и Ассоциация специалистов по информационным технологиям, 2002 г.; часть проекта Computing Curricula 2001.

Еще один документ, SE2004, также существует для разработки программного обеспечения, но мы придерживаемся стандартной точки зрения, согласно которой разработка программного обеспечения может считаться частью информатики; это, безусловно, имеет место в этом кампусе, как и в крупных школах разработки программного обеспечения.

Для удобства CC2005 и другие документы доступны здесь.

Информатика

Компьютерная наука занимается изучением теории, дизайна, реализации и производительности компьютеров и компьютерного программного обеспечения, включая изучение вычислимости и самих вычислений. В CC2005 ACM и IEEE говорят:

Компьютерные науки охватывают широкий спектр: от теоретических и алгоритмических основ до передовых разработок в области робототехники, компьютерного зрения, интеллектуальных систем, биоинформатики и других интересных областей. Мы можем разделить работу ученых-компьютерщиков на три категории.

Они разрабатывают и внедряют программное обеспечение. Ученые-компьютерщики берутся за сложную работу по программированию. Они также контролируют других программистов, информируя их о новых подходах.
Они изобретают новые способы использования компьютеров. Прогресс в таких областях CS, как сеть, база данных и человеко-компьютерный интерфейс, способствовал развитию Всемирной паутины. Теперь исследователи CS работают с учеными из других областей, чтобы превратить роботов в практичных и умных помощников, использовать базы данных для создания новых знаний и использовать компьютеры для расшифровки секретов нашей ДНК.

Они разрабатывают эффективные способы решения вычислительных задач. Например, ученые-компьютерщики разрабатывают наилучшие возможные способы хранения информации в базах данных, отправки данных по сети и отображения сложных изображений. Их теоретический опыт позволяет им определять максимально возможную производительность, а изучение алгоритмов помогает им разрабатывать новые подходы, обеспечивающие более высокую производительность.

Информатика охватывает весь диапазон от теории до программирования. Учебные программы, отражающие эту широту, иногда критикуют за то, что они не готовят выпускников к конкретным профессиям. В то время как другие дисциплины могут дать выпускникам более актуальные для работы навыки, информатика предлагает всеобъемлющую основу, которая позволяет выпускникам адаптироваться к новым технологиям и новым идеям. [CC2005, с. 13]

В 2013 году была опубликована рекомендуемая учебная программа по компьютерным наукам, опубликованная в качестве Руководства по учебной программе для программ бакалавриата в области компьютерных наук, подготовленная Объединенной целевой группой по вычислительным учебным программам Ассоциации вычислительной техники (ACM) и IEEE Computer Society.

Компьютерная инженерия

Компьютерная инженерия, с другой стороны, связана с проектированием компьютерного оборудования и проектированием компьютерных устройств, но не с программными системами, общими вычислениями или общими вычислительными системами. ACM и IEEE в CC2005 говорят:

Компьютерная инженерия связана с проектированием и созданием компьютеров и компьютерных систем. Он включает в себя изучение аппаратного и программного обеспечения, коммуникаций и взаимодействия между ними. Его учебная программа сосредоточена на теориях, принципах и практике традиционной электротехники и математики и применяет их к проблемам проектирования компьютеров и компьютерных устройств. Студенты, изучающие компьютерную инженерию, изучают проектирование цифровых аппаратных систем, включая системы связи, компьютеры и устройства, содержащие компьютеры. Они изучают разработку программного обеспечения, уделяя особое внимание программному обеспечению для цифровых устройств и их интерфейсам с пользователями и другими устройствами. Исследование CE может делать упор на аппаратное обеспечение больше, чем на программное обеспечение, или может быть сбалансированный акцент. CE имеет сильный инженерный оттенок. В настоящее время доминирующей областью вычислительной техники являются встроенные системы, разработка устройств со встроенным программным и аппаратным обеспечением. Например, такие устройства, как сотовые телефоны, цифровые аудиоплееры, цифровые видеомагнитофоны, системы сигнализации, рентгеновские аппараты и лазерные хирургические инструменты, требуют интеграции аппаратного и встроенного программного обеспечения, и все они являются результатом компьютерной инженерии. [CC2005, с. 13]

Как сообщает Департамент ECE UMaine на своем веб-сайте:

Между CS и CE часто существует законное совпадение. Например, компьютерная архитектура довольно часто преподается и изучается как CE, так и CS, как это происходит в UMaine. Нейронные сети, компьютерное зрение и низкоуровневая робототехника, использующие в основном аппаратные или программно-аппаратные решения, также часто находятся в отделе CE, как это имеет место в UMaine. Дизайн СБИС, с другой стороны, было бы неразумно найти на кафедре информатики, и нельзя было бы ожидать найти базовые дисциплины информатики в CE или IS, такие как ИИ, графика и визуализация, высокопроизводительные вычисления (помимо из соображений аппаратного обеспечения), компьютерных сетей, систем баз данных (кроме приложений), разработки программного обеспечения и т. д.

Информационные системы

ACM и IEEE в CC2005 говорят:

Специалисты по информационным системам сосредоточены на интеграции решений в области информационных технологий и бизнес-процессов для удовлетворения информационных потребностей предприятий и других предприятий, что позволяет им достигать своих целей эффективным и действенным способом.Взгляд этой дисциплины на информационные технологии делает упор на информацию и рассматривает технологию как инструмент для создания, обработки и распространения информации. Профессионалов в этой дисциплине в первую очередь интересует информация, которую компьютерные системы могут предоставить, чтобы помочь предприятию в определении и достижении его целей, а также процессы, которые предприятие может внедрить или улучшить с помощью информационных технологий. […] Большинство программ информационных систем (ИС) находятся в бизнес-школах. Все степени IS сочетают в себе курс по бизнесу и информатике. Существует множество программ ИС под разными названиями, которые часто отражают характер программы. Например, программы по компьютерным информационным системам обычно имеют самую сильную технологическую направленность, в то время как программы по информационным системам управления делают акцент на организационных и поведенческих аспектах ИС. Названия программ на получение степени не всегда совпадают. [CC2005, стр. 14]

Другие связанные области

Новые медиа

Четвертая область в кампусе, New Media, вообще не является компьютерной дисциплиной, а скорее пересекается с вычислениями как пользователем компьютерных технологий:

Программа новых медиа Университета штата Мэн предлагает междисциплинарный курс обучения системам, технологиям, истории, дизайну и теории информации. Учебная программа позволяет студентам исследовать творческие и прикладные процессы, необходимые для этой области обучения. Он готовит студентов к технологическим способностям, ясному мышлению и творческим специалистам в области средств массовой информации. [Новые медиа UMaine]

Информационные технологии (ИТ)

Есть некоторая путаница в отношении другой, весьма прикладной области вычислительной техники, информационных технологий. (Обратите внимание, что «информационные технологии» (ИТ) здесь отличается по значению от термина, используемого в Стратегическом плане UMaine, где авторы в основном имеют в виду «вычисления».)

ACM и IEEE в CC2005 различают ИС и ИТ следующим образом. В то время как с точки зрения ИС основное внимание уделяется информации, технология рассматривается как инструмент для создания, обработки и распространения информации:

Информационные технологии делают акцент на самих технологиях больше, чем на информации, которую они передают. ИТ — это новая и быстро развивающаяся область, которая началась как ответ на практические повседневные потребности бизнеса и других организаций. Сегодня организации любого типа зависят от информационных технологий. Они должны иметь соответствующие системы на месте. Эти системы должны работать должным образом, быть безопасными, обновляться, обслуживаться и заменяться по мере необходимости. Сотрудникам всей организации требуется поддержка со стороны ИТ-специалистов, которые разбираются в компьютерных системах и их программном обеспечении и привержены решению любых проблем, связанных с компьютерами, которые у них могут возникнуть. Выпускники программ информационных технологий удовлетворяют эти потребности. Программы на получение степени в области информационных технологий возникли потому, что программы на получение степени в других компьютерных дисциплинах не производили достаточного количества выпускников, способных справиться с этими вполне реальными потребностями. ИТ-программы существуют для подготовки выпускников, которые обладают правильным сочетанием знаний и практического опыта, чтобы заботиться как об инфраструктуре информационных технологий организации, так и о людях, которые ее используют. ИТ-специалисты берут на себя ответственность за выбор аппаратных и программных продуктов, подходящих для организации, интеграцию этих продуктов с потребностями и инфраструктурой организации, а также за установку, настройку и обслуживание этих приложений для пользователей компьютеров организации. Примеры этих обязанностей включают установку сетей; сетевое администрирование и безопасность; дизайн веб-страниц; разработка мультимедийных ресурсов; установка коммуникационных компонентов; надзор за системами электронной почты; а также планирование и управление жизненным циклом технологии, посредством которого технология организации поддерживается, обновляется и заменяется. [CC2005, стр. 14]

Информационные технологии не представлены в кампусе UMaine. На самом деле есть некоторый вопрос относительно пригодности такой специальности в кампусе университета (в отличие от технического колледжа).

Информатика

С термином "информатика" связана дополнительная путаница. Это в своем первоначальном смысле относится к конкретной области, изучающей свойства информации как таковой, например, работа Шеннона по теории информации. Этот термин, который иногда используется как синоним термина «вычисления», стал обозначать академическое исследование представления, хранения и использования информации в отличие от вычислительной обработки этой информации или в дополнение к ней.

Школа вычислительной техники и информатики – это центр информационных наук в UMaine. Помимо компьютерных наук, школа уделяет большое внимание исследованиям в области информатики и последипломному образованию, в частности, в области географической информатики.

Информатика и области, связанные с вычислительной техникой: что это такое и в чем разница?

Короткий ответ

Длинный ответ

Для удобства CC2005 и другие документы доступны здесь.

Информатика

Компьютерная инженерия

Как сообщает Департамент ECE UMaine на своем веб-сайте:

Информационные системы

ACM и IEEE в CC2005 говорят:

Другие связанные области

Новые медиа

Информационные технологии (ИТ)

Информатика

Ноутбук, планшет или смартфон. Вы читаете это руководство на устройстве, созданном с использованием опыта, теорий и навыков, полученных в ходе обучения в области компьютерных наук. Заинтересованы в изучении информатики и внесении вклада в следующий этап этой быстро развивающейся области? Нажмите на вкладки ниже, чтобы получить информацию о курсах компьютерных наук, специализациях и карьере.

Что такое степень информатики?

Короче говоря, степени в области компьютерных наук касаются теоретических основ информации и вычислений, применяя научный и практический подход к вычислениям и их приложениям. Вычисление определяется как любой тип расчета или использования вычислительной технологии, который следует четко определенным моделям (таким как алгоритмы и протоколы) в практике обработки информации (которая, в свою очередь, определяется как использование этих моделей для преобразования данных в компьютерах). .

Многие специалисты считают информатику фундаментальной наукой, которая делает возможными другие знания и достижения. Изучение информатики включает в себя систематическое изучение методических процессов (таких как алгоритмы), чтобы помочь в сборе, представлении, обработке, хранении, передаче и доступе к информации. Это делается путем анализа осуществимости, структуры, выражения и механизации этих процессов и того, как они соотносятся с этой информацией. В информатике термин "информация" обычно относится к информации, которая закодирована в битах и байтах в памяти компьютера.

Некоторые высшие учебные заведения могут использовать информатику (CS) в качестве общего термина для обозначения различных специальностей и профессиональных степеней, связанных с компьютерами и технологиями. Вы также можете обнаружить, что термин «информатика» используется для обозначения степеней в области информационных технологий (ИТ), хотя многие учебные заведения в настоящее время проводят различие между ними (в точности то, как и где они проводят эту границу, различаются). Обязательно внимательно ознакомьтесь с информацией о курсах выбранного вами университета.

Лучшие университеты по информатике

Тематический рейтинг QS World University Rankings включает рейтинг лучших университетов мира в области компьютерных наук. Таблицу можно сортировать по местоположению или на основе различных критериев, используемых для составления рейтинга (включая академическую репутацию, репутацию работодателя и цитирование исследований).

Требования к поступающим на получение степени в области компьютерных наук

В требованиях для поступающих на получение степени в области компьютерных наук обычно делается упор на дальнейшую математику, а в некоторых учебных заведениях требуется наличие знаний в области физики. Опыт работы в области психологии или социологии может стать дополнительным аспектом вашего обучения, так как вы получите представление о том, как люди обрабатывают информацию, а также могут быть полезны другие естественные науки.

От кандидатов на получение степени бакалавра в области компьютерных наук обычно не ожидается, что они формально изучали информатику до поступления в университет. Тем не менее, рекомендуется выбрать язык программирования, чтобы понять, о чем идет речь. В то время как общепринятые языки для начинающих включают Python и C++, Haskell, Java и Pascal — это все языки, с которыми вы можете столкнуться во время учебы. С другой стороны, вы можете обнаружить, что некоторые учебные заведения отговаривают студентов от изучения программирования заранее, чтобы не допустить, чтобы студенты на раннем этапе приобрели «плохие» привычки программирования. Некоторые учебные заведения предлагают совместные курсы, на которых компьютерные науки изучаются наряду с такими предметами, как математика, инженерия и вычислительная техника.

< бр />

Специализации в области информатики

Вы можете ожидать, что начнете обучение по компьютерным наукам, разработав фундамент по ключевым темам компьютерных наук. Некоторые основные курсы информатики, которые вы можете пройти, включают теорию вычислений, основы информатики, компиляторы и операционные системы, теорию информации, базовое программирование, системы и архитектуру, разработку и тестирование программного обеспечения, веб-приложения и базы данных, алгоритмы и структуры данных, а также принципы. компьютерного оборудования. К математическим понятиям, которые вы можете охватить, относятся формальные методы, булева алгебра, дискретная математика, теория множеств, вероятность, статистика, линейная алгебра, дифференциальные уравнения и исчисление.

Затем вы сможете выбирать из постоянно растущего списка специализированных тем компьютерных наук, включая расширенный Интернет, расширенное программирование, искусственный интеллект и искусственную жизнь, вычислительную логику, компьютерную графику, компьютерное моделирование, компьютерные сети, компьютерную безопасность, компьютерное зрение, шифрование, этический взлом, графический интерфейс, разработка игр, взаимодействие человека с компьютером, мобильные приложения, мультимедийные вычисления, теория сетей, профессиональные вопросы и методы исследования, разработка и проектирование программного обеспечения, а также веб-разработка.

Ниже приведены более подробные сведения о некоторых наиболее популярных темах информатики.

Теория языков программирования

Программирование – это междисциплинарная тема, включающая элементы таких предметов, как математика, программная инженерия и лингвистика. Теория языков программирования включает рассмотрение дизайна, реализации, анализа, характеристики и классификации языков программирования и их индивидуальных особенностей. Ваши вводные курсы научат вас одному или нескольким языкам программирования. Знание более чем одного поможет вам лучше понять их индивидуальные сильные и слабые стороны, что, в свою очередь, поможет вам лучше решать проблемы, решаемые теорией языков программирования. Вы затронете такие темы, как синтаксис, естественная семантика, структурная операционная семантика и абстрактный машинный код.

Компьютерная графика

Изучение компьютерной графики предполагает использование компьютеров для создания неподвижных или движущихся двух- или трехмерных изображений с использованием специализированного графического оборудования и программного обеспечения. Вы узнаете, как манипулировать визуальной и геометрической информацией с помощью вычислительных методов, уделяя особое внимание математическим и вычислительным основам генерации и обработки изображений, а не чисто эстетическим вопросам. Вам понадобятся знания физики, света и материалов, а также знания математики однородных матриц, а также хранения, представления и обработки данных. Компьютерная графика упрощает взаимодействие и понимание компьютеров, а также интерпретацию данных как для профессионалов в области вычислительной техники, так и для потребителей. Поскольку компании все чаще используют такие тенденции, как «геймификация», потребность в специалистах по информатике, обладающих глубокими знаниями в области компьютерной графики, как никогда высока.

Взаимодействие человека с компьютером

Исследование взаимодействия человека и компьютера (HCI) рассматривает проблемы, связанные с тем, чтобы сделать компьютеры и вычисления полезными, удобными и общедоступными для людей, чтобы предотвратить непредвиденные проблемы, вызванные плохо спроектированными человеко-машинными интерфейсами. В сочетании с исследованиями, основанными на поведенческих науках, вы охватите изучение, планирование и проектирование такого рода взаимодействия с пониманием того, что компьютер имеет почти неограниченное количество применений, которые могут иметь место только в открытом диалоге между пользователя и компьютера. Вы подойдёте к предмету со стороны машины, используя вычислительные методы, такие как компьютерная графика, операционные системы, языки программирования и среды разработки, и со стороны человека, изучая коммуникацию, графику, лингвистику, социальные науки, такие как когнитивная психология и пользовательская психология. удовлетворение.

Искусственный интеллект

Изучение искусственного интеллекта (ИИ) тесно связано с областью искусственной жизни (ИИ), и обе они участвуют в синтезе целенаправленных процессов, таких как решение проблем, принятие решений, адаптация к окружающей среде, обучение и общение. с помощью компьютеров и алгоритмов. В то время как область искусственной жизни исследует системы и изучает сложное поведение, возникающее из этих систем, искусственный интеллект использует системы для разработки определенных моделей поведения машин и программного обеспечения. ИИ — это междисциплинарная тема, основанная на прикладной математике, символической логике, семиотике, электротехнике, философии (разума), нейрофизиологии и социальном интеллекте. ИИ включает в себя автоматизацию задач (таких как оценочные и прогнозные задачи) в компьютерных приложениях, использующих сложные данные реального мира. Успешное использование ИИ таким образом может стать реальной заменой людям, выполняющим те же задачи.

Алгоритмы и структуры данных

Алгоритмы – это пошаговая процедура выполнения вычислений, используемая при обработке данных и автоматических рассуждениях. Результат часто, но не всегда предсказуем. Структуры данных позволяют хранить и упорядочивать данные на компьютере, чтобы их можно было эффективно использовать. Различные типы структур данных подходят для разных приложений и могут быть узкоспециализированными для конкретных задач.

Вместе алгоритмы и структуры данных лежат в основе всех других аспектов компьютерных наук и включают в себя обучение тому, как хранить и обрабатывать данные с максимальной эффективностью, обеспечивая при этом способность алгоритмов справляться с рассматриваемой системой. Вы изучите такие вещи, как связанные списки, сортировка и рекурсия, деревья, хеширование, жадные решения, графики и оптимизация расположения данных. Вы также можете перейти к анализу алгоритмов (определение количества ресурсов, необходимых для выполнения алгоритмов).

Карьера в области информатики

Выберите степень в области компьютерных наук, и вы сможете работать в авангарде следующих величайших технологических инноваций. Растущий объем компьютерных наук означает, что у вас есть выбор для работы в самых разных узкоспециализированных областях. Поскольку компьютерные технологии играют все более важную роль во всех аспектах современной жизни, вы, вероятно, обнаружите, что ваши навыки в области компьютерных наук пользуются большим спросом во многих различных отраслях, хотя неудивительно, что большинство выпускников работают в компьютерной индустрии. Популярные карьеры в области информатики включают:

ИТ-консультант

Работая в партнерстве с клиентами, ИТ-консультант дает советы по планированию, проектированию, установке и использованию систем информационных технологий для достижения бизнес-целей клиента, преодоления проблем или улучшения структуры и эффективности их ИТ-систем. Поскольку вы представляете широкий круг ИТ-специалистов, ваша работа будет аналогична работе системных аналитиков, системных дизайнеров и разработчиков приложений, чьи роли более специализированы, но, тем не менее, работают на основе консультирования.

В обычный день вы встретитесь с клиентами, чтобы определить их требования, спланировать с ними сроки и ресурсы, а также прояснить текущие системные спецификации клиента, методы работы и характер их бизнеса. Вы проанализируете их ИТ-требования, разработаете решения, внедрите новые системы (которые могут включать проектирование и установку) и представите результаты в письменном или устном отчете, ответив на отзывы, а затем поможете клиентам с последующими изменениями и в организации обучения для других пользователи. Вы также можете участвовать в продажах и развитии бизнеса, выявляя потенциальных клиентов и поддерживая хорошие деловые контакты.

Менеджер информационных систем

< /p>

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 стала 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 частей 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 компьютерных наук, известную как взаимодействие человека с компьютером (HCI).

Xerox Alto был первым компьютером, в котором для управления системой использовались графические значки и мышь — первый графический пользовательский интерфейс (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 запускать программы одновременно 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, которое защищает целостность и безопасность данных, а также конфиденциальность лиц, которые характеризуются этими данными.

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 компьютерных наук, и они появляются почти во всех других областях, указанных выше.

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

Читайте также: