Компьютерные технологии не могут использоваться
Обновлено: 21.11.2024
«Все современные технологии компьютерных устройств действительно ограничены скоростью движения электрона. Это ограничение довольно фундаментальное, потому что самая быстрая возможная скорость для передачи информации, конечно же, скорость света, а скорость электрона уже значительную долю этого. Мы надеемся на будущие улучшения не столько в скорости компьютерных устройств, сколько в скорости вычислений. Сначала это может показаться одним и тем же, пока вы не поймете, что количество операций, необходимых для компьютерных устройств, выполнение вычислений определяется чем-то другим, а именно алгоритмом.
"Очень эффективный алгоритм может выполнять вычисления намного быстрее, чем неэффективный алгоритм, даже если аппаратное обеспечение компьютера не меняется. Таким образом, дальнейшее совершенствование алгоритмов открывает возможный путь к дальнейшему ускорению работы компьютеров; улучшенная эксплуатация параллельных операций, предварительное вычисление частей задачи и другие подобные приемы — все это возможные способы повышения эффективности вычислений.
"Эти идеи могут звучать так, как будто они не имеют ничего общего с "физическими ограничениями", но на самом деле мы обнаружили, что, принимая во внимание некоторые квантово-механические свойства будущих компьютерных устройств, мы можем разрабатывать новые типы алгоритмов. которые намного, намного более эффективны для определенных вычислений.Мы все еще очень мало знаем об окончательных ограничениях этих «квантовых алгоритмов». "
Сет Ллойд, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, подготовил этот обзор:
«Скорость компьютеров ограничена тем, насколько быстро они могут перемещать информацию из того места, где она сейчас находится, туда, куда она должна перейти дальше, и тем, насколько быстро эта информация может быть обработана после того, как она попадет сюда. Электронный компьютер выполняет вычисления, перемещая электроны. Таким образом, физические ограничения электрона, движущегося через материю, определяют, насколько быстро могут работать такие компьютеры. Однако важно понимать, что информация может перемещаться по компьютеру намного быстрее, чем сами электроны. Рассмотрим садовый шланг: когда вы поворачиваете на кране, сколько времени потребуется, чтобы вода потекла с другого конца? Если шланг пустой, то количество времени равно длине шланга, деленной на скорость, с которой вода стекает по шлангу. Если шланг полон, то количество времени, которое требуется для выхода воды, равно длине шланга, деленной на скорость, с которой импульс распространяется по шлангу, скорость, приблизительно равная скорости звука в воде.
«Провода в электронном компьютере подобны полным шлангам: они уже заполнены электронами. Сигналы проходят по проводам со скоростью света в металле, примерно вдвое меньше скорости света в вакууме. обработка информации в обычном компьютере подобна пустым шлангам: когда они переключаются, электроны должны перемещаться с одной стороны транзистора на другую. В этом случае «тактовая частота» компьютера ограничивается максимальной длиной, которую сигналы должны пройти, разделенные на на скорость света в проводах и на размер транзисторов, деленную на скорость электронов в кремнии.В современных компьютерах эти числа составляют порядка триллионных долей секунды, что значительно меньше, чем реальное время часов в миллиардные доли секунды. во-вторых, компьютер можно сделать быстрее, просто уменьшив его размер. Улучшенные методы миниатюризации были и остаются наиболее важным подходом к ускорению компьютеров в течение многих лет.
«На практике электронные эффекты, отличные от скорости света и скорости электронов, по крайней мере так же важны для ограничения скорости обычных компьютеров. Провода и транзисторы обладают емкостью, или C, которая измеряет их способность накапливать электроны- - и сопротивление, R, которое измеряет степень, в которой они сопротивляются потоку тока. Произведение сопротивления и емкости, RC, дает характеристическую шкалу времени, в течение которой заряд течет от устройства и от него. Когда компоненты компьютера становится меньше, R увеличивается, а C уменьшается, так что обеспечение того, чтобы у каждой части компьютера было достаточно времени, чтобы сделать то, что ему нужно, представляет собой сложный процесс балансировки. настоящее исследование.
"Как отмечалось выше, одним из ограничений скорости работы компьютеров является принцип Эйнштейна, согласно которому сигналы не могут распространяться быстрее скорости света. Поэтому, чтобы сделать компьютеры быстрее, их компоненты должны стать меньше. При нынешних скоростях Благодаря миниатюризации поведение компьютерных компонентов через несколько десятилетий достигнет атомного масштаба, а в атомном масштабе скорость обработки информации ограничена принципом неопределенности Гейзенберга.Недавно исследователи, работающие над «квантовыми компьютерами», сконструировали простые логические устройства, которые хранят и обрабатывают информацию об отдельных фотонах и атомах. Атомы могут быть «переключены» из одного электронного состояния в другое примерно за 10 15 секунд. Однако пока неизвестно, можно ли из таких устройств соединить вместе компьютеры.
"Насколько быстро могут в конечном итоге работать такие компьютеры? Сотрудник IBM Рольф Ландауэр отмечает, что экстраполяция существующей технологии до ее "предельных" пределов – опасная игра: многие предложенные "предельные" пределы уже пройдены. Лучшая стратегия для поиска предельных ограничения на скорость компьютера - подождать и посмотреть, что произойдет."
Роберт А. Саммерс (Robert A. Summers) — профессор электронных инженерных технологий в Государственном университете Вебера в Огдене, штат Юта. В его ответе больше внимания уделяется текущему состоянию компьютерных технологий:
"Физические барьеры, как правило, ограничивают скорость обработки данных компьютерными процессорами с использованием традиционных технологий. Но производители интегральных схем изучают новые, более инновационные методы, которые обещают большие перспективы.< /p>
"Один из подходов основан на постоянном сокращении размера дорожки на микрочипах (то есть размера элементов, которые можно "нарисовать" на каждом чипе). Меньшие дорожки означают, что теперь можно изготовить до 300 миллионов транзисторов. на одном кремниевом чипе. Увеличение плотности транзисторов позволяет интегрировать все больше и больше функций в один чип. Провод длиной в один фут обеспечивает примерно одну наносекунду (миллиардную долю секунды) временной задержки. Если данные необходимо перемещаться всего на несколько миллиметров от одной функции на чипе к другой на том же чипе, время задержки данных может быть уменьшено до пикосекунд (триллионных долей секунды).Чипы с более высокой плотностью также позволяют обрабатывать данные 64 бита за раз, поскольку в отличие от восьми, 16 или, в лучшем случае, 32-разрядных процессоров, которые сейчас доступны в персональных компьютерах типа Pentium.
"Другие производители интегрируют несколько избыточных жизненно важных цепей процессора параллельно на одном чипе. Эта процедура позволяет выполнять несколько этапов обработки данных одновременно, что опять же увеличивает скорость передачи данных. При другом, совершенно другом подходе производители работают над интеграцией всего компьютера, включая всю память, периферийные элементы управления, часы и контроллеры, на одном куске кремния площадью квадратный сантиметр. Этот новый «суперчип» будет полноценным компьютером, в котором не будет только человеческого интерфейса. компьютеры, которые мощнее, чем наши лучшие настольные компьютеры, станут обычным явлением; мы также можем ожидать, что цены будут продолжать падать.
"Еще один вопрос, который рассматривается, — это программное обеспечение, которое будет лучше использовать возможности существующих машин. Удивительная статистика состоит в том, что примерно в 90 % случаев новейшие настольные компьютеры работают в виртуальном режиме 86, т. е. чтобы они работали, как если бы они были древними восьмибитными машинами 8086, несмотря на все их причудливые высокоскоростные 32-битные шины и возможности суперцветной графики.Это ограничение возникает из-за того, что большая часть коммерческого программного обеспечения все еще написана для архитектуры 8086. Windows NT, Windows 95 и подобные — это несколько попыток использовать ПК в качестве 32-разрядных высокопроизводительных машин.
"Что касается других технологий, большинство компаний очень ревностно относятся к своей безопасности, поэтому трудно понять, какие новые вещи на самом деле рассматриваются. Волоконно-оптические и световые системы сделают компьютеры более устойчивыми к шуму, но легкие распространяется точно с той же скоростью, что и электромагнитные импульсы в проводе. Использование фазовых скоростей может принести некоторую пользу для увеличения скорости передачи и обработки данных. Фазовые скорости могут быть намного больше, чем основная несущая волна. Использование этого явления может открыть совершенно новая технология, в которой будут использоваться совершенно другие устройства и способы передачи и обработки данных."
Дополнительную информацию о возможных преимуществах оптических вычислений предоставил Джон Ф. Уолкап, директор Лаборатории оптических систем факультета электротехники Техасского технологического университета в Лаббоке, штат Техас:
«Электронные компьютеры ограничены не только скоростью электронов в материи, но и растущей плотностью взаимосвязей, необходимых для связи электронных вентилей на микрочипах. Уже более 40 лет инженеры-электрики и физики работают над технологиями аналоговые и цифровые оптические вычисления, в которых информация в основном переносится фотонами, а не электронами. Оптические вычисления, в принципе, могут привести к гораздо более высоким скоростям компьютеров. Достигнут значительный прогресс, и процессоры оптических сигналов успешно используются для приложений таких как радары с синтетической апертурой, оптическое распознавание образов, оптическая обработка изображений, улучшение отпечатков пальцев и анализаторы оптического спектра.
«Ранние работы в области обработки и вычислений оптических сигналов носили в основном аналоговый характер. Однако за последние два десятилетия было затрачено много усилий на разработку цифровых оптических процессоров. Основные прорывы были связаны с разработка таких устройств, как VCSELS (лазер с поверхностным излучением с вертикальным резонатором) для ввода данных, SLM (пространственные модуляторы света, такие как жидкокристаллические и акустооптические устройства) для ввода информации о световых лучах и высокоскоростных APD (Avalanche фотодиоды), или так называемые устройства Smart Pixel, для вывода данных. Прежде чем цифровые оптические компьютеры станут широко доступными в продаже, предстоит еще много работы, но в 1990-е годы темпы исследований и разработок ускорились.
"Одной из проблем, с которыми столкнулись оптические компьютеры, является недостаточная точность. Например, эти устройства имеют практический предел точности от восьми до 11 бит в основных операциях. Недавние исследования показали способы решения этой проблемы. Алгоритмы цифрового разделения, которые могут разбивать матрично-векторные продукты на субпродукты с более низкой точностью, работающие в тандеме с кодами исправления ошибок, могут существенно повысить точность операций оптических вычислений.
"Оптические устройства хранения данных также будут важны при разработке оптических компьютеров. В настоящее время изучаются такие технологии, как усовершенствованные оптические компакт-диски, а также технологии оптической памяти с записью/чтением/стиранием. Голографическое хранение данных также сулит большие надежды. для хранения оптических данных высокой плотности в будущих оптических компьютерах или для других приложений, таких как хранение архивных данных.
«Прежде чем цифровые оптические компьютеры получат широкое коммерческое использование, необходимо решить множество проблем при разработке соответствующих материалов и устройств. По крайней мере, в ближайшем будущем оптические компьютеры, скорее всего, будут представлять собой гибридные оптико-электронные системы, использующие предварительная обработка входных данных для вычислений и постобработка выходных данных для исправления ошибок перед выводом результатов. Однако перспектива полностью оптических вычислений остается весьма привлекательной, и цель разработки оптических компьютеров по-прежнему достойна внимания.
Вы будете работать с компьютерами как в компьютерных науках, так и в ИТ, но это немного разные области.
Информатика и информационные технологии (ИТ) – это два разных предмета, несмотря на их много общего. Как правило, информатика относится к проектированию и созданию компьютеров и компьютерных программ. Информационные технологии, с другой стороны, относятся к обслуживанию и устранению неполадок этих компьютеров и их сетей, систем и баз данных, чтобы обеспечить их бесперебойную работу.
Поэтому работа в области информатики может означать, что вы будете создавать программное обеспечение, разрабатывать веб-сайты или собирать информацию о посетителях веб-сайта, а карьера в области ИТ может означать, что вы будете обеспечивать функциональность и безопасность компьютеров.
Граница между ИТ и информатикой часто размыта. Иногда для работы в сфере ИТ требуется знание принципов информатики, а быть программистом означает выполнять задачи, которые считаются более связанными с ИТ. А иногда работу, связанную с информатикой, например веб-разработку или разработку программного обеспечения, называют ИТ-работой. Все это может привести к очень понятной путанице.
Вот основное, что вам нужно знать:
Несмотря на то, что информатика и ИТ во многом пересекаются, работа в области информатики обычно означает проектирование и сборку компьютеров и компьютерных программ. ИТ-работа больше связана с эксплуатацией компьютеров организации и обеспечением работоспособности связанных сетей, систем и безопасности.
Заработная плата сотрудников, работающих как в сфере ИТ, так и в области компьютерных наук, варьируется в широких пределах. В некоторых случаях средний базовый оклад легко превышает 100 000 долларов США. Некоторые ИТ-специалисты начального уровня, не требующие четырехгодичного обучения, могут иметь более низкую заработную плату.
Если у вас нет четырехгодичного диплома, вам может быть проще начать работать в сфере ИТ, чем на должности, связанной с компьютерными науками.
Информатика и карьера в ИТ
Карьера в сфере ИТ и компьютерных наук может привести вас во многих направлениях, но пути у них разные. Работа, основанная на компьютерных науках, в широком смысле будет означать работу с языками программирования или данными для разработки или улучшения продуктов. Вакансии в области ИТ будут в большей степени сосредоточены на работе компьютеров, их сетей и систем, чтобы другие сотрудники организации могли без проблем выполнять свою работу.
Есть несколько ролей, которые могут находиться на грани между информатикой и ИТ, например, облачные вычисления или администрирование баз данных.
Заработная плата в области информатики и ИТ
Заработная плата в сфере ИТ и информатики сильно различается. Работа, требующая специальных знаний для создания, программирования или обслуживания компьютеров, может потребовать прошлого опыта или степени, что может привести к более высокой заработной плате. Поскольку для некоторых общих ИТ-работ начального уровня часто не требуется четырехлетняя степень, у них может быть более низкая начальная зарплата. Вот выборка зарплат на различных должностях, связанных с информатикой и ИТ.
| Вакансии в области информатики | Зарплата (средняя базовая заработная плата в США, Glassdoor) | Вакансии в сфере ИТ | Зарплата (средняя базовая заработная плата в США, Glassdoor) |
|---|---|---|---|
| Веб-разработчик | $68 858 | Компьютерный специалист | < td>37 990 долларов США|
| Инженер-робототехник | 90 624 долларов США | Техник службы поддержки | 40 837 долларов США |
| Полный разработчик | $98 256 | Специалист по кибербезопасности | $78 444 |
| Инженер-программист | $104 749 | Системный администратор | $79 708 |
| Инженер искусственного интеллекта | 106 375 долларов США | Администратор базы данных | 80 772 долларов США |
| Инженер-инженер | 107 941 долларов США | Администратор сети | 84 570 долл. США |
| Специалист по данным | 114 673 долл. США | Инженер по облачным технологиям | 109 541 долл. США |
Навыки в области ИТ и информатики
Вот сравнение вещей, которые вы, возможно, хотели бы знать как ИТ-практик или специалист в области компьютерных наук.
| Навыки информатики | Навыки в области ИТ |
|---|---|
| Языки программирования, такие как Python, C++, HTML , CSS, Javascript | Языки программирования, особенно языки сценариев, такие как Python и Powershell |
| Статистика, алгебра и/или вычисления | Методы устранения неполадок |
| Знакомство с платформами обмена кодом, такими как GitHub | Настройка сети |
| Понимание программного обеспечения жизненный цикл разработки | Инфраструктура безопасности, такая как настройка брандмауэров и маршрутизаторов |
| Методы искусственного интеллекта, такие как машинное и глубокое обучение, а также такие инструменты, как Apache Spark и Hadoop | Этический взлом или тестирование на проникновение |
| Инструменты для анализа данных и баз данных, такие как SQL, MongoDB, PostgreSQL, Excel | Навыки администрирования данных, такие как SQL< /td> |
Могу ли я переключиться с ИТ на работу в области информатики или наоборот?
Возможен переход от карьеры в сфере ИТ к чему-то более близкому к компьютерным наукам или наоборот. Вы должны убедиться, что у вас есть соответствующие навыки для переключения. Например, если вы хотите стать фронтенд-инженером, вам могут быть полезны такие языки программирования, как HTML, CSS и Javascript. Вы можете получить представление о том, какие навыки вам понадобятся для новой должности, просмотрев несколько описаний вакансий. Оттуда вы можете пройти курсы, записаться на учебный курс или найти другие способы получить необходимые навыки.
Начало работы в сфере ИТ и информатики
Получив диплом, вы сможете стать конкурентоспособным на многих должностях, связанных с компьютером. Однако для вакансий в сфере ИТ, особенно для начального уровня, требования к степени могут быть менее строгими.
Если вы ищете способы проникнуть в ИТ, не изучив его в колледже, вы можете получить ИТ-сертификат начального уровня или рассмотреть возможность участия в программе профессиональной сертификации, такой как сертификат профессионала ИТ-поддержки Google.
Компьютерные науки и ИТ-дипломы
Многие университеты и колледжи предлагают компьютерные науки или другие связанные с ними степени, такие как компьютерная инженерия. Некоторые могут также предлагать степени в области информационных технологий или специализации в области информационных технологий в области компьютерных наук. Итак, что именно вы узнаете из них и что выбрать?
Степени по информатике обычно направлены на то, чтобы научить вас основным математическим и научным понятиям, лежащим в основе компьютеров и их программ. Степень в области компьютерных наук может позволить вам разрабатывать программное и аппаратное обеспечение, изучать языки программирования, структуры данных и концепции искусственного интеллекта. Для получения степени в области компьютерных наук могут потребоваться курсы математики, статистики или инженерии.
Степень или специализация в области информационных технологий могут научить студентов основным концепциям систем и сетей, методам обеспечения безопасности и разработке приложений. Подобные области исследований можно назвать информационными системами.
Что выбрать?
Многие принципы, лежащие в основе компьютерных наук, также применимы к ИТ-специальностям. Информатика может быть шире и подготовить вас к более широкой области карьеры. Но если вы знаете, что интересуетесь ИТ, может быть полезно сосредоточиться на изучении ИТ-концепций. Не забывайте, что вы можете получить другие смежные степени, например компьютерную инженерию или науку о данных.
Начать работу с Coursera
И ИТ, и компьютерные науки могут привести к прибыльной и привлекательной карьере.Если вы ищете, с чего начать, обратите внимание на степень бакалавра или магистра компьютерных наук, предлагаемую на Coursera, или на сертификат специалиста по ИТ-поддержке Google.
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.
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 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:
<р>. программно-аппаратные средства, которые зачастую могут обеспечить равный доступ к компьютерным ресурсам для лиц с ограниченными возможностями.Как это работает?
Вспомогательная компьютерная технология (ACT) предлагает альтернативы основным способам нашего взаимодействия с компьютером, включая набор текста на клавиатуре, просмотр экрана компьютера и чтение содержимого на экране.
Для слепых или слабовидящих учащихся "видение экрана" с помощью вспомогательных компьютерных технологий (ACT) означает:
- Программные средства, которые озвучивают текстовое содержимое экрана, например JAWS, NVDA, Voiceover и т. д.
- Программные инструменты, которые увеличивают содержимое экрана, например ZoomText, Optelec и т. д.
Люди с нарушениями зрения используют специальные устройства для создания заметок, настольные сканеры и программы с увеличенными шрифтами. Что также полезно, так это большие мониторы и Optelec для увеличения. Принтеры Брайля с оптическим распознаванием символов и синтезаторами речи, которые преобразуют нажатия клавиш компьютера в речь, доступны для слепых.
- Optelec предлагает продукты, которые помогают людям со слабым зрением снова самостоятельно читать и писать.
- JAWS – это программа чтения с экрана для Windows®.
- ZoomText – это программа для увеличения экрана (см. фотографию ниже).
Джули очень рада видеть, что может предложить ZoomText. Кэти, ассистент Центра обучения вспомогательным технологиям, показывает Джули множество инструментов, которые визуализирует Zoom.
Учащиеся учатся использовать такие стратегии доступа, как синтезаторы речи, системы голосового ввода, альтернативные клавиатуры, специализированные программы обработки текста, альтернативы мыши и другое вспомогательное аппаратное и программное обеспечение, соответствующее их учебным потребностям. Имеются специально обученные инструкторы и вспомогательный персонал. Колледж Вентура внедрил ассистивные технологии для учащихся с ограниченными возможностями в масштабах всего кампуса в рамках основной компьютерной программы.
Студенты могут приходить в BEACH/LRC, чтобы использовать компьютеры и ряд вспомогательных технологий, таких как программное обеспечение для преобразования речи в текст, которое позволяет учащимся диктовать свои слова для документов, онлайн-задания и многое другое.
Задача программы «Компьютерные технологии» состоит в том, чтобы подготовить студента к немедленному трудоустройству в технической среде. Программа «Компьютерные технологии» предоставит студентам прочную основу для аппаратных и программных тем, таких как языки программирования, обслуживание компьютеров, сети и приложения. Студенты получат возможность применять навыки решения проблем и критического мышления посредством практического обучения для разработки аппаратных и программных решений в профессиональной среде.Небольшие классы и поддерживающий преподавательский состав позволяют учащимся сосредоточиться на курсах по техническим вопросам, сетевым исследованиям, безопасности и компьютерной криминалистике, чтобы подготовиться к получению работы в выбранной ими технологической области.
Результаты обучения программы
- Демонстрировать знания, приемы, навыки и современные инструменты современных программистов.
- Применять современные знания и адаптироваться к новым приложениям науки, техники, инженерии и математики.
- Проведение лабораторных и полевых испытаний, интерпретация данных и применение результатов.
- Применять творческий подход к разработке систем, компонентов или процессов, соответствующих целям программы.
- Выявление, анализ и решение технических проблем.
- Продемонстрировать способность эффективно общаться.
Компьютерные технологии SUNY Broome A.A.S. У программы на получение степени есть три карьерных пути: техническая, сетевая или сетевая безопасность и компьютерная криминалистика. Программа готовит вас к немедленной работе в технической среде, где необходимо знание интерфейса между аппаратным и программным обеспечением.
После окончания учебного заведения вы можете работать оператором компьютера, техническим специалистом/программистом или помощником инженера, а также работать над защитой потока и целостности сетевых данных или над крупными программными проектами. Или вы можете работать напрямую с цифровыми устройствами, такими как микропроцессоры и компьютерные интерфейсы для датчиков и контроллеров. Меньше внимания уделяется математике и больше — компьютерному оборудованию, цифровой логике и микропроцессорам.
Читайте также: