Войти
Вычислительная техника - это любая целеустремленная деятельность, требующая, извлекающая пользу или создающая компьютеры. Оно включает разработку как аппаратного обеспечения, так и программного обеспечения. Вычислительная техника стала важнейшим неотъемлемым компонентом современной промышленной технологии. Основные компьютерные дисциплины включают компьютерную инженерию, информатику, кибербезопасность, науку о данных, информационные системы, <272.>информационные технологии и разработка программного обеспечения.
В ACM Computing Curricula 2005 и 2020 понятие «вычисления» определяется следующим образом:
«В общем, мы можем определить вычисления как любую целевую деятельность, требующую, приносящую пользу от или создания компьютеров. Таким образом, вычисления включают в себя проектирование и создание аппаратных и программных систем для широкого спектра целей; обработка, структурирование и управление различными видами информации; проведение научных исследований с использованием компьютеров; заставить компьютерные системы вести себя разумно; создание и использование средств коммуникации и развлечений; поиск и сбор информации, относящейся к какой-либо конкретной цели, и так далее. Список практически бесконечен, а возможности огромны ».
ACM также определяет семь суб-дисциплин области вычислений:
Однако в Computing Curricula 2005 также признается, что значение термина «вычисления» зависит от контекста:
Вычислительная техника также имеет другие значения, более конкретные, основанные на контекст, в котором используется этот термин. Например, специалист по информационным системам будет рассматривать вычисления несколько иначе, чем инженер-программист. Независимо от контекста, выполнение хороших вычислений может быть сложным и трудным. Поскольку обществу нужны люди, чтобы хорошо выполнять вычисления, мы должны Думайте о вычислениях не только как о профессии, но и как о дисциплине.
Термин «вычисления» иногда имеет узкое определение, как, например, в отчете ACM 1989 года о вычислениях как дисциплине:
компьютерная дисциплина - это система систематическое изучение алгоритмических процессов, описывающих и преобразующих информацию: их теория, анализ, дизайн, эффективность, реализация и применение. Фундаментальный вопрос, лежащий в основе всех вычислений, - «Что можно (эффективно) автоматизировать?»
Термин «вычисление» также синонимичен подсчету и вычислению. Раньше он использовался в отношении действий, выполняемых механическими вычислительными машинами, а до этого - человеческими компьютерами.
История вычислений длиннее чем история вычислительного оборудования и современные вычислительные технологии, и включает в себя историю методов, предназначенных для ручки и бумаги или для мела и грифеля, с помощью таблиц или без них.
Вычисления тесно связаны с представлением чисел. Но задолго до абстракций, подобных числу, появились математические концепции, служившие целям цивилизации. Эти концепции включают однозначное соответствие (основа подсчета), сравнение со стандартом (используется для измерения) и прямоугольный треугольник 3-4-5 (устройство для обеспечения прямого угла)..
Самым ранним известным инструментом для использования в вычислениях были счеты, и считалось, что они были изобретены в Вавилоне около 2400 г. до н.э. Его первоначальный стиль использования - линии, нарисованные на песке с галькой. Abaci, более современного дизайна, все еще используются в качестве инструментов расчета сегодня. Это было первое известное вспомогательное средство для расчетов, опередившее греческие методы на 2000 лет.
Первой записанной идеей использования цифровой электроники для вычислений была статья К. «Использование тиратронов для высокоскоростного автоматического подсчета физических явлений» 1931 года. Э. Винн-Уильямс. Статья Клода Шеннона 1938 года «Символьный анализ реле и коммутационных цепей » затем представила идею использования электроники для логической алгебры. операции.
Концепция полевого транзистора была предложена Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом в 1925 году. Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работая под руководством Уильяма Шокли в Bell Labs, в 1947 году построил первый рабочий транзистор, точечно-контактный транзистор. В 1953 году Манчестерский университет построил первый транзисторный компьютер, названный Транзисторным компьютером. Однако первые соединительные транзисторы были относительно громоздкими устройствами, которые было трудно производить в массовом производстве, что ограничивало их ряд специализированных приложений. полевой транзистор металл-оксид-кремний (MOSFET, или MOS-транзистор) был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. был первым по-настоящему компактным транзистором, который можно было миниатюризировать и выпускать серийно для широкого круга применений. MOSFET позволил создать микросхемы высокой плотности интегральных схем, что привело к так называемой компьютерной революции или микрокомпьютерной революции.
Компьютер - это машина, которая манипулирует данными в соответствии с набором инструкций, называемым компьютерной программой. Программа имеет исполняемую форму, которую компьютер может использовать непосредственно для выполнения инструкций. Эта же программа в форме исходного кода, удобочитаемого человеком, позволяет программисту изучать и разрабатывать последовательность шагов, известную как алгоритм. Поскольку инструкции могут выполняться на компьютерах разных типов, единый набор исходных инструкций преобразуется в машинные инструкции в соответствии с типом ЦП.
Выполнение процесса выполняет инструкции в компьютерной программе. Инструкции выражают вычисления, выполняемые компьютером. Они запускают последовательность простых действий на исполняющей машине. Эти действия производят эффекты в соответствии с семантикой инструкций.
Компьютерное программное обеспечение, или просто «программное обеспечение», представляет собой набор компьютерных программ и связанных данных, которые содержат инструкции для сообщения компьютер что делать и как это делать. Программное обеспечение относится к одной или нескольким компьютерным программам и данным, которые хранятся в памяти компьютера для некоторых целей. Другими словами, программное обеспечение - это набор программ, процедур, алгоритмов и их документации, связанных с работой системы обработки данных. Программное обеспечение выполняет функцию из программы, которую оно реализует, либо напрямую предоставляя инструкции аппаратным средствам компьютера, либо выступая в качестве входных данных для другого программного обеспечения. Термин был придуман для контраста со старым термином аппаратное обеспечение (означающим физические устройства). В отличие от оборудования, программное обеспечение нематериально. Программное обеспечение также иногда используется в более узком смысле, имея в виду только прикладное программное обеспечение.
Прикладное программное обеспечение, также известное как «приложение» или «приложение», представляет собой компьютерное программное обеспечение, предназначенное для помощи пользователю в выполнении определенных задач. Примеры включают корпоративное программное обеспечение, бухгалтерское программное обеспечение, офисные пакеты, графическое программное обеспечение и медиаплееры. Многие прикладные программы работают в основном с документами. Приложения могут быть в комплекте с компьютером и его системным программным обеспечением или могут публиковаться отдельно. Некоторых пользователей устраивают связанные приложения, и им не нужно устанавливать дополнительные приложения.
Прикладное программное обеспечение отличается от системного программного обеспечения и промежуточного программного обеспечения, которые управляют и интегрируют возможности компьютера, но обычно не применяют их напрямую для выполнения задач, которые приносят пользу Пользователь. Системное программное обеспечение обслуживает приложение, которое, в свою очередь, обслуживает пользователя.
Прикладное программное обеспечение применяет возможности конкретной вычислительной платформы или системного программного обеспечения для конкретной цели. Некоторые приложения, такие как Microsoft Office, доступны в версиях для нескольких различных платформ; другие имеют более узкие требования и поэтому называются, например, приложением Geography для Windows или приложением Android для образования или Linux игры. Иногда появляется новое и популярное приложение, работающее только на одной платформе, что увеличивает желательность этой платформы. Это называется приложением-убийцей.
Системное программное обеспечение или системное программное обеспечение - это компьютерное программное обеспечение, предназначенное для работы и управления компьютерным оборудованием, а также для обеспечения платформы для запуска прикладного программного обеспечения. Системное программное обеспечение включает операционные системы, служебное программное обеспечение, драйверы устройств, оконные системы и прошивку. Часто используемые инструменты разработки, такие как компиляторы, компоновщики и отладчики, классифицируются как системное программное обеспечение.
Компьютерная сеть, часто называемая просто сетью, представляет собой набор аппаратных компонентов и компьютеров , соединенных посредством каналов связи которые позволяют обмениваться ресурсами и информацией. Если по меньшей мере один процесс в одном устройстве может отправлять / получать данные по меньшей мере одному процессу, находящемуся на удаленном устройстве, то говорят, что эти два устройства находятся в сети.
Сети можно классифицировать в соответствии с широким спектром характеристик, таких как среда, используемая для передачи данных, используемый протокол связи, масштаб, топология и объем организации..
Протоколы обмена определяют правила и форматы данных для обмена информацией в компьютерной сети и обеспечивают основу для сетевого программирования. Хорошо известные протоколы связи включают Ethernet, аппаратный и канальный уровень стандарт, который повсеместно используется в локальных сетях, и Internet Protocol Suite, который определяет набор протоколов для межсетевого взаимодействия, то есть для передачи данных между несколькими сетями, а также для передачи данных между хостами и форматов передачи данных для конкретных приложений.
Компьютерные сети иногда считаются суб-дисциплинами электротехники, телекоммуникаций, информатики, информационных технологий или компьютерная инженерия, поскольку она основана на теоретическом и практическом применении этих дисциплин.
Интернет - это глобальная система взаимосвязанных компьютерных сетей, которые используют стандартный набор протоколов Интернета (TCP / IP) для обслуживания миллиардов пользователей, состоящих из миллионов частных, государственных, академических, деловых и правительственных сетей, локальных и глобальных, связанных широким спектром электронных, беспроводных и оптических сетевых технологий. Интернет содержит широкий спектр информационных ресурсов и услуг, таких как связанные между собой гипертекстовые документы World Wide Web и инфраструктуры для поддержки электронная почта.
Компьютерное программирование в целом - это процесс написания, тестирования, отладки и поддержки исходного кода и документации компьютерных программ. Этот исходный код написан на языке программирования, который является искусственным языком, часто более строгим или требовательным, чем естественные языки, но легко переводимым компьютером. Цель программирования - вызвать желаемое поведение (настройку) на машине. Процесс написания высококачественного исходного кода требует знания как области приложения, так и области компьютерных наук. Таким образом, программное обеспечение высочайшего качества разрабатывается группой экспертов в различных областях, каждый из которых является специалистом в определенной области разработки. Но термин «программист» может относиться к разному качеству программ, от хакера до участника открытого исходного кода и до профессионала. И один программист мог бы выполнить большую часть или все компьютерное программирование, необходимое для создания доказательства концепции для запуска нового «убийственного» приложения.
Программист, программист или кодировщик - это человек, который пишет компьютерное программное обеспечение. Термин «программист» может относиться к специалисту в одной области компьютерного программирования или к специалисту широкого профиля, который пишет код для многих видов программного обеспечения. Тот, кто практикует или исповедует формальный подход к программированию, также может быть известен как программист-аналитик. Основной компьютерный язык программиста (C, C ++, Java, Lisp, Python и т. Д.) Часто имеет префикс к вышеуказанным заголовкам, и те, кто работает в веб-среде, часто добавляют в свои заголовки префикс «Интернет». Термин программист может использоваться для обозначения разработчика программного обеспечения, инженера-программиста, специалиста по информатике или аналитика программного обеспечения. Однако представители этих профессий обычно обладают другими навыками разработки программного обеспечения, помимо программирования.
Компьютерная промышленность состоит из всех предприятий, занимающихся разработкой компьютерного программного обеспечения, проектированием компьютерного оборудования и компьютерные сети инфраструктуры, производство компьютерных компонентов и предоставление информационных технологий услуг, включая системное администрирование и техническое обслуживание.
Отрасль программного обеспечения включает предприятия, занимающиеся разработкой, обслуживанием и публикацией программного обеспечения . Отрасль также включает программное обеспечение услуги, такие как обучение, документация и консалтинг.
Компьютерная инженерия - это дисциплина, которая объединяет несколько областей электротехники и информатики, необходимых для разработки компьютерного оборудования и программного обеспечения. Компьютерные инженеры обычно проходят подготовку в области электронной инженерии (или электротехники ), проектирования программного обеспечения и интеграции аппаратно-программного обеспечения, а не только программной инженерии или электронной инженерии. Компьютерные инженеры участвуют во многих аппаратных и программных аспектах вычислений, от проектирования отдельных микропроцессоров, персональных компьютеров и суперкомпьютеров до проектирования схем. Эта область инженерии фокусируется не только на проектировании аппаратного обеспечения в пределах своей собственной области, но также на взаимодействии между аппаратным обеспечением и окружающим миром.
Программная инженерия (SE) - это применение систематического, дисциплинированного, поддающегося количественной оценке подхода к проектированию, разработке, эксплуатации и обслуживанию программного обеспечения, а также изучение этих подходов; то есть применение инженерии к программному обеспечению. С точки зрения непрофессионала, это акт использования инсайтов для создания, моделирования и масштабирования решения проблемы. Первое упоминание этого термина - Конференция НАТО по разработке программного обеспечения 1968 года, оно должно было вызвать размышления о предполагавшемся в то время «кризисе программного обеспечения ». Разработка программного обеспечения - широко используемый и более общий термин, не обязательно относящийся к инженерной парадигме. Общепринятые концепции программной инженерии как инженерной дисциплины определены в Руководстве к Своду знаний по программной инженерии (SWEBOK). SWEBOK стал международно признанным стандартом ISO / IEC TR 19759: 2015.
Информатика или вычислительная наука (сокращенно CS или Comp Sci) - это научный и практический подход к вычислениям и их приложениям. специалист по информатике специализируется на теории вычислений и проектировании вычислительных систем.
Его подполя можно разделить на практические методы для его реализации и применения в компьютерных системах и чисто теоретические направления. Некоторые из них, такие как теория сложности вычислений, изучающая фундаментальные свойства вычислительных задач, являются в высшей степени абстрактными, в то время как другие, такие как компьютерная графика, подчеркивают реальный мир. Приложения. Третьи фокусируются на проблемах реализации вычислений. Например, теория языков программирования изучает подходы к описанию вычислений, а изучение компьютерного программирования само исследует различные аспекты использования языков программирования и <269.>сложные системы и взаимодействие человека и компьютера фокусируется на задачах, связанных с тем, чтобы сделать компьютеры и вычисления полезными, удобными и универсально доступными для людей.
«Информационные системы (ИС)» - это исследование дополнительных сетей аппаратного и программного обеспечения (см. информационные технологии ), которые люди и организации используют для сбора, фильтровать, обрабатывать, создавать и распространять данные. На веб-сайте ACM Computing Careers говорится, что
«Большинство программ IS [степени] находятся в бизнес-школах; однако они могут иметь разные названия, такие как информационные системы управления, компьютерные информационные системы или информационные системы для бизнеса. Все степени IS объединяют в себе темы бизнеса и вычислительной техники, но акцент между техническими и организационными вопросами различается в зависимости от программы. Например, программы существенно различаются объемом необходимого программирования ".
Исследование связывает бизнес и информатика с использованием теоретических основ информации и вычислений для изучения различных бизнес-моделей и связанных алгоритмических процессов в информатике.
Эта область изучает компьютеры и алгоритмические процессы, включая их принципы, их программное и аппаратное обеспечение, их приложения и их влияние на общество, в то время как IS подчеркивает функцию ионность важнее дизайна.
Информационные технологии (ИТ) - это применение компьютеров и телекоммуникационного оборудования для хранения, извлечения, передачи и манипулировать данными, часто в контексте бизнеса или другого предприятия. Этот термин обычно используется как синоним компьютеров и компьютерных сетей, но он также охватывает другие технологии распространения информации, такие как телевидение и телефоны. Несколько отраслей связаны с информационными технологиями, например компьютерное оборудование, программное обеспечение, электроника, полупроводники, Интернет, телекоммуникационное оборудование, электронная коммерция и компьютерные услуги.
Системный администратор, администратор ИТ-систем, системный администратор или системный администратор - это лицо, нанятое для обслуживания и эксплуатации компьютерной системы или сети. Обязанности системного администратора разнообразны и могут существенно различаться от одной организации к другой. Системные администраторы обычно отвечают за установку, поддержку и обслуживание серверов или других компьютерных систем, а также планирование и реагирование на перерывы в обслуживании и другие проблемы. В другие обязанности могут входить создание сценариев или легкое программирование, управление проектами для системных проектов, контроль или обучение операторов компьютеров, а также работа консультантом по компьютерным проблемам, выходящим за рамки знание персонала службы технической поддержки.
вычисления на основе ДНК и квантовые вычисления являются областями активных исследований как в аппаратном, так и в программном обеспечении (например, разработка квантовых алгоритмов ). Потенциальная инфраструктура для будущих технологий включает ДНК-оригами для фотолитографии и для передачи информации между ионными ловушками. К 2011 году у исследователей было запутано 14 кубитов. Быстрые цифровые схемы (в том числе основанные на джозефсоновских переходах и квантовой технологии быстрого однократного потока ) становятся более реализуемыми с открытием наноразмерных сверхпроводников.
Волоконно-оптические и фотонные (оптические) устройства, которые уже использовались для передачи данных на большие расстояния, начали использоваться центрами обработки данных наряду с центральными процессорами и компонентами полупроводниковой памяти. Это позволяет отделить ОЗУ от ЦП оптическими соединениями. IBM создала интегральную схему с электронной и оптической обработкой информации в одном кристалле. Это обозначается как «CMOS-интегрированная нанофотоника» или (CINP). Одним из преимуществ оптических межсоединений является то, что материнские платы, для которых раньше требовалась определенная система на кристалле (SoC), теперь могут перемещать ранее выделенную память и сетевые контроллеры с материнских плат, распределяя контроллеры по стойке. Это позволяет стандартизировать межсоединения объединительной платы и материнские платы для различных типов SoC, что позволяет более своевременно обновлять процессоры.
Еще одна область исследований - спинтроника. Spintronics может предоставить вычислительную мощность и хранилище без тепловыделения. Некоторые исследования проводятся по гибридным чипам, которые объединяют фотонику и спинтронику. Также ведутся исследования по объединению плазмоники, фотоники и электроники.
Облачные вычисления - это модель, которая позволяет использовать вычислительные ресурсы, такие как серверы или приложения, без необходимости длительного взаимодействия между владельцем этих ресурсов и пользователем, который их использует. Обычно он предлагается как услуга, что делает его еще одним примером «Программное обеспечение как услуга», «Платформы как услуга» и «Инфраструктура как услуга» в зависимости от функциональности. предложенный. Ключевые характеристики включают доступ по запросу, широкий доступ к сети и возможность быстрого масштабирования. Это позволяет отдельным пользователям или малому бизнесу получить выгоду от экономии за счет масштаба.
Одной из областей, представляющих интерес в этой области, является ее потенциал для поддержки энергоэффективности. Возможность выполнять тысячи экземпляров вычислений на одной машине вместо тысяч отдельных машин может помочь сэкономить энергию. Это также могло бы облегчить переход на более возобновляемые источники энергии, поскольку было бы достаточно для питания одной серверной фермы с набором солнечных панелей или ветряных турбин, а не миллионов домов людей.
С централизованными вычислениями поле представляет собой поле. несколько проблем, особенно в области безопасности и конфиденциальности. Действующее законодательство не обеспечивает достаточной защиты пользователей от компаний, неправильно обрабатывающих их данные на серверах компании. Это предполагает наличие потенциала для дальнейшего законодательного регулирования облачных вычислений и технологических компаний.
Квантовые вычисления - это область исследований, объединяющая дисциплины информатики, теории информации и квантовой физики.. Идея о том, что информация является основной частью физики, относительно нова, но, похоже, между теорией информации и квантовой механикой существует тесная связь. В то время как традиционные вычисления работают с двоичной системой единиц и нулей, квантовые вычисления используют кубитов. Кубиты могут находиться в суперпозиции, что означает, что они находятся в обоих состояниях, единице и нуле, одновременно. Это означает, что кубит не находится где-то между 1 и 0, но на самом деле значение кубита будет меняться в зависимости от того, когда вы его измеряете. Эта особенность кубитов называется квантовой запутанностью и является ключевой идеей квантовых вычислений и позволяет квантовым компьютерам выполнять крупномасштабные уравнения, для которых они используются. Квантовые вычисления часто используются для научных исследований, когда обычный компьютер не имеет достаточно вычислительной мощности для выполнения необходимых вычислений. Хорошим примером может служить молекулярное моделирование. Большие молекулы слишком сложны для современных компьютеров, чтобы рассчитать, что с ними происходит во время реакции, но мощь квантовых компьютеров может открыть двери для дальнейшего понимания этих молекул.
