Výpočetní - Computing

Počítačová simulace, jedna z hlavních metodik křížového výpočtu.

Výpočetní technika je jakákoli činnost zaměřená na cíl, která vyžaduje, využívá nebo vytváří výpočetní techniku. Zahrnuje studium a experimentování algoritmických procesů a vývoj hardwaru i softwaru . Má vědecké , technické , matematické, technologické a sociální aspekty. Mezi hlavní počítačové obory patří počítačové inženýrství , počítačová věda , kybernetická bezpečnost , datová věda , informační systémy , informační technologie a softwarové inženýrství .

ENIAC, první programovatelný univerzální digitální elektronický počítač

Raspberry Pi , moderní jednodeskový počítač vyvinutý pro podporu výuky základní počítačové vědy a inženýrství ve školách, tak v rozvojových zemích.

Definice

ACM Computing Curricula 2005 a 2020 definována "výpočetní" takto:

"Obecným způsobem můžeme definovat výpočetní techniku tak, aby znamenala jakoukoli činnost zaměřenou na cíl, která vyžaduje, těží z ní nebo vytváří počítače. Výpočetní technika tedy zahrnuje navrhování a budování hardwarových a softwarových systémů pro celou řadu účelů; zpracování, strukturování a správa různé druhy informací; provádění vědeckých studií pomocí počítačů; zajištění inteligentního chování počítačových systémů; vytváření a používání komunikačních a zábavních médií; vyhledávání a shromažďování informací relevantních pro jakýkoli konkrétní účel atd. Seznam je prakticky nekonečný a možnosti jsou obrovské . "

ACM také definuje sedm dílčích oborů výpočetního pole:

Nicméně Computing Curricula 2005 také uznává, že význam pojmu „výpočet“ závisí na kontextu:

Výpočetní technika má také další významy, které jsou konkrétnější, na základě kontextu, ve kterém je tento výraz používán. Specialista na informační systémy bude například nahlížet na výpočetní techniku poněkud odlišně než softwarový inženýr. Bez ohledu na kontext může být kvalitní práce s počítačem komplikovaná a obtížná. Protože společnost potřebuje, aby lidé dobře pracovali s výpočetní technikou, musíme na výpočetní techniku myslet nejen jako na profesi, ale také jako na disciplínu.

Mechanismus Antikythéry , datovaný mezi lety 150 a 100 př . N. L. , Byl raný analogový počítač .

Termín „výpočetní technika“ byl někdy úzce definován, jako ve zprávě ACM z roku 1989 o práci na počítači jako disciplíně :

Disciplína výpočetní techniky je systematické studium algoritmických procesů, které popisují a transformují informace: jejich teorii, analýzu, návrh, účinnost, implementaci a aplikaci. Základní otázkou, která je základem všech počítačů, je „Co lze (efektivně) automatizovat?“

Pojem „výpočet“ je také synonymem pro počítání a počítání. V dřívějších dobách to bylo používáno v souvislosti s akcí prováděnou mechanickými výpočetními stroji a předtím s lidskými počítači .

Dějiny

Historie výpočetní techniky je delší než historie výpočetního hardwaru a moderní výpočetní technologie a zahrnuje historii metod určených pro pero a papír nebo pro křídu a břidlici, s pomocí tabulek nebo bez nich.

Výpočetní technika je úzce spjata s reprezentací čísel . Ale dlouho předtím, než vznikly abstrakce, jako je číslo , existovaly matematické koncepty, které sloužily civilizačním účelům. Tyto koncepty zahrnují korespondenci jeden na jednoho (základ počítání), srovnání se standardem (používá se pro měření) a trojúhelník 3-4-5 (zařízení pro zajištění pravého úhlu ).

Nejdříve známý nástroj pro použití při výpočtu byl počítadlo a předpokládalo se, že byl vynalezen v Babylonu kolem roku 2400 př. N. L. Jeho původní styl použití byl pomocí čar nakreslených v písku s oblázky. Abaci, modernějšího designu, se stále používají jako výpočetní nástroje. Jednalo se o první známou pomoc při výpočtu - předcházející řecké metody o 2 000 let {{ počítač | důvod = Jaké řecké metody? | Datum = březen 2018}}.

První zaznamenanou myšlenkou využití digitální elektroniky pro výpočet byl papír z roku 1931 „ CE of Wynn-Williams “ The Use of Thyratrons for High Speed Automatic Counting of Physical Phenomena ” . Článek Clauda Shannona z roku 1938 „ Symbolická analýza reléových a spínacích obvodů “ poté představil myšlenku využití elektroniky pro booleovské algebraické operace.

Koncept tranzistoru s efektem pole navrhl Julius Edgar Lilienfeld v roce 1925. John Bardeen a Walter Brattain , když pracovali pod Williamem Shockleyem v Bell Labs , postavili v roce 1947 první pracovní tranzistor , tranzistor s bodovým kontaktem . V roce 1953 univerzita v Manchesteru postavila první tranzistorový počítač s názvem Transistor Computer . Tranzistory s časným spojením však byly poměrně objemná zařízení, která byla obtížně vyráběna na bázi sériové výroby, což je omezovalo na řadu specializovaných aplikací. Kov-oxid-křemík unipolární tranzistor (MOSFET, nebo tranzistor MOS) byl vynalezen Mohamed Atalla a Dawon Kahng v Bell Labs v roce 1959. Bylo to první skutečně kompaktní tranzistor, který by mohl být miniaturní a sériově vyráběný pro široký rozsah použití. MOSFET umožnil vybudovat čipy s vysokou hustotou integrovaných obvodů , což vedlo k takzvané počítačové revoluci nebo revoluci mikropočítače .

Počítač

Počítač je stroj, který manipuluje s daty podle sady pokynů nazývaných počítačový program. Program má spustitelný formulář, který může počítač použít přímo k provedení pokynů. Stejný program ve formě zdrojového kódu čitelného pro člověka umožňuje programátorovi studovat a rozvíjet posloupnost kroků známých jako algoritmus. Protože instrukce mohou být prováděny na různých typech počítačů, jedna sada zdrojových instrukcí se převede na strojové instrukce podle typu CPU.

Poprava proces provádí podle pokynů uvedených v počítačovém programu. Pokyny vyjadřují výpočty prováděné počítačem. Na spouštěcím stroji spouštějí sekvence jednoduchých akcí. Tyto akce vytvářejí efekty podle sémantiky pokynů.

Počítačový hardware

Počítačový hardware zahrnuje fyzické části počítače, včetně centrální procesorové jednotky , paměti a vstupu/výstupu . Důležitá témata v oblasti počítačového hardwaru jsou výpočetní logika a počítačová architektura .

Počítačový software

Počítačový software, nebo jen „ software “, je sbírka počítačových programů a souvisejících dat, která poskytují pokyny, jak počítači sdělit, co má dělat a jak to dělat. Software se vztahuje k jednomu nebo více počítačovým programům a datům uloženým v úložišti počítače pro některé účely. Jinými slovy, software je soubor programů, postupů, algoritmů a jeho dokumentace zabývající se provozem systému zpracování dat. Softwarový program vykonává funkce v programu implementuje, a to buď přímo poskytuje pokyny k počítačovému hardwaru nebo tím, že slouží jako vstup do jiné části softwaru. Termín byl vytvořen na rozdíl od starého termínu hardwaru (což znamená, fyzických zařízení). Na rozdíl od hardwaru je software nehmotný. Software se také někdy používá v užším smyslu, což znamená pouze aplikační software.

Systémový software

Systémový software nebo systémový software je počítačový software určený k ovládání a ovládání počítačového hardwaru a k poskytování platformy pro spouštění aplikačního softwaru. Systémový software zahrnuje operační systémy , obslužný software , ovladače zařízení , okenní systémy a firmware . Často používané vývojové nástroje, jako jsou kompilátory , linkery a debuggery, jsou klasifikovány jako systémový software.

Aplikační software

Aplikační software, známý také jako „aplikace“ nebo „aplikace“, je počítačový software navržený tak, aby uživateli pomáhal provádět konkrétní úkoly. Mezi příklady patří podnikový software , účetní software , kancelářské sady , grafický software a přehrávače médií . Mnoho aplikačních programů se zabývá především dokumenty . Aplikace mohou být součástí počítače a jeho systémového softwaru nebo mohou být publikovány samostatně. Někteří uživatelé jsou s přibalenými aplikacemi spokojeni a nepotřebují nikdy instalovat další aplikace. Aplikační software je v kontrastu se systémovým softwarem a middlewarem , které spravují a integrují možnosti počítače, ale obvykle je přímo nepoužívají při plnění úkolů, které jsou pro uživatele výhodné. Systémový software slouží aplikaci, která zase slouží uživateli. Aplikační software využívá sílu konkrétní výpočetní platformy nebo systémového softwaru k určitému účelu. Některé aplikace, jako například Microsoft Office, jsou k dispozici ve verzích pro několik různých platforem; jiné mají užší požadavky a nazývají se tak například geografická aplikace pro Windows nebo aplikace pro Android pro vzdělávání nebo linuxové hry . Někdy se objeví nová a oblíbená aplikace, která běží pouze na jedné platformě, což zvyšuje žádanost této platformy. Tomu se říká zabijácká aplikace .

Počítačová síť

Počítačová síť, často jednoduše označovaná jako síť, je soubor hardwarových komponent a počítačů propojených komunikačními kanály, které umožňují sdílení zdrojů a informací. Pokud je alespoň jeden proces v jednom zařízení schopen odesílat/přijímat data do/z alespoň jednoho procesu umístěného ve vzdáleném zařízení, pak se říká, že tato dvě zařízení jsou v síti.

Sítě mohou být klasifikovány podle široké škály charakteristik, jako je médium používané k přenosu dat, použitý komunikační protokol , měřítko, topologie a organizační rozsah.

Komunikační protokoly definují pravidla a formáty dat pro výměnu informací v počítačové síti a poskytují základ pro síťové programování . Mezi dobře známé komunikační protokoly patří ethernet , standard hardwarové a linkové vrstvy, který je v místních sítích všudypřítomný , a Internet Protocol Suite , který definuje sadu protokolů pro práci na internetu, tj. Pro datovou komunikaci mezi více sítěmi, stejně jako hostitelské přenos dat mezi hostitelem a formáty přenosu dat specifické pro aplikaci.

Počítačové sítě jsou někdy považovány za podobor elektrotechniky , telekomunikací , počítačové vědy , informačních technologií nebo počítačového inženýrství , protože se spoléhají na teoretické a praktické využití těchto oborů.

Internet

Internet je globální systém propojených počítačových sítí, které používají standardní sadu Internet Protocol Suite (TCP/IP) k obsluze miliard uživatelů, která se skládá z milionů soukromých, veřejných, akademických, obchodních a vládních sítí s lokálním až globálním dosahem, které jsou propojeny širokou škálou technologií elektronických, bezdrátových a optických sítí. Internet nese širokou škálu informačních zdrojů a služeb, jako jsou propojené hypertextové dokumenty World Wide Web a infrastruktura na podporu e-mailu .

Programování

Počítačové programování obecně je proces psaní, testování, ladění a udržování zdrojového kódu a dokumentace počítačových programů . Tento zdrojový kód je napsán v programovacím jazyce , což je umělý jazyk , který je často restriktivnější nebo náročnější než jazyky přirozené , ale snadno přeložený počítačem. Účelem programování je vyvolat ze stroje požadované chování (přizpůsobení). Proces psaní kvalitního zdrojového kódu vyžaduje znalost jak doménu aplikace a počítačové vědy doméně. Software nejvyšší kvality je tedy vyvíjen týmem různých odborníků na domény, z nichž každý je specialistou na nějakou oblast vývoje. Termín programátor se však může vztahovat na řadu kvality programu, od hackera přes open source přispěvatele až po profesionály. A jeden programátor mohl udělat většinu nebo všechny počítačové programování potřebné k vygenerování důkazu koncepce pro spuštění nové aplikace „zabiják“ .

Počítačový programátor

Programátor, počítačový programátor nebo kodér je osoba, která píše počítačový software . Termín počítačový programátor může odkazovat na odborníka v jedné oblasti počítačového programování nebo na generála, který píše kód pro mnoho druhů softwaru. Ten, kdo praktikuje nebo vyznává formální přístup k programování, může být také známý jako programátorský analytik. Programátorův primární počítačový jazyk ( C , C ++ , Java , Lisp , Python atd.) Má často předponu k výše uvedeným titulům a ti, kteří pracují ve webovém prostředí, často předponují své názvy webem . Termín programátor lze použít k označení vývojáře softwaru , softwarového inženýra , počítačového vědce nebo softwarového analytika . Příslušníci těchto profesí však obvykle disponují jinými dovednostmi softwarového inženýrství , nad rámec programování.

Počítačový průmysl

Počítačový průmysl tvoří všechny podniky zabývající se vývojem počítačového softwaru , návrhem počítačového hardwaru a infrastruktur počítačových sítí , výrobou počítačových komponent a poskytováním služeb informačních technologií včetně správy a údržby systému.

Softwarový průmysl

Softwarový průmysl zahrnuje firmy zabývající se vývoj , údržbu a publikaci o softwaru . Odvětví také zahrnuje softwarové služby , jako je školení , dokumentace a poradenství .

Subdisciplíny výpočetní techniky

Počítačové inženýrství

Počítačové inženýrství je disciplína, která integruje několik oborů elektrotechniky a počítačové vědy potřebných k vývoji počítačového hardwaru a softwaru. Počítačoví inženýři obvykle mají školení pouze v oblasti elektronického inženýrství (nebo elektrotechniky ), návrhu softwaru a integrace hardwaru a softwaru namísto pouze softwarového inženýrství nebo elektronického inženýrství. Počítačoví inženýři se podílejí na mnoha hardwarových a softwarových aspektech výpočetní techniky, od návrhu jednotlivých mikroprocesorů , osobních počítačů a superpočítačů až po návrh obvodů . Tato oblast inženýrství se zaměřuje nejen na návrh hardwaru v rámci vlastní domény, ale také na interakce mezi hardwarem a světem kolem něj.

Softwarové inženýrství

Softwarové inženýrství (SE) je aplikace systematického, disciplinovaného a kvantifikovatelného přístupu k návrhu, vývoji, provozu a údržbě softwaru a studium těchto přístupů; to znamená aplikace inženýrství na software. Laicky řečeno, jedná se o akt využití vhledů k početí, modelování a škálování řešení problému. První zmínka o tomto termínu je konference NATO Software Engineering Conference z roku 1968 a měla vyvolat úvahy o tehdy vnímané „ softwarové krizi “. Softwarový vývoj , hodně používaný a obecnější termín, nemusí nutně zahrnovat technické paradigma. Obecně přijímané koncepty softwarového inženýrství jako inženýrské disciplíny byly specifikovány v Průvodci orgánem softwarového inženýrství znalostí (SWEBOK). SWEBOK se stal mezinárodně uznávanou normou ISO/IEC TR 19759: 2015.

Počítačová věda

Počítačová věda nebo výpočetní věda (zkráceně CS nebo Comp Sci) je vědecký a praktický přístup k výpočtu a jeho aplikacím. Počítačový odborník se specializuje na teorii výpočtu a návrhu výpočetních systémů.

Její podoblasti lze rozdělit na praktické techniky pro její implementaci a aplikaci v počítačových systémech a čistě teoretické oblasti. Některé, například teorie výpočetní složitosti , která studuje základní vlastnosti výpočetních problémů , jsou vysoce abstraktní, zatímco jiné, například počítačová grafika , kladou důraz na aplikace v reálném světě. Ještě jiní se zaměřují na výzvy při implementaci výpočtů. Teorie programovacího jazyka například studuje přístupy k popisu výpočtů, zatímco samotné studium počítačového programování zkoumá různé aspekty používání programovacích jazyků a složitých systémů a interakce člověka s počítačem se zaměřuje na výzvy při vytváření počítačů a výpočtů užitečných a použitelných. a všeobecně přístupné lidem .

Kybernetická bezpečnost

Věda o datech

Informační systémy

„Informační systémy (IS)“ je studium komplementárních sítí hardwaru a softwaru (viz informační technologie ), které lidé a organizace používají ke shromažďování, filtrování, zpracování, vytváření a distribuci dat . ACM to Výpočetní kariéra webové stránky říká

"Většina programů IS [studia] je umístěna na obchodních školách, ale mohou mít různá jména, například manažerské informační systémy, počítačové informační systémy nebo podnikové informační systémy. Všechny tituly IS kombinují obchodní a výpočetní témata, ale důraz mezi technické a organizační problémy se mezi programy liší. Například programy se podstatně liší v množství požadovaného programování. “

Studie spojuje podnikání a počítačovou vědu s využitím teoretických základů informací a výpočtů ke studiu různých obchodních modelů a souvisejících algoritmických procesů v rámci počítačové vědy.

Obor počítačových informačních systémů (CIS) studuje počítače a algoritmické procesy, včetně jejich principů, návrhů jejich softwaru a hardwaru, jejich aplikací a jejich dopadu na společnost, zatímco IS klade důraz na funkčnost nad designem.

Informační technologie

Informační technologie (IT) jsou aplikace počítačů a telekomunikačních zařízení k ukládání, získávání, přenosu a manipulaci s daty, často v kontextu podnikání nebo jiného podniku. Termín se běžně používá jako synonymum pro počítače a počítačové sítě, ale zahrnuje také další technologie distribuce informací, jako je televize a telefony. S informačními technologiemi je spojeno několik průmyslových odvětví , jako je počítačový hardware , software , elektronika , polovodiče , internet , telekomunikační zařízení , elektronický obchod a počítačové služby .

Výzkum a nové technologie

Počítače založené na DNA a kvantové počítače jsou oblasti aktivního výzkumu v oblasti hardwaru i softwaru (například vývoj kvantových algoritmů ). Potenciální infrastruktura pro budoucí technologie zahrnuje DNA origami na fotolitografii a kvantové antény pro přenos informací mezi iontovými pastmi. Do roku 2011 vědci zapletli 14 qubitů . Rychlé digitální obvody (včetně obvodů založených na Josephsonových křižovatkách a rychlé kvantové technologii s jednoduchým tokem ) jsou s objevem supravodičů v nanoměřítku téměř realizovatelné .

Vláknová a fotonická (optická) zařízení, která již byla použita k přenosu dat na velké vzdálenosti, začala využívat datová centra vedle komponent CPU a polovodičových paměťových komponent. To umožňuje oddělení paměti RAM od CPU optickými propojovacími prvky. IBM vytvořila integrovaný obvod s elektronickým i optickým zpracováním informací v jednom čipu. Toto se označuje jako „nanofotonika integrovaná v CMOS“ nebo (CINP). Jednou z výhod optických propojení je, že základní desky, které dříve vyžadovaly určitý druh systému na čipu (SoC), nyní mohou přesouvat dříve vyhrazené paměťové a síťové řadiče ze základních desek a rozšiřovat je na stojan. To umožňuje standardizaci propojovacích linek a základních desek pro více typů SoC, což umožňuje včasnější upgrady CPU.

Další oblastí výzkumu je spintronika . Spintronics může poskytovat výpočetní výkon a úložiště, aniž by docházelo k zahřívání. Nějaký výzkum probíhá na hybridních čipech, které kombinují fotoniku a spintroniku. Probíhá také výzkum kombinace plazmoniky , fotoniky a elektroniky.

Cloud computing

Cloud computing je model, který umožňuje použití výpočetních prostředků, jako jsou servery nebo aplikace, bez nutnosti velké interakce mezi vlastníkem těchto prostředků a uživatelem, který je používá. Obvykle je nabízen jako služba, což z něj činí další příklad Software jako služba , Platformy jako služba a Infrastruktura jako služba v závislosti na nabízených funkcích. Mezi klíčové vlastnosti patří přístup na vyžádání, přístup k široké síti a schopnost rychlého škálování. Umožňuje jednotlivým uživatelům nebo malým podnikům těžit z úspor z rozsahu .

Jednou z oblastí zájmu v této oblasti je její potenciál podporovat energetickou účinnost. Úspora energie by mohla umožnit, aby se tisíce instancí výpočtu vyskytovaly na jednom počítači místo na tisících jednotlivých strojů. Mohlo by to také usnadnit přechod na více obnovitelné energie, protože by to stačilo na napájení jedné serverové farmy sadou solárních panelů nebo větrných turbín, a nikoli domovů milionů lidí.

S centralizovaným výpočtem přináší pole několik výzev, zejména v oblasti zabezpečení a soukromí. Současná legislativa dostatečně nechrání uživatele před společnostmi, které špatně nakládají s jejich daty na firemních serverech. To naznačuje potenciál pro další legislativní předpisy týkající se cloud computingu a technologických společností.

Kvantové výpočty

Kvantová výpočetní technika je oblast výzkumu, která spojuje disciplíny počítačové vědy, teorie informací a kvantové fyziky. Myšlenka na informace jako základní část fyziky je relativně nová, ale zdá se, že existuje silná vazba mezi informační teorií a kvantovou mechanikou. Zatímco tradiční výpočetní technika pracuje na binárním systému jedniček a nul, kvantová výpočetní technika využívá qubits . Qubity mohou být v superpozici, což znamená, že jsou v obou stavech, jeden a nula, současně. To znamená, že qubit není někde mezi 1 a 0, ale ve skutečnosti se hodnota qubitu změní v závislosti na tom, kdy ji měříte. Tato vlastnost qubits se nazývá kvantové zapletení a je základní myšlenkou kvantové výpočetní techniky a je to, co umožňuje kvantovým počítačům provádět rovnice ve velkém měřítku, pro které se používají. Kvantová výpočetní technika se často používá pro vědecký výzkum, kde běžný počítač nemá téměř dostatečný výpočetní výkon k provedení nezbytných výpočtů. Dobrým příkladem by bylo molekulární modelování . Velké molekuly jsou příliš moderní na to, aby moderní počítače mohly vypočítat, co se s nimi stane během reakce, ale síla kvantových počítačů by mohla otevřít dveře dalšímu porozumění těmto molekulám.

Viz také

Reference

externí odkazy

FOLDOC: bezplatný online slovník počítačů

Languages

In other projects