Информатика — что это такое, зачем нужна и что изучает.

Информатика – это трансдисциплинарная наука о поведении и структуре любой системы, которая генерирует, хранит, обрабатывает и затем представляет информацию.

 

Что такое ИНФОРМАТИКА — определение, значение простыми словами.

 

Простыми словами Информатика – это изучение компьютеров, включая их аппаратное и программное обеспечение. Это обширная область, охватывающая все аспекты вычислений, включая поиск новых способов решения проблем с использованием компьютеров и улучшение работы компьютеров. Компьютеры используют структуры данных и алгоритмы для выполнения сложных вычислений. Изучение информатики развивает эти возможности, улучшая и изобретая новые вычислительные машины, которые могут улучшить жизнь.

Если уж совсем кратко, то информатика – это наука об информации.

Суть информатики в том, что она использует вычисление как универсальный инструмент для решения сложных проблем в различных областях. Таким образом, центральным понятием информатики является преобразование информации с помощью вычислений или коммуникации.

 

В отличие от инженеров электриков и компьютерных инженеров, компьютерные ученые в основном занимаются программным обеспечением и программными системами. Это включает их теорию, дизайн, разработку и применение.

 

В широком смысле понятие информатики широко описывает

• изучение,
• проектирование,
• развитие,
• применение

информационных технологий практически в любой области, учитывая их влияние на благо людей, организаций и общества. Новые знания, полученные благодаря информатике, генерируются путем сбора, хранения, интеллектуального анализа различных баз данных.

Компьютерная информатика предлагает способ использования больших баз данных и управления ими, что приводит к ряду преимуществ, включая ускорение темпов научных открытий и улучшение принятия решений в различных сферах деятельности. Поэтому углубленное изучение информатики в школе – очень важно для развития современного общества.

Информатика использует мощь и возможности цифровых технологий для преобразования данных и информации в знания, которые люди используют каждый день.

 

 

Происхождение термина «информатика».

 

Термин «информатика» впервые был придуман немецким ученым компьютерщиком по имени Карл Штайнбух и впервые появился в 1957 году в опубликованной им статье «Информатика: автоматическая обработка информации». Информатика тогда использовалась как синоним компьютерной или вычислительной науки.

В 1994 году Эдинбургский университет в Шотландии сформировал группу, которая сейчас является школой информатики, и дал определение термина «информатика» как «изучение структуры, алгоритмов, поведения и взаимодействия естественных и искусственных вычислительных систем». Значение получило широкое распространение.

Тем не менее у информатики до сих пор нет универсального значения, поскольку разные образовательные и другие организации определяют ее по-разному. Но все эти различные способы определения информатики касаются изучения и применения информации и информационных технологий в повседневных процессах. В своих попытках объяснить явления наука прогрессирует, определяя, развивая, критикуя и уточняя новые концепции. Информатика разрабатывает свои собственные фундаментальные концепции коммуникации, знания, данных, взаимодействия и информации и связывает их с такими явлениями, как вычисления, мышление и язык.

 

 

Цель и задачи информатики.

 

Три действительно фундаментальных вопроса науки:

• Что такое материя?
• Что такое жизнь?
• Что такое разум?

К первым двум относятся физические и биологические науки. Цель информатики – способствовать нашему пониманию последних двух, обеспечивая основу для изучения организации процессов в биологических и когнитивных системах. Лучше всего добиться прогресса посредством прочных связей с существующими дисциплинами, посвященными конкретным аспектам этих вопросов.

Информатика решает огромный спектр проблем и дает множество возможностей. Основные ее задачи:

• определить, насколько и при каких обстоятельствах теории обработки информации в искусственных устройствах могут быть применены к естественным системам;
• определить, насколько принципы, заимствованные из естественных систем, применимы для разработки новых видов инженерных систем;
• изучить множество способов, с помощью которых искусственные информационные системы могут помочь решить проблемы, стоящие перед человечеством, и помочь улучшить качество жизни всех живых существ.

 

 

Роль информатики в современном мире.

 

Понимание информационных явлений, таких как вычисления, познание и коммуникация, способствует технологическому прогрессу. В свою очередь, технический прогресс побуждает к научным изысканиям. Наука об информации и разработка информационных систем развиваются рука об руку. Возможность дешево обрабатывать огромные объемы информации изменила наш образ жизни.

 

Теоретическая и практическая (прикладная) информатика.

 

Теоретическая информатика – это дисциплина в информатике, которая сосредоточена на математике. В то время как другие дисциплины сосредоточены на практическом применении информатики для создания более совершенных компьютеров или программного обеспечения, теоретическая информатика фокусируется на более абстрактных идеях, таких как совершенствование алгоритмов или изучение свойств кодов и их преимуществ для конкретных приложений. И то, и другое необходимо для развития информатики как области, потому что для достижения прогресса в практической информатике эта область полагается на развитие вычислительных возможностей посредством теоретической информатики. Информационные технологии (ИТ) стали повсеместным и незаменимым компонентом нашей повседневной жизни, помогая (или препятствуя) нам в управлении информацией, накоплении знаний и принятии решений.

 

 

Основные области изучения информатики.

 

Существует множество дисциплин информатики, которые можно изучать. Вот некоторые из них:

1. Искусственный интеллект

Искусственный интеллект, или ИИ – это исследование и проектирование систем, которые могут функционировать автономно от человеческого вмешательства. Примерами ИИ являются программы, предлагающие музыкальные рекомендации, основанные на ваших предыдущих привычках прослушивания, или программы, которые могут играть в сложные игры, такие как шахматы, против человека-конкурента. Некоторые исследования ИИ сосредоточены на создании машин, которые могут выполнять человеческие задачи, такие как зрительное восприятие или распознавание речи. Машинное обучение – это подмножество ИИ, которое уделяет особое внимание возможности создания машины, которая может использовать алгоритмы и программирование для отражения процессов человеческого разума.

2. Языки программирования и логика

Языки программирования являются неотъемлемой частью информатики, потому что большинство других дисциплин используют языки программирования для работы. Чтобы использовать компьютер, программист переводит команды на определенный язык программирования, который компьютер может читать. Изучение языков программирования и логики фокусируется на разработке этих языков, а также на их анализе, характеристике и классификации их индивидуальных особенностей. Практическое применение этого исследования включает оптимизацию этих языков, чтобы они могли писать сложные программы, используя наименьший объем кода, который может понять компьютер.

3. Приложения для научных вычислений

Приложения для научных вычислений – это исследование информатики, в котором используются компьютерные алгоритмы и возможности моделирования для прогнозирования результатов научных экспериментов, которые ученые не могут проводить физически. Вот некоторые ситуации, когда необходимо проводить научные эксперименты с помощью моделей:

• Большие по масштабу: некоторые научные эксперименты или исследования просто слишком велики для точного проведения эксперимента за пределами цифровой модели, например, для прогнозирования динамики изменения климата и его последствий.
• Опасные: некоторые материалы или химические реакции могут быть слишком опасными или неэтичными для личного использования, например, эксперименты с токсичными или радиоактивными химическими веществами.
• Дорогие: некоторые эксперименты или исследования слишком дороги или требуют много времени. Использование научных вычислений может помочь ускорить эти процессы за небольшую часть стоимости, например, многократные краш-тесты самолета для оптимизации безопасности.

Научные вычисления являются междисциплинарными, потому что они включают людей, которые являются экспертами в той области, которая требует модели, а также компьютерных ученых для создания алгоритмов.

4. Теория вычислений

Теория вычислений – это дисциплина, которая фокусируется на определении того, какие проблемы решают вычислительные алгоритмы, и могут ли они решить их полностью или частично. Конечная цель этого предмета –определить, каковы фундаментальные возможности и ограничения компьютеров. Есть три основных направления этого предмета:

А) Теория автоматов и формальные языки: теория автоматов – это исследование абстрактных машин, называемых автоматами, которые компьютерные ученые используют для описания и анализа поведения компьютерных систем.

Б) Теория вычислимости: теория вычислимости или теория рекурсии – это изучение того, какие задачи решения могут и не могут быть решены компьютерной программой. Проблема принятия решения – это вопрос «да» или «нет», который может иметь бесконечное количество факторов. Например, если компьютер может определить, являются ли числа в наборе четными или нечетными, независимо от того, какие числа, это будет проблемой решения, которую компьютер может решить.

В) Вычислительная сложность: вычислительная сложность связана с тем, сколько времени и памяти требуется для различных алгоритмов. Чем больше ресурсов требует алгоритм, тем он сложнее.

5. Структуры данных и алгоритмы

Эта дисциплина фокусируется на способах взаимодействия структур данных и алгоритмов, а также на том, как компьютерные ученые могут улучшить их, чтобы создавать более совершенные компьютерные программы. Структура данных – это место, где вы можете систематизировать и хранить данные. Алгоритм – это набор задач, которыми вы можете управлять с компьютера. Вы можете использовать алгоритм для получения и выполнения вычислений с данными, которые создают компьютерную программу. Основное внимание в этой дисциплине уделяется изучению совпадения этих двух функций и их оптимизации.

6. Компьютерная архитектура и организация

Эта дисциплина фокусируется на изучении, проектировании, внедрении и эксплуатации компьютерной системы. Архитектура фокусируется на том, как дизайн оборудования, такого как компьютеры, устройства хранения и компоненты сетевого подключения, хранит программы, передает данные и упрощает соединение с другими устройствами. Организация – это то, как эти компоненты соединяются и как их оптимизировать.

7. Компьютерные сети

Изучение компьютерных сетей фокусируется на анализе, проектировании и реализации сетей, которые объединяют компьютеры. Например, Интернет –это тип сети, которая связывает компьютеры вместе. Ученые-информатики изучают, как развивать эти связи, используя различные соединения, такие как световые сигналы или радиоволны. Они также работают над разработкой протоколов, которые устанавливают ограничения и защиту этих сетей.

8. Компьютерная безопасность в криптографии

Эта дисциплина информатики фокусируется на том, как защитить информацию, хранящуюся на компьютерах. Это может включать создание оборудования, с которым труднее вмешаться, но в основном включает создание программного обеспечения, неуязвимого для кражи, уничтожения, мошенничества или доступа неавторизованного пользователя. Криптография – это часть компьютерной безопасности, разработанная для защиты данных. Это практика использования алгоритмов для шифрования информации путем перевода ее из ее естественного состояния в трудно поддающийся расшифровке шаблон с использованием набора вычислений на основе правил, а также использования алгоритмов для расшифровки данных.

9. Базы данных и интеллектуальный анализ данных

Изучение баз данных и интеллектуального анализа данных фокусируется на том, как компьютерные ученые организуют и хранят данные. Большие данные (Big Data) – это термин для больших наборов данных, которые собираются из определенного источника. Примером больших данных могут быть данные о местоположении, привычках просмотра и использовании приложений, которые сотовые телефоны собирают для помощи своим пользователям. Интеллектуальный анализ данных анализирует эти данные для выявления закономерностей. Одним из важных направлений этой дисциплины является создание структур баз данных, которые позволяют эффективно организовывать и вызывать данные из большого набора данных, а также упрощают и ускоряют интеллектуальный анализ данных.

10. Компьютерная графика и визуализация

Эта дисциплина информатики фокусируется на отображении компьютерных систем и управлении изображениями на экране компьютера. Сюда входит изучение и улучшение аппаратных возможностей компьютера. Он также обрабатывает:

• Рендеринг: создание реалистичного изображения из двухмерной модели с помощью компьютерной программы.
• Моделирование: создание вероятных результатов на основе набора критериев.
• Анимация: создание эффекта движения посредством последовательности неподвижных изображений на экране дисплея.
• Визуализация: интерпретация данных в графической форме и взаимодействие с данными для управления графикой.

11. Обработка изображения и звука

Обработка изображений и звука фокусируется на изучении форм, которые может принимать информация, а также на том, как интерпретировать и обрабатывать эту информацию. Обработка изображений – это когда вы используете цифровой компьютер для интерпретации изображения как набора данных, которыми вы можете манипулировать. Манипулирование набором данных может привести к более точным изменениям изображения, чем изменение его вручную. Цифровой компьютер может управлять звуком и другими формами информации с помощью того же процесса. Изучение того, как точно преобразовывать изображения и звук в наборы данных, а затем управлять этими наборами, является основной целью этой дисциплины.

12. Параллельные и распределенные вычисления

Эта дисциплина – изучение компьютеров и сетей, в которых одновременно выполняется несколько вычислений. Центральный вопрос этой темы – как разработать машины или стратегии, которые могут улучшить скорость и точность выполнения этих одновременных задач. Параллельные вычисления – это когда несколько вычислений выполняются один раз. Ученые-информатики могут улучшить параллельные вычисления с помощью распределенной системы, когда несколько компьютеров подключаются к сети и обрабатывают отдельные вычисления одновременно.

13. Взаимодействие человека и компьютера

Эта тема в области информатики посвящена тому, как пользователи взаимодействуют с компьютерами, и пользовательскому интерфейсу, который облегчает это взаимодействие. Основная цель этой дисциплины – создание аппаратного и программного обеспечения, которое делает использование компьютера простым и управляемым для пользователя, не требуя от него знания информатики. Эта дисциплина включает в себя психологию пользователя, антропологию и инженерию, потому что она фокусируется на интерпретации инстинктов и ожиданий пользователей. Затем ученые-информатики создают оборудование и программное обеспечение, отвечающее этим ожиданиям.

14. Программная инженерия

Программная инженерия фокусируется на использовании инженерных подходов к теории и практике построения программных систем. Стоимость и время, затрачиваемые на разработку сложного программного обеспечения, включают группы специалистов по информатике. Процесс разработки программного обеспечения состоит из:

• Разработки требований
• Анализа возможностей
• Дизайна
• Строительства
• Валидации, или проверки на соответствие требованиям
• Развертывания программного обеспечения
• Операции
• Обслуживания

15. Информация и теория кодирования

Теория информации изучает передачу и обработку информации. Теория кодирования изучает, как преобразовать информацию в коды, которые могут передавать информацию, а так же как снизить частоту ошибок при передаче данных и насколько быстро компьютер может обработать цифровой сигнал. В этой дисциплине компьютерные ученые используют коды, чтобы определить пределы того, сколько они могут сжимать, хранить или обрабатывать.

 

 

Итак, обладая правильным оборудованием (строительные материалы) и программным обеспечением (знаниями), инженеры могут создать конструктивно прочное здание. Но архитектор превращает его в жилое пространство, размещая двери, окна и инженерные сети с учетом функциональности и простоты использования. Информатика – это понимание того, как люди будут «жить» в цифровом пространстве, с элегантным дизайном, понятным тем, кто использует определенную технологию. Специалист по информатике определяет, какое оборудование и программное обеспечение будут использоваться для создания и обеспечения наилучшего взаимодействия с пользователем.

Таким образом, информатика обеспечивает связь между дисциплинами с их собственными методологиями и перспективами, объединяя общую научную парадигму, общие инженерные методы и всеобъемлющие стимулы от технологического развития и практического применения.

 

 

Информатика и вычислительные системы.

 

Вычислительные системы, как естественные, так и спроектированные, отличаются большой сложностью как в отношении их внутренней структуры, так и поведения, а также их богатого взаимодействия с окружающей средой. Информатика стремится понять и построить (или реконструировать) такие системы, используя аналитические, экспериментальные и инженерные методологии.

В естественных системах цель состоит в том, чтобы понять структуру и поведение данной вычислительной системы. Теоретические концепции, лежащие в основе природных систем, в конечном итоге строятся на наблюдениях и сами используются для предсказания новых наблюдений. Для вычислительных систем цель состоит в том, чтобы построить систему, выполняющую заданную информационную функцию. Теоретические концепции, лежащие в основе вычислительных систем, призваны обеспечить их правильную и эффективную конструкцию и работу.

 

 

Популярные языки информатики и их использование.

 

Языки компьютерного программирования – важная часть компьютерных наук и всех основных технологических достижений в последнее время. Они используются для создания формы и функций практически всего, что мы используем, включая смартфоны, электронику и веб-сайты. По мере того как программисты становятся более квалифицированными и искусными в написании программ, качество и интеллект технологических устройств, с которыми мы работаем, продолжают улучшаться, а языки компьютерных наук будут продолжать развиваться.

Сегодня существует множество инновационных веб-сайтов, которые предлагают множество функций и возможностей. При этом они разработаны с использованием одного или комбинации некоторых из самых популярных сегодня языков программирования.

 

Эти языки программирования включают:

• C, C ++,
• JAVA,
• JAVASCRIPT,
• PHP,
• RUBY,
• Objective C,

C используется в качестве основного языка программирования, на котором основаны многие из этих новых языков. Другие языки используются для улучшения работы веб-сайтов, что позволяет создавать динамические страницы, функции и общий дизайн. Популярные веб-сайты и приложения, которые в настоящее время в той или иной форме используют эти языки программирования, включают

• Google и Bloomberg (C ++),
• приложение GoToMeeting и The Wall Street Journal (Java),
• Facebook и Twitter (JavaScript),
• Yahoo и Wikipedia (PHP),
• Groupon и Amazon (Ruby),
• приложения для iPhone (Objective-C),
• YouTube и NASA (Python).

Конечно, есть домены за пределами веб-сайтов, где также широко представлены языки программирования. Эти области включают структуры факультетов и лабораторий информатики. 20 ведущих факультетов компьютерных наук университетов США используют для своих операций языки программирования Python (13), Java (11), Matlab (6), C (4) и C ++ (2). С другой стороны, 20 самых популярных технологий в мире используют JavaScript (54,4%), SQL (48%), Java (37,4%), C # (31,6%), PHP (29,7%), Python (23,8%), C ++. (20,6%), C (16,4%) и NODE.JS (13,3%) для питания своих устройств.

 

 

Базовая и углубленная информатика.

 

Информатика – одна из наиболее динамично развивающихся академических дисциплин. Результаты исследований и инноваций в этой области, то есть развитие информатики, вероятно, будут иметь значительное социальное влияние. Базовая информатика (основы информатики, ее базовые понятия) обычно изучается в школе. Углубленная, или передовая информатика изучается в высших учебных заведениях, предлагая возможность дальнейшего развития навыков решения проблем путем изучения продвинутых языков программирования и парадигм программирования, а также получения знаний и навыков по широкому кругу тем в области компьютерных наук.