Ciencias de la Computación
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Informática (o ciencia de la computación) es el estudio y la ciencia de los fundamentos teóricos de la información y computación y su ejecución y aplicación de los sistemas informáticos . La informática tiene muchos sub-campos; algunos hacen hincapié en el cálculo de los resultados específicos (como gráficos por ordenador), mientras que otros se refieren a propiedades de problemas de cálculo (como teoría de la complejidad computacional). Todavía otros se centran en los retos en la implementación cálculos. Por ejemplo, estudios de la teoría del lenguaje de programación se acerca a los cálculos que describen, mientras que la programación de computadoras aplica específicas lenguajes de programación para resolver problemas computacionales específicos. Un subcampo más, la interacción persona-ordenador, se centra en los desafíos en la fabricación de computadoras y cálculos útil, usable y accesible a la gente .
Historia
Los primeros cimientos de lo que se convertiría en ciencias de la computación son anteriores a la invención de la moderna computadora digital . Máquinas para el cálculo de tareas numéricas fijas, como el ábaco , han existido desde la antigüedad. Wilhelm Schickard construyó la primera calculadora mecánica en 1623. Charles Babbage diseñó una máquina diferencial en La época victoriana (entre 1837 y 1901) ayudado por Ada Lovelace. Alrededor de 1900, la IBM corporación vendió máquinas de tarjetas perforadas. Sin embargo, todas estas máquinas se veían obligados a realizar una única tarea, o en el mejor de algún subconjunto de todas las tareas posibles.
Durante la década de 1940, como se desarrollaron máquinas de computación más nuevos y más potentes, el ordenador término llegó a referirse a las máquinas en lugar de sus antecesores humanos. Cuando se hizo evidente que las computadoras podrían utilizarse durante más de cálculos matemáticos simplemente, el campo de la informática amplió para estudiar cómputo en general. La informática empezó a establecerse como una disciplina académica diferenciada en la década de 1960, con la creación de los primeros departamentos de informática y programas de grado. Desde que se dispone ordenadores prácticos, muchas aplicaciones de la informática se han convertido en las distintas áreas de estudio en su propio derecho.
Muchos inicialmente creían imposible que "las computadoras mismas podrían ser en realidad un campo científico de estudio" (Levy 1984, p. 11), aunque fue en los "finales de los cincuenta" (Levy 1984, p.11) que poco a poco se aceptó entre la población mayor académico. Es la marca ya bien conocido por IBM que formó parte de la revolución de la informática durante este tiempo. 'IBM' (abreviación de International Business Machines) lanzó el IBM 704 y más tarde los IBM 709 computadoras, que fueron ampliamente utilizados durante el período de exploración de este tipo de dispositivos. "Sin embargo, el trabajo con la IBM [equipo] fue frustrante ... si hubieras perdido tanto como una letra en una instrucción, el programa se estrellaría, y usted tendría que empezar todo el proceso otra vez" (Levy 1984, p 0,13). Durante la década de 1950, la disciplina de la informática estaba muy en sus etapas de desarrollo, y estas cuestiones eran algo común.
El tiempo ha visto mejoras significativas en la capacidad de utilización y la eficacia de la tecnología de la informática. La sociedad moderna ha visto un cambio significativo de las computadoras que se utiliza exclusivamente por expertos o profesionales a una base de usuarios más amplia. Por la década de 1990, las computadoras hicieron aceptadas como la norma dentro de la vida cotidiana. Durante este tiempo la entrada de datos era un componente principal del uso de las computadoras, muchos prefieren simplificar sus prácticas de negocio a través del uso de una computadora. Esto también le dio la ventaja adicional de eliminar la necesidad de grandes cantidades de registros de documentación y archivos que consumen espacio físico muy necesaria dentro de las oficinas.
Principales logros
A pesar de su relativamente corta historia como disciplina académica formal, la informática ha hecho una serie de contribuciones fundamentales a la ciencia y la sociedad . Éstas incluyen:
- Aplicaciones dentro de la informática
- Una definición formal de computación y computabilidad, y prueba de que no son computacionalmente irresoluble y problemas insolubles.
- El concepto de un lenguaje de programación , una herramienta para la expresión precisa de información metodológica a diferentes niveles de abstracción.
- Las aplicaciones fuera de la informática
- Provocado el Revolución digital que llevó a la actual Era de la Información y la Internet .
- En criptografía , romper la máquina Enigma era un factor importante que contribuye a la victoria aliada en la Segunda Guerra Mundial.
- Computación científica habilitado estudio avanzado de la mente y el mapa del genoma humano era posible con Proyecto Genoma Humano. Proyectos de computación distribuida como Folding @ home explorar plegamiento de proteínas.
- Comercio algorítmico ha aumentado la eficiencia y la liquidez de los mercados financieros mediante el uso de inteligencia artificial, aprendizaje automático y otra estadística y técnicas numéricas a gran escala.
Relación con otras esferas
A pesar de su nombre, una cantidad significativa de la informática no implica el estudio de los ordenadores propios. Debido a esto, se han propuesto varios nombres alternativos. Científico danés Peter Naur sugirió el término datalogy, para reflejar el hecho de que la disciplina científica gira en torno a un tratamiento de datos y datos, mientras que no impliquen necesariamente ordenadores. La primera institución científica de usar el término fue el Departamento de Datalogy en la Universidad de Copenhague, fundada en 1969, con Peter Naur ser el primer profesor en datalogy. El término se utiliza principalmente en los países escandinavos. Además, en los primeros días de la computación, una serie de términos para el y profesionales del campo de la informática se sugiere en la Comunicación son de la ACM - turingineer, turologist, diagramas de flujo-hombre, aplicado meta-matemático y epistemólogo aplicado . Tres meses después, en la misma revista, se sugirió comptologist, seguido al año siguiente por hypologist. Recientemente los computics plazo se ha sugerido. Informatik era un término usado en Europa con más frecuencia.
El reconocido científico de la computación Edsger Dijkstra declaró: "La informática no es más acerca de las computadoras de la astronomía con los telescopios." El diseño y el despliegue de los equipos y sistemas informáticos se considera generalmente la provincia de disciplinas distintas de la informática. Por ejemplo, el estudio de hardware se considera generalmente como parte de ingeniería informática, mientras que el estudio de comercial sistemas informáticos y su despliegue a menudo se llama tecnología de la información o sistemas de información. La informática es a veces criticado por su falta de científicos, una vista desposada en la cuenta de "La ciencia es a la informática como la hidrodinámica es la plomería", acreditado a Stan Kelly-Bootle y otros. Sin embargo, ha habido mucha fertilización cruzada de ideas entre las diversas disciplinas relacionadas con la informática. Investigación de la ciencia informática también ha cruzado a menudo otras disciplinas, como la la ciencia cognitiva, la economía , las matemáticas , la física (véase computación cuántica ), y la lingüística .
La informática es considerado por algunos como para tener una relación mucho más estrecha con las matemáticas que muchas disciplinas científicas. Ciencias de la computación Temprano estuvo fuertemente influenciado por el trabajo de los matemáticos como Kurt Gödel y Alan Turing , y allí sigue siendo un útil intercambio de ideas entre los dos campos en áreas como la lógica matemática, la teoría de categorías, teoría del dominio, y álgebra .
La relación entre la informática y la ingeniería de software es un tema polémico, que se enturbió aún más por disputas sobre lo que el término "ingeniería de software" significa, y cómo se define la informática. David Parnas, siguiendo el ejemplo de la relación entre otras disciplinas de la ingeniería y de la ciencia, ha afirmado que el principal foco de la informática está estudiando las propiedades de la computación en general, mientras que el foco principal de la ingeniería de software es el diseño de los cálculos específicos para lograr práctico objetivos, por lo que las dos disciplinas distintas pero complementarias.
Las y los aspectos de financiación académicos, políticos de la informática tienden a tener raíces en cuanto a si un departamento en los EE.UU. formó ya sea con un énfasis matemático o un énfasis ingeniería. En general, los departamentos de informática basados en ingeniería eléctrica han tendido a tener éxito como la informática y / o departamentos de ingeniería. Departamentos de informática con un énfasis matemáticas y con una orientación numérica consideran alineación ciencia computacional. Ambos tipos de departamentos tienden a hacer esfuerzos para reducir el campo educativo, si no a través de toda la investigación.
Los campos de la informática
Informática busca conceptos y pruebas formales para explicar y describir sistemas computacionales de interés. Al igual que con todas las ciencias, estas teorías pueden ser utilizados para sintetizar las aplicaciones prácticas de ingeniería, que a su vez puede sugerir nuevos sistemas para ser estudiados y analizados. Mientras que la ACM Computing System Clasificación Internacional puede utilizarse para dividir la informática para arriba en diversos temas de campos, un desglose más descriptivo sigue:
Fundamentos matemáticos
- La lógica matemática
- Lógica de Boole y otras formas de modelar consultas lógicas; los usos y limitaciones de los métodos de prueba formales.
- Teoría de los números
- Teoría de las pruebas y heurísticas para encontrar pruebas en el sencillo de dominio de los números enteros. Utilizado en la criptografía , así como un dominio de prueba en inteligencia artificial.
- La teoría de grafos
- Fundamentos para estructuras de datos y algoritmos de búsqueda.
- Teoría Tipo
- El análisis formal de los tipos de datos, y el uso de estos tipos de comprender propiedades de programas, especialmente de seguridad programa.
- Teoría de la categoría
- Categoría teoría proporciona un medio de capturar todas las matemáticas y la computación en una sola síntesis.
- Geometría computacional
- El estudio de los algoritmos para resolver problemas planteados en términos de geometría .
- Análisis numérico
- Fundamentos para algoritmos de matemática discreta, así como el estudio de las limitaciones de punto flotante de cómputo, incluyendo errores de redondeo.
Teoría de la computación
- Teoría de autómatas
- Diferentes estructuras lógicas para resolver problemas.
- Teoría de la computabilidad
- ¿Qué se puede calcular con los actuales modelos de computadoras. Las pruebas desarrolladas por Alan Turing y otros dar una idea de las posibilidades de lo que puede ser calculada y lo que no.
- Teoría de la complejidad computacional
- Límites fundamentales (especialmente el tiempo y el espacio de almacenamiento) en clases de cálculos; en la práctica, el estudio de los problemas que un ordenador puede resolver con recursos razonables (mientras que los estudios de teoría de la computabilidad que los problemas pueden ser resueltos en absoluto).
- Teoría de la computación cuántica
- La representación y manipulación de datos utilizando las propiedades cuánticas de las partículas y el mecanismo cuántico.
Algoritmos y estructuras de datos
- Análisis de algoritmos
- Tiempo y la complejidad de los algoritmos de espacio.
- Algoritmos
- Los procesos formales lógicos utilizados para el cálculo, y la eficiencia de estos procesos.
Lenguajes de programación y compiladores
- Los compiladores
- Formas de traducir los programas de ordenador, por lo general de lenguajes de alto nivel a los de nivel inferior.
- Intérpretes
- Un programa que toma como entrada en un programa de ordenador y lo ejecuta.
- Lenguajes de programación
- Paradigmas lenguaje formal de algoritmos que expresan, y las propiedades de estos idiomas (por ejemplo, qué problemas son adecuados para resolver).
Y sistemas concurrentes, paralelos, distribuidos
- Concurrencia
- La teoría y la práctica de la computación simultánea; seguridad de los datos en cualquier entorno multitarea o multihilo.
- La computación distribuida
- Calculando el uso de múltiples dispositivos informáticos en una red para lograr un objetivo común o de tareas y reduciendo así la latencia involucrados en contribuciones procesador individuales para cualquier tarea.
- La computación paralela
- Calculando el uso de múltiples hilos de ejecución concurrentes.
Ingeniería de Software
- Diseño de algoritmos
- El uso de las ideas de la teoría de algoritmos para diseñar creativamente soluciones a tareas reales
- Programación de ordenadores
- La práctica de utilizar un lenguaje de programación para implementar algoritmos
- Los métodos formales
- Enfoques matemáticos para describir y razonar acerca de los diseños de software.
- Ingeniería inversa
- La aplicación del método científico a la comprensión de software existente arbitraria
- Desarrollo de software
- Los principios y la práctica de diseñar, desarrollar y probar programas, así como las prácticas adecuadas de ingeniería.
La arquitectura del sistema
- Arquitectura de computadores
- El diseño, la organización, la optimización y la verificación de un sistema informático, sobre todo acerca de CPUs y subsistemas de memoria (y el autobús de conectarlos).
- Organización ordenador
- La implementación de arquitecturas de computadora, en términos de descripciones de su específica circuitos eléctricos
- Sistemas operativos
- Los sistemas para la gestión de los programas de ordenador y proporcionando la base de un sistema utilizable.
Comunicaciones
- Audio del ordenador
- Algoritmos y estructuras de datos para la creación, manipulación, almacenamiento y transmisión de grabaciones de audio digital. También es importante en aplicaciones de reconocimiento de voz.
- Networking
- Algoritmos y protocolos para la comunicación de datos a través de diferentes medios de comunicación compartidos o dedicados, a menudo incluyendo corrección de errores.
- Criptografía
- Aplica los resultados de la complejidad, la probabilidad y la teoría de números para inventar y romper códigos.
Bases de datos
- La minería de datos
- La minería de datos es la extracción de los datos pertinentes de todas las fuentes de datos.
- Bases de datos relacionales
- Estudio de algoritmos para la búsqueda y procesamiento de la información en los documentos y bases de datos; estrechamente relacionado con recuperación de la información.
- OLAP
- Procesamiento analítico en línea, OLAP o, es un enfoque para proporcionar rápidamente las respuestas a las preguntas analíticas que son multi-dimensional en la naturaleza. OLAP es parte de la categoría más amplia inteligencia de negocios, que incluye también informes relacionales y minería de datos.
Inteligencia artificial
- Inteligencia artificial
- La aplicación y el estudio de los sistemas que exhiben una inteligencia autónoma o el comportamiento de los suyos.
- La vida artificial
- El estudio de los organismos digitales para aprender sobre los sistemas biológicos y la evolución.
- Razonamiento automatizado
- Solución de motores, como los utilizados en Prolog, que producen pasos para un determinado resultado de una consulta en una base de datos de hecho y regla.
- Visión por computador
- Los algoritmos para la identificación de objetos tridimensionales a partir de uno o más de dos imágenes dimensionales.
- Aprendizaje automático
- Creación automática de un conjunto de reglas y axiomas basada en la entrada.
- Procesamiento del lenguaje natural / La lingüística computacional
- La comprensión y la generación del lenguaje humano automatizada
- Robótica
- Algoritmos para controlar el comportamiento de los robots.
Representación visual (o gráficos de ordenador)
- Gráficos de computadora
- Los algoritmos tanto para generar imágenes visuales sintéticamente, y para la integración o la alteración de la información visual y espacial muestreado del mundo real.
- Procesamiento de imágenes
- Determinación de la información de una imagen a través de la computación.
Interacción Persona-Ordenador
- Human Computer Interaction
- El estudio de la fabricación de computadoras y cálculos útil, usable y accesible a personas, entre ellas el estudio y diseño de interfaces de ordenador a través del cual las personas usan las computadoras.
Computación científica
- Bioinformática
- El uso de la informática para mantener, analizar y almacenar datos biológicos, y para ayudar en la solución de problemas biológicos como plegamiento de proteínas, predicción de la función y filogenia.
- Ciencia Cognitiva
- Modelado computacional de las mentes reales
- Química Computacional
- Modelado computacional de la química teórica para determinar estructuras químicas y propiedades
- Neurociencia computacional
- Modelado computacional de cerebros reales
- Física computacional
- Las simulaciones numéricas de sistemas grandes no analíticas
- Algoritmos numéricos
- Algoritmos para la solución numérica de problemas matemáticos tales como búsqueda de raíz, la integración , la solución de ecuaciones diferenciales ordinarias y la aproximación / evaluación de funciones especiales.
- Matemáticas Simbólico
- La manipulación y la solución de expresiones en forma simbólica, también conocido como Álgebra computacional.
Didáctica de las ciencias de la computación / informática
La didáctica subcampo de la informática se centra en los enfoques cognitivos del desarrollo de las competencias de la informática y de estrategias específicas para el análisis, diseño, implementación y evaluación de las excelentes lecciones de ciencias de la computación.
La educación en computación
Algunas universidades enseñan ciencias de la computación como un estudio teórico de cálculo y razonamiento algorítmico. Estos programas ofrecen a menudo la teoría de la computación, análisis de algoritmos, métodos formales, teoría de la concurrencia, bases de datos, gráficos por ordenador y análisis de sistemas, entre otros. Por lo general también enseñan la programación de computadoras , pero lo tratan como un recipiente para el apoyo de otros campos de la ciencia de la computación en lugar de un enfoque central de estudio de alto nivel.
Otros colegios y universidades, así como escuelas secundarias y programas de formación profesional que enseñan ciencias de la computación, hacen hincapié en la práctica de la avanzada de programación de computadoras en lugar de la teoría de algoritmos y la computación en sus planes de estudio la informática. Dichos planes de estudios tienden a centrarse en aquellas habilidades que son importantes para los trabajadores que entran en la industria del software. Los aspectos prácticos de la programación de computadoras se denominan a menudo ingeniería de software. Sin embargo, hay una gran cantidad de desacuerdo sobre lo que el término "ingeniería de software" significa en realidad, y si es lo mismo que la programación.
