Інформатика
Інформа́тика (англ. informatics, computer science; нім. Informatik; рос. информатика) — теоретична та прикладна (технічна, технологічна) дисципліна, що вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також методи і (технічні) засоби її створення, перетворення, зберігання, передачі та використання в різних галузях людської діяльності.
Основне теоретичне завдання інформатики полягає у визначенні загальних закономірностей, відповідно до яких створюється інформація, відбувається її перетворення, передавання та використання у різних сферах діяльності людини.
Прикладні завдання інформатики полягають у розробці найефективніших методів і засобів здійснення інформаційних процесів, у визначенні способів оптимальної наукової комунікації у самій науці та між наукою і виробництвом.
Основні принципи
Виконання поставлених перед нею завдань обчислювальна машина може забезпечувати за допомогою переміщення певних механічних частин, руху потоків електронів, фотонів або завдяки використанню ефектів від інших добре вивчених фізичних явищ. На сьогодні більшість найпоширеніших типів використовуваних обчислювальних машин — електронні обчислювальні машини. Архітектура обчислювальних машин може безпосередньо моделювати розв'язувану проблему, максимально близько (у значенні математичного опису) відображаючи досліджувані фізичні явища. Так, електронні потоки можуть використовуватися як моделі потоків води при моделюванні гребель або дамб. Сконструйовані таким чином аналогові обчислювальні машини були звичними у 1960-х роках, проте сьогодні є достатньо рідкісним явищем. У більшості сучасних обчислювальних машин задачу спочатку описують у математичних термінах, при цьому всю необхідну інформацію представляють у двійковому вигляді (у вигляді одиниць і нулів), після чого дії з її обробки зводяться до застосування простої алгебраїчної логіки. Оскільки практично всю математику може бути зведено до виконання булевих операцій, достатньо швидку електронну обчислювальну машину може бути застосовано для розв'язання більшості математичних завдань (а також і більшості таких завдань з обробки інформації, які може бути легко зведено до математичних).
Історія
Багато задач, які сьогодні розв'язує інформатика, давно розроблялись в руслі інших дисциплін: бібліотечній справі, бібліографії, лінгвістики тощо. Ще на початку 20 століття бельгійський юрист і науковець Поль Отле запропонував об'єднати комплекс процесів із збирання, обробки, зберігання, пошуку і розповсюдження наукових документів під загальною назвою «документація», що іноді служить синонімом терміну «інформатика». 1931 року Міжнародний бібліографічний інститут, заснований П. Отле і бельгійським юристом і громадським діячем Анрі Лафонтеном 1895 року, було перейменовано на Міжнародний інститут документації, а 1938 року — на Міжнародну федерацію з документації, яка й надалі лишається основною міжнародною організацією, що об'єднує фахівців з інформатики та науково-інформаційної діяльності.
1945 року з'явилася стаття американського науковця та інженера В. Буша «Можливий механізм нашого мислення», в якій вперше було широко поставлено питання про необхідність механізації інформаційного пошуку. Міжнародні конференції з наукової інформації (Лондон, 1948; Вашингтон, 1958) знаменували перші етапи розвитку інформатики. Важливе значення мало дослідження закономірностей розсіювання наукових публікацій, проведене С. Бредфордом (Велика Британія, 1948). До середини 60-х років 20 століття розроблялись в основному принципи і методи інформаційного пошуку та технічні засоби їхньої реалізації. У. Баттен (Велика Британія), К. Муерс і М. Таубе (США) заклали основи координатного індексування; Б. Вікері, Д. Фоскет (Велика Британія), Дж. Перрі, А. Кент, Дж. Костелло, Г. П. Лун, Ч. Берньер (США), Ж. К. Гарден (Франція) розробили основи теорії і методики інформаційного пошуку. С. Клевердон (Велика Британія) дослідили методи порівняння технічної ефективності інформаційно-пошукових систем різного типу. Р. Шоу (США) і Ж. Самен (Франція) створили перші інформаційно пошукові присторої на мікрофільмах і діамікрокартах, що стали прообразами багатьох спеціальних інформаційних машин. К. Мюллер і Ч. Карлсон (США) запропонували нові методи репродукування документів, які лягли в основу сучасної техніки репрографії.
Сучасний етап розвитку інформатики характеризується глибшим розумінням загальнонаукового значення науково-інформаційної діяльності та все ширшим застосуванням у ній електронних обчислювальних машин.
Етимологія
Термін нім. Informatik ввів німецький кібернетик, інженер з телекомунікацій, спеціаліст з теорії інформації Карл Штайнбух в статті Informatik: Automatische Informationsverarbeitung (Інформатика: Автоматична обробка інформації)[1] 1957 року. В німецьких джерелах вважають, що слово інформатика (Informatik) утворено злиттям слів інформація (Information) та автоматичний (Automatik) [2]; інший погляд полягає в тому, що інформатика (Informatik) — це неологізм, утворений зі слова інформація (Information) за аналогією зі словом математика (Mathematik).[3]
Завдання інформатики
Основне теоретичне завдання інформатики полягає у визначенні загальних закономірностей, відповідно до яких створюється інформація. Відбувається її перетворення, передавання та використання у різних сферах діяльності людини. Прикладні завдання інформатики полягають у розробці найефективніших методів і засобів здійснення інформаційних процесів, у визначенні способів оптимальної наукової комунікації у самій науці та між наукою і виробництвом.
Структура інформатики
Інформатика ділиться на низку розділів. Як і дисципліна, інформатика охоплює широке коло тем від теоретичних досліджень алгоритмів і меж обчислень до практичної реалізації обчислювальних систем в сфері апаратного та програмного забезпечення. Комітет CSAB, раніше званий «Радою з акредитації обчислювальних наук», що включає представників Асоціації обчислювальної техніки (ACM) і Комп'ютерного суспільства IEEE (IEEE-CS)- визначив чотири сфери, найважливіші для дисципліни інформатика: теорія обчислень, алгоритми і структури даних, методологія програмування і мов, комп'ютерні елементи і архітектура. На додаток до цих чотирьох напрямках, комітет CSAB визначає такі важливі галузі інформатики: розробка програмного забезпечення, штучний інтелект, комп'ютерні мережі і телекомунікації, системи управління базами даних, паралельні обчислення, розподілені обчислення, взаємодії між людиною і комп'ютером, комп'ютерна графіка, операційні системи, числові та символьні обчислення
Теоретична інформатика
Величезне поле досліджень теоретичної інформатики включає як класичну теорію алгоритмів, так і широкий спектр тем, пов'язаних з абстрактнішими логічними і математичними аспектами обчислень. Теоретична інформатика займається теоріями формальних мов, автоматів, алгоритмів, обчислюваності і обчислювальної складності, а також обчислювальною теорією графів, криптологією, логікою (включаючи логіку висловлювань і логіку предикатів), формальною семантикою і закладає теоретичні основи для розробки комп'ютерних мов програмування.
Теорія алгоритмів
За словами Пітера Деннінга, до фундаментальних питань інформатики належить таке питання: «Що може бути ефективно автоматизовано?» Вивчення теорії алгоритмів сфокусовано на пошуку відповідей на фундаментальні питання про те, що можна обчислити і яка кількість ресурсів необхідно для цих обчислень. Для відповіді на перше питання в теорії обчислюваності розглядаються обчислювальні завдання, які вирішуються на різних теоретичних моделях обчислень. Друге питання присвячене теорії обчислювальної складності; в цій теорії аналізуються витрати часу і пам'яті різних алгоритмів при вирішенні безлічі обчислювальних задач.
Знаменита задача «P = NP?», що є однією з завдань тисячоліття, є невирішеною в теорії алгоритмів.
Інформація та теорія кодування
Теорія інформації пов'язана з кількісною оцінкою інформації. Цей напрям одержав розвиток завдяки працям Клода Е. Шеннона, який знайшов фундаментальні обмеження на обробку сигналу в таких операціях, як стиснення даних, надійне збереження і передача даних.
Теорія кодування вивчає властивості кодів (системи для перетворення інформації з однієї форми в іншу) і їх придатність для конкретного завдання. Коди використовуються для стиснення даних, в криптографії, для виявлення і корекції помилок, а останнім часом також і для мережевого кодування. Коди вивчаються з метою розробки ефективних і надійних методів передачі даних.
Алгоритми і структури даних
Алгоритми і структури даних, як розділ інформатики, пов'язані з вивченням найбільш часто використовуваних обчислювальних методів і оцінкою їх обчислювальної ефективності.
Теорія мов програмування
В теорії мов програмування, як підрозділі інформатики, вивчають проектування, реалізацію, аналіз і класифікацію мов програмування в цілому, а також вивчають окремі елементи мов. Ця область інформатики, з одного боку, у великій мірі покладається на досягнення таких наук як математика, програмна інженерія і лінгвістика, з іншого боку, сама має великий вплив на їх розвиток. Теорія мов програмування активно розвивається, багато наукові журнали присвячені цьому напрямку.
Формальні методи
Формальні методи — це свого роду математичний підхід, призначений для специфікації, розробки та верифікації програмних і апаратних систем. Використання формальних методів при розробці програмного і апаратного забезпечення мотивовано розрахунком на те, що, як і в інших інженерних дисциплінах, належний математичний аналіз забезпечить надійність і стійкість проєкту. Формальні методи є важливою теоретичною основою при розробці програмного забезпечення, особливо у випадках, коли справа стосується надійності або безпеки. Формальні методи є корисним доповненням до тестування програмного забезпечення, позаяк вони допомагають уникнути помилок, а також є основою для тестування. Для їх широкого використання потрібна розробка спеціального інструментарію. Однак висока вартість використання формальних методів вказує на те, що вони, як правило, використовуються тільки при розробці високоінтегрованих і життєво-важливих систем, де надійність і безпеку мають першорядне значення. Формальні методи мають досить широке застосування: від теоретичних основ інформатики (зокрема, логіки обчислень, формальних мов, теорії автоматів, програм і семантики) до систем типів і проблем алгебраїчних типів даних в задачах специфікації і верифікації програмного і апаратного забезпечення.
Прикладна інформатика
Прикладна інформатика спрямована на застосування понять і результатів теоретичної інформатики до вирішення конкретних завдань в конкретних прикладних областях.
Архітектура комп'ютера
Архітектура комп'ютера — це набір дисциплін, які описують функціональність, організацію та реалізацію комп'ютерних систем (архітектура системи команд, мікроархітектура, або побудова комп'ютера, системне проектування).
Паралельні і розподілені обчислювальні системи
Паралельні обчислення — це форма обчислень, в яких кілька дій проводяться одночасно, одночасне використання кількох ресурсів ЕОМ для розв'язування обчислювальних задач. У ході такого обчислення[4]:
- Задача розбивається на підзадачі, які можуть виконуватися в один момент часу.
- Кожна підзадача в свою чергу розбивається на послідовність інструкцій.
- Інструкції кожної підзадачі виконуються одночасно на різних процесорах.
- У процесі обчислень використовується загальний механізм контролю-координації.
Паралельні обчислювальні системи мають свою архітектуру.
Розподілені обчислення (розподілена обробка даних) — спосіб розв'язання трудомістких обчислювальних завдань з використанням двох і більше комп'ютерів, об'єднаних в мережу.
Штучний інтелект
Це галузь інформатики, нерозривно пов'язана з такими процесами, що властиві і людям, і тваринам, як розв'язання задач, прийняття рішень, адаптація до навколишніх умов, навчання і комунікація. Виникнення штучного інтелекту (ШІ) пов'язано з кібернетикою і веде свій відлік з Дартмутської Конференції (1956). Дослідження в галузі штучного інтелекту з самого початку були міждисциплінарними і ґрунтувалися на таких науках, як: прикладна математика, математична логіка, семіотика, електроніка, філософія свідомості, нейрофізіологія і соціальний інтелект. У обивателів штучний інтелект асоціюється в першу чергу з робототехнікою, але крім цього ШІ є невід'ємною частиною розробки програмного забезпечення в самих різних областях. Відправною точкою в кінці 1940-х років стало питання Алана Тюрінга: «Чи можуть комп'ютери думати?», і це питання залишається фактично без відповіді, хоча «тест Тюрінга» до сих пір використовується для оцінки результатів роботи комп'ютера в масштабах людського інтелекту.
Див. також
Примітки
- Karl Steinbuch (Standard Elektrik AG, Informatikwerk), INFORMATIK: Automatische Informationsverarbeitung, SEG-Nachrichten 1957, Heft 4
- Was ist Informatik? — Eine Begriffsklärung (PDF; 50 kB) von Susanne Kumar-Sinner und Tiziana Zugaro-Merimi (перевірено 21.04.2016)
- Kursbuch Informatik I Архівовано 14 грудня 2013 у Wayback Machine. von Sebastian Abeck (перевірено 21.04.2016)
- Технології розподілених систем та паралельних обчислень. Ужгородський Національний університет. Процитовано 14 листопада 2019.
Література
- Цимбалюк В. С. Інформаційне право: концептуальні положення до кодифікації інформаційного законодавства: монографія /В. С. Цимбалюк. — К.: «Освіта України», 2011, — 426с.