استمر "خارطة الفيزياء" ، "خارطة الرياضية" و "خارطة الكيميائية" بعد اليوم انها قدمت خارطة الأمل الكمبيوتر الرائدة في العالم هذه المادة يمكن أن يأخذك في مجال علوم الكمبيوتر.

الرائدة خريطة علوم الكمبيوتر. | المصدر: دومينيك Walliman (إذن المؤلف لاستخدام مترجم)

لنا لتوسيع الدماغ الخاصة بنا عن طريق الكمبيوتر. وقد استخدمت الحاسوب في البداية إلى حل المشاكل المتعلقة الحساب، بل امتدت القيمة الخاصة بها بسرعة لمختلف المجالات. تشغيل مثل الإنترنت، في الوقت الحقيقي ومعالجة الصور والذكاء الاصطناعي وتصنيع ومحاكاة الكون كله وهلم جرا. بينما سحر الأكاذيب مكان وراء كل هذه السلطة، حتى مجرد ذهابا وإيابا إلى تختلف بين 0 و 1.

أجهزة الكمبيوتر في سرعة لا تصدق يصبح أصغر وأسرع. الآن القدرة الحاسوبية الهاتف قد تجاوز بالفعل المجموع (انظر 1960s العملاق القدرة الحاسوبية: "ما يواجه الكمبيوتر في نهاية المطاف؟ " ). ثم أبولو 11 نظام هبوط على سطح القمر بأكمله وحتى الآن تحتاج فقط لإكمال في اثنين من نينتندو. في علوم الكمبيوتر العام هو دراسة ما يمكن القيام به جهاز كمبيوتر. علوم الكمبيوتر يمتد الآن من العديد من فروع مترابطة، ولكن ما زلت وضع ينقسم الموضوع برمته إلى ثلاثة أجزاء: النظرية علوم الحاسب ، هندسة الكمبيوتر و تطبيقات الحاسب الآلي .

نظرية الكمبيوتر]

أكبر فرع: العلوم النظرية الحاسوب. | المصدر: دومينيك Walliman

تحدث عن النظرية علوم الحاسب . لدينا من والد الكمبيوتر، وخلق آلة تورينج (آلة تورينج) من آلان تورنج دعنا نتحدث عنه. تورينج في مقال بعنوان "على الكمبيوتر قررت أن الطلب يمكن أن يصدر" في مقال لأول مرة تعرف على "حسابات محدودة،" وقدم نموذجا أوليا لآلة تورينج. تورينج آلة هو الآن وصفا بسيطة على الكمبيوتر للأغراض العامة، بدلا من آلة المادية. بعد أن رفع العلماء الكثير من النماذج الحاسوبية، ولكن هذه هي أساسا نموذج آلة تورنج. وبالتالي فإن الأساس النظري لأجهزة الكمبيوتر الحديثة تورنج آلة.

تورينج آلة تتكون من عدة عناصر، رمزا مكتوبة شريط طويل بلا حدود، شريط يمكن قراءتها على رأسه، ووضع تسجيل تخزين الحالة الراهنة، وسلسلة من الأوامر. في أجهزة الكمبيوتر اليوم، والشريط هو الآن ذكرى (وبطبيعة الحال، ليس لانهائي أطول)، والآن هو رئيس معالج (CPU). يتم تخزين سلسلة الأمر على ذاكرة جهاز الكمبيوتر (انظر: "من المستحيل منطقيا لإثبات وجود مشكلة." ). وعلى الرغم من تورنج آلة هو وصف بسيط، وإنما هو وصف شامل جدا من تصميم الكمبيوتر. الآن بالطبع، ومكونات الكمبيوتر أكثر، مثل محركات الأقراص الصلبة، لوحات المفاتيح، والصوت، والرسومات، دقة الشاشة، الخ، ولكن مبدأ عملها ضمن مفهوم آلة تورينج.

تورنج الجهاز مع أجهزة الكمبيوتر الحديثة. | المصدر: دومينيك Walliman

تورينج آلة بوصف الأساس لتطوير أجهزة الكمبيوتر. وفي الوقت نفسه، ومع ذلك، لا يمكننا أن ننسى آخر أكثر ارتباطا تورينج عالم الكمبيوتر، ورئيسه الدكتوراه - الونزو. الكنيسة . الكنيسة مشغل امدا للاختراع، يصف حزمة نظرية رياضية صارمة مفهوم تشغيل الحاسوب. ويمكن حساب جميع المشاكل يمكن حلها عن طريق آلة تورينج باستخدام مشغل امدا ما يعادلها. وإذا كانت فكرة آلة تورينج خوارزمية وتمثل النموذج الأولي للجهاز، ثم المشغل امدا الآن هو الأساس لجميع منطق البرمجة واللغة (انظر: "أفكاره تمثل المنطق واللغة" و "،" الحوسبة "و" آلة "") .

اعتبارا من بداية عندما يتعلق الأمر، من الناحية النظرية أكثر مشكلة الكمبيوتر الأساسية هي أن الكمبيوتر هو الدواء الشافي ذلك؟ إذا لم يكن كذلك، يمكن أن تفعل أو لا تستطيع أن تفعل ذلك. تمتد هذه المشكلة مباشرة في الكمبيوتر هذه النظرية فرع من الفن - نظرية الحاسوبية (النظرية الحاسوبية). يستخدم نظرية لحساب مشكلة التي يمكن حسابها من خلال تحديد آلة تورينج والحصول على النتيجة النهائية لهذا الموضوع. بعض المشاكل في حد ذاته من غير المرجح أن تؤتي أكلها مع الكمبيوتر، وممثل الأكثر شهرة هو وقف مشكلة . وفي الختام، لأنها تمثل بعض من مشكلة وقف لا يمكن تحديد ما إذا كان سيتم تشغيل برنامج كمبيوتر لأجل غير مسمى المشاكل. كان تورينج استخدام ذكي لمفهوم متسقة ذاتيا طالما لا يوجد دليل على نطاق من آلة تورنج، لم يكن الكمبيوتر بكل قوة. ويتساءل البعض أيضا حياة كمبيوتر الفقراء لا يمكن حل (انظر: "من المستحيل منطقيا لإثبات وجود مشكلة." ).

تصنيف نظرية التعقيد. | المصدر: دومينيك Walliman

يمكن حل المشكلة مع جهاز كمبيوتر، وهناك الكثير من القضايا التي تستغرق وقتا طويلا جدا لتصميم (ربما حتى أكثر من الوقت يمكن أن توجد في الكون). وبناء على هذا، التعقيد الحسابي أصبح (الحاسوبية التعقيد) نظرية نظرية الكمبيوتر، وعنصر آخر مهم. ويستند نظرية التعقيد على الوقت اللازم لحل مشكلة تزداد مع تزايد درجة المشكلة المدخلات، وتصنف المشكلة كما الفئة P مشاكل (مثل عدد الأعمدة من الصغيرة الى الكبيرة)، الطبقة NP مشاكل (مثل العثور على المدينة ضمن مسار محدد يمكن اجتياز جميع المدن والمسافة الإجمالية أقل من N) وهلم جرا. على الرغم من أن هناك لا يمكن أن تحل العديد من المشاكل الحقيقية من الناحية النظرية، ولكن يمكن للعلماء الكمبيوتر رسم إجابة تقريبية من خلال تبسيط بعض التقنيات، ومع ذلك، لا أحد يستطيع تحديد ما إذا كان الجواب هو أفضل إجابة. وبما أن المشاكل المذكورة أعلاه في NP اجتياز الطريق يمكن أن نجد كل المدن والمسافة الإجمالية أقل من N في وقت متعدد الحدود، ولكن لا يمكن العثور على أقصر مسافة (انظر في وقت متعدد الحدود "تستحق السؤال مليون دولار." و "سوء الفهم الناجم عن التفاؤل والذعر." ).

خوارزمية وتعقيدها. | المصدر: دومينيك Walliman

يحتوي الكمبيوتر أيضا نظرية هذا الفرع خوارزمية نظرية البحوث والمعلومات (Alogorithm). خوارزمية مستقلة عن جميع لغات البرمجة وأجهزة الكمبيوتر إلى حل مشكلة الروتين. الخوارزمية هو الأساس لإنشاء برنامج، وكثير من علماء الكمبيوتر تعمل على حل مشكلة الحل الأمثل وجدت من خلال خوارزمية. على سبيل المثال، قد يكون خوارزميات مختلفة قادرة على حل نفس المشكلة والحصول على نفس النتائج، مثل الرقمية الفوضى من الصغيرة الى الكبيرة. ولكن بعض الخوارزميات أسرع وأكثر فعالية من غيرها. وهذه هي تعقيد الخوارزميات في هذا المجال.

نظرية المعلومات (نظرية المعلومات) من خلال خصائص المعلومات، وكيف يتم قبول المعلومات وتخزينها، وانتشار. مثل كيف أن معظم المعلومات مضغوط على أساس كل المعلومات في الحجز حتى نتمكن من استخدام ذاكرة أقل لتخزين المعلومات. الترميز نظرية (الترميز النظرية) و نظرية التشفير (نظرية التشفير) نظرية المعلومات هي جزء مهم جدا. كل من استخدام نظرية رياضية معقدة كما الفرعية، ونقل المعلومات إعادة مشفرة بحيث أمن نقل المعلومات في الشبكة قد زاد بشكل كبير.

نظرية المعلومات والترميز. | المصدر: دومينيك Walliman

هذه هي فرع مهم جدا من أجزاء الكمبيوتر النظرية. وبالإضافة إلى ذلك، بطبيعة الحال، هناك العديد من المكونات الأخرى، بما في ذلك منطق ، الرسومات ، الهندسة الحسابية ، نظرية الآلي ، الحوسبة الكمومية ، المعالجة المتوازية ، هيكل البيانات وهلم جرا. لم يعد هناك قائمة بهم.

هندسة الحاسوب]

ثاني أكبر فرع: هندسة الحاسوب. | المصدر: دومينيك Walliman

الفرع الرئيسي الثاني للعلوم الحاسوب هندسة الحاسوب. تصميم الكمبيوتر يشكل تحديا كبيرا، بسبب أن تأخذ في الاعتبار العديد من الجوانب المختلفة لبرنامج الطبقة العليا من الأجهزة الأساسية. يجب أن مصممي تأكد من أن جهاز الكمبيوتر يمكن أن تحل عن العديد من المشاكل ممكن من أجل تحسين طريقة. المعالج (CPU) هو مركز للكمبيوتر، جميع تم تنفيذ المهام من قبل معالج الكمبيوتر، ووضع جدول زمني من قبل. عندما معالج واحد للتعامل مع مهام متعددة، يحتاج المعالج لتنفيذ كل مهمة في ذهابا وإيابا، ويمكن الانتهاء من جميع المهام في وقت مقبول للمستخدم.

مهمة إرسال (جدولة) هي عملية معقدة، التي يقوم بها المعالج في المجدول. جدولة المهام لتحديد ماذا ومتى، ومحاولة لجدولة جميع المهام في معظم الطريق الأمثل. في هذه الحالة، تعدد المهام المعالجات متعددة النواة التي تنفذها زيادة سرعة الكمبيوتر، لأن كل مهمة ويمكن الآن إجراء على حدة من قبل الأساسية. وفي الوقت نفسه تنفيذ جدولة متعددة النواة يجعل التصميم أكثر تعقيدا. تنتسب هذه التصاميم هندسة معمارية (الكمبيوتر الهندسة المعمارية) فئة البحوث. أبنية مختلفة لمختلف المهام. المعالج (CPU) لتنفيذ برامج مشتركة مثل نظام التشغيل استخدمنا. معالج الصور (GPU) لمعالجة الصور، على سبيل المثال، ذات جودة عالية ونحن نلعب لعبة، ومجموعة ميدان بوابة للبرمجة (FPGA) لتنفيذ عالية السرعة من بعض نطاق ضيق جدا من المهام، مثل حفر الرموز قليلا.

وحيدات النوى ومتعددة النوى الجدولة. | المصدر: دومينيك Walliman

آلة لغة البرمجة البرمجيات يتكون (برمجيات ولغات البرمجة) من جزء مهم من هندسة الكمبيوتر. هناك طبقات من البرامج المكتوبة في مجموعة متنوعة من لغات البرمجة على رأس الأجهزة. من أعلى إلى أسفل لغة التجميع جافا، والمبرمجين لغة البرمجة لإعطاء أوامر إلى لغة الكمبيوتر والمهام الكتابية على خصائص مختلفة من الخصائص النحوية المختلفة. على سبيل المثال، ونحن أداء تجميع بواسطة لغة الكمبيوتر الأساسية المستخدمة في التطبيقات الكتابة على شبكة الإنترنت في جاوة إعداد. يمكن للمرء أن يتصور أن لغة البرمجة الأساسية أكثر على مقربة من هيكل الكمبيوتر نفسه، ولكن أكثر صعوبة على الناس أن يفهموا. ومع ذلك، مهما كان في نهاية المطاف سيتم تحويل لغة عالية المستوى أو أسفل، إلى رمز ثنائي، يمكن للمعالج أداء. ويتم ذلك عن طريق تحويل آلية مترجم من خلال الخطوات واحد أو أكثر. سوف يكون كل الخاص مترجم لغة برمجة لترجمة البرنامج إلى رمز ثنائي قابل للتنفيذ والأمثل. مترجم وتصميم لغة البرمجة مهم جدا في أجهزة الكمبيوتر لأن التصاميم يجب أن يكون على حد سواء بسيطة لتطبيق، ولكن أيضا مرنة، بحيث المبرمجين يمكن بسهولة أفكارهم المجنونة موضع التنفيذ.

البرمجة اللغوية ومترجم. | المصدر: دومينيك Walliman

نظام التشغيل (نظام التشغيل) هو نظام الكمبيوتر هو أكثر جزء هام من البرنامج، ولكن أيضا للتعامل مع وسائل الإعلام ومستخدمي الكمبيوتر يجب أن يمر. نظام التشغيل في حين أن تعليمات المستخدم قبول جميع الضوابط أجهزة الكمبيوتر. لذلك، وتصميم وتصنيع نظام جيد التشغيل يشكل تحديا كبيرا. هكذا هندسة البرمجيات وبالتالي (هندسة البرمجيات) أصبحت جزءا هاما من فرع هندسة الكمبيوتر. مهندسي البرمجيات من خلال تصميم البرامج ونظام التشغيل الجديد أو التفاعل نظام التشغيل الموجود لمعرفة الكمبيوتر ما يجب القيام به في أي وقت. تصميم البرمجيات هو الفن الذي يتطلب المهندسين سيتم تحويلها إلى درجة عالية من الإبداع والتفكير برنامج منطق صارم من خلال لغة برمجة معينة، ويجعل البرنامج منطق يمكن أن تتحول على نحو فعال بعد تشغيل سريع على جهاز كمبيوتر. ولذلك، فإن البرنامج يعمل كفرع مستقل، وهناك العديد من الأفكار وفلسفة التصميم للمبرمجين لتعلم واستخدام والبحوث.

نظام التشغيل. | المصدر: دومينيك Walliman

وبطبيعة الحال، ويشمل هندسة الكمبيوتر أيضا عناصر أخرى كثيرة، مثل التعاون متعدد الكمبيوتر على نطاق واسع شبكة (مثل الخادم تاوباو)، تخزين البيانات الكبيرة (على سبيل المثال، المعلومات الشخصية كتاب جوجل وجه الحاجة إلى تخزين)، أداء الجهاز الدراسة (على سبيل المثال، لكتابة قاعدة البرامج الكبيرة وأداء اختبار الكمبيوتر) و الكمبيوتر معالجة الصور (على سبيل المثال بسيط meituxiu) وما شابه ذلك. ونحن سوف يذكر على وجه التحديد في المادة المستقبل.

تطبيقات الحاسوب]

ثالث أكبر فرع: تطبيقات الحاسب الآلي. | المصدر: دومينيك Walliman

ثم الحديث عن الفرع الثالث من علوم الحاسوب - تطبيقات الحاسب الآلي . ويهدف هذا الفرع إلى استخدام أجهزة الكمبيوتر في حل المشاكل في الحياة الحقيقية. عندما تذهب السفر عندما تريد العثور على أكبر تكاليف السفر، والذي ينطوي على استخدام أجهزة الكمبيوتر في حل الحل الأمثل (الأمثل) المشاكل. منذ العصور القديمة، والحل الأمثل هو واحد من أكثر أجزاء مهمة من عالم الأعمال، لأن الإجابات الصحيحة على الأسئلة يمكن ان يوفر مبلغا ضخما من المال للشركة. ومع ذلك، قد لا تكون المشكلة الحل الأمثل يمكن في بعض الأحيان يكون الحصول على نحو فعال جوابا باستخدام الكمبيوتر، مثل المذكورة أعلاه يمكن العثور عليها في جميع المدن وجميع أقصر اجتياز مسافة بعيدة. لذلك بدأ بعض الناس يتوقعون تكنولوجيا جديدة (مثل الذكاء الاصطناعي أو جهاز كمبيوتر الكم) لمعرفة ما اذا كان يمكن أن تتحول إلى الأفضل من أجل حل هذه المشاكل.

الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي) يلعب دورا حاسما في هذا الفرع من تطبيقات الحاسوب. الكمبيوتر يوسع أدمغتنا عدة مرات لتحسين القدرة المعرفية لدينا. أحدث الأبحاث العلمية في مجال الذكاء الاصطناعي ومحاولة للحصول على نفس الجهاز كما كان يعتقد الإنسان. بحوث الذكاء الاصطناعي لديه العديد من أجزاء، والتي كانت معظم التطور السريع مما لا شك فيه آلة التعلم (آلة التعلم)، والسماح للآلة التي كتبها قبل مجموعة خوارزميات لدراسة إدخال البيانات الكبيرة، وفي نهاية المطاف لتكون قادرة على التمييز بدقة السلع أو قرار. هنا يأتي معظم الأمثلة الناجحة لجوجل AlphaGo المتعاقبة هزيمة الأشياء بطل الذهاب. بالإضافة إلى تعلم الآلة قسمت أيضا الإشراف (البيانات من العينات غير معروف من قبل التصنيف التقليدي)، غير خاضعة للرقابة (بدون أي عينة، وبيانات مميزة واحدة من تصنيف البيانات) و تعزيز التعلم (على سبيل المثال، وهي معروفة جيدا قبل مباراة تدريب الطيور القفاز في الطيور، وإذا ضرب الطيور هذا المنصب، ثم العودة -1، 0 خلاف ذلك يحصل في المقابل، ومن خلال هذا التمرين عدة مرات، ونحن في النهاية يمكن الحصول على ورائع تحلق مهارات الطيور ويعرفون ما يتعين اتخاذه من اجراءات لتجنب وظيفة) ثلاثة تحت أي ظرف من الظروف. وبالإضافة إلى ذلك، رؤية الكمبيوتر (رؤية الكمبيوتر) و المعالجة الطبيعية للغة (معالجة اللغات الطبيعية) هو جزء مهم جدا من الذكاء الاصطناعي. الكمبيوتر الرؤية تأمل في معالجة الصور بحيث الكمبيوتر يمكن التمييز بين البشر والأشياء. تم تصميم NLP تسمح لأجهزة الكمبيوتر والبشر يمكن التواصل من خلال لغة الإنسان، أو تحليل المدخلات نص نص. هذه الحقول الذكاء الاصطناعي في المستقبل سنقوم أيضا مناقشة لكل منهما.

مجال الذكاء الاصطناعي. | المصدر: دومينيك Walliman

نجاح تستفيد كثيرا من تعلم الآلة البيانات الكبيرة (البيانات الكبيرة) التنمية. لذا فإن الباحثين قد تصبح البيانات الكبيرة فرع تطبيقات الحاسب الآلي في منطقة مهمة جدا. الأبحاث التي تهدف البيانات الكبيرة لمعرفة مجموع البيانات الكبيرة في المعلومات القيمة. أشياء (إنترنت الأشياء) لمواصلة المساهمة بيانات كبيرة، وتوفر البيانات الكبيرة من خلال ربط الكائنات المختلفة. القراصنة (التقطيع) التكنولوجيا ليست حقل أكاديمي شرعي، ولكن هذا الجدير بالذكر أيضا. قراصنة استخدام أنظمة الحاسب الآلي ونقاط الضعف شبكة لسرقة المعلومات التي يحتاجونها في نظام الكمبيوتر لشخص آخر دون أن يكتشف من قبل الآخرين، مثل الهجمات ضد التشغيل ويندوز نقاط الضعف في نظام حدثت للتو. حتى التكنولوجيا اليوم، هجمات القراصنة على هذه يمكن أن تكون قادرة على القيام بأي شيء فقط.

بالإضافة إلى فن أعلاه، وهذا الفرع هو أيضا تطبيقات الحاسوب لدراسة المشاكل العلمية باستخدام الكمبيوتر ، مثل فيزياء و علم الأعصاب . هذا المجال غالبا ما تستخدم لحل العملاق على نطاق واسع محاكاة (محاكاة) قضية. في نفس الوقت وتشمل تطبيقات الحاسوب التفاعل بين الإنسان والحاسوب بحث (التفاعل الحاسوبية البشرية)، تصميم نظام حاسوبي مصمم للسماح للمستخدمين استخدام أكثر سهولة. وفي الوقت نفسه، الواقع الافتراضي (الواقع الافتراضي، مثل نظارات VR تلبس على الرأس)، الواقع المعزز (المعقم واقع، على سبيل المثال، قبل البوكيمون يذهب لعبة شعبية جدا) و واقع مختلط (واقع مختلط، على سبيل المثال، عند استخدام الهاتف المحمول لفحص كتاب المادية يمكن أن نرى مراجعات الكتب على الانترنت) دراسة الظاهري والعالم الحقيقي الحصول على جنبا إلى جنب. إنسان آلي (الروبوتات) البحث سوف يكون أيضا في شكل الجهاز وحركة الإنسان وأكثر ما شابه ذلك.

هذه هي الرائدة في خريطة علوم الكمبيوتر. المبدأ "في التاريخ الثقافي الكمبيوتر" سلسلة من المقالات يصف الجزء الأول من هذه الخريطة - نظرية الكمبيوتر. وسيكون في المستقبل وجميع من لهم إنهاء هذه الخريطة. أجهزة الكمبيوتر اليوم لا تزال في التطور السريع. على الرغم من أن الأبحاث في مجال الأجهزة لأنه من الصعب لجعل الترانزستورات أصغر ومن ثم واجه عنق الزجاجة، علماء الكمبيوتر تحاول حل هذه المشكلة من خلال دراسة مناطق أخرى. يحتوي جهاز الكمبيوتر له تأثير حاسم على التنمية البشرية الشاملة، لذلك الكمبيوتر في القرن القادم سيكون كيفية تطوير أصبحت مشكلة سعى بعد علماء المتنافسة. من يدري؟ من الممكن في يوم من الأيام سنكون أكثر أو أقل في شكل وجود الكمبيوتر في هذا العالم.