Računarstvo

Računarstvo (računarska znanost ili znanost o računalima) se bavi proučavanjem teoretskih osnova informacije i računanja, te njihovim implementacijama i primjenama u računalnim sustavima.^[1]^[2]^[3] Računarstvo ima mnoga potpolja; neki naglašavaju računanje i specifične rezultate (kao što je računalna grafika), dok drugi naglašavaju svojstva računskih problema, (kao što je računska teorija složenosti). Treći se sredotoče na izazove u ostvarenju računanja. Na primjer, teorija programskih jezika proučava pristupe u opisu računanja, dok računalno programiranje primjenjuje specifične programske jezike za rješavanje specifičnih računskih problema sa rješenjima. Daljnje potpolje, interakcija čovjeka i računala, se fokusira na izazove u činjenju računala i računanja korisnima, koristivima i univerzalno pristupačnima svim ljudima.

Povijest

Podrobniji članak o temi: Povijest računalne znanosti

Povijest računalstva predatira mnogo godina invenciju suvremenog digitalnog računala. Strojevi za računanje specifičnih zadataka poput abakusa su postojali još od davnina. Wilhelm Schickard je izgradio prvi mehanički kalkulator 1623.^[4] Charles Babbage je dizajnirao diferencijalni stroj u viktorijansko doba^[5], a oko 1900. je tvrtka IBM prodavala strojeve sa bušenim karticama

^[6]. Međutim, svi ovi strojevi su bili ograničeni na obavljanje jednog zadatka ili, u najboljem slučaju, nekog podskupa svih mogućih zadataka.

Tijekom 1940-ih, kako su bili razvijani noviji i moćniji strojevi za računanje, naziv računalo se počeo odnositi na strojeve, radije nego na njihove ljudske prethodnike. Kad je postalo jasno da računala mogu biti korištena za više od pukih matematičkih računanja, polje računarstva se proširilo i na proučavanje računanja u općem smislu. Računarstvo se etabliralo kao zasebna akademska disciplina 1960-ih, stvaranjem prvih odsjeka i studija računarstva..^[7] Budući da su praktična računala postala dostupna, mnoge primjene računarstva su postale zasebna istaknuta područja proučavanja.

Veći uspjesi

Njemačka vojska je koristila stroj Enigmu za vrijeme Drugog svjetskog rata za komunikaciju za koju su vjerovali da će ostati tajna. Dekriptiranje Enigme u velikim razmjerima u Bletchley parku je bio važan faktor u pobjedi Saveznika u 2. svjetskom ratu.^[8]

Unatoč svojoj relativno kratkoj povijesti kao formalna akademska disciplina, računarstvo je načinilo mnogo fundamentalnih doprinosa znanosti i društvu, između kojih su:

Primjene unutar računarstva

Formalna definicija računanja i izračunljivosti, te dokaza da postoje nerješivi i neukrotivi problemi^[9].
Koncept programskog jezika, alata za precizno izražavanje metodoloških informacija na raznim razinama apstrakcije ^[10]

Primjene izvan računarstva

Potaknulo je digitalnu revoluciju, koja je vodila ka trenutnom informacijskom dobu^[11]
U kriptografiji, razbijanje stroja Enigma je bio značajan faktor koji je doprinjeo pobjedi Saveznika u drugom svjetskom ratu.^[8]
Znanstveno računarstvo je omogućilo napredno proučavanje uma i preslikavanje ljudskog genoma u sklopu projekta ljudski genom.^[11] Projekti iz raspodijeljenog računarstva, poput Folding@home, istražuju uvijanje bjelančevina.

Odnosi sa drugim disciplinama

Podrobniji članak o temi: Raznolikost računarstva

Unatoč svome imenu, većina računarstva ne uključuje bavljenje samim računalima. Ustvari, istaknuti računalni znanstvenik Edsger Dijkstra je često citiran kako kaže: "Računarstvo nije ništa više o računalima, nego što je astronomija o teleskopima." Dizajn i dostava računala i računalnih sustava se općenito smatra područjem disciplina koji nisu računarstvo. Na primjer, proučavanje računalnog sklopovlja je uobičajeno smatrano dijelom računalnog inženjerstva, dok je proučavanje komercijalnih računalnih sustava i njihove dostave često zvano informacijska tehnologija ili informacijski sustavi. Računarstvo je ponekad kritizirano kao nedovoljno znanstveno, pogled koji je utjelovljen u izjavi "Znanost je računarstvu ono što je hidrodinamika vodoinstalaterstvu", pripisana Stanu Kelly-Bootleu^[12] i drugima. Međutim, znatna se interdisciplinarna suradnja odvija između različitih disciplina vezanih za računala. Računarstvo je također nerijetko prešlo u druge discipline, kao što je umjetna inteligencija, kognitivna znanost, fizika (vidi kvantno računarstvo), te jezikoslovlje.

Neki smatraju da je računarstvo srodnije matematici od mnogih drugih znanstvenih disciplina^[7]. Rano je računarstvo bilo pod strogim utjecajem rada matematičara kao što su Kurt Gödel i Alan Turing, i postoji jako plodonosna razmjena ideja između dvaju polja u područjima kao što su matematička logika, teorija kategorija, teorija domena i algebra.

Odnos između računarstva i programskog inženjerstva je predmet mnogih prijepora, a što je još dodatno zamućeno mnogim sporovima oko toga što točno naziv "programsko inženjerstvo" znači, te kako je računarstvo definirano. David Parnas, uzimajući za uzor odnose između ostalih inženjerskih i znanstvenih disciplina, je tvrdio da je principijelni fokus računarstva proučavanje općenitih svojstava računanja, dok je principijelni fokus programskog inženjerstva dizajn specifičnih računanja kako bi se postigli praktični rezultati, što to dvoje čini različitim ali komplementarnim disciplinama.^[13].

Polja računarstva

Računarstvo istražuje koncepte i dokaze kako bi objasnilo i opisalo zanimljive računske sustave. Kao i kod svake znanosti, ove teorije mogu biti iskorištene prilikom sinteze praktičnih inženjerskih aplikacija, koje zauzvrat mogu voditi ka novim sustavima za proučavanje i analiziranje. Iako se može koristiti ACM sustav za razredbu računarstva, slijedi nešto deskriptivnija podjela:

Matematičke osnove

Matematička logika

Bulovska logika i ostali načini modeliranja logičkih upita; uporabe i ograničenja formalnih metoda dokazivanja.

Teorija brojeva

Teorija dokaza i heuristika za nalaženje dokaza u jednostavnoj domeni cijelih brojeva. Korištena kako u kriptografiji, tako i u domeni umjetne inteligencije.

Teorija grafova

Osnove za podatkovne strukture i algoritme pretraživanja.

Teorija tipova

Formalna analiza tipova podataka, te uporaba ovih tipova za razumijevanje svojstava programa - napose sigurnosti programa.

Teorija kategorija

Teorija kategorija pruža sredstva za obuhvaćanje cijele matematike i računanja u jednoj sintezi.

Teorija računanja

Podrobniji članak o temi: Teorija računanja

Teorija automata
Različite logičke strukture za rješavanje problema.
Teorija izračunljivosti
Što je izračunljivo trenutnim modelima računala. Dokazi koje su razvili Alan Turing i drugi pružaju uvid u mogućnosti što može biti izračunato, a što ne.
Računska teorija složenosti
Fundamentalna ograničenja (napose vremenska i prostorna) nad klasama računanja.
Kvantno računarstvo

Algoritmi i strukture podataka

Analiza algoritama
Vremenska i prostorna složenost algoritama.
Algoritmi. Formalni logički procesi korišteni za računanje, te učinkovitost ovih procesa.
- Računanje koje rješava postavljeni zadatak.
- Značajke algoritma:
- popis operacija koje opisuju izvršavanje nekog postupka izražene na jasan i logičan način
- nedvosmislen
- završava u konačnom broju koraka
- operacije iz popisa moraju bit neporedno izvedive.
Strukture podataka
Organizacija i pravila manipuliranja podatcima.

Programski jezici i jezični procesori

Jezični procesori: Načini translacije računalnih programa, obično iz viših jezika u niže jezike.
Programski jezici: Paradigme formalnih jezika za izražavanje algoritama, te svojstva ovih jezika (npr. za rješavanje kakvih problema su prikladni)

Konkurentni, paralelni i raspodijeljeni sustavi

Konkurentnost: Teorija i praksa simultanih računanja; sigurnost podataka u višezadaćnom i višenitnom okolišu.
Raspodijeljeno računarstvo: Računanje korištenjem višestrukih računarskih uređaja preko mreže u svrhu ostvarenja zajedničkog zadatka te reduciranja latencije koja je na taj način uključena u doprinos jednog procesora za bilo koji zadatak.
Paralelno računarstvo: Računanje korištenjem višestrukih konkurentnih niti izvršavanja.

Programsko inženjerstvo

Dizajn algoritama: Korištenje ideja iz teorije algoritama za kreativnno dizajniranje rješenja konkretnih zadataka.
Računalno programiranje: Praksa korištenja programskog jezika za implementiranje algoritama
Formalne metode: Matematički pristupi opisivanju i zaključivanju o dizajnu programske podrške.
Reverzno inženjerstvo: Primjena znanstvene metoda u razumijevanju neke proizvoljne postojeće programske podrške
Programsko inženjerstvo: Principi i praksa dizajna, razvijanja i testiranja programa, kao i pravilne inženjerske prakse.

Arhitektura računala

Arhitektura računala: Dizaj, organizacija, optimizacija i verifikacija računalnog sustava, većinom se vrti oko CPU i memorijskih podsustava (te sabirnice koja ih spaja).
Organizacija računala: Implementacija računalnih arhitektura, u terminima opisa njihovih specifičnih električnih krugova
Operacijski sustavi: Sustavi za upravljanje računalnim programima i pružanja baze koristivih sustava.

Komunikacije

Računalni zvuk: Algoritmi i podatkovne strukture za stvaranje, manipulaciju, pohranu i prijenos zapisa digitalnog zvuka. Također je važan u aplikacijama za prepoznavanje glasa.

Umrežavanje: Algoritmi i protokoli za pouzdano komuniciranje podatcima duž različitih dijeljenih ili dediciranih medija, često uključujući ispravljanje grešaka.

Kriptografija: Primjenjuje rezultate iz složenosti, vjerojatnost i teorije brojeva kako bi izmislila i razbila kodove za šifriranje.

Baze podataka

Rudarenje podataka

Relacijske baze podataka: Proučavanje algoritama za pretragu i obradu informacija u dokumentima i bazama podataka; usko je povezano sa dohvaćanjem informacije.

Umjetna inteligencija

Umjetna inteligencija: Implementacija i proučavanje sustava koji ispoljavaju autonomnu inteligenciju ili ponašanje.
Automatizirano zaključivanje: Strojevi za rješavanje, kao što ih koristi Prolog, koji proizvode korak do rezultata za dani upit o činjenici i bazu podataka sa pravilima.
Računalni vid: Algoritmi za identificiranje trodimenzionalnih objekata iz jedne ili više dvodimenzionalnih slika.
Strojno učenje: Automatsko stvaranje skupa pravila i aksioma ovisno o ulazu.
Obrada prirodnog jezika/Računska lingvistika: Automatsko razumijevanje i generiranje ljudskog jezika
Robotika: Algoritmi za kontrolu ponašanja robota.

Meko računarstvo

Podrobniji članak o temi: Meko računarstvo

Zajednički naziv za tehnike korištene u rješavanju specifičnih problema. Vidjeti glavni članak.

Računalna grafika

Računalna grafika: Algoritmi i za sintetičko generiranje vizualnih slika, te za integriranje i mijenjanje vizualne i prostorne informacije uzorkovane iz stvarnog svijeta.
Obrada slike: Određivanje informacije iz slike koristeći računanje.

Interakcija čovjeka i računala

Interakcija čovjeka i računala: Proučavanje činjenja računala i računanja korisnim, koristivim i univerzalno pristupačnim ljudima, uključujući proučavanje i dizajn računalnih sučelja kroz koja ljudi koriste računala.

Znanstveno računarstvo

Bioinformatika: Uporaba računarstva u svrhu održavanja, analize i pohranjivanja bioloških podataka, te u svrhu rješavanja bioloških problema poput uvijanja bjelančevina (engl. protein folding), predviđanje funkcije i filogenije.
Kognitivna znanost: Računsko modeliranje stvarnih umova
Računska kemija: Računsko modeliranje teoretske kemije u svrhu određivanja kemijskih struktura i svojstava
Računska neuroznanost: Računsko modeliranje stvarnih mozgova
Računska fizika: Numeričke simulacije velikih neanalitičkih sustava
Numerički algoritmi: Numerička rješenja matematičkih problema kao što su pronalaženje korijena, integracija, rješenja običnih diferencijalnih jednadžbi te aproksimacija specijalnih funkcija.
Simbolička matematika: Manipulacija i rješavanje izraza u simboličkom obliku, poznato i kao računalna algebra.

Obrazovanje i računarstvo

Neka sveučilišta poučavaju računarstvo kao teoretsko proučavanje računanja i algoritamskog zaključivanja. Ovakvi programi često između ostaloga naglašavaju teoriju računanja, analizu algoritama, teoriju konkurentnosti, baze podataka i analizu sustava. Također tipično poučavaju računalno programiranje, koje pak tretiraju radije kao alat za podršku ostalim poljima računarstva, nego kao središnji fokus proučavanja.

Druge škole i sveučilišta, kao i srednje škole i vokacijski programi koji poučavaju računarstvo, naglašavaju praksu naprednog računalnog programiranja radije nego teoriju algoritama i računanja u svojem programu. Takvi programi se više fokusiraju na vještine koje su važne radnicima koji ulaze u industriju programske podrške. Ovi praktični aspekti računalnog programiranja se često pokrivaju nazivom programsko inženjerstvo. S druge strane, postoji mnogo prijepora oko toga što točno naziv "programsko inženjerstvo" znači, i je li to ista stvar kao i programiranje.

Vidi Peter J. Denning, Great principles in computing curricula, Technical Symposium on Computer Science Education, 2004.

Vidi još

Glavni popis: Popis osnovnih tema u računarstvu

Izvori

↑ "Računarstvo je proučavanje informacije" Department of Computer and Information Science, Guttenberg Information Technologies
↑ "Računarstvo je proučavanje računanja." Computer Science Department, College of Saint Benedict, Saint John's University
↑ "Računalstvo je proučavanje svih aspekata računalnih sustava, od teoretskih osnova pa do krajnje praktičnih aspekata upravljanja velikim računalnim sustavima" Massey University
↑ Nigel Tout. Calculator Timeline, preuzeto 18- rujna 2006.
↑ Science Museum - Introduction to Babbage, preuzeto 2006-09-24
↑ IBM Punch Cards in the U.S. Army, preuzeto 24. rujna 2006.
↑ ^7,0 ^7,1 Denning, P.J. (2000). "Computer Science: The Discipline". Encyclopedia of Computer Science. http://web.archive.org/web/20060525195404/http://www.idi.ntnu.no/emner/dif8916/denning.pdf
↑ ^8,0 ^8,1 David Kahn, The Codebreakers, 1967, ISBN 0-684-83130-9.
↑ Constable, R.L. (March 2000). Computer Science: Achievements and Challenges circa 2000Computer Science: Achievements and Challenges circa 2000.
↑ Abelson, H.; G.J. Sussman with J.Sussman (1996). Structure and Interpretation of Computer Programs (2nd Ed. ed.). MIT Press. ISBN 0-262-01153-0. "Računalna revolucija je revolucija u načinu na koji mislimo i načinu na koji izražavamo što mislimo. Esencija ove promjene jest emergencija onoga što bi se najbolje moglo opisati kao proceduralna epistemiologija - proučavanje strukture znanja sa imperativnog gledišta, kao suprotnost deklarativnom gledištu klasičnih matematičkih subjekata."
↑ ^11,0 ^11,1 [1]
↑ Computer Language, Oct 1990
↑ Parnas, David L. (1998). "Software Engineering Programmes are not Computer Science Programmes". Annals of Software Engineering 6: 19–37 , p. 19: "Radije nego da programsko inženjerstvo tretiram kao potpolje računarstva, tretiram ga kao element skupa {civilno inženjerstvo, mehaničko inženjerstvo, kemijsko inženjerstvo, elektrotehnika,....}."

Association for Computing Machinery. 1998 ACM Computing Classification System. 1998.
IEEE Computer Society i Association for Computing Machinery. Computing Curricula 2001: Computer Science. 15. prosinca 2001.
Peter J. Denning. Is computer science science?, Communications of the ACM, travanj 2005.

Vanjske poveznice

Collection of Computer Science Bibliographies
Photographs of computer scientists (galerija Bertranda Meyera)
Lecturefox Besplatna predavanja iz računarstva
Uvod u informacijske znanosti - e-knjiga na hrvatskom jeziku

[1] "Računarstvo je proučavanje informacije" Department of Computer and Information Science, Guttenberg Information Technologies

[2] "Računarstvo je proučavanje računanja." Computer Science Department, College of Saint Benedict, Saint John's University

[3] "Računalstvo je proučavanje svih aspekata računalnih sustava, od teoretskih osnova pa do krajnje praktičnih aspekata upravljanja velikim računalnim sustavima" Massey University

[4] Nigel Tout. Calculator Timeline, preuzeto 18- rujna 2006.

[5] Science Museum - Introduction to Babbage, preuzeto 2006-09-24

[6] IBM Punch Cards in the U.S. Army, preuzeto 24. rujna 2006.

[Denning_cs_discipline-7] 7,0 ^7,1 Denning, P.J. (2000). "Computer Science: The Discipline". Encyclopedia of Computer Science. http://web.archive.org/web/20060525195404/http://www.idi.ntnu.no/emner/dif8916/denning.pdf

[kahnbook-8] 8,0 ^8,1 David Kahn, The Codebreakers, 1967, ISBN 0-684-83130-9.

[9] Constable, R.L. (March 2000). Computer Science: Achievements and Challenges circa 2000Computer Science: Achievements and Challenges circa 2000.

[10] Abelson, H.; G.J. Sussman with J.Sussman (1996). Structure and Interpretation of Computer Programs (2nd Ed. ed.). MIT Press. ISBN 0-262-01153-0. "Računalna revolucija je revolucija u načinu na koji mislimo i načinu na koji izražavamo što mislimo. Esencija ove promjene jest emergencija onoga što bi se najbolje moglo opisati kao proceduralna epistemiologija - proučavanje strukture znanja sa imperativnog gledišta, kao suprotnost deklarativnom gledištu klasičnih matematičkih subjekata."

[bgu-11] 11,0 ^11,1 [1]

[12] Computer Language, Oct 1990

[13] Parnas, David L. (1998). "Software Engineering Programmes are not Computer Science Programmes". Annals of Software Engineering 6: 19–37 , p. 19: "Radije nego da programsko inženjerstvo tretiram kao potpolje računarstva, tretiram ga kao element skupa {civilno inženjerstvo, mehaničko inženjerstvo, kemijsko inženjerstvo, elektrotehnika,....}."

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]