علم الحاسوب

عدل الوصلات
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من المعلوميات)
علم الحاسب
الحاسوب إينياك، الذي بدأ العمل به في عام 1946، أول جهاز حاسوب إلكتروني للأغراض العامة.
صنف فرعي من
يمتهنه
فروع
الموضوع
التاريخ
شخصيات مهمة

تعديل - تعديل مصدري - تعديل ويكي بياناتحول القالب

  هذه المقالة عن علم الحاسوب (توضيح). لمعانٍ أخرى، طالع علم الحاسوب (توضيح).
إبريق شاي يوتاه، نموذج لرسوميات حاسوبية خوارزمية فرز سريع
لامدا الفأرة تمثل التفاعل بين الإنسان والحاسوب
تتعامل علوم الحاسوب مع النظريات الأساسية للمعلومات والحساب، والتقنيات العملية لتنفيذها وتطبيقها.

علم الحاسوب (بالإنجليزية: computer science)‏ هو دراسة للحوسبة وعلم المعلومات والأتمتة.[1][2][3] ويمتد علم الحاسوب من التخصصات النظرية (مثل الخوارزميات ونظرية الحوسبة ونظرية المعلومات) إلى التخصصات التطبيقية (بما في ذلك تصميم وتنفيذ الأجهزة والبرمجيات).[4][5][6]

تعتبر الخوارزميات وهياكل البيانات أساسية في علم الحاسوب.[7] تتعلق نظرية الحوسبة بالنماذج المُجرّدة للحوسبة والأصناف العامة للمشاكل التي يمكن حلها باستخدامها. وتُعنى مجالات التشفير وأمن الحاسوب بدراسة وسائل الاتصال الآمن ومنع الثغرات الأمنية. تتناول الرسومات الحاسوبية والهندسة الحاسوبية عملية توليد الصور. وتدرس نظرية اللغات البرمجية الطرق المختلفة لوصف العمليات الحاسوبية، وتتعلق نظرية قواعد البيانات بإدارة قواعد البيانات. ويبحث التفاعل بين الإنسان والحاسوب في دراسة الواجهات التي يتفاعل من خلالها البشر والحواسيب، وتركز هندسة البرمجيات على التصميم والمبادئ الكامنة وراء تطوير البرمجيات. وتبحث مجالات مثل أنظمة التشغيل والشبكات والأنظمة المدمجة في الأسس والتصاميم الكامنة وراء الأنظمة المعقدة. كما تصف هندسة الحاسوب بناء مكونات الحاسوب والمعدات التي تعمل بالحاسوب. ويهدف الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة إلى تجميع العمليات الموجّهة مثل حل المشكلات واتخاذ القرارات والتكيف البيئي والتخطيط والتعلم الموجودة لدى البشر والحيوانات. وضمن الذكاء الاصطناعي، تهدف الرؤية الحاسوبية إلى فهم ومعالجة بيانات الصور والفيديو، بينما تهدف معالجة اللغة الطبيعية إلى فهم ومعالجة البيانات النصية واللغوية.

ينصب تركيز علوم الحاسوب على تحديد ما يمكن وما لا يمكن أتمتته.[2][8][3][9][10] تعتبر جائزة تورينغ بشكل عام أعلى امتياز في علوم الحاسوب.[11][12]

نبذة تاريخية[عدل]

المقالة الرئيسة: تاريخ علم الحاسوب
تشارلز بابيج يرجع له الفضل في اختراع أول آلة حاسوب.[13]
آدا لوفلايس يرجع لها الفضل في كتابة أول خوارزمية بهدف عمل معالجة على الحاسوب.[14]
استخدم الجيش الألماني آلة إنجما خلال الحرب العالمية الثانية للاتصالات التي أرادوا إبقاؤها سرية. كان فك تشفير حركة آلة الإنجما على نطاق واسع عاملاً مهمًا ساهم في انتصار الحلفاء في الحرب العالمية الثانية.

قبل العشرينات من القرن العشرين، كان مصطلح حاسوب يشير إلى أي أداة بشرية تقوم بعملية الحسابات. ما هي القضايا أو الأشياء التي يمكن لآلة أن تحسبها باتباع قائمة من التعليمات مع ورقة وقلم، دون تحديد للزمن اللازم ودون أي مهارات أو بصيرة (ذكاء)؟ وكان أحد دوافع هذه الدراسات هو تطوير آلات حاسبة حاسوب يمكنها إتمام الأعمال الروتينية المُعرّضة للخطأ البشري عند إجراء حسابات بشرية.

خلال الأربعينات ومع تطوير آلات حاسبة أكثر قوة وقدرة حسابية تتطور مصطلح حاسوب ليُشير إلى الآلات بدلا من الأشخاص الذين يقومون بالحسابات. وأصبح من الواضح أن الحواسيب يمكنها أن تقوم بأكثر من مجرد عمليات حسابية وبالتالي تم الانتقال إلى دراسة الحوسبة بشكل عام. بدأت المعلوماتية وعلوم الحاسب تأخذ استقلالها كفرع أكاديمي مستقل في الستينييات، مع إيجاد أوائل أقسام علوم الحاسب في الجامعات وبدأت الجامعات تمنح إجازات في هذه العلوم.

يعود تاريخ أقرب تعريف لعلوم الحاسوب إلى ما قبل أول آلة حاسوب رقمي، لحساب المهام العددية الثابتة مثل المعداد الذي كان موجود منذ العصور القديمة للمساعدة في العمليات الحسابية مثل الضرب والقسمة وبعد ذلك وجدت الخوارزميات لأداء العمليات الحسابية في العصور القديمة وحتى قبل تطوير المعدات الحاسوبية المعقدة، في اللغة السنسكريتية القديمة مخطوطة تسمى "Shulba Sutras" أو قواعد الوتر "Rules of the Chord" وهو كتاب في الخوارزميات مكتوب في سنة 800 قبل الميلاد لبناء الأجسام الهندسية مثل المذابح باستخدام الأوتاد والأوتار وتعتبر بدايات (أسلاف) مجال هندسة الرياضية الحسابية الحديثة.

بليز باسكال صمم وشيد أول آلة حاسبة ميكانيكية العمل، والتي يطلق عليها آلة باسكال الحاسبة سنة (1642).[15]

ثم كشف غوتفريد لايبنتس آلة حاسبة ميكانيكية الرقمية تسمى حاسوب متدرج (الحاسوب التدريجي) في سنة (1673)،[16] ويمكن أن يقال أنه يعتبر أول عالم حاسوب، واضع النظريات للمعلومات، ومن بين أسباب أخرى لهذا الترشيح، توثيقه لنظم الأرقام الثنائية.

في عام 1820، أطلق تشارلز توماس «Charles Xavier Thomas أو Thomas de Colmar» صناعة آلة حاسبة ميكانيكية،[ملاحظة 1] عندما صدر له جهاز مبسط يسمى أريثموميتر وكان أول آلة حاسبة قوية بما فيه الكفاية وموثوق بها بما يكفي للاستخدام اليومي في بيئة مكتبية.

تشارلز بابيج بدأ تصميم أول آلة حاسبة ميكانيكية أوتوماتيكية تسمى محرك الفرق في عام 1822، والذي أعطى في نهاية المطاف له فكرة عمل أول آلة حاسبة ميكانيكية للبرمجة وتسمى المحرك التحليلي.[17] بدأ تطوير هذا الجهاز في عام 1834 وفي أقل من عامين كان قد رسم العديد من السمات البارزة للحاسوب الحديث.[18] كان اعتماد نظام البطاقة المثقبة المشتقة من منسج جاكارد هي خطوة حاسمة،[18] مما يجعلها ذات برمجة بلا حدود.[ملاحظة 2]

في عام 1843، أثناء ترجمة مقال فرنسية عن المحرك التحليلي، كتبت آدا لوفلايس في واحدة من العديد من الملاحظات أنها شملت، خوارزمية لحساب أعداد برنولي، والذي يعتبر أول برنامج حاسوب.[19]

في حوالي سنة 1885، اخترع هيرمان هولليريث آلة التبويب للاستخدام في تلخيص المعلومات وكانت تستخدم بطاقة مثقبة لمعالجة المعلومات الإحصائية في نهاية المطاف أصبحت هذه الشركة جزء من آي بي إم اليوم.

في عام 1937، وبعد مئة سنة من حلم باباج المستحيل أقنع هوارد أيكن شركة آي بي إم بتطوير آلته الحاسبة العملاقة للبرمجة، في ذلك الوقت كانت آي بي إم تصنع كل أنواع معدات البطاقات المثقبة وكانت أيضا تقوم بأعمال الآلات الحاسبة.[20] وتم إطلاق اسم هارفارد مارك واحد عليها وكانت بناء على المحرك التحليلي الخاص بتشارلز بابيج، وكانت تستخدم الكروت المثقوبة ووحدة الحوسبة المركزية، وعندما تمت الآلة النهائية أشاد البعض بأن «حلم باباج تحقق».[21]

خلال الأربعينيات من القرن الماضي ومع تطور آلات حاسوب أقوى،[22] وبدى واضحا أن الحاسوب يمكن أن يستخدم في أكثر من الحسابات الرياضية فقط، مجال علوم الحاسب توسع ليشمل الحوسبة بشكل عام، تم وضع إنشاء علوم الحاسب كعلم أكاديمي مستقل في الخمسينيات وأوائل الستينيات من القرن الماضي.[23][24]

المصطلح والنطاق[عدل]

المقالة الرئيسة: معلوماتية (حقل أكاديمي)

على الرغم من اقتراحه لأول مرة في عام 1956.[25] ظهر مصطلح ”علم الحاسوب“ في مقال نُشر عام 1959 في المجلة الشهرية لاتصالات جمعية آلات الحوسبة.[26] الذي يدعو فيه لويس فين إلى إنشاء كلية للدراسات العليا في علوم الحاسب الآلي على غرار إنشاء كلية هارفارد للأعمال عام 1921.[27] ويبرر لويس التسمية بالقول إن هذا الموضوع، مثل علم الإدارة، هو موضوع تطبيقي ومتعدد التخصصات بطبيعته، بينما يتسم بالخصائص النموذجية للتخصص الأكاديمي.[26] وقد تكللت جهوده وجهود آخرين مثل المحلل العددي جورج فورسيث بالنجاح: فقد استمرت الجامعات في إنشاء مثل هذه الأقسام، بدءًا من جامعة بوردو في عام 1962.[28] على الرغم من اسمه، فإن قدرًا كبيرًا من علم الحاسوب لا يتضمن دراسة الحواسيب نفسها. ولهذا السبب، تم اقتراح العديد من الأسماء البديلة.[29] تفضل بعض الأقسام في الجامعات الكبرى مصطلح علم الحوسبة، للتأكيد على هذا الاختلاف بالتحديد. اقترح العالم الدنماركي بيتر ناور مصطلح علم البيانات (داتالوجي - datalogy),[30] ليعكس حقيقة أن هذا التخصص العلمي يدور حول البيانات ومعالجة البيانات، في حين أنه لا يشمل بالضرورة أجهزة الكمبيوتر. كانت أول مؤسسة علمية تستخدم المصطلح هي قسم علم البيانات في جامعة كوبنهاغن، الذي تأسس في عام 1969، وكان بيتر ناور أول أستاذ في علم البيانات. ويستخدم المصطلح بشكل رئيسي في الدول الاسكندنافية. وهناك مصطلح بديل، اقترحه ناور أيضًا، هو علم البيانات؛ ويستخدم هذا المصطلح الآن لمجال متعدد التخصصات لتحليل البيانات، بما في ذلك الإحصاءات وقواعد البيانات.

في الأيام الأولى للحوسبة، تم اقتراح عدد من المصطلحات للممارسين في مجال الحوسبة في مجلة المجلة الشهرية لاتصالات جمعية آلات الحوسبة—عالِم تورينج وعالِم التورولوجيا، وعالِم المخططات الانسيابية، وعالِم الرياضيات التطبيقية، وعالِم المعرفة التطبيقية.[31] وبعد ثلاثة أشهر في نفس المجلة، اقتُرح في المجلة نفسها اسم ”عالم الكومبتولوجي“، وتبعه في العام التالي اسم ”عالم الهيبولوجي“.[32] كما تم اقتراح مصطلح الحوسبة أيضاً.[33] في أوروبا، المصطلحات المستمدة من الترجمات المتعاقد عليها لتعبير ”المعلومات التلقائية“ (أمثلة : "informazione automatica" بالإطالية) أو informatique (فرنسية), Informatik (الألمانية), informatica (الإيطالية, الهولندية) informática (الإسبانية, البرتغالية) informatika (اللغات السلافية والهنغارية) pliroforiki (πληροφορική التي تعني المعلوميات) باليونانية. كما تم اعتماد كلمات مماثلة في المملكة المتحدة (كما هو الحال في كلية المعلوماتية، جامعة إدنبرة).[34] ”لكن في الولايات المتحدة، ترتبط المعلوماتية مع الحوسبة التطبيقية، أو الحوسبة في سياق مجال آخر.“[35]

هناك مقولة فولكلورية، غالبًا ما تُنسب إلى - ولكن من شبه المؤكد أنها لم تكن أول من صاغها - إدجر ديجكسترا، تقول إن ”علم الحاسوب لا يتعلق بالحاسوب أكثر من علم الفلك بالتلسكوبات“. يعتبر تصميم ونشر أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الكمبيوتر بشكل عام من ضمن تخصصات أخرى غير علوم الكمبيوتر. على سبيل المثال، عادة ما تعتبر دراسة أجهزة الحاسوب جزءًا من هندسة الحاسوب، في حين أن دراسة أنظمة الحاسوب التجارية ونشرها غالباً ما تسمى تكنولوجيا المعلومات أو نظم المعلومات. ومع ذلك، كان هناك تبادل للأفكار بين مختلف التخصصات المتعلقة بالحاسوب. وغالبًا ما تتقاطع أبحاث علوم الحاسوب أيضًا مع تخصصات أخرى، مثل العلوم الإدراكية واللغويات والرياضيات والفيزياء والأحياء وعلوم الأرض والإحصاء والفلسفة والمنطق.

يعتبر البعض أن علم الحاسوب له علاقة أوثق بكثير مع الرياضيات من العديد من التخصصات العلمية، حيث يقول بعض المراقبين أن الحوسبة علم رياضي.[36] تأثرت علوم الحاسوب المبكرة بشدة بأعمال علماء الرياضيات مثل كورت غودل وألان تورينغ وجون فون نيومان وروزا بيتر وألونزو تشرتش، ولا يزال هناك تبادل مفيد للأفكار بين المجالين في مجالات مثل المنطق الرياضي ونظرية الفئات ونظرية المجال والجبر.[37]

إن العلاقة بين علم الحاسوب وهندسة البرمجيات مسألة مثيرة للجدل، ويزيد من تعقيدها الخلافات حول معنى مصطلح ”هندسة البرمجيات“، وكيفية تعريف علم الحاسوب.[38] ادعى ديفيد بارناس، مستلهمًا العلاقة بين تخصصات الهندسة والعلوم الأخرى، أن التركيز الرئيسي لعلوم الحاسوب هو دراسة خصائص الحوسبة بشكل عام، بينما التركيز الرئيسي لهندسة البرمجيات هو تصميم عمليات حسابية محددة لتحقيق أهداف عملية، مما يجعل التخصصين منفصلين ولكنهما متكاملين.[39]

تميل الجوانب الأكاديمية والسياسية والتمويلية لعلوم الحاسوب إلى الاعتماد على ما إذا كان القسم مشكلاً بتوجه رياضي أو بتوجه هندسي. فأقسام علوم الحاسوب ذات التركيز على الرياضيات وذات التوجه العددي تأخذ بعين الاعتبار المواءمة مع العلوم الحاسوبية. ويميل كلا النوعين من الأقسام إلى بذل جهود للتقريب بين المجالين تعليميًا إن لم يكن في جميع الأبحاث.

فلسفة علم الحاسوب[عدل]

المقالة الرئيسة: فلسفة علم الحاسوب

نظرية المعرفة في علم الحاسوب[عدل]

على الرغم من وجود كلمة علم في اسمه، هناك جدل حول ما إذا كان علم الحاسوب هو أحد فروع العلوم,[40] أو الرياضيات,[41] أو الهندسة أم لا. جادل ألن نيويل وهيربرت سيمون في عام 1975,

علم الحاسوب هو تخصص تجريبي. كنا سنسميه علمًا تجريبيًا، ولكن مثل علم الفلك والاقتصاد والجيولوجيا، فإن بعض أشكاله الفريدة من الملاحظة والتجربة لا تتناسب مع الصورة النمطية الضيقة للمنهج التجريبي. ومع ذلك، فهي تجارب. فكل آلة جديدة يتم بناؤها هي تجربة. إن بناء الآلة في الواقع يطرح سؤالاً على الطبيعة؛ ونحن نستمع إلى الإجابة من خلال مراقبة الآلة أثناء تشغيلها وتحليلها بكل وسائل التحليل والقياس المتاحة.[42]

وقد قيل منذ ذلك الحين أنه يمكن تصنيف علم الحاسوب كعلم تجريبي لأنه يستخدم الاختبار التجريبي لتقييم صحة البرامج، ولكن تبقى مشكلة في تحديد قوانين ونظريات علم الحاسوب (إن وجدت) وتحديد طبيعة التجارب في علم الحاسوب.[42] يجادل مؤيدو تصنيف علم الحاسوب كتخصص هندسي بأن موثوقية الأنظمة الحاسوبية يتم التحقيق فيها بنفس الطريقة التي يتم بها التحقيق في الجسور في الهندسة المدنية والطائرات في هندسة الطيران.[42] ويقولون أيضًا أنه في حين أن العلوم التجريبية تلاحظ ما هو موجود حاليًا، فإن علم الحاسوب يلاحظ ما يمكن أن يوجد، وبينما يكتشف العلماء القوانين من الملاحظة، لم يتم العثور على قوانين مناسبة في علم الحاسوب وهو يهتم بدلًا من ذلك بخلق الظواهر.[42]

يجادل مؤيدو تصنيف علم الحاسوب كتخصص رياضي بأن برامج الحاسوب هي تجسيدات مادية للكيانات والبرامج الرياضية التي يمكن استنباطها من خلال رياضيات الطرق الشكلية.[42] ينظر عالما الحاسوب أيدسكر دايكسترا وتوني هور إلى تعليمات برامج الحاسوب على أنها جمل رياضية، ويفسران الدلالات الرسمية للغات البرمجة على أنها أنظمة بديهية رياضية.[42]

نماذج علوم الحاسوب[عدل]

جادل عدد من علماء الحاسوب بالتمييز بين ثلاثة نماذج منفصلة في علم الحاسوب. جادل بيتر ويجنر بأن هذه النماذج هي العلم والتكنولوجيا والرياضيات.[43] وجادل فريق عمل بيتر دينينغ بأنها النظرية والتجريد (النمذجة) والتصميم.[36] ووصفهم أمنون هـ. إيدن بأنهم ”النموذج العقلاني“ (الذي يتعامل مع علم الحاسوب كفرع من فروع الرياضيات، وهو السائد في علم الحاسوب النظري، ويستخدم بشكل أساسي الاستنباط)، و”النموذج التكنوقراطي“ (الذي قد يوجد في المناهج الهندسية، وأبرزها في هندسة البرمجيات)، و”النموذج العلمي“ (الذي يقارب المصنوعات المتعلقة بالحاسوب من المنظور التجريبي للعلوم الطبيعية،[44] ويمكن تحديده في بعض فروع الذكاء الاصطناعي).[45] يركّز علم الحاسوب على الأساليب المتبعة في تصميم أنظمة الحوسبة التي يصنعها الإنسان وتحديد مواصفاتها وبرمجتها والتحقق منها وتنفيذها واختبارها.[46]

فروع[عدل]

المقالة الرئيسة: مختصر موجز لعلم الحاسوب

كعلم، يمتد علوم الحاسوب إلى مجموعة من الموضوعات من الدراسات النظرية للخوارزميات وحدود الحساب إلى المسائل العملية لتنفيذ أنظمة الحوسبة في الأجهزة والبرامج.[47][48] تحدد CSAB، التي كانت تُسمى سابقًا مجلس اعتماد علوم الحوسبة -والذي يتكون من ممثلين عن جمعية آلات الحوسبة (ACM)، وجمعية IEEE للكمبيوتر (IEEE CS)-[49] أربعة مجالات تعتبرها حاسمة في مجال علوم الحاسوب: نظرية الحوسبة والخوارزميات وهياكل البيانات ومنهجية البرمجة واللغات وعناصر الحاسوب وبنى البيانات. بالإضافة إلى هذه المجالات الأربعة، يحدد CSAB أيضًا مجالات مثل هندسة البرمجيات والذكاء الاصطناعي وشبكات الحاسوب والاتصالات وأنظمة قواعد البيانات والحساب المتوازي والحساب الموزع والتفاعل بين الإنسان والحاسوب ورسوميات الحاسوب وأنظمة التشغيل والحساب الرقمي والرمزي مثل كونها مجالات مهمة في علوم الحاسوب.[47]

علوم الحاسوب النظرية[عدل]

طالع أيضًا: علم الحاسوب النظري

علوم الحاسوب النظرية هي رياضيات وتجريدية في الروح، ولكنها تستمد دوافعها من الحساب العملي واليومي. الهدف منه هو فهم طبيعة الحساب، ونتيجة لهذا الفهم، توفير منهجيات أكثر كفاءة. يمكن اعتبار جميع الدراسات المتعلقة بالمفاهيم والطرق الرياضية والمنطقية والرسمية بمثابة علوم الحاسوب النظرية، شريطة أن يكون الدافع مستمدًا بوضوح من مجال الحوسبة.

نظرية الحساب[عدل]

طالع أيضًا: نظرية الحوسبة

وفقًا لبيتر دينينج، فإن السؤال الأساسي الذي يكمن وراء علوم الحاسوب هو «ما الذي يمكن أن يكون آلياً (بكفاءة)؟» تركز نظرية الحوسبة على الإجابة على الأسئلة الأساسية حول ما يمكن حسابه وما مقدار الموارد اللازمة لأداء تلك الحسابات. في محاولة للإجابة على السؤال الأول، تدرس نظرية الحوسبة المشكلات الحسابية التي يمكن حلها في النماذج النظرية المختلفة للحساب. يتم تناول السؤال الثاني من خلال نظرية التعقيد الحسابي، والتي تدرس تكاليف الوقت والمكان المرتبطة بمناهج مختلفة لحل العديد من المشكلات الحسابية.

فمسألة "P = NP" الشهيرة، واحدة من مسائل جائزة الألفية،[50] هي مسألة مفتوحة في نظرية الحساب.

P = NP؟
نظرية التشغيل الذاتي نظرية الحاسوبية نظرية التعقيد الحسابي علم التعمية نظرية الحساب الكمومي

نظرية المعلومات والترميز[عدل]

طالع أيضًا: نظرية المعلومات ونظرية الترميز

ترتبط نظرية المعلومات بكمية المعلومات. تم تطوير هذا بواسطة كلود شانون لإيجاد حدود أساسية لعمليات معالجة الإشارات مثل ضغط البيانات وتخزين البيانات ونقلها بشكل موثوق.[51] نظرية الترميز هي دراسة خصائص الأكواد (أنظمة لتحويل المعلومات من نموذج إلى آخر) وملاءمتها لتطبيق معين. تُستخدم الرموز لضغط البيانات، والتشفير، واكتشاف الأخطاء وتصحيحها، وكذلك في الآونة الأخيرة أيضًا لترميز الشبكة. تتم دراسة الرموز لغرض تصميم طرق فعالة وموثوقة لنقل البيانات.

نظرية لغة البرمجة[عدل]

طالع أيضًا: نظرية لغات البرمجة وطريقة شكلية

نظرية لغات البرمجة هي فرع من فروع علوم الحاسوب التي تتعامل مع تصميم لغات البرمجة وميزاتها الفردية وتنفيذها وتحليلها وتوصيفها وتصنيفها. يقع ضمن مجال علوم الحاسوب، اعتمادًا على الرياضيات وهندسة البرمجيات واللغويات والتأثير عليها. إنه مجال بحث نشط، مع العديد من المجلات الأكاديمية المخصصة.

نظرية النمط محول برمجي لغة برمجة

هياكل البيانات والخوارزميات[عدل]

طالع أيضًا: الخوارزميات وهياكل بيانات

هياكل البيانات والخوارزميات هي دراسة الطرق الحسابية الشائعة الاستخدام وكفاءتها الحسابية.

O(n2)
تحليل الخوارزميات الخوارزميات بنية البيانات استمثال توافقي هندسة رياضية حاسوبية

أنظمة الحاسوب[عدل]

هندسة الحاسوب، أو تنظيم الحاسوب الرقمي، هو التصميم المفاهيمي والهيكل التشغيلي الأساسي لنظام الحاسوب. إنه يركز إلى حد كبير على الطريقة التي تعمل بها وحدة المعالجة المركزية داخليًا والوصول إلى العناوين في الذاكرة.[52] يتضمن الحقل غالبًا تخصصات في هندسة الحاسوب والهندسة الكهربائية واختيار مكونات الأجهزة وربطها لإنشاء أجهزة حاسوب تلبي أهدافًا وظيفية وأدائية وأقل تكلفة.

هندسة الحاسوب[عدل]

هندسة الحاسوب، أو تنظيم الحاسوب الرقمي، هو التصميم المفاهيمي والهيكل التشغيلي الأساسي لنظام الحاسوب. إنه يركز إلى حد كبير على الطريقة التي تعمل بها وحدة المعالجة المركزية داخليًا والوصول إلى العناوين في الذاكرة.[52] يتضمن الحقل غالبًا تخصصات في هندسة الحاسوب والهندسة الكهربائية واختيار مكونات الأجهزة وربطها لإنشاء أجهزة حاسوب تلبي أهدافًا وظيفية وأداءية وتكلفة.

جبر بولياني البنية الدقيقة معالجة متعددة
حوسبة سائدة هندسة الأنظمة نظام تشغيل

تحليل أداء الحاسوب[عدل]

تحليل أداء الحاسوب هو دراسة العمل المتدفق عبر أجهزة الحاسوب مع الأهداف العامة لتحسين الإنتاجية، والتحكم في وقت الاستجابة، واستخدام الموارد بكفاءة، والقضاء على الاختناقات، والتنبؤ بالأداء في ظل ذروة الأحمال المتوقعة.[53] توفر المقاييس طريقة لمقارنة أداء الأنظمة الفرعية المختلفة عبر أبنية شرائح أنظمة مختلفة.

شبكات الحاسوب[عدل]

يهدف هذا الفرع من علوم الحاسوب إلى إدارة الشبكات بين أجهزة الحاسوب في جميع أنحاء العالم.

أمن الحاسوب والتشفير[عدل]

أمن الحاسوب هو فرع من فروع تكنولوجيا الحاسوب بهدف حماية المعلومات من الوصول غير المصرح به أو تعطيله أو تعديله مع الحفاظ على إمكانية الوصول إلى النظام وسهولة استخدامه للمستخدمين المقصودين منه. التشفير هو ممارسة ودراسة إخفاء البيانات وبالتالي فك تشفير المعلومات. يرتبط التشفير الحديث إلى حد كبير بعلوم الحاسوب، لأن العديد من خوارزميات التشفير وفك التشفير تعتمد على تعقيدها الحسابي.

قواعد البيانات[عدل]

تهدف قاعدة البيانات إلى تنظيم وتخزين واسترجاع كميات كبيرة من البيانات بسهولة. تتم إدارة قواعد البيانات الرقمية باستخدام أنظمة إدارة قواعد البيانات لتخزين البيانات وإنشاءها وصيانتها والبحث فيها، من خلال نماذج قواعد البيانات ولغات الاستعلام.

تطبيقات الحاسوب[عدل]

رسوميات الحاسوب[عدل]

رسوميات الحاسوب هي دراسة المحتويات المرئية الرقمية وتتضمن تركيب ومعالجة بيانات الصورة. ترتبط الدراسة بالعديد من المجالات الأخرى في علوم الحاسوب، بما في ذلك رؤية الحاسوب، ومعالجة الصور، والهندسة الحاسوبية، ويتم تطبيقها بشدة في مجالات المؤثرات الخاصة وألعاب الفيديو.

التفاعل بين الإنسان والحاسوب[عدل]

الأبحاث التي تقوم بتطوير نظريات ومبادئ وإرشادات لمصممي واجهة المستخدم، بحيث يمكنهم إنشاء تجارب مرضية للمستخدم مع أجهزة سطح المكتب والحاسوب المحمول والأجهزة المحمولة.

الحوسبة العلمية[عدل]

الحوسبة العلمية (أو العلوم الحاسوبية) هي مجال الدراسة المعني ببناء النماذج الرياضية وتقنيات التحليل الكمي واستخدام أجهزة الحاسوب لتحليل وحل المشكلات العلمية. في الاستخدام العملي، عادة ما يكون تطبيق محاكاة الحاسوب وأشكال الحساب الأخرى للمشاكل في مختلف التخصصات العلمية.

تحليل عددي فيزياء حاسوبية كيمياء حاسوبية معلوماتية حيوية

الذكاء الاصطناعي[عدل]

الذكاء الاصطناعي هو عملية تجميع العمليات الموجهة نحو الهدف مثل حل المشكلات، وصنع القرار، والتكيف البيئي، والتعلم، والاتصالات الموجودة في البشر والحيوانات. منذ نشأته في علم التحكم الآلي وفي مؤتمر دارتموث (1956)، كانت أبحاث الذكاء الاصطناعي بالضرورة متعددة التخصصات، معتمدة على مجالات الخبرة مثل الرياضيات التطبيقية والمنطق الرمزي والهندسة الكهربائية وفلسفة العقل والفيسيولوجيا العصبية والاجتماعية. يرتبط الذكاء الاصطناعي في العقل الشعبي بالتطوير الآلي، ولكن المجال الرئيسي للتطبيق العملي كان مكونًا لا يتجزأ في مجالات تطوير البرمجيات، والتي تتطلب فهمًا حسابيًا. كانت نقطة الانطلاق في أواخر الأربعينيات هي سؤال آلان تورنغ «هل تستطيع أجهزة الحاسوب التفكير؟»، ويبقى السؤال بلا إجابة فعلية، على الرغم من أن اختبار تورنغ لا يزال يستخدم لتقييم مخرجات الحاسوب على مقياس الذكاء البشري. لكن أتمتة المهام التقييمية والتنبؤية كانت ناجحة بشكل متزايد كبديل للمراقبة البشرية والتدخل في مجالات تطبيق الحاسوب التي تنطوي على بيانات واقعية معقدة.

تعلم الآلة رؤية حاسوبية معالجة الصور الرقمية
تمييز الأنماط تنقيب في البيانات الحوسبة التطورية
تمثيل المعرفة معالجة اللغات الطبيعية روبوتية

هندسة البرمجيات[عدل]

هندسة البرمجيات هي دراسة تصميم وتنفيذ وتعديل البرامج لضمان جودة عالية وبأسعار معقولة وقابلة للصيانة وسريعة البناء. إنها طريقة منهجية لتصميم البرمجيات، تنطوي على تطبيق الممارسات الهندسية على البرمجيات. تتعامل هندسة البرمجيات مع تنظيم البرامج وتحليلها، فهي لا تتعامل فقط مع إنشاء أو تصنيع برامج جديدة، ولكن تتعلق بالصيانة والترتيب الداخليين.

التعليم[عدل]

المقالة الرئيسة: تعليم علوم الحاسوب

يدرس طلاب علم الحاسوب العديد من مجالات الرياضيات مثل حساب التفاضل والتكامل، الجبر الخطي، والمعادلات التفاضلية. علم الرياضيات أساسي جدا في كتابة البرامج وفي لغات البرمجة. النظريات والتطبيقات الرياضية التي يدرسها الطلاب مهمة في فهم طريقة معالجة الحاسوب للمعلومات. بالإضافة إلى ذلك، يدرس الطلاب العديد من لغات البرمجة مثل java وPython. يدرس أيضا الطلاب القليل من الدارات الإلكترونية وطريقة عملها. يدرس الطلاب الخوارزميات خلال السنة الثالثة والرابعة. مشروع التخرج مهم للغاية في نهاية السنة الأخيرة.[54][55]

تحديات التعليم[عدل]

في العديد من البلدان، هناك فجوة كبيرة بين الجنسين في تعليم علوم الحاسوب. في عام 2012، تم منح 20% فقط من شهادات علوم الحاسوب في الولايات المتحدة للنساء.[56] الفجوة بين الجنسين هي أيضا مشكلة في البلدان الغربية الأخرى. الفجوة أصغر أو غير موجودة في بعض أنحاء العالم.[57] في عام 2011، حصلت النساء على نصف شهادات علوم الحاسوب في ماليزيا.[58] في عام 2001، كان 55% من خريجي علوم الحاسوب في غيانا من النساء.[57]

انظر أيضاً[عدل]


المراجع[عدل]

  1. ^ "What is Computer Science?". Department of Computer Science, University of York (بالإنجليزية الأمريكية). Archived from the original on 2020-06-11. Retrieved 2020-06-11.
  2. ^ ا ب What Can Be Automated? Computer Science and Engineering Research Study. Computer Science Series (بالإنجليزية). MIT Press. 1980. ISBN:978-0262010603. Archived from the original on 2021-01-09.
  3. ^ ا ب Denning، P.J.؛ Comer، D.E.؛ Gries، D.؛ Mulder، M.C.؛ Tucker، A.؛ Turner، A.J.؛ Young، P.R. (فبراير 1989). "Computing as a discipline". Computer. ج. 22 ع. 2: 63–70. DOI:10.1109/2.19833. ISSN:1558-0814. مؤرشف من الأصل في 2022-03-03. اطلع عليه بتاريخ 2022-03-03. The discipline of computing is the systematic study of algorithmic processes that describe and transform information, their theory, analysis, design, efficiency, implementation, and application. The fundamental question underlying all of computing is, 'What can be (efficiently) automated?'
  4. ^ "WordNet Search—3.1". WordNet Search. Wordnetweb.princeton.edu. مؤرشف من الأصل في 2017-10-18. اطلع عليه بتاريخ 2012-05-14.
  5. ^ "Definition of computer science | Dictionary.com". www.dictionary.com (بالإنجليزية). Archived from the original on 2020-06-11. Retrieved 2020-06-11.
  6. ^ "What is Computer Science? | Undergraduate Computer Science at UMD". undergrad.cs.umd.edu. مؤرشف من الأصل في 2020-11-27. اطلع عليه بتاريخ 2022-07-15.
  7. ^ Harel، David (2014). Algorithmics The Spirit of Computing. Springer Berlin. ISBN:978-3-642-44135-6. OCLC:876384882. مؤرشف من الأصل في 2020-06-17. اطلع عليه بتاريخ 2020-06-17.
  8. ^ Patton, Richard D.; Patton, Peter C. (2009), Nof, Shimon Y. (ed.), "What Can be Automated? What Cannot be Automated?", Springer Handbook of Automation, Springer Handbooks (بالإنجليزية), Berlin, Heidelberg: Springer, pp. 305–313, DOI:10.1007/978-3-540-78831-7_18, ISBN:978-3-540-78831-7, Archived from the original on 2023-01-11, Retrieved 2022-03-03
  9. ^ Forsythe، George (5–10 أغسطس 1969). "Computer Science and Education". Proceedings of IFIP Congress 1968. The question 'What can be automated?' is one of the most inspiring philosophical and practical questions of contemporary civilization.
  10. ^ Knuth، Donald E. (1 أغسطس 1972). "George Forsythe and the development of computer science". Communications of the ACM. ج. 15 ع. 8: 721–726. DOI:10.1145/361532.361538. ISSN:0001-0782. S2CID:12512057.
  11. ^ Hanson، Vicki L. (23 يناير 2017). "Celebrating 50 years of the Turing award". Communications of the ACM. ج. 60 ع. 2: 5. DOI:10.1145/3033604. ISSN:0001-0782. S2CID:29984960.
  12. ^ Scott، Eric؛ Martins، Marcella Scoczynski Ribeiro؛ Yafrani، Mohamed El؛ Volz، Vanessa؛ Wilson، Dennis G (5 يونيو 2018). "ACM marks 50 years of the ACM A.M. turing award and computing's greatest achievements". ACM SIGEVOlution. ج. 10 ع. 3: 9–11. DOI:10.1145/3231560.3231563. S2CID:47021559. مؤرشف من الأصل في 2023-05-13.
  13. ^ "Charles Babbage Institute: Who Was Charles Babbage?". cbi.umn.edu. مؤرشف من الأصل في 2019-07-28. اطلع عليه بتاريخ 2016-12-28.
  14. ^ "Ada Lovelace | Babbage Engine | Computer History Museum". www.computerhistory.org. مؤرشف من الأصل في 2019-07-16. اطلع عليه بتاريخ 2016-12-28.
  15. ^ "Blaise Pascal". مدرسة الرياضيات والإحصاء جامعة سانت اندروز في اسكتلندا. مؤرشف من الأصل في 2019-05-14.
  16. ^ "لمحة تاريخية عن الحوسبة". مؤرشف من الأصل في 2018-09-26.
  17. ^ "Science Museum—Introduction to Babbage". مؤرشف من الأصل في 2006-09-08. اطلع عليه بتاريخ 2006-09-24.
  18. ^ ا ب Anthony Hyman (1982). Charles Babbage, pioneer of the computer. مؤرشف من الأصل في 2022-02-23.
  19. ^ "A Selection and Adaptation From Ada's Notes found in Ada, The Enchantress of Numbers," by Betty Alexandra Toole Ed.D. Strawberry Press, Mill Valley, CA". مؤرشف من الأصل في 2006-02-10. اطلع عليه بتاريخ 2006-05-04.
  20. ^ "In this sense Aiken needed IBM, whose technology included the use of punched cards, the accumulation of numerical data, and the transfer of numerical data from one register to another", Bernard Cohen, p.44 (2000)
  21. ^ Brian Randell, p. 187, 1975
  22. ^ The رابطة مكائن الحوسبة (ACM) was founded in 1947.
  23. ^ Denning، Peter J. (2000). "Computer Science: The Discipline" (PDF). Encyclopedia of Computer Science. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2006-05-25.
  24. ^ "Some EDSAC statistics". Cl.cam.ac.uk. مؤرشف من الأصل في 2013-01-14. اطلع عليه بتاريخ 2011-11-19.
  25. ^ Tedre, Matti (2014). The Science of Computing: Shaping a Discipline. Taylor and Francis / CRC Press.
  26. ^ ا ب Fein، Louis (1 سبتمبر 1959). "The role of the University in computers, data processing, and related fields". Communications of the ACM. ج. 2 ع. 9: 7–14. DOI:10.1145/368424.368427. ISSN:0001-0782. مؤرشف من الأصل في 2024-03-09.
  27. ^ "Stanford University oral history | Stanford University Libraries". web.archive.org. 4 أبريل 2017. اطلع عليه بتاريخ 2024-05-07.
  28. ^ "Wayback Machine" (PDF). web.archive.org. اطلع عليه بتاريخ 2024-05-07.
  29. ^ "UEF Electronic Publications - UEF ePub" (PDF). libapps.uef.fi. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2024-05-07. اطلع عليه بتاريخ 2024-05-07.
  30. ^ Naur، Peter (1 يوليو 1966). "The science of datalogy". Communications of the ACM. ج. 9 ع. 7: 485. DOI:10.1145/365719.366510. ISSN:0001-0782. مؤرشف من الأصل في 2024-05-07.
  31. ^ Weiss، E. A.؛ Corley، Henry P. T. (1 أبريل 1958). "Letters to the editor". Communications of the ACM. ج. 1 ع. 4: 5. DOI:10.1145/368796.368802. ISSN:0001-0782. مؤرشف من الأصل في 2024-05-07.
  32. ^ ACM. "ACM". Communications of the ACM ع. 2: 4.
  33. ^ "IEEE Computer". IEEE Computer. ج. 28 ع. 12: 136.
  34. ^ P. Mounier-Kuhn (2010). L'Informatique en France, de la seconde guerre mondiale au Plan Calcul. باريس: L'émergence d'une science. ج. 3 و 4.
  35. ^ "Why an Informatics Degree? – Communications of the ACM" (بالإنجليزية الأمريكية). 1 Feb 2010. Archived from the original on 2024-05-08. Retrieved 2024-05-07.
  36. ^ ا ب "Computing as a discipline | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore". web.archive.org. 3 مارس 2022. اطلع عليه بتاريخ 2024-05-08.
  37. ^ Tedre Matti (2014). The Science of Computing: Shaping a Discipline. Taylor and Francis / CRC Press.
  38. ^ "Computing as a Science: A Survey of Competing Viewpoints". www.semanticscholar.org (بالإنجليزية). Archived from the original on 2024-05-08. Retrieved 2024-05-08.
  39. ^ Parnas, David Lorge (1 Mar 1998). "Software engineering programmes are not computer science programmes". Annals of Software Engineering (بالإنجليزية). 6 (1): 19–37. DOI:10.1023/A:1018949113292. ISSN:1573-7489. Archived from the original on 2023-06-30.
  40. ^ Luk, Robert W. P. (30 Dec 2020). "Insights in how computer science can be a science". Science & Philosophy (بالإنجليزية). 8 (2): 17–46. DOI:10.23756/sp.v8i2.531. ISSN:2282-7765. Archived from the original on 2024-05-08.
  41. ^ Knuth، Donald E. (1974-04). "Computer Science and Its Relation to Mathematics". The American Mathematical Monthly. ج. 81 ع. 4: 323. DOI:10.2307/2318994. مؤرشف من الأصل في 2024-05-08. {{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  42. ^ ا ب ج د ه و Angius، Nicola؛ Primiero، Giuseppe؛ Turner، Raymond (2021). Zalta، Edward N. (المحرر). The Philosophy of Computer Science (ط. Spring 2021). Metaphysics Research Lab, Stanford University. مؤرشف من الأصل في 2024-05-16.
  43. ^ Wegner, P. (13–15 أكتوبر 1976). Research paradigms in computer science—Proceedings of the 2nd international Conference on Software Engineering. San Francisco, California, United States:: IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: علامات ترقيم زائدة (link)
  44. ^ Denning، Peter J. (1 يوليو 2007). "Computing is a natural science". Communications of the ACM. ج. 50 ع. 7: 13–18. DOI:10.1145/1272516.1272529. ISSN:0001-0782. مؤرشف من الأصل في 2024-05-08.
  45. ^ "Wayback Machine" (PDF). web.archive.org. اطلع عليه بتاريخ 2024-05-08.
  46. ^ Turner، Raymond؛ Angius، Nicola (2019). Zalta، Edward N. (المحرر). The Philosophy of Computer Science (ط. Spring 2019). Metaphysics Research Lab, Stanford University. مؤرشف من الأصل في 2024-05-12.
  47. ^ ا ب "Computer Science as a Profession". Computing Sciences Accreditation Board. 28 مايو 1997. مؤرشف من الأصل في 2008-06-17. اطلع عليه بتاريخ 2010-05-23.
  48. ^ Committee on the Fundamentals of Computer Science: Challenges and Opportunities, National Research Council (2004). Computer Science: Reflections on the Field, Reflections from the Field. National Academies Press. ISBN:978-0-309-09301-9. مؤرشف من الأصل في 2014-10-08.
  49. ^ "CSAB Leading Computer Education". CSAB. 3 أغسطس 2011. مؤرشف من الأصل في 2019-01-20. اطلع عليه بتاريخ 2011-11-19.
  50. ^ Clay Mathematics Institute P = NP نسخة محفوظة أكتوبر 14, 2013 في Wayback Machine [وصلة مكسورة]
  51. ^ P. Collins، Graham (14 أكتوبر 2002). "Claude E. Shannon: Founder of Information Theory". Scientific American. مؤرشف من الأصل في 2014-01-16. اطلع عليه بتاريخ 2014-12-12.
  52. ^ ا ب A. Thisted، Ronald (7 أبريل 1997). "Computer Architecture" (PDF). The University of Chicago. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2018-10-24.
  53. ^ Wescott، Bob (2013). The Every Computer Performance Book, Chapter 3: Useful laws. CreateSpace. ISBN:978-1-4826-5775-3.
  54. ^ Major Map - Computer Science,BS نسخة محفوظة 2020-02-13 في Wayback Machine
  55. ^ https://web.archive.org/web/20180105233702/https://www.umkc.edu/majormaps/maps/2013-2014/SCE_BS_CompSci_2013_2014.pdf. مؤرشف من الأصل (PDF) في 5 يناير 2018. اطلع عليه بتاريخ أغسطس 2020. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة) والوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)
  56. ^ "Percentage of Bachelor's degrees conferred to women, by major (1970–2012)". 14 يونيو 2014. مؤرشف من الأصل في 2018-11-01. اطلع عليه بتاريخ 2015-07-20.
  57. ^ ا ب James، Justin. "IT gender gap: Where are the female programmers?". TechRepublic. مؤرشف من الأصل في 2019-04-17.
  58. ^ "what [sic!] gender is science" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 2019-04-30. اطلع عليه بتاريخ 2015-07-20.
ملاحظات
  1. ^ في عام 1851.
  2. ^ "كان إدخال البطاقات المثقبة في المحرك الجديد أمرًا مهمًا ليس فقط كطريقة تحكم أكثر ملاءمة من البراميل، أو لأن البرامج يمكن أن تكون الآن غير محدودة المدى، ويمكن تخزينها وتكرارها دون التعرض لخطر إدخال أخطاء في ضبط الجهاز باليد؛ كان من المهم أيضًا لأنه ساعد في تبلور شعور تشارلز بابيج بأنه اخترع شيئًا جديدًا حقًا، أكثر من مجرد آلة حاسبة متطورة." Bruce Collier،‏ 1970

وصلات خارجية[عدل]

مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=علم_الحاسوب&oldid=67056381»