Інформатика – що це таке, визначення, суть, навіщо потрібна та що вивчає.

Інформатика — це трансдисциплінарна наука про поведінку і структуру будь-якої системи, яка генерує, зберігає, обробляє і потім представляє інформацію.

Що таке ІНФОРМАТИКА — поняття та визначення простими словами.

Простими словами Інформатика — це вивчення комп’ютерів, включаючи їх апаратне та програмне забезпечення.

Це велика область, що охоплює всі аспекти обчислень, включаючи пошук нових способів розв’язання проблем з використанням комп’ютерів і поліпшення роботи комп’ютерів. Комп’ютери використовують структури даних і алгоритми для виконання складних обчислень. Вивчення інформатики розвиває ці можливості, покращуючи та винаходячи нові обчислювальні машини, які можуть поліпшити життя.

Якщо вже зовсім коротко, то інформатика — це наука про інформацію.

Суть інформатики полягає в тому, що вона використовує обчислення як універсальний інструмент для розв’язання складних проблем в різних областях. Таким чином, центральним поняттям інформатики є перетворення інформації за допомогою обчислень або комунікації.

На відміну від інженерів електриків та комп’ютерних інженерів, комп’ютерні вчені в основному займаються програмним забезпеченням і програмними системами. Це включає їх теорію, дизайн, розробку і застосування.

У широкому розумінні поняття інформатики широко описує

• вивчення,
• проєктування,
• розвиток,
• застосування

інформаційних технологій практично в будь-якій області, з огляду на їх вплив на благо людей, організації та суспільства. Нові знання, отримані завдяки інформатиці, генеруються шляхом збору, зберіганню, інтелектуального аналізу різних баз даних.

Комп’ютерна інформатика пропонує спосіб використання великих баз даних і управління ними, що призводить до ряду переваг, включаючи прискорення темпів наукових відкриттів і поліпшення прийняття рішень в різних сферах діяльності. Тому поглиблене вивчення інформатики в школі — дуже важливо для розвитку сучасного суспільства.

Інформатика використовує міць і можливості цифрових технологій для перетворення даних і інформації в знання, які люди використовують кожен день.

Походження терміна «інформатика».

Термін «інформатика» вперше був придуманий німецьким вченим комп’ютерником, на ім’я Карл Штайнбух і вперше з’явився в 1957 році в опублікованій їм статті «Інформатика: автоматична обробка інформації». Інформатика тоді використовувалася як синонім комп’ютерної або обчислювальної науки.

У 1994 році Единбурзький університет в Шотландії сформував групу, яка зараз є школою інформатики, і дав визначення терміна «інформатика» як «вивчення структури, алгоритмів, поведінки та взаємодії природних і штучних обчислювальних систем». Значення набуло широкого поширення.

Проте в інформатики досі немає універсального значення, оскільки різні освітні та інші організації визначають її по-різному. Але всі ці різні способи визначення інформатики стосуються вивчення і застосування інформації та інформаційних технологій в повсякденних процесах. У своїх спробах пояснити явища наука прогресує, визначаючи, розвиваючи, критикуючи та уточнюючи нові концепції. Інформатика розробляє свої власні фундаментальні концепції комунікації, знання, даних, взаємодії та інформації й пов’язує їх з такими явищами, як обчислення, мислення і мова.

Мета і завдання інформатики.

Три дійсно фундаментальні питання науки:

• Що таке матерія?
• Що таке життя?
• Що таке розум?

До перших двох відносяться фізичні та біологічні науки. Мета інформатики — сприяти нашому розумінню останніх двох, забезпечуючи основу для вивчення організації процесів в біологічних і когнітивних системах. Найкраще домогтися прогресу за допомогою міцних зв’язків з існуючими дисциплінами, присвяченими конкретним аспектам цих питань.

Інформатика вирішує величезний спектр проблем і дає безліч можливостей. Основні її завдання:

• визначити, наскільки та за яких обставин теорії обробки інформації в штучних пристроях можуть бути застосовані до природних систем;
• визначити, наскільки принципи, запозичені з природничих систем, застосовні для розробки нових видів інженерних систем;
• вивчити безліч способів, за допомогою яких штучні інформаційні системи можуть допомогти розв’язувати проблеми, що стоять перед людством, і допомогти поліпшити якість життя всіх живих істот.

Роль інформатики в сучасному світі.

Розуміння інформаційних явищ, таких як обчислення, пізнання і комунікація, сприяє технологічному прогресу. Своєю чергою, технічний прогрес спонукає до наукових пошуків. Наука про інформацію і розробка інформаційних систем розвиваються рука об руку. Можливість дешево обробляти величезні обсяги інформації змінила наш спосіб життя.

Теоретична і практична (прикладна) інформатика.

Теоретична інформатика — це дисципліна в інформатиці, яка зосереджена на математиці. У той час як інші дисципліни зосереджені на практичному застосуванні інформатики для створення більш досконалих комп’ютерів або програмного забезпечення, теоретична інформатика фокусується на більш абстрактних ідеях, таких як вдосконалення алгоритмів або вивчення властивостей кодів і їх переваг для певних програм. І те, і інше необхідно для розвитку інформатики як області, тому що для досягнення прогресу в практичній інформатиці ця область покладається на розвиток обчислювальних можливостей за допомогою теоретичної інформатики. Інформаційні технології (ІТ) стали повсюдним і незамінним компонентом нашого повсякденного життя, допомагаючи (або перешкоджаючи) нам в управлінні інформацією, накопиченні знань і прийняття рішень.

Основні галузі вивчення інформатики.

Існує безліч дисциплін інформатики, які можна вивчати. Ось деякі з них:

Штучний інтелект.

Штучний інтелект, або ШІ — це дослідження і проєктування систем, які можуть функціонувати автономно від людського втручання. Прикладами ШІ є програми, які пропонують музичні рекомендації, засновані на ваших попередніх звичках прослуховування, або програми, які можуть грати в складні ігри, такі як шахи, проти людини-конкурента. Деякі дослідження ШІ зосереджені на створенні машин, які можуть виконувати людські завдання, такі як зорове сприйняття або розпізнавання мови. Машинне навчання — це підмножина ШІ, яка приділяє особливу увагу можливості створення машини, яка може використовувати алгоритми та програмування для відображення процесів людського розуму.

Мови програмування і логіка.

Мови програмування є невід’ємною частиною інформатики, тому що більшість інших дисциплін використовують мови програмування для роботи. Щоб використовувати комп’ютер, програміст переводить команди на певну мову програмування, яку комп’ютер може читати. Вивчення мов програмування і логіки фокусується на розробці цих мов, а також на їх аналізі, характеристиці та класифікації їх індивідуальних особливостей. Практичне застосування цього дослідження включає оптимізацію цих мов, щоб вони могли писати складні програми, використовуючи найменший обсяг коду, який може зрозуміти комп’ютер.

Додатки для наукових обчислень.

Додатки для наукових обчислень — це дослідження інформатики, в якому використовуються комп’ютерні алгоритми та можливості моделювання для прогнозування результатів наукових експериментів, які вчені не можуть проводити фізично. Ось деякі ситуації, коли необхідно проводити наукові експерименти за допомогою моделей:

• Великі за масштабом: деякі наукові експерименти або дослідження просто занадто великі для точного проведення експерименту за межами цифрової моделі, наприклад, для прогнозування динаміки зміни клімату та його наслідків.
• Небезпечні: деякі матеріали або хімічні реакції можуть бути дуже небезпечними або неетичними для особистого використання, наприклад, експерименти з токсичними або радіоактивними хімічними речовинами.
• Дорогі: деякі експерименти або дослідження занадто дорогі або вимагають багато часу. Використання наукових обчислень може допомогти прискорити ці процеси за невелику частину вартості, наприклад, багаторазові краш-тести літака для оптимізації безпеки.

Наукові обчислення є міждисциплінарними, тому що вони включають людей, які є експертами в тій області, яка вимагає моделі, а також комп’ютерних вчених для створення алгоритмів.

Теорія обчислень.

Теорія обчислень — це дисципліна, яка фокусується на визначенні того, які проблеми вирішують обчислювальні алгоритми, і чи можуть вони вирішити їх повністю або частково. Кінцева мета цього предмета — визначити, які фундаментальні можливості та обмеження комп’ютерів. Є три основних напрямки цього предмета:

1. Теорія автоматів і формальні мови: теорія автоматів — це дослідження абстрактних машин, званих автоматами, які комп’ютерні вчені використовують для опису та аналізу поведінки комп’ютерних систем.
2. Теорія обчислюваності: теорія обчислюваності або теорія рекурсії — це вивчення того, які завдання можуть і не можуть бути вирішені комп’ютерною програмою. Проблема прийняття рішення — це питання «так» чи «ні», яке може мати нескінченну кількість факторів. Наприклад, якщо комп’ютер може визначити, чи є числа в наборі парними або непарними, незалежно від того, які числа, це буде проблемою рішення, яку комп’ютер може вирішити.
3. Обчислювальна складність: обчислювальна складність пов’язана з тим, скільки часу і пам’яті потрібно для різних алгоритмів. Чим більше ресурсів вимагає алгоритм, тим він складніше.

Структури даних і алгоритми.

Ця дисципліна фокусується на способах взаємодії структур даних і алгоритмів, а також на те, як комп’ютерні вчені можуть поліпшити їх, щоб створювати більш досконалі комп’ютерні програми. Структура даних — це місце, де ви можете систематизувати та зберігати дані. Алгоритм — це набір завдань, якими ви можете управляти з комп’ютера. Ви можете використовувати алгоритм для отримання і виконання обчислень з даними, які створюють комп’ютерну програму. Основна увага в цій дисципліні приділяється вивченню збігу цих двох функцій і їх оптимізації.

Комп’ютерна архітектура та організація.

Ця дисципліна фокусується на вивченні, проєктуванні, впровадженні та експлуатації комп’ютерної системи. Архітектура фокусується на тому, як дизайн обладнання, такого як комп’ютери, пристрої зберігання і компоненти мережевого підключення, зберігає програми, передає дані та спрощує з’єднання з іншими пристроями. Організація — це те, як ці компоненти з’єднуються і як їх оптимізувати.

Комп’ютерні мережі.

Вивчення комп’ютерних мереж фокусується на аналізі, проєктуванні та реалізації мереж, які об’єднують комп’ютери. Наприклад, Інтернет — це тип мережі, яка зв’язує комп’ютери разом. Вчені інформатики вивчають, як розвивати ці зв’язки, використовуючи різні технології, такі як світлові сигнали або радіохвилі. Вони також працюють над розробкою протоколів, які встановлюють обмеження і захист цих мереж.

Комп’ютерна безпека в криптографії.

Ця дисципліна інформатики фокусується на тому, як захистити інформацію, що зберігається на комп’ютерах. Це може включати створення устаткування, у яке важче втрутитися, але в основному включає створення програмного забезпечення, невразливого для крадіжки, знищення, шахрайства або доступу неавторизованого користувача. Криптографія — це частина комп’ютерної безпеки, розроблена для захисту даних. Це практика використання алгоритмів для шифрування інформації шляхом переведення її з її природного стану в  стан що важко піддається розшифровці, шаблон з використанням набору обчислень на основі правил, а також використання алгоритмів для розшифровки даних.

Бази даних та інтелектуальний аналіз даних.

Вивчення баз даних та інтелектуального аналізу даних фокусується на тому, як комп’ютерні вчені організовують і зберігають дані. Великі дані (Big Data) – це термін для великих наборів даних, які збираються з певного джерела. Прикладом великих даних можуть бути дані про місцеперебування, звичках перегляду і використанні додатків, які стільникові телефони збирають для допомоги своїм користувачам. Інтелектуальний аналіз даних аналізує ці дані для виявлення закономірностей. Одним з важливих напрямків цієї дисципліни є створення структур баз даних, які дозволяють ефективно організовувати та викликати дані з великого набору даних, а також спрощують і прискорюють інтелектуальний аналіз даних.

Комп’ютерна графіка та візуалізація.

Ця дисципліна інформатики фокусується на відображенні комп’ютерних систем і управлінні зображеннями на екрані комп’ютера. Сюди входить вивчення і поліпшення апаратних можливостей комп’ютера. Це стосується таких сфер як:

• Рендеринг: створення реалістичного зображення з двомірної моделі за допомогою комп’ютерної програми.
• Моделювання: створення ймовірних результатів на основі набору критеріїв.
• Анімація: створення ефекту руху за допомогою послідовності нерухомих зображень на екрані дисплея.
• Візуалізація: інтерпретація даних в графічній формі та взаємодія з даними для управління графікою.

Обробка зображення і звуку.

Обробка зображень і звуку фокусується на вивченні форм, які може приймати інформація, а також на те, як інтерпретувати та обробляти цю інформацію. Обробка зображень — це коли ви використовуєте цифровий комп’ютер для інтерпретації зображення як набору даних, якими ви можете маніпулювати. Маніпулювання набором даних може привести до більш точних змін зображення, ніж зміна його вручну. Цифровий комп’ютер може керувати звуком і іншими формами інформації за допомогою того ж процесу. Вивчення того, як точно перетворювати зображення і звук в набори даних, а потім управляти цими наборами, є основною метою цієї дисципліни.

Паралельні та розподілені обчислення.

Ця дисципліна — вивчення комп’ютерів і мереж, в яких одночасно виконується кілька обчислень. Центральне питання цієї теми — як розробити машини або стратегії, які можуть поліпшити швидкість і точність виконання цих одночасних завдань. Паралельні обчислення — це коли кілька обчислень виконуються один раз. Вчені інформатики можуть поліпшити паралельні обчислення з допомогою розподіленої системи, коли кілька комп’ютерів підключаються до мережі та обробляють окремі обчислення одночасно.

Взаємодія людини та комп’ютера.

Ця тема в галузі інформатики присвячена тому, як користувачі взаємодіють з комп’ютерами, і пристосованим для користувача інтерфейсом, який полегшує цю взаємодію. Основна мета цієї дисципліни — створення апаратного і програмного забезпечення, яке робить використання комп’ютера простим і керованим для користувача, не вимагаючи від нього знання інформатики. Ця дисципліна охоплює психологію користувача, антропологію та інженерію, тому що вона фокусується на інтерпретації інстинктів і очікувань користувачів. Потім вчені інформатики створюють устаткування і програмне забезпечення, яке відповідає цим очікуванням.

Програмна інженерія.

Програмна інженерія фокусується на використанні інженерних підходів до теорії та практики побудови програмних систем. Вартість і час, що витрачаються на розробку складного програмного забезпечення, включають групи фахівців з інформатики. Процес розробки програмного забезпечення складається з:

• розробки вимог
• аналізу можливостей
• дизайну
• будівництва
• валідації, або перевірки на відповідність вимогам
• розгортання програмного забезпечення
• операції
• обслуговування

Інформація та теорія кодування.

Теорія інформації вивчає передачу та обробку інформації. Теорія кодування вивчає, як перетворити інформацію в коди, які можуть передавати інформацію, а також те як знизити частоту помилок при передачі даних і наскільки швидко комп’ютер може обробити цифровий сигнал. У цій дисципліні комп’ютерні вчені використовують коди, щоб визначити межі того, скільки вони можуть стискати, зберігати або обробляти.

Отже, володіючи правильним обладнанням (будівельні матеріали) і програмним забезпеченням (знаннями), інженери можуть створити конструктивно міцний будинок. Але архітектор перетворює його в житловий простір, розміщуючи двері, вікна та інженерні мережі з урахуванням функціональності та простоти використання. Інформатика — це розуміння того, як люди будуть «жити» в цифровому просторі, з елегантним дизайном, зрозумілим тим, хто використовує певну технологію. Спеціаліст з інформатики визначає, яке обладнання і програмне забезпечення будуть використовуватися для створення і забезпечення найкращої взаємодії з користувачем.

Таким чином, інформатика забезпечує зв’язок між дисциплінами з їх власними методологіями й перспективами, об’єднуючи загальну наукову парадигму, загальні інженерні методи та всеосяжні стимули від технологічного розвитку і практичного застосування.

Інформатика та обчислювальні системи.

Обчислювальні системи, як природні, так і спроєктовані, відрізняються великою складністю як щодо їх внутрішньої структури, так і поведінки, а також їх різноманітної взаємодії з навколишнім середовищем. Інформатика прагне зрозуміти та побудувати (або реконструювати) такі системи, використовуючи аналітичні, експериментальні та інженерні методології.

У природних системах мета полягає в тому, щоб зрозуміти структуру і поведінку даної обчислювальної системи. Теоретичні концепції, що лежать в основі природних систем, в кінцевому підсумку будуються на спостереженнях і самі використовуються для передбачення нових спостережень. Для обчислювальних систем мета полягає в тому, щоб побудувати систему, що виконує задану інформаційну функцію. Теоретичні концепції, що лежать в основі обчислювальних систем, покликані забезпечити їх правильну та ефективну конструкцію і роботу.

Популярні мови інформатики та їх використання.

Мови комп’ютерного програмування — це важлива частина комп’ютерних наук і всіх основних технологічних досягнень останнім часом. Вони використовуються для створення форми та функцій практично всього, що ми використовуємо, включаючи смартфони, електроніку і вебсайти. У міру того як програмісти стають більш кваліфікованими та майстерними в написанні програм, якість і інтелект технологічних пристроїв, з якими ми працюємо, продовжують поліпшуватися, а мови комп’ютерних наук продовжуватимуть розвиватися.

Сьогодні існує безліч інноваційних вебсайтів, які пропонують безліч функцій і можливостей. При цьому вони розроблені з використанням одної або комбінації декількох з найбільш популярних сьогодні мов програмування.

Ці мови програмування включають:

• C, C ++,
• JAVA,
• JAVASCRIPT,
• PHP,
• RUBY,
• Objective C

“C” використовується у якості основної мови програмування, на якій засновано багато з цих нових мов. Інші мови використовуються для поліпшення роботи вебсайтів, що дозволяє створювати динамічні сторінки, функції та загальний дизайн. Популярні вебсайти та додатки, які нині в тій чи іншій формі використовують ці мови програмування, включають

• Google і Bloomberg (C ++),
• додаток GoToMeeting і The Wall Street Journal (Java),
• Facebook і Twitter (JavaScript),
• Yahoo і Wikipedia (PHP),
• Groupon і Amazon (Ruby),
• додатки для iPhone (Objective-C),
• YouTube і NASA (Python).

Звичайно, є домени за межами вебсайтів, де також широко представлені мови програмування. Ці області включають структури факультетів і лабораторій інформатики. 20 провідних факультетів комп’ютерних наук університетів США використовують для своїх операцій мови програмування Python (13), Java (11), Matlab (6), C (4) і C ++ (2). З іншого боку, 20 найпопулярніших технологій у світі використовують JavaScript (54,4%), SQL (48%), Java (37,4%), C # (31,6%), PHP (29,7%), Python (23,8%), C ++. (20,6%), C (16,4%) і NODE.JS (13,3%) для функціонування своїх пристроїв.

Базова і поглиблена інформатика.

Інформатика — одна з дисциплін що динамічно розвиваються. Результати досліджень та інновацій в цій галузі, тобто розвиток інформатики, ймовірно, матимуть значний соціальний вплив. Базова інформатика (основи інформатики, її базові поняття) зазвичай вивчається в школі. Поглиблена, або передова інформатика вивчається в вищих навчальних закладах, пропонуючи можливість подальшого розвитку навичок розв’язання проблем шляхом вивчення просунутих мов програмування і парадигм програмування, а також отримання знань та навичок з широкого кола тем в області комп’ютерних наук.