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

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

 

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 [email protected], istražuju uvijanje bjelančevina.

Odnosi sa drugim disciplinama

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.

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.

Informatika je područje ljudskog djelovanja koje se bavi proučavanjem, razvojem i uporabom postupaka i uređaja za automatski prijenos i obradu podataka. Informatika se može definirati i na druge načine.

Imenicu „Informatik“ je 1957. skovao njemački kibernetičar Karl Steinbuch za automatsku obradu podataka, kombinirajući imenice „informacija“ i „automatika“ ^[1]. Kao „informatique“ prihvatio ju je Philippe Dreyfus 1962. (rekavši da su to „informacija“ i „elektronika“, tj. „information“ i „automatique“)^[2]. Francuska akademija je 1967. objavila definiciju informatike kao „znanosti o prikladnoj obradi podataka, osobito pomoću automatskih strojeva, koja se smatra potporom znanjima u područjima znanosti, ekonomije i društva“^[2].

U Hrvatskoj je 1970. je posebnim zakonom osnovan Savjet za informatiku^[2], a 1977. se u Zakonu o informatičkoj djelatnosti navodi da se pod tom djelatnošću razumijeva izgradnja i povezivanje informacijskih sistema, kao i da pojam „informatička oprema“ znači uređaje za automatsku obradu i prijenos podataka i informacija^[2]. Informatika sada u Hrvatskoj zakonski pripada u područje društvenih znanosti, a u njemu u polje informacijskih i komunikacijskih znanosti, koje se grana na: arhivistiku i dokumentalistiku; informacijske sustave i informatologiju; knjižničarstvo; komunikologiju; odnose s javnošću; leksikografiju i enciklopedistiku; muzeologiju; masovne medije; novinarstvo; organizaciju i informatiku; informacijsko i programsko inženjerstvo^[3]

Pod informatikom se danas najčešće podrazumijeva predmet kojeg uče srednjoškolci i važno je istaknuti da se razlikuje od predmeta računarstvo, iako sadrži i osnove računarstva. U informatici se više daje naglasak na informacije, postupke, načine obrade podataka i primjenu računala i informatičkih uređaja, dok je manje riječ o samim računalima i njihovoj unutarnjoj građi, čime se više bavi računarstvo.