علم الحاسوب

علم الحاسوب(بالإنجليزية:computer science)‏وعلمالمعلوماتوالأتمتة.الحاسوب هو ويمتد علم الحاسوب منالتخصصات النظرية(مثلالخوارزمياتونظرية الحوسبةونظرية المعلومات) إلىالتخصصات التطبيقية(بما في ذلك تصميم وتنفيذالأجهزةوالبرمجيات).
تعتبرالخوارزمياتوهياكل البياناتأساسية في علم الحاسوب.تتعلقنظرية الحوسبةبالنماذج المُجرّدة للحوسبةوالأصناف العامة للمشاكل التي يمكن حلها باستخدامها. وتُعنىمجالات التشفيروأمن الحاسوببدراسة وسائل الاتصال الآمن ومنعالثغرات الأمنية. تتناولالرسومات الحاسوبيةوالهندسة الحاسوبيةعملية توليد الصور. وتدرسنظرية اللغات البرمجيةالطرق المختلفة لوصف العمليات الحاسوبية، وتتعلق نظريةقواعد البياناتبإدارة قواعد البيانات. ويبحثالتفاعل بين الإنسان والحاسوبفي دراسة الواجهات التي يتفاعل من خلالها البشر والحواسيب، وتركزهندسة البرمجياتعلى التصميم والمبادئ الكامنة وراء تطوير البرمجيات. وتبحث مجالات مثلأنظمة التشغيلوالشبكاتوالأنظمة المدمجةفي الأسس والتصاميم الكامنة وراءالأنظمة المعقدة. كما تصفهندسة الحاسوببناء مكونات الحاسوب والمعدات التي تعمل بالحاسوب. ويهدفالذكاء الاصطناعيوتعلم الآلةإلى تجميع العمليات الموجّهة مثل حل المشكلات واتخاذ القرارات والتكيف البيئي والتخطيط والتعلم الموجودة لدى البشر والحيوانات. وضمن الذكاء الاصطناعي، تهدفالرؤية الحاسوبيةإلى فهم ومعالجة بيانات الصور والفيديو، بينما تهدفمعالجة اللغة الطبيعيةإلى فهم ومعالجة البيانات النصية واللغوية.
ينصب تركيز علوم الحاسوب على تحديد ما يمكن وما لا يمكن أتمتته.تعتبرجائزة تورينغبشكل عام أعلى امتياز في علوم الحاسوب.
قبل العشرينات من القرن العشرين، كان مصطلححاسوبيشير 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 تطويرآلات حاسبةحاسوبيمكنها إتمام الأعمال الروتينية المُعرّضة للخطأ البشري عند إجراء حسابات بشرية.
خلال الأربعينات ومع تطوير آلات حاسبة أكثر قوة وقدرة حسابية تتطور مصطلححاسوبليُشير 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 دراسةالحوسبةبشكل 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 آلةحاسوب رقمي، لحساب المهام العددية الثابتة مثلالمعدادالذي كان موجود منذ العصور القديمة للمساعدة في العمليات الحسابية مثل الضرب والقسمة وبعد ذلك وجدتالخوارزمياتلأداء العمليات الحسابية في العصور القديمة وحتى قبل تطوير المعدات الحاسوبية المعقدة، فياللغة السنسكريتيةالقديمة 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) مجالهندسة الرياضية الحسابيةالحديثة.
بليز باسكالصمم وشيد أولآلة حاسبة ميكانيكيةالعمل، والتي يطلق عليهاآلة باسكال الحاسبةسنة (1642).
ثم كشفغوتفريد لايبنتسآلة حاسبة ميكانيكية الرقمية تسمى حاسوب متدرج (الحاسوب التدريجي) في سنة (1673)،ويمكن أن يقال أنه يعتبر أول عالم حاسوب، واضع النظريات للمعلومات، ومن بين أسباب أخرى لهذا الترشيح، توثيقه لنظم الأرقام الثنائية.
في عام 1820، أطلقتشارلز توماس«Charles Xavier Thomas أو Thomas de Colmar» صناعة آلة حاسبة ميكانيكية،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 بابيجبدأ 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 وتسمىالمحرك التحليلي.بدأ تطوير هذا الجهاز في عام 1834 وفي أقل من عامين كان قد رسم العديد من السمات البارزةللحاسوبالحديث.كان اعتماد نظام البطاقة المثقبة المشتقة منمنسج جاكاردهي خطوة حاسمة،مما يجعلها ذات برمجة بلا حدود.
في عام 1843، أثناء ترجمة مقال فرنسية عنالمحرك التحليلي، كتبتآدا لوفلايسفي واحدة من العديد من الملاحظات أنها شملت، خوارزمية لحسابأعداد برنولي، والذي يعتبر أول برنامج حاسوب.
في حوالي سنة 1885، اخترعهيرمان هولليريثآلة التبويب للاستخدام في تلخيص المعلومات وكانت تستخدمبطاقة مثقبةلمعالجة المعلومات الإحصائية في نهاية المطاف أصبحت هذه الشركة جزء منآي بي إماليوم.
في عام 1937، وبعد مئة سنة من حلم باباج المستحيل أقنعهوارد أيكنشركةآي بي إمبتطوير آلته الحاسبة العملاقة للبرمجة، في ذلك الوقت كانتآي بي إمتصنع كل أنواع معداتالبطاقات المثقبةوكانت أيضا تقوم بأعمال الآلات الحاسبة.وأُطْلِق اسمهارفارد مارك واحدعليها وكانت بناء على المحرك التحليلي الخاصبتشارلز بابيج، وكانت تستخدم الكروت المثقوبة ووحدة الحوسبة المركزية، وعندما تمت الآلة النهائية أشاد البعض بأن «حلم باباج تحقق».
خلال الأربعينيات من القرن الماضي ومع تطور آلات حاسوب أقوى،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.
على الرغم من اقتراحه لأول مرة في عام 1956.ظهر مصطلح ”علم الحاسوب“ في مقال نُشر عام 1959 في المجلة الشهرية لاتصالات جمعية آلات الحوسبة.الذي يدعو فيه لويس فين إلى إنشاء كلية للدراسات العليا في علوم الحاسب الآلي على غرار إنشاءكلية هارفارد للأعمالعام 1921.ويبرر لويس التسمية بالقول إن هذا الموضوع، مثلعلم الإدارة، هو موضوع تطبيقي ومتعدد التخصصات بطبيعته، بينما يتسم بالخصائص النموذجية للتخصص الأكاديمي.وقد تكللت جهوده وجهود آخرين مثلالمحلل العدديجورج فورسيثبالنجاح: فقد استمرت الجامعات في إنشاء مثل هذه الأقسام، بدءًا من جامعة بوردو في عام 1962.على الرغم من اسمه، فإن قدرًا كبيرًا من علم الحاسوب لا يتضمن دراسة الحواسيب نفسها. ولهذا السبب، تم اقتراح العديد من الأسماء البديلة.تفضل بعض الأقسام في الجامعات الكبرى مصطلح علم الحوسبة، للتأكيد على هذا الاختلاف بالتحديد. اقترح العالم الدنماركيبيتر ناورمصطلحعلم البيانات(داتالوجي - datalogy),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، هوعلم البيانات؛ ويستخدم هذا المصطلح الآن لمجالمتعدد التخصصاتلتحليل 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.وبعد ثلاثة أشهر في نفس المجلة، اقتُرح في المجلة نفسها اسم ”عالم الكومبتولوجي“، وتبعه في العام التالي اسم ”عالم الهيبولوجي“.كما تم اقتراح مصطلح الحوسبة أيضاً.في أوروبا، المصطلحات المستمدة من الترجمات المتعاقد عليها لتعبير ”المعلومات التلقائية“ (أمثلة : "informazione automatica" بالإطالية) أوinformatique (فرنسية),Informatik(الألمانية),informatica(الإيطالية, الهولندية)informática(الإسبانية, البرتغالية)informatika(اللغات السلافيةوالهنغارية)pliroforiki(πληροφορική التي تعني المعلوميات)باليونانية. كما تم اعتماد كلمات مماثلة في المملكة المتحدة (كما هو الحال فيكلية المعلوماتية، جامعة إدنبرة).”لكن في الولايات المتحدة، ترتبطالمعلوماتيةمع الحوسبة التطبيقية، أو الحوسبة في سياق مجال آخر.“
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 منهندسة الحاسوب، في حين أن دراسةأنظمة الحاسوبالتجارية ونشرها غالباً ما تسمى تكنولوجيا المعلومات أونظم المعلومات. ومع ذلك، كان هناك تبادل للأفكار بين مختلف التخصصات المتعلقة بالحاسوب. وغالبًا ما تتقاطع أبحاث علوم الحاسوب أيضًا مع تخصصات أخرى، مثلالعلوم الإدراكيةواللغوياتوالرياضياتوالفيزياءوالأحياءوعلوم الأرضوالإحصاءوالفلسفةوالمنطق.
يعتبر البعض أن علم الحاسوب له علاقة أوثق بكثير مع الرياضيات من العديد من التخصصات العلمية، حيث يقول بعض المراقبين أن الحوسبة علم رياضي.تأثرت علوم الحاسوب المبكرة بشدة بأعمال علماء الرياضيات مثلكورت غودلوألان تورينغوجون فون نيومانوروزا بيتروألونزو تشرتش، ولا يزال هناك تبادل مفيد للأفكار بين المجالين في مجالات مثلالمنطق الرياضيونظرية الفئاتونظرية المجالوالجبر.
إن العلاقة بين علم الحاسوب وهندسة البرمجيات مسألة مثيرة للجدل، ويزيد من تعقيدها الخلافات حول معنى مصطلح ”هندسة البرمجيات“، وكيفية تعريف علم الحاسوب.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.
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 معالعلوم الحاسوبية. ويميل كلا النوعين من الأقسام إلى بذل جهود للتقريب بين المجالين تعليميًا إن لم يكن في جميع الأبحاث.
على الرغم من وجود كلمة علم في اسمه، هناك جدل حول ما إذا كان علم الحاسوب هو أحد فروع العلوم,أو الرياضيات,أو الهندسة أم لا. جادلألن نيويلوهيربرت سيمونفي عام 1975,
وقد قيل منذ ذلك الحين أنه يمكن تصنيف علم الحاسوب كعلم تجريبي لأنه يستخدم الاختبار التجريبي لتقييمصحة البرامج، ولكن تبقى مشكلة في تحديد قوانين ونظريات علم الحاسوب (إن وجدت) وتحديد طبيعة التجارب في علم الحاسوب.يجادل مؤيدو تصنيف علم الحاسوب كتخصص هندسي بأن موثوقية الأنظمة الحاسوبية يتم التحقيق فيها بنفس الطريقة التي يتم بها التحقيق في الجسور فيالهندسة المدنيةوالطائرات فيهندسة الطيران.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.
يجادل مؤيدو تصنيف علم الحاسوب كتخصص رياضي بأن برامج الحاسوب هي تجسيدات مادية للكيانات والبرامج الرياضية التي يمكناستنباطهامن خلال رياضياتالطرق الشكلية.ينظر عالما الحاسوبأيدسكر دايكستراوتوني هورإلى تعليمات برامج الحاسوب على أنها جمل رياضية، ويفسران الدلالات الرسمية للغات البرمجة على أنها أنظمة بديهية رياضية.
جادل عدد من علماء الحاسوب بالتمييز بين ثلاثة نماذج منفصلة في علم الحاسوب. جادلبيتر ويجنربأن هذه النماذج هي العلم والتكنولوجيا والرياضيات.وجادل فريق عمل بيتر دينينغ بأنها النظرية والتجريد (النمذجة) والتصميم.ووصفهم أمنون هـ. إيدن بأنهم ”النموذج العقلاني“ (الذي يتعامل مع علم الحاسوب كفرع من فروع الرياضيات، وهو السائد في علم الحاسوب النظري، ويستخدم بشكل أساسيالاستنباط)، و”النموذج التكنوقراطي“ (الذي قد يوجد في المناهج الهندسية، وأبرزها في هندسة البرمجيات)، و”النموذج العلمي“ (الذي يقارب المصنوعات المتعلقة بالحاسوب من المنظور التجريبيللعلوم الطبيعية،ويمكن تحديده في بعض فروعالذكاء الاصطناعي).يركّز علم الحاسوب على الأساليب المتبعة في تصميم أنظمة الحوسبة التي يصنعها الإنسان وتحديد مواصفاتها وبرمجتها والتحقق منها وتنفيذها واختبارها.
كعلم، يمتد علوم الحاسوب إلى مجموعة من الموضوعات من الدراسات النظريةللخوارزمياتوحدودالحسابإلى المسائل العملية لتنفيذ أنظمة الحوسبة في الأجهزة والبرامج.تحدد CSAB، التي كانت تُسمى سابقًا مجلس اعتماد علوم الحوسبة -والذي يتكون من ممثلين عن جمعية آلات الحوسبة (ACM)، وجمعية IEEE للكمبيوتر (IEEE CS)-أربعة مجالات تعتبرها حاسمة في مجال علوم الحاسوب:نظرية الحوسبةوالخوارزمياتوهياكل البياناتومنهجيةالبرمجةواللغات وعناصر الحاسوب وبنى البيانات. بالإضافة إلى هذه المجالات الأربعة، يحدد CSAB أيضًا مجالات مثلهندسة البرمجياتوالذكاء الاصطناعيوشبكات الحاسوبوالاتصالات 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.
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 مجالالحوسبة.
وفقًا لبيتر دينينج، فإن السؤال الأساسي الذي يكمن وراء علوم الحاسوب هو «ما الذي يمكن أن يكون آلياً (بكفاءة)؟»تركزنظرية الحوسبةعلى 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(مسألة كثير حدود وكثير حدود غير قطعي)، واحدة منمسائل جائزة الألفية،هي مسألة مفتوحة في نظرية الحساب.
ترتبطنظرية المعلوماتبكمية المعلومات. تم تطوير هذا بواسطةكلود شانونلإيجاد حدود أساسية لعمليات معالجة الإشارات مثل ضغط البيانات وتخزين البيانات ونقلها بشكل موثوق.نظرية الترميزهي 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.
هياكل البياناتوالخوارزمياتهي دراسة الطرق الحسابية الشائعة الاستخدام وكفاءتها الحسابية.
نظرية لغات البرمجة هي فرع من فروع علوم الحاسوب التي تتعامل مع تصميملغات البرمجةوميزاتها الفردية وتنفيذها وتحليلها وتوصيفها وتصنيفها. يقع ضمن مجال علوم الحاسوب، اعتمادًا علىالرياضياتوهندسة البرمجياتواللغويات والتأثير عليها. إنه مجال بحث نشط، مع العديد من المجلات الأكاديمية المخصصة.
الطرق الشكليةهي نوع معين من التقنيات القائمة علىالرياضياتلتحديد مواصفات البرمجيات و الأجهزة وتطويرها والتحقق منها. الدافع وراء استخدام الطرق الشكليةلتصميم البرمجياتوالأجهزةهو التوقع بأن إجراء التحليل الرياضي المناسب، كما هو الحال في التخصصات الهندسية الأخرى، يمكن أن يساهم في موثوقية ومتانة التصميم. وهي تشكل أساساً نظرياً مهماً لهندسة البرمجيات، خاصة عندما يتعلق الأمر بالسلامة أو الأمن.
تعتبر الطرق الشكلية عاملاً مساعداً مفيداً لاختبار البرمجيات لأنها تساعد على تجنب الأخطاء ويمكنها أيضاً توفير إطار عمل للاختبار. للاستخدام الصناعي، هناك حاجة إلى دعم الأدوات. ومع ذلك، فإن التكلفة العالية لاستخدام الطرق الشكلية تعني أنها لا تستخدم عادةً إلا في تطوير الأنظمة عالية التكامل والحرجة في الحياة، حيث تكون السلامة أوالأمنفي غاية الأهمية. وأفضل وصف للطرق الشكلية هو تطبيق مجموعة واسعة إلى حد ما من أساسياتعلوم الحاسوب النظرية، ولا سيماالحسابات المنطقيةواللغات الشكليةونظرية الأتمتةودلالات البرامج، وكذلكأنظمة الأنواعوأنواع البيانات الجبرية على المشاكل في مواصفات البرمجيات والأجهزة والتحقق منها.
رسوميات الحاسوب هي دراسة المحتويات المرئية الرقمية وتتضمن تركيب ومعالجة بيانات الصورة. ترتبط الدراسة بالعديد من المجالات الأخرى في علوم الحاسوب، بما في ذلكرؤية حاسوبية، ومعالجة الصور، والهندسة الحاسوبية، ويتم تطبيقها بشدة في مجالات المؤثرات الخاصة وألعاب الفيديو.
يمكن أن تتخذالمعلوماتشكلصورأوصوتأوفيديوأووسائط متعددة أخرى. ويمكن بث أجزاء من المعلومات عبرالإشارات. ومعالجتهاهي المفهوم المركزيللمعلوماتية، وهي وجهة النظر الأوروبية حول الحوسبة، والتي تدرس خوارزميات معالجة المعلومات بشكل مستقل عن نوع حامل المعلومات - سواء كان كهربائيًا أو ميكانيكيًا أو بيولوجيًا. ويلعب هذا المجال دورًا مهمًا فينظرية المعلوماتوالاتصالاتوهندسة المعلوماتوله تطبيقات فيحوسبة الصور الطبيةوتوليف الكلاموغيرها. ما هو الحد الأدنى لتعقيد خوارزمياتتحويل فورييه السريع؟ هي واحدة منالمشاكل التي لم تُحل في علم الحاسوب النظري.
الحوسبة العلمية(أوالعلوم الحاسوبية) هي مجال الدراسة المعني ببناءالنماذج الرياضيةوتقنيات التحليل الكميواستخدام أجهزة الحاسوب لتحليل وحل المشكلات العلمية. في الاستخدام العملي، عادة ما يكون تطبيقمحاكاة الحاسوبوأشكال الحساب الأخرى للمشاكل في مختلف التخصصات العلمية. بما في ذلكديناميكيات الموائع الحسابية، والأنظمة والدوائر الفيزيائية والكهربائية والإلكترونية، بالإضافة إلى المجتمعات والأوضاع الاجتماعية (لا سيما الألعاب الحربية) إلى جانب بيئاتها، وغيرها الكثير. تتيح الحواسيب الحديثة تحسين التصاميم مثل الطائرات الكاملة. ومن البرامج البارزة في تصميم الدوائر الكهربائية والإلكترونية برنامج SPICE،بالإضافة إلى برمجيات التنفيذ المادي للتصاميم الجديدة (أو المعدلة). وتشمل هذه الأخيرة برامج التصميم الأساسيةللدوائر المتكاملة.
الحوسبة الاجتماعية هي مجال يهتم بالتقاطع بين السلوك الاجتماعي والأنظمة الحاسوبية. وتطور بحوث التفاعل بين الإنسان والحاسوب النظريات والمبادئ والمبادئ التوجيهية لمصممي واجهة المستخدم، بحيث يمكنهم إنشاء تجارب مرضية للمستخدم مع أجهزة سطح المكتب والحاسوب المحمول والأجهزة المحمولة.
هندسة البرمجياتهي دراسة تصميم البرمجيات وتنفيذها وتعديلها من أجل ضمان أن تكون ذات جودة عالية وبأسعار معقولة وقابلة للصيانة وسريعة البناء. وهي مقاربة منهجية لتصميم البرمجيات، تتضمن تطبيق الممارسات الهندسية على البرمجيات. تتعامل هندسة البرمجيات مع تنظيم وتحليل البرمجيات - فهي لا تتعامل فقط مع إنشاء أو تصنيع برمجيات جديدة، بل مع ترتيبها الداخلي وصيانتها. على سبيل المثالاختبار البرمجياتوهندسة النظموالديون التقنيةوعمليات تطوير البرمجيات.
الذكاء الاصطناعيهو عملية تجميع العمليات الموجهة نحو الهدف مثلحل المشكلات، وصنع القرار، والتكيف البيئي، والتعلم، والاتصالات الموجودة في البشر والحيوانات. منذ نشأته فيعلم التحكم الآليوفيمؤتمر دارتموث (1956)، كانت أبحاث الذكاء الاصطناعي بالضرورة متعددة التخصصات، معتمدة على مجالات الخبرة مثلالرياضيات التطبيقيةوالمنطق الرمزيوالهندسة الكهربائيةوفلسفة العقلوالفيسيولوجيا العصبيةوالاجتماعية. يرتبط الذكاء الاصطناعي في العقل الشعبيبالتطوير الآلي، ولكن المجال الرئيسي للتطبيق العملي كان مكونًا لا يتجزأ فيمجالات تطوير البرمجيات، والتي تتطلب فهمًا حسابيًا. كانت نقطة الانطلاق في أواخر الأربعينيات هي سؤالآلان تورنغ«هل تستطيع أجهزة الحاسوب التفكير؟»، ويبقى السؤال بلا إجابة فعلية، على الرغم من أناختبار تورنغلا 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.
هندسة الحاسوب، أو تنظيم الحاسوب الرقمي، هو التصميم النظري والهيكل التشغيلي الأساسي لنظام الكمبيوتر. وهي تركز إلى حد كبير على الطريقة التي تعمل بها وحدة المعالجة المركزية داخلياً وتصل إلى العناوين في الذاكرة.يدرس مهندسو الكمبيوتر المنطق الحسابي وتصميم أجهزة الكمبيوتر، بدءاً من مكوناتالمعالجات الفرديةوالمتحكمات الدقيقةوالحواسيب الشخصيةإلىالحواسيب الفائقةوالأنظمة المدمجة. يمكن إرجاع مصطلح ”الهندسة المعمارية“ في أدبيات الحاسوب إلى عمل لايل ر. جونسون وفريدريكفريد بروكس، وهما عضوان في قسم تنظيم الآلات في مركز الأبحاث الرئيسي لشركة أي بي امفي عام 1959.
يُعدّ التزامن خاصية للأنظمة التي يتم فيها تنفيذ العديد من العمليات الحسابية في وقت واحد، ومن المحتمل أن تتفاعل مع بعضها البعض.وقد تم تطوير عدد من النماذج الرياضية للحوسبة المتزامنة العامة بما في ذلكشبكات بيتريوحسابات العمليات ونموذج آلة الوصول العشوائي المتوازية.عندما يتم توصيل عدة أجهزة كمبيوتر في شبكة أثناء استخدام التزامن، يُعرف ذلك بالنظام الموزع. تمتلك أجهزة الكمبيوتر داخل هذا النظام الموزع ذاكرة خاصة بها، ويمكن تبادل المعلومات لتحقيق أهداف مشتركة.
يهدف هذا الفرع من علوم الحاسوب إلى إدارة الشبكات بين أجهزة الحاسوب في جميع أنحاء العالم.
أمن الحاسوبهو فرع من فروع تكنولوجيا الحاسوب يهدف إلى حماية المعلومات من الوصول غير المصرح به أو تعطيلها أو تعديلها مع الحفاظ على إمكانية الوصول إلى النظام وسهولة استخدامه للمستخدمين المستهدفين.
التشفير التاريخي هو فن كتابة الرسائل السرية وفك رموزها. التشفير الحديث هو الدراسة العلمية للمشاكل المتعلقة بالحسابات الموزعة التي يمكن مهاجمتها. تشمل التقنيات التي تتم دراستها فيعلم التشفير الحديثالتشفير المتماثلوغير المتماثل، والتوقيعات الرقمية، ودوال التجزئة التشفيرية، وبروتوكولات الاتفاق على المفاتيح، وسلسلة الكتل، والإثبات بلا كشف، والدوائر المشوشة.
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 خلالنماذج قواعد البياناتولغات الاستعلام.
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.توفر المقاييس طريقة لمقارنة أداء الأنظمة الفرعية المختلفة عبر أبنية شرائح أنظمة مختلفة.
أشار فيلسوف الحوسبة بيل رابابورت إلى ثلاث رؤى عظيمة لعلوم الحاسوب:
يدرس طلاب علم الحاسوب العديد من مجالات الرياضيات مثلحساب 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.
في العديد من البلدان، هناك فجوة كبيرة بين الجنسين في تعليم علوم الحاسوب. في عام 2012، تم منح 20% فقط من شهادات علوم الحاسوب فيالولايات المتحدةللنساء.الفجوة بين الجنسين هي أيضا مشكلة في البلدان الغربية الأخرى. الفجوة أصغر أو غير موجودة في بعض أنحاء العالم.في عام 2011، حصلت النساء على نصف شهادات علوم الحاسوب فيماليزيا.في عام 2001، كان 55% من خريجي علوم الحاسوب فيغيانامن النساء.