コンピューティング

コンピュータハードウェアには、中央処理装置、メモリ、入出力など、コンピュータの物理的な部分が含まれます。^{[ 19 ]}計算論理とコンピュータアーキテクチャは、コンピュータハードウェアの分野における重要なトピックです。^{[ 20 ] [ 21 ]}

コンピュータソフトウェア、または単にソフトウェアとは、コンピュータに指示を与えるコンピュータプログラムと関連データの集合体です。ソフトウェアは、コンピュータのストレージに格納されている 1 つ以上のコンピュータプログラムとデータを指します。これは、データ処理システムの操作に関するプログラム、手順、アルゴリズム、およびそのドキュメントのセットです。 ^{[ 22 ]}プログラムソフトウェアは、コンピュータハードウェアに直接指示を与えるか、別のソフトウェアへの入力として機能することによって、実装するプログラムの機能を実行します。この用語は、古い用語であるハードウェア(物理的なデバイスを意味する)と対比するために作られました。ハードウェアとは対照的に、ソフトウェアは無形です。^{[ 23 ]}

ソフトウェアという言葉は、より狭義に、アプリケーションソフトウェアのみを指す場合にも使われることがある。

コンピュータネットワーク（単にネットワークと呼ばれることも多い）は、リソースや情報の共有を可能にする通信チャネルによって相互接続されたハードウェアコンポーネントとコンピュータの集合体です。 ^{[ 27 ]} 1 つのデバイス内の少なくとも 1 つのプロセスが、リモート デバイスに存在する少なくとも 1 つのプロセスとの間でデータを送受信できる場合、その 2 つのデバイスはネットワーク内にあると言われます。ネットワークは、データの転送に使用される媒体、使用される通信プロトコル、規模、トポロジ、組織的範囲など、さまざまな特性に基づいて分類できます。

通信プロトコルは、コンピュータネットワーク内で情報を交換するためのルールとデータ形式を定義し、ネットワークプログラミングの基礎を提供します。よく知られている通信プロトコルの1つはイーサネットで、これはローカルエリアネットワークで広く使われているハードウェアおよびリンク層標準です。もう1つの一般的なプロトコルはインターネットプロトコルスイートで、これはインターネットワーキング、つまり複数のネットワーク間のデータ通信、ホスト間データ転送、およびアプリケーション固有のデータ伝送形式のためのプロトコルセットを定義します。 ^{[ 28 ]}

コンピュータネットワークは、これらの分野の理論的および実践的な応用に基づいているため、電気工学、電気通信、コンピュータ科学、情報技術、またはコンピュータ工学のサブ分野とみなされることがあります。^{[ 29 ]}

コンピュータプログラミングとは、コンピュータプログラムのソースコードとドキュメントを作成、テスト、デバッグ、保守するプロセスです。このソースコードはプログラミング言語で記述されます。プログラミング言語は、自然言語よりも制約が多いことが多い人工言語ですが、コンピュータによって容易に翻訳できます。プログラミングは、マシンから望ましい動作（カスタマイズ）を引き出すために使用されます。^{[ 31 ]}

高品質なソースコードを作成するには、コンピュータサイエンスの分野と、アプリケーションが使用される分野の両方の知識が必要です。そのため、最高品質のソフトウェアは、多くの場合、各開発分野のスペシャリストであるドメインエキスパートのチームによって開発されます。^{[ 32 ]}ただし、 「プログラマー」という用語は、ハッカーからオープンソースの貢献者、プロフェッショナルまで、さまざまなプログラム品質に適用される可能性があります。また、1人のプログラマーが、新しいキラーアプリケーションをリリースするための概念実証を生成するために必要なコンピュータプログラミングの大部分またはすべてを行うことも可能です。^{[ 33 ]}

コンピュータ産業は、コンピュータソフトウェアの開発、コンピュータハードウェアとコンピュータネットワークインフラストラクチャの設計、コンピュータコンポーネントの製造、およびシステム管理や保守を含む情報技術サービスの提供に関わる企業で構成されています。^{[ 36 ]}

ソフトウェア業界には、ソフトウェアの開発、保守、および公開に携わる企業が含まれます。また、トレーニング、ドキュメント作成、コンサルティングなどのソフトウェアサービスも含まれます。

コンピュータ工学は、コンピュータのハードウェアとソフトウェアを開発するために必要な電気工学とコンピュータ科学のいくつかの分野を統合した学問分野です。 ^{[ 37 ]}コンピュータエンジニアは通常、ソフトウェア工学や電子工学だけではなく、電子工学（または電気工学）、ソフトウェア設計、ハードウェアとソフトウェアの統合の訓練を受けています。コンピュータエンジニアは、個々のマイクロプロセッサ、パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータの設計から回路設計まで、コンピューティングの多くのハードウェアとソフトウェアの側面に関わっています。この工学分野には、その領域内のハードウェアの設計だけでなく、ハードウェアとそれが動作するコンテキストとの相互作用も含まれます。^{[ 38 ]}

ソフトウェアエンジニアリングとは、ソフトウェアの設計、開発、運用、保守に体系的、規律的、定量化可能なアプローチを適用すること、およびこれらのアプローチを研究することです。つまり、ソフトウェアにエンジニアリングを適用することです。^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}これは、洞察を使用して問題に対するソリューションを構想、モデル化、拡張する行為です。この用語が最初に言及されたのは1968年のNATOソフトウェアエンジニアリング会議で、当時認識されていたソフトウェア危機について考えを喚起することを目的としていました。 ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}広く使用されているより一般的な用語であるソフトウェア開発は、必ずしもエンジニアリングパラダイムを包含するものではありません。エンジニアリング分野としてのソフトウェアエンジニアリングの一般的に受け入れられている概念は、ソフトウェアエンジニアリング知識体系ガイド（SWEBOK）で規定されています。SWEBOKは、ISO/IEC TR 19759:2015で国際的に受け入れられた標準となっています。^{[ 45 ]}

コンピュータ科学または計算科学（略称CSまたはComp Sci）は、計算とその応用に対する科学的かつ実践的なアプローチです。コンピュータ科学者は、計算理論と計算システムの設計を専門としています。^{[ 46 ]}

その下位分野は、コンピュータシステムにおける実装と応用に関する実践的な技術と、純粋に理論的な分野に分けられます。計算複雑性理論のように、計算問題の基本的な特性を研究する分野は非常に抽象的ですが、コンピュータグラフィックスのように、現実世界の応用を重視する分野もあります。また、計算の実装における課題に焦点を当てる分野もあります。例えば、プログラミング言語理論は計算の記述方法の研究であり、コンピュータプログラミングの研究はプログラミング言語と複雑なシステムの利用を研究します。人間とコンピュータのインタラクションの分野は、コンピュータと計算を人間にとって有用で、使いやすく、普遍的にアクセス可能にするための課題に焦点を当てています。^{[ 47 ]}

サイバーセキュリティの分野は、コンピュータシステムとネットワークの保護に関係しています。これには、情報とデータのプライバシー、 ITサービスの中断の防止、ハードウェア、ソフトウェア、データの盗難と損傷の防止が含まれます。^{[ 48 ]}

データサイエンスは、データ量の増加とデータ利用可能性の向上を背景に、科学的および計算ツールを使用してデータから情報と洞察を抽出する分野です。^{[ 49 ]}データマイニング、ビッグデータ、統計学、機械学習、ディープラーニングはすべてデータサイエンスと密接に関連しています。^{[ 50 ]}

情報システム（IS）とは、人々や組織がデータを収集、フィルタリング、処理、作成、配布するために使用する、ハードウェアとソフトウェアの補完的なネットワーク（情報技術を参照）の研究である。^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]} ACMのComputing Careersでは、ISを次のように説明している。

IS（情報システム）の学位プログラムの大部分はビジネススクールに設置されていますが、経営情報システム、コンピュータ情報システム、ビジネス情報システムなど、異なる名称が付けられている場合もあります。すべてのIS学位はビジネスとコンピューティングのトピックを組み合わせていますが、技術的な問題と組織的な問題のどちらに重点を置くかはプログラムによって異なります。たとえば、必要なプログラミングの量はプログラムによって大きく異なります。^{[ 54 ]}

IS の研究は、情報と計算の理論的基盤を使用して、コンピュータ科学の分野内でさまざまなビジネス モデルと関連するアルゴリズムプロセスを研究することで、ビジネスとコンピュータ サイエンスを結びつけます。 ^{[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}コンピュータ情報システム (CIS) の分野は、コンピュータとアルゴリズム プロセスを、その原理、ソフトウェアとハ​​ードウェアの設計、アプリケーション、社会への影響を含めて研究しますが^{[ 58 ] [ 59 ]}、IS は設計よりも機能性を重視します。^{[ 60 ]}

情報技術（IT）とは、コンピュータや通信機器を応用してデータを保存、検索、送信、操作することであり、^{[ 61 ]}多くの場合、企業やその他の事業の文脈で行われます。^{[ 62 ]}この用語は一般的にコンピュータやコンピュータネットワークの同義語として使用されますが、テレビや電話などの他の情報配信技術も包含します。コンピュータハードウェア、ソフトウェア、電子機器、半導体、インターネット、通信機器、電子商取引、コンピュータサービスなど、いくつかの産業が情報技術と関連しています。^{[ 63 ] [ 64 ]}

クラウドコンピューティングは、サーバーやアプリケーションなどのコンピューティングリソースを、これらのリソースの所有者とエンドユーザー間のやり取りを必要とせずに使用できるモデルです。通常はサービスとして提供されるため、提供される機能に応じて、サービスとしてのソフトウェア、サービスとしてのプラットフォーム、サービスとしてのインフラストラクチャの例となります。主な特徴としては、オンデマンドアクセス、広範なネットワークアクセス、および迅速なスケーリング機能があります。^{[ 77 ]}個人ユーザーや小規模企業が規模の経済の恩恵を受けることができます。

この分野で注目されている点の1つは、エネルギー効率の向上に貢献できる可能性です。数千台の個別のマシンではなく、1台のマシンで数千もの計算処理を実行できるようにすることで、エネルギーの節約につながります。また、数百万世帯やオフィスではなく、1つのサーバーファームを再生可能エネルギーで稼働させるだけで済むため、再生可能エネルギーへの移行も容易になります。^{[ 78 ]}

しかし、この集中型コンピューティングモデルは、特にセキュリティとプライバシーの面でいくつかの課題を抱えています。現行法では、企業が自社サーバー上でユーザーのデータを不適切に取り扱うことからユーザーを十分に保護できていません。これは、クラウドコンピューティングとテクノロジー企業に対するさらなる法規制の可能性を示唆しています。^{[ 79 ]}

量子コンピューティングは、コンピュータ科学、情報理論、量子物理学の分野を統合した研究分野です。物理学の一部としての情報の概念は比較的新しいものですが、情報理論と量子力学の間には強い結びつきがあるようです。^{[ 80 ]}従来のコンピューティングは1と0のバイナリシステムで動作しますが、量子コンピューティングはキュービットを使用します。キュービットは重ね合わせ、つまり1と0の両方の状態に同時に存在することができます。したがって、キュービットの値は1と0の間ではなく、測定するタイミングによって変化します。キュービットのこの特性は量子もつれとして知られており、量子コンピュータが大規模な計算を実行できるようにする量子コンピューティングの中核的なアイデアです。^{[ 81 ]}量子コンピューティングは、分子モデリングなど、従来のコンピュータでは必要な計算を実行するための計算能力がない場合に、科学研究によく使用されます。巨大分子とその反応は、従来のコンピュータでは計算するには複雑すぎるが、量子コンピュータの計算能力は、そのような計算を実行するためのツールを提供する可能性がある。^{[ 82 ]}