Εισαγωγή στην Επιστήμη Υπολογιστών

Ιατρέλλης ΌμηροςΚαθηγητής Εφαρμογών

Syllabus 2

Σκοπός μαθήματος

• Σκοπός του μαθήματος είναι οι σπουδαστές να γνωρίσουν τις θεμελιώδεις αρχές της Επιστήμης των υπολογιστών ως μια απαραίτητη εισαγωγή στα γνωστικά αντικείμενα που θα καλυφθούν κατά τη διάρκεια των σπουδών τους

Syllabus 3

Τι είναι επιστήμη υπολογιστών

• Η μελέτη της πληροφορίας και των τρόπων αναπαράστασης, οργάνωσης, διαχείρισης και μετασχηματισμού για την επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων.

• Η διαχείριση και ο μετασχηματισμός γίνονται μέσω της διαδικασία υπολογισμού (computation), η οποία και περιγράφεται με αλγόριθμους (algorithms)

Syllabus 4

Τι κάνει ένας Επιστήμονας της πληροφορικής

• Σκοπός του μαθήματος είναι να αρχίσετε να σκέπτεσθαι ως επιστήμονες μηχανικοί πληροφορικής– Ο τρόπος αυτός σκέψης συνδυάζει στοιχεία σκέψης από τα

μαθηματικά, την επιστήμη του μηχανικού και της φυσικής• Όπως οι μαθηματικοί, οι επιστήμονες των υπολογιστών

χρησιμοποιούν τυπικές γλώσσες (formal languages) για να εκφράσουν ιδέες και συγκεκριμένους υπολογισμούς

• Όπως οι μηχανικοί, σχεδιάζουν «πράγματα από hardware ή software», συναρμολογούν διακριτά μέρη σε συστήματα και αξιολογούν διάφορες εναλλακτικές λύσεις

• Ως φυσικοί επιστήμονες, παρατηρούν την συμπεριφορά πολύπλοκων συστημάτων, διαμορφώνουν υποθέσεις και ελέγχουν προβλέψεις

Syllabus 5

Επίλυση προβλημάτων

• Η πιο σημαντική δεξιότητα ενός επιστήμονα πληροφορικής είναι η επίλυση προβλημάτων– Επίλυση προβλημάτων είναι η ικανότητα

• να διατυπώνει κανείς προβλήματα, • να σκέπτεται δημιουργικά για την επίλυση τους και • να εκφράζει τη λύση καθαρά και με ακρίβεια

• Από καταπληκτική σύμπτωση, όταν μαθαίνει κανείς να προγραμματίζει, έχει μια εξαιρετική ευκαιρία να ακονίσει τη δεξιότητα του να λύνει προβλήματα

Syllabus 6

Περιγραφή μαθήματος

• Το μάθημα είναι υποχρεωτικό και είναι Μάθημα γενικής υποδομής

• Περιλαμβάνει θεωρία και ασκήσεις πράξεις• Χειμερινού εξαμήνου

Syllabus 7

Αντικείμενα εκπαίδευσης

• Βασικές γνώσεις σχετικές με την εσωτερική παράσταση των δεδομένων και τα αριθμητικά συστήματα

• Βασικά στοιχεία της ψηφιακής λογικής• Της αρχιτεκτονικής Von Newman και της οργάνωσης του

υπολογιστή• Λειτουργικά συστήματα• Τις γλώσσες προγραμματισμού• Τα προγράμματα εφαρμογών• Θεμελιώδεις αρχές δικτύων• Ειδικά θέματα επιστήμης υπολογιστών

Syllabus 8

Πρόγραμμα μαθήματος

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ – 10-12 Ασκήσεις πράξεις (ΔΙΑΛ-2)• Σπουδαστές με επώνυμο Α-Κ

– 12-2 Ασκήσεις πράξεις (ΔΙΑΛ-2) • Σπουδαστές με επώνυμο Λ-Ω

– 2-4 Θεωρία (Αμφιθέατρο)

Syllabus 9

Επικοινωνία

• Ώρες γραφείου– Δευτέρα, Τρίτη, Παρασκευή: 9.00-10.00– Άλλη μέρα: μετά από συνεννόηση

• Email– Ο. Ιατρέλλης: iatrellis@teilar.gr

Syllabus 10

Συγγράμματα1. Εισαγωγή στις Τεχνολογίες Πληροφορίας και Επικοινωνίας Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 12607479 Έκδοση: 1η/2011 Συγγραφείς: Καλαφατούδης, Δροσίτης, Κοίλιας ISBN: 978-960-6759-69-7 Τύπος: Σύγγραμμα Διαθέτης (Εκδότης): ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΝΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΜΟΝ. ΕΠΕ 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 13955 Έκδοση: 2η/2010 Συγγραφείς: BEHROUZ FOROUZAN, FIROUZ MOSHARRAF ISBN: 978-960-461-366-3 Τύπος: Σύγγραμμα Διαθέτης (Εκδότης): ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ

Syllabus 11

Σελίδα του μαθήματος

• E-class– http://openclass.teilar.gr/courses/CS372/

Syllabus 12

Βαθμολογία

• Πρόοδος, Εργασία, Τελική εξέταση• Τελικός βαθμός=[30%] x πρόοδος + [20% x

εργασία] + [50%|70%|80%|100%] x τελική εξέταση

• Θα πρέπει ο τελικός βαθμός να είναι ≥5

Syllabus 13

Πρόοδος

• Προαιρετική• Αφορά μέρος της ύλης• Μετρά θετικά και μόνο• Ποσοστό 30% στον τελικό βαθμό• Θέματα πολλαπλών επιλογών• Περίπου 30 ερωτήσεις• Να συμμετέχετε!

Syllabus 14

Εργασία

• Προαιρετική• Από 1-4 άτομα• Θα γίνει ανάπτυξη και παρουσίαση ενός

βιβλιογραφικού θέματος στην επιστήμη της πληροφορικής

• Παρουσίαση κατά τη διάρκεια του μαθήματος σύμφωνα με το πρόγραμμα

• Παραδοτέο 10 σελίδων (x αριθμός ατόμων): σε μορφή κειμένου (pdf)

• Συμμετοχή στον τελικό βαθμό 20%

Syllabus 15

Εργασίες• Ομάδες έως 1-4 σπουδαστών• Συμμετοχή στον βαθμό κατά 20%• Παραδοτέο: σε μορφή κειμένου (pdf)• Παρουσίαση (θα προγραμματιστεί)

Ενδεικτικά θέματα:1. Τα κινητά δίκτυα 4G και οι εφαρμογές τους.2. E-Government. Η ηλεκτρονική διακυβέρνηση στην Ευρώπη και στην Ελλάδα.3. Συστήματα διαχείρισης πνευματικών δικαιωμάτων (DRM).4. Κοινωνικά Δίκτυα (Social Networks) στον Παγκόσμιο Ιστό. Η περίπτωση του FaceBook.5. Ψηφιακές Υπογραφές6. Η τεχνολογία και εφαρμογές του Cloud Computing7. Ηλεκτρονικό Έγκλημα. Έκταση του προβλήματος, επιπτώσεις και νομοθεσία σε παγκόσμιο επίπεδο και στην Ελλάδα.8. Οι τεχνολογίες Smartphones. Πώς επηρεάζουν την παραγωγικότητα?9. Τα Big Data και οι νέες επιχειρηματικές προοπτικές που ανοίγονται10. Οι τεχνολογίες των Video Games στην μάθηση11. Internet of Things (ΙοΤ): Technologies, Standards and Applications

Syllabus 16

Τελική εξέταση

• Υποχρεωτική • Συμμετοχή στο βαθμό από 50 | 70 | 80 | 100%• Η ύλη από τις ενότητες που έχουν διδαχθεί και

εμπεριέχονται στα 2 διδακτικά βιβλία• Θέματα πολλαπλών επιλογών• Τέσσερις επιλογές εκ των οποίων μια σωστή

απάντηση• Περίπου 40 ερωτήσεις• Αρνητική βαθμολογία

Syllabus 17

Ασκήσεις πράξεις

• Διαφορετικό μάθημα (λύσεις ασκήσεων, παρουσιάσεις)

• Εξυπηρετεί το στόχο του μαθήματος με την απόκτηση βασικών δεξιοτήτων στην πληροφορική

• Βοηθά τον σπουδαστή στην καλύτερη εμπέδωση της ύλης

Syllabus 18

Συσχετίσεις με άλλα μαθήματα

• Μέρος πολλών επόμενων μαθημάτων• Συνθέτει το puzzle της επιστήμης της

πληροφορικής

Syllabus 19

Για περισσότερο διάβασμα

• Computer Science : a modern introduction / L. Goldschlager and A. Lister. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice/Hall International, c1982.

•An introduction to computing infrastructure /Joseph Williams. Indianapolis, IN : Que E&T, c1997.

•Introduction to computing / Peter Greenfield London McGraw-Hill c1992

•Introduction to the computer : an integrative approach / J.Frates, W. Moldrup Englewood Cliffs, N.J. : Prentice-Hall, c1984.

•An Introduction to computer science/ Kmin, Samuel N.Boston : WBC/McGraw-Hill, 1998

Syllabus 20

On-line μαθήματα

• Introduction to ComputerswebCast berkley,•Technology and Humanity in the 21st Century,

Michael Dertouzos, Director of the MIT Laboratory for Computer Science

Syllabus 21

Πως αναπτύσσεται η επιστήμη μας?

• Το υλικό (hardware) και το Λογισμικό (Software)• Hardware, τα όρια του και πέρα από αυτά• Αλγόριθμοι – Δομές δεδομένων – πολυπλοκότητα• Οι ΤΠΕ διεισδύουν παντού: οικονομία, πολιτική, βιολογία,

νευροεπιστήμες– Άλλες συγγενείς επιστήμες αναπτύσσονται πχ Service science

• Wireless Sensor networks• Collective intelligence• Κινητές επικοινωνίες • Grid/Cloud Computing• Big data• IoT

Syllabus 22

Τα όρια του Hardware

• Moore’s law: the complexity of integrated circuits doubles every 18 months (η υπολογιστική ισχύς και ο αριθμός των ημιαγωγών σε ένα κύκλωμα διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες)

• but we may be seeing the limits… (H σμίκρυνση των κυκλωμάτων φτάσει στο θεωρητικό όριο της θερμοδυναμικής και της κβαντικής φυσικής)– Μοριακοί υπολογιστές

• Ερευνητές στην ΙΒΜ έχουν καταφέρει να επιδείξουν λογικές πύλες χρησιμοποιώντας μία στοιβάδα μορίων μονοξειδίου του άνθρακα για να μεταφέρει δεδομένα. – Οι συσκευές που γίνονται κατ' αυτό τον τρόπο έχουν διαστάσεις στην κλίμακα

των νανομέτρων (10-9), μεγέθους αρκετές τάξεις μικρότερες από τεχνολογία πυριτίου των σημερινών συμβατικών υπολογιστών.

Syllabus 23

Quantum Computing

• Θα μπορέσουμε να λύσουμε το «Γόρδιο δεσμό» της Υπολογιστικής Πολυπλοκότητας?– Σωματίδια μπορούν να «εξαναγκαστούν» να

βρίσκονται σε πεπερασμένο αριθμό καταστάσεων, άρα διάταξη σωματιδίων μπορεί να απεικονίσει συνδυαστικό πρόβλημα. Πως όμως ανιχνεύουμε τη «λύση»(κατασκευή qbits)

Syllabus 24

Το ζήτημα P=NP?• Tο πρόβλημα P=NP? βρίσκεται στο σταυροδρόμι Επιστήμης Υπολογιστών και

Μαθηματικών και είναι ένα από τα 7 προβλήματα τα οποία είναι γνωστά ως Millennium Prize Problems και μία σωστή λύση σε καθένα από αυτά αξίζει 1 εκατομμύριο δολάρια.

• Σήμερα, μετά από σχεδόν 40 χρόνια έρευνας στο συγκεκριμένο ερώτημα, δεν ξέρουμε αν κάθε υπολογιστικό πρόβλημα που μπορεί να ελεγχθεί γρήγορα, μπορεί επίσης να λυθεί/εκτελεστεί γρήγορα

• Μία πρόσφατη δημοσκόπηση μεταξύ διάσημων θεωρητικών της Επιστήμης των Υπολογιστών έδειξε ότι 61% πιστεύουν πως ΝΡ και Ρ δεν είναι ίσα, 9% θεωρούν πως είναι ίσα, 22% δεν έχουν γνώμη και 8% πιστεύουν κάτι πιο πολύπλοκο, αλλά ιδιαιτέρως ενδιαφέρον.

• Δείτε την ταινία: Travelling Salesman– Ο τίτλος παραπέμπει στο πρόβλημα του "περιοδεύοντος πωλητή", το οποίο ρωτά το

εξής: με δεδομένη μια λίστα από πόλεις και τις μεταξύ τους αποστάσεις, ποιος είναι ο πιο γρήγορος και αποτελεσματικός τρόπος με τον οποίο ένας πωλητής μπορεί να τις επισκεφθεί όλες από μια ακριβώς φορά και να επιστρέψει στην αφετηρία του;

Syllabus 25

Το μέλλον της επιστήμης των υπολογιστών?

Μπορείτε να φανταστείτε ενώ τρέχετε τα παπούτσια σας να στέλνουν πληροφορίες (απόσταση, θερμίδες, χρόνο) σε ένα web site και τα αποτελέσματα να εμφανίζονται στο κινητό σας ώστε να βλέπετε την πρόοδο?

Internet of Things

Μπορείτε να φανταστείτε στην μπλούζα που φοράτε να εμφανίζονται notifications από κοινωνικά δίκτυα ή να αλλάζει χρώμα ανάλογα με το status σας?

Μπορείτε να φανταστείτε τα παιδιά διαφορετικών χωρών να επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω παιχνιδιών (κούκλες, επιτραπέζια παιχνιδια συνδεδεμένα στο internet)

Syllabus 26

Το δικό μας μέλλονΘα μείνουμε άνεργοι?

• Όχι κατ’ αρχήν, αν και στην Ελλάδα η Πληροφορική δεν έχει και την καλύτερη ανάπτυξη:– Μικρή σχετικά απομονωμένη αγορά – λύση η διεθνοποίηση– Οικονομία στραμμένη προς υπηρεσίες (τουρισμός, ναυτιλία κλπ)

θα μπορούσε να εξορθολογισθεί από χρήση των ΤΠΕ.• Θα υπάρχει ανάγκη για συνεχή επιμόρφωση, ίσως και για

επανεκπαίδευση, ίσως και «μετακίνησης» σε συναφή γνωστικά αντικείμενα – management, οικονομικά, βιοτεχνολογία,…

• Επαγγελματικά δικαιώματα?• Χωρίς επιμόρφωση θα υπάρχει αυξανόμενος κίνδυνος

περιθωριοποίησης – ίσως ανεργίας