Text 1. 1. Basics of computer science

The field of computer science includes engineering activities such as the design of computers and of the hardware and software that make up computer systems. It also encompasses theoretical, mathematical ac­tivities, such as the design and analysis of algorithms, performance stud­ies of systems and their components by means of techniques like queueing theory, and the estimation of the reliability and availability of sys­tems by probabilistic techniques. Since computer systems are often too large and complicated to allow a designer to predict failure or success without testing, experimentation is incorporated into the development cycle. Computer science is generally considered a discipline separate from computer engineering, although the two disciplines overlap exten­sively in the area of computer architecture, which is the design and study of computer systems.

The major subdisciplines of computer science have traditionally been:

1) architecture (including all levels of hardware design, as well as the integration of hardware and software components to form computer sys­tems);

2) software (the programs, or sets of instructions, that tell a computer how to carry out tasks), here subdivided into software engineering, programming languages, operating systems, information systems and data­ bases, artificial intelligence, and computer graphics;

3) theory, which includes computational methods and numerical ana­lysis on the one hand and data structures and algorithms on the other.

Computer science as an independent discipline dates to only about 1960, although the electronic digital computer that is the object of its study was invented some two decades earlier. The roots of computer science lie primarily in the related fields of electrical engineering and mathematics. Electrical engineering provides the basics of circuit design – namely, the idea that electrical impulses input to a circuit can be combined to produce arbitrary outputs. The invention of the transistor and the miniaturization of circuits, along with the invention of elec­tronic, magnetic, and optical media for the storage of information, re­sulted from advances in electrical engineering and physics. Mathematics is the source of one of the key concepts in the development of the com­puter – the idea that all information can be represented as sequences of zeros and ones. In the binary number system numbers are represented by a sequence of the binary digits 0 and 1 in the same way that numbers in the familiar decimal system are represented using the digits 0 through 9. The relative ease with which two states (e.g., high and low voltage) can be realized in electrical and electronic devices led naturally to the binary digit, or bit, becoming the basic unit of data storage and trans­mission in a computer system.

Boolean algebra, a notational system developed in the 19th century by an English mathematician George Boole, supplied for­malism for designing a circuit with binary input values of 0s and 1s (false or true, respectively, in the terminology of logic) to yield any de­sired combination of 0s and 1s as output. One of the primary requirements when dealing with digital circuits is to find ways to make them as simple as possible. This constantly requires that complex logical expressions be reduced to simpler expressions that nevertheless produce the same result. Boolean algebra permits an algebraic manipulation of logical statements that can demonstrate whether or not a statement is true and show how a complicated statement can be rephrased in a simpler, more convenient form without changing its meaning. George Boole believed in what he called the ‘process of analysis’, that is, the process by which combinations of interpretable symbols are obtained. It is the use of these symbols according to well-determined methods of combination that he believed presented ‘true calculus’. Today, all our components employ Boole’s logic system – using microchips that contain thousands of tiny electronic switches arranged into logical gates that produce predictable and reliable conclusions. A gate is an electronic circuit such that its output is fully determined by the state of its inputs.

Theoretical work on computability, which began in the 1930s, provided the needed extension to the design of whole machines. A milestone was the 1936 specification of the conceptual Turing machine (a theoretical device that manipulates an infinite string of 0s and 1s) by the British mathematician Alan Turing and his proof of the model’s computational power. Another break­through was the concept of the stored-program computer, usually credi­ted to the Hungarian-American mathematician John von Neumann. This idea – that instructions as well as data should be stored in the computer’s memory for fast access and execution – was critical to the development of the modern computer. Previous thinking was limited to the calculator approach, in which instructions are entered one at a time.

Exercise 1.6. Find in text 1.1 the English for:

зберігання інформації; база даних; обчислювальні методи; один за одним; мова програмування; споріднені області; цифри від 0 до 9; електротехніка; процес (цикл) розробки; комп’ютерна графіка; приписувати що-небудь кому-небудь (вважати що-небудь чиєюсь заслугою); дослідження експлуатаційних характеристик систем; теорія черг; відносна простота; булева алгебра; структури даних; забезпечити формалізацію; успіхи в розвитку еле­ктротехніки; обчислювальна техніка; передбачити відмову; магнітні та оптичні носії; значною мірою перекри­ватися; так само, як; схемотехніка; шту­чний інтелект; з одного бо­ку,... з іншого боку; методи теорії ймовірностей; числовий аналіз; поряд із; бути (стати) наслідком чого-небудь; двійкова система числення; операційна система; система позначень; інженерія розроблення програмного забезпечення.

Exercise 1.7. Translate into English paying special attention to the italicized words.

1. Двійкова система числення базується на застосуванні двох цифр – 0 та 1, тоді як основу десяткової системи становлять цифри від 0 до 9. 2. Особливістю багатьох систем штучного інтелекту є те, що поряд із базою даних вони мають базу знань. 3. Відносна простота спілкування з сучасним комп’ютером значною мірою є наслідком досконало­сті його операційної системи. 4. З одного боку, успіхи в розвитку електротехніки сприяли мініатюризації апаратного забезпечення комп’ютерів, а з іншого – математика запропонувала нову, двійкову систему числення, що стала основою цифрової схемотехніки. 5. Булева алгебра, що була створена в ХІХ сторіччі, описує операції над числами в двійковій системі числення. 6. Інженерія розроблення програмного забезпечення займається питаннями розробки і створення мов програмування, операційних систем, баз та структур даних та багатьма іншими пи­таннями. 7. Обчислювальні методи, що засто­совуються для оброблення двійкової інформації в цифрових комп’ютерах, базую­ться на законах булевої алгебри. 8. Створення першого вітчизняного комп’ютера, яке датується 1951 роком, вважається заслугою київської наукової групи, яку очолював академік Лебедєв. 9. Ознакою часу є застосування зараз оптичних носіїв для зберігання інформації у комп’ютерах, інформаційних системах та в багатьох інших споріднених галузях. 10. Булева алгебра забезпечила формалізацію цифрової схемотехніки так само, як диференційні рівняння стали математичною основою створення аналогових обчислювальних систем. 11. Теорія нечітких множин (fuzzy-set theory) забезпечує формалізацію представлення нечітких значень (uncertain values) фізичних величин. 12. У цій експертній системі правила перевіряються одне за одним доки одне з них не спрацює. 13. У двійковій системі числення ми користуємося двома цифрами – 0 та 1 так само, як ми використовуємо цифри від 0 до 9 в десятковій системі. 14. Магнітні та оптичні носії застосовуються для зберігання інформації в сучасних комп’ютерних системах. 15. У наш час засоби штучного інтелекту широко застосовуються в управлінні технологічними процесами, діагностиці несправностей, а також в інших споріднених галузях.

Exercise 1.8. Say whether the following sentences are true or false. Correct the false ones.

1. The field of computer science includes engineering activities such as performance stud­ies of systems, numerical analysis and artificial intelligence. 2. Since computer systems are often too large and complicated to allow a designer to predict failure or success without testing, the estimation of their reliability is incorporated into the development cycle. 3. Theoretical work on computability, which began in the 1930s, provided the needed extension to the design of whole machines. 4. The major subdisciplines of computer science have traditionally been architecture, software, and computer security. 5. Architecture includes all levels of hardware design, as well as the integration of hardware and software components to form computer sys­tems.
6. Software includes algorithms that tell a computer how to carry out tasks. 7. Theory includes computational methods and numerical ana­lysis on the one hand and data structures and algorithms on the other. 8. Computer science as an independent discipline dates to only about I950, although the electronic digital computer that is the object of its study was invented some two decades later. 9. Mathematics is the source of one of the key concepts in the development of the com­puter – the idea that all information can be represented as sequences of zeros and ones. 10. John von Neumann’s idea was that instructions as well as data should be entered into the computer one at a time.

Exercise 1.9. Complete the sentences translating their Ukrainian parts into English.

1. The field of computer science also encompasses theoretical ac­tivities, such as (розробка та аналіз алгоритмів, дослідження експлуатаційних характеристик систем та їхніх компонентів за допомогою методів, таких як теорія черг). 2. Computer science is generally considered a discipline separate from computer engineering, (хоча ці дві дисципліни значною мірою перекриваються в галузі комп’ютерної архітектури, якою є розробка та дослідження комп’ютерних систем). 3. (Електротехніка стала джерелом основ схемотехніки, а саме), the idea that electrical impulses input to a circuit can be combined to produce arbitrary outputs. 4. The invention of the transistor and the miniaturization of circuits, (поряд із винайденням електронних, магнітних та оптичних носіїв для зберігання інформації стали наслідком досягнень в електротехніці та фізиці). 5. (Відносна простота, з якою два стани – наприклад, високий та низький рівні напруги – можна реалізувати в електронних пристроях), led naturally to the binary digit, or bit. 6. (Джордж Буль вірив у те, що він називав “процесом аналізу”, тобто) the process by which combinations of interpretable symbols are obtained. 7. (Саме використання цих символів) according to well-determined methods of combination (він вважав “справжнім численням”). 8. A milestone was the 1936 specification of the conceptual Turing machine (теоретичного пристрою, який оперує нескінченною послідовністю нулів та одиниць).

Exercise 1.10. Translate into English.

1. Поле діяльності комп’ютерних наук також охоплює оцінку надійності та працездатності систем методами теорії ймовірностей. 2. Корені обчислювальної техніки лежать переважно у споріднених галузях електротехніки та математики. 3. У двійковій системі числення числа представлені послідовністю двійкових цифр 0 та 1 так само, як числа у знайомій десятковій системі представлені цифрами від 0 до 9. 4. Булева алгебра забезпечила формалізацію для розробки схем із двійковими вхідними величинами. 5. Логічний елемент – це електронна схема, така, що її вихід повністю визначається станом її входів. 6. Ще одним проривом стала концепція комп’ютера з програмою, що зберігається у пам’яті, автором якої вважають угорсько-американського математика Джона фон Неймана. 7. Булева алгебра робить можливими алгебраїчні операції над логічними твердженнями, які показують, чи є твердження істинним, чи ні. 8. Однією з основних вимог під час роботи з цифровими схемами є необхідність знаходження способів зробити їх якомога простішими.

Exercise 1.11. Answer the questions.

1. What does the field of computer science include? 2. Why is experimentation incorporated into the computer system development cycle? 3. What can you say about the interconnection of computer science and computer engineering? Is computer science a distinct field of knowledge? 4. Could you outline the major subdisciplines of computer science? 5. What fields of knowledge do the roots of computer science lie in? 6. What did advances in electrical engineering and physics result in? 7. Why was the binary number system chosen for representing data inthe digital computer? 8. What is Boolean algebra? What was it designed for? 9. What does Boolean algebra permit by algebraic manipulations of logical statements? 10. How is Boole’s logic system employed in the computer engineering of today? What is a gate? 11. What was the merit of Alan Turing? And that of John von Neu­mann? 12. What is the importance of Neumann’s idea?

Exercise 1.12. Give derivatives of the following words and explain their meanings.

Compute, include, system, form, method, structure, number, sequence, digit, object, develop, base, provide, supply, value, simple, complex, reduce, produce, relate, result, permit, demonstrate, complicate, mean, process, change, use, employ, determine, access, modern, limit.

Exercise 1.13. Give the opposites of the following words taken from text 1.1 and using them make up sentences of your own.

Often, large, allow, generally, separate from, integration, familiar, relative, ease, transmission, primary, simple, constantly, same, true, tiny, fully, arbitrary, fast, previous.

Exercise 1.14. Find in text 1.1 the equivalents for:

form (constitute), cover, use, with the help of (using, with the use of), comprise, allied, evaluation (assessment, appraisal), from 0 to 9, work, usually (commonly, typically), implement, method, coincide partly, regard as (deem, view as), main (principal), fundamentals (principles), suitable, number system, one by one, progress (achievements), restrict, that is to say, give (produce), together with, important, independent of, chain.

Exercise 1.15. Translate the sentences into English using as many equivalents of the italicized words as you can.

Model:Булеву алгебру можна розглядати як інструмент, який дозволяє спростити вирази логіки. – Boolean algebra may be considered as (regarded as, deemed, viewed as) a tool that makes it possible to reduce logical expressions.

1. Периферійні пристрої включають в себе принтери, модеми, звукові карти та ін. 2. Схема “АБО“ ­ дає на виході одиницю, якщо одиниця є хоча би на одному її вході. 3. Алгоритм – це послідовність операцій, які треба виконати одна за одною для розв’язання даної задачі. 4. У теорії нечітких множин (fuzzy-set theory) функції приналежності (membership functions) мають вигляд перетинних площин. 5. Теоретична складова комп’ютерних наук включає в себе обчислювальні методи і числовий аналіз з одного боку, і структури даних та алгоритми – з іншого. 6. Ці дві теорії, які частково збігаються, застосовуються в сучасній обчислювальній техніці та деяких інших споріднених галузях знань. 7. Сучасні комп’ютерні науки охоплюють надзвичайно широке коло питань: від основ теорії обчислень до побудови найскладніших систем штучного інтелекту. 8. Проектування, створення та випробування нової системи становить основну частину конструкторської роботи. 9. Галузі, що їх розглядають як високотехнологічні, включають в себе інформаційні технології, біотехнології, нанотехнології та молекулярні нанотехнології. 10. Застосування даної системи обмежується низькою продуктивністю деяких функціональних блоків, які досі в ній застосовуються. 11. Людський мозок складається з мільярдів нейронів, які утворюють фізичну систему для мислення. 12. Шістнадцяткова система числення застосовує цифри від 0 до 9 та букви від A до F. 13. Завдяки успіхам у розвитку комп’ютерних наук виникла низка дисциплін, а саме: інженерія розроблення програмного забезпечення, комп’ютерна безпека, мультимедійні засоби, які нині вважаються незалежними одна від одної. 14. У сучасному електронному обладнанні важливим, з-поміж іншого, є розмір, ціна та споживна потужність, тому велика увага приділяється нині спрощенню схем поряд зі зменшенням їхніх розмірів. 15. Завдяки малому розміру, високій надійності та великому об’єму пам’яті сучасні флешки стали зручним і, як наслідок, дуже поширеним пристроєм зберігання даних.

Exercise 1.16. Speak on the following issues.

1. Computer science and its major subdisciplines.

2. The roots of computer science.

3. The merits of George Boole, Alan Turing, and John von Neumann.