Inżynieria komputerowa - Computer engineering
Zawód | |
---|---|
Nazwy | Informatyk |
Rodzaj zawodu |
Inżynieria |
Sektory działalności |
Informatyka, przemysł technologiczny, przemysł inżynieryjny |
Specjalność | Inżynieria sprzętu, inżynieria oprogramowania, programowanie oprogramowania, robotyka, tworzenie sieci |
Opis | |
Kompetencje | Wiedza techniczna, projektowanie sprzętu, projektowanie oprogramowania |
Dziedziny zatrudnienia |
Nauka, technologia, inżynieria, przemysł, komputer, eksploracja |
Technika komputerowa ( RE lub CPE ) jest oddział inżynierii , który integruje wiele dziedzin informatyki i inżynierii elektronicznej wymagane do opracowania sprzętu komputerowego i oprogramowania . Inżynierowie komputerowi zwykle mają szkolenie w zakresie inżynierii elektronicznej (lub elektrotechniki ), projektowania oprogramowania i integracji sprzętu z oprogramowaniem, a nie tylko inżynierii oprogramowania lub inżynierii elektronicznej. Inżynierowie komputerowi są zaangażowani w wiele aspektów sprzętowych i programowych informatyki , od projektowania indywidualnych mikrokontrolerów , mikroprocesorów , komputerów osobistych i superkomputerów po projektowanie obwodów . Ta dziedzina inżynierii koncentruje się nie tylko na tym, jak działają same systemy komputerowe, ale także na tym, jak integrują się w szerszy obraz.
Zwykłe zadania polegające inżynierów komputerowych obejmują pisania oprogramowania i firmware dla wbudowanych mikrokontrolerów , projektowania VLSI chipy , projektowania analogowych czujników , projektowanie sygnałów mieszanych podzespołów i projektowania systemów operacyjnych . Inżynierowie komputerowi nadają się również do badań nad robotyką , które w dużej mierze opierają się na wykorzystaniu systemów cyfrowych do sterowania i monitorowania systemów elektrycznych, takich jak silniki , komunikacja i czujniki .
W wielu uczelniach studenci inżynierii komputerowej mają prawo wybrać obszary dogłębnej nauki w ich młodszym i starszym roku, ponieważ pełen zakres wiedzy wykorzystywanej w projektowaniu i stosowaniu komputerów wykracza poza zakres studiów licencjackich . Inne instytucje mogą wymagać od studentów inżynierii ukończenia jednego lub dwóch lat ogólnej inżynierii, zanim zadeklarują, że inżynieria komputerowa jest ich głównym celem.
Historia
Inżynieria komputerowa rozpoczęła się w 1939 roku, kiedy John Vincent Atanasoff i Clifford Berry rozpoczęli opracowywanie pierwszego na świecie elektronicznego komputera cyfrowego wykorzystującego fizykę , matematykę i elektrotechnikę . John Vincent Atanasoff był kiedyś nauczycielem fizyki i matematyki na Iowa State University, a Clifford Berry byłym absolwentem elektrotechniki i fizyki. Razem stworzyli komputer Atanasoff-Berry , znany również jako ABC, którego ukończenie zajęło 5 lat. Podczas gdy oryginalny ABC został zdemontowany i wyrzucony w latach 40. XX wieku, złożono hołd zmarłym wynalazcom, replika ABC została wykonana w 1997 roku, a jej zbudowanie zajęło zespołowi naukowców i inżynierów cztery lata i 350 000 dolarów.
Nowoczesny komputer osobisty pojawił się w latach 70., po kilku przełomach w technologii półprzewodnikowej . Należą do pierwszej pracy tranzystora przez William Shockley , John Bardeen i Walter Brattain w Bell Labs w 1947 roku, krzem powierzchni pasywacji proces (poprzez utlenianie termiczne ) przez Mohamed Atalla w Bell Labs w 1957 roku, z monolitycznego układu scalonego chipa przez Robert Noyce w Fairchild Półprzewodnik w 1959 roku, tranzystor polowy typu metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET lub tranzystor MOS) Mohameda Atalla i Dawona Kahnga w Bell Labs w 1959 oraz jednoukładowy mikroprocesor ( Intel 4004 ) Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima i Stanley Mazor w firmie Intel w 1971 roku.
Historia edukacji w zakresie informatyki
Pierwsza technika komputerowa studia w Stanach Zjednoczonych powstała w 1971 roku na Case Western Reserve University w Cleveland , Ohio . W 2015 r. w Stanach Zjednoczonych było 250 akredytowanych programów inżynierii komputerowej ABET. W Europie akredytację szkół inżynierii komputerowej przeprowadzają różne agencje będące częścią sieci EQANIE . Ze względu na rosnące wymagania zawodowe dla inżynierów, którzy mogą jednocześnie projektować sprzęt, oprogramowanie , oprogramowanie sprzętowe i zarządzać wszystkimi formami systemów komputerowych stosowanych w przemyśle, niektóre uczelnie na całym świecie oferują tytuł licencjata, który ogólnie nazywa się inżynierią komputerową. Zarówno inżynieria komputerowa, jak i programy inżynierii elektronicznej obejmują projektowanie obwodów analogowych i cyfrowych w swoim programie nauczania. Podobnie jak w przypadku większości dyscyplin inżynieryjnych, inżynierowie informatycy muszą posiadać solidną wiedzę z zakresu matematyki i nauk ścisłych.
Edukacja
Inżynieria komputerowa jest określana na niektórych uczelniach jako informatyka i inżynieria . Większość stanowisk z zakresu inżynierii komputerowej na poziomie podstawowym wymaga co najmniej tytułu licencjata w dziedzinie inżynierii komputerowej (lub informatyki i inżynierii). Zazwyczaj trzeba nauczyć się szeregu matematyki, takich jak rachunek różniczkowy , algebra i trygonometria oraz niektóre zajęcia z informatyki . Czasami akceptuje się dyplom z inżynierii elektronicznej , ze względu na podobieństwo tych dwóch dziedzin. Ponieważ inżynierowie sprzętu często pracują z systemami oprogramowania komputerowego, konieczne jest silne przygotowanie w zakresie programowania komputerów. Według BLS „kierunek inżynierii komputerowej jest podobny do elektrotechniki, ale do programu nauczania dodano kilka przedmiotów z informatyki”. Niektóre duże firmy lub specjalistyczne stanowiska wymagają tytułu magistra.
Ważne jest również, aby inżynierowie komputerowi nadążali za szybkim postępem technologicznym. Dlatego wielu kontynuuje naukę przez całą swoją karierę. Może to być pomocne, zwłaszcza jeśli chodzi o zdobywanie nowych umiejętności lub doskonalenie już istniejących. Na przykład, w miarę jak względny koszt naprawy błędu rośnie wraz z postępem cyklu tworzenia oprogramowania, można uzyskać większe oszczędności związane z opracowywaniem i testowaniem kodu wysokiej jakości tak szybko, jak to możliwe w trakcie procesu, a zwłaszcza przed wydaniem.
Zawód: Inżynier komputerowy
Osoba wykonująca zawód w inżynierii komputerowej nazywana jest inżynierem komputerowym.
Tytuł | Prefiks | Przyrostek | Wymagania |
---|---|---|---|
Informatyk | inż. | CpE | Zdał dyplom z inżynierii komputerowej
Instytucja: Instytucja edukacyjna (np. College, Uniwersytet) |
Certyfikowany inżynier komputerowy | inż. | CCpE | Zdany egzamin certyfikacyjny z inżynierii komputerowej
Instytucja: Instytucja prywatna (np. organizacje zajmujące się inżynierią komputerową i firmy prywatne) |
Zarejestrowany inżynier komputerowy | inż. | RCpE | Zdał egzamin licencyjny z inżynierii komputerowej
Instytucja: Instytucja Publiczna (taka jak Krajowa Rada Regulacyjna) |
Profesjonalny inżynier komputerowy | inż. | PCpE | Zdany egzamin zawodowy z inżynierii komputerowej lub doświadczenie zawodowe
Instytucja: instytucja publiczna lub prywatna |
*może się różnić w zależności od regionu i kraju. |
Aplikacje i praktyka
Inżynieria komputerowa skupia się na dwóch głównych obszarach: sprzęcie i oprogramowaniu.
Inżynieria sprzętu komputerowego
Według BLS , Job Outlook dla inżynierów sprzętu komputerowego, oczekiwany dziesięcioletni wzrost od 2019 do 2029 dla inżynierii sprzętu komputerowego wyniósł 2% i łącznie 71 100 miejsc pracy. („Wolniej niż przeciętnie” własnymi słowami w porównaniu z innymi zawodami)”. Jest to spadek w porównaniu z szacunkami inżynierii sprzętu komputerowego BLS z 2014 r. do 2024 r. o 3% i łącznie 77 700 miejsc pracy”. szacunków BLS z 2012 do 2022 r. i jest dalej w dół z 9% w szacunkach BLS 2010 do 2020. „Dzisiaj sprzęt komputerowy jest w jakiś sposób równy inżynierii elektronicznej i komputerowej (ECE) i został podzielony na wiele podkategorii; najważniejsza jest osadzona projekt systemu.
Inżynieria oprogramowania komputerowego
Według amerykańskiego Biura Statystyki Pracy (BLS), „inżynierowie oprogramowania aplikacji komputerowych i inżynierowie oprogramowania systemów komputerowych mają należeć do najszybciej rozwijających się zawodów”. siedemnaście procent i w tym samym roku było w sumie 1114 000 miejsc pracy. Jest to spadek w porównaniu z szacunkami BLS 2012 do 2022 wynoszącymi 22% dla programistów. I dalej niżej od 30% szacunków BLS 2010 do 2020. Ponadto rosnące obawy związane z cyberbezpieczeństwem sprawiają, że inżynieria oprogramowania komputerowego jest wysoko powyżej średniej stopy wzrostu we wszystkich dziedzinach. Jednak część prac zostanie zlecona za granicą. Z tego powodu wzrost liczby miejsc pracy nie będzie tak szybki jak w ciągu ostatniej dekady, ponieważ miejsca pracy, które trafiłyby do inżynierów oprogramowania komputerowego w Stanach Zjednoczonych, zamiast tego trafią do inżynierów oprogramowania komputerowego w krajach takich jak Indie. Ponadto, BLS Job Outlook for Computer Programmer, 2014-24 ma -8% (spadek, ich słowami) i Job Outlook, 2019-29 -9% (Spadek) dla tych, którzy programują komputery (tj. systemy wbudowane ), którzy nie są twórcami aplikacji komputerowych. Co więcej, liczba kobiet w dziedzinach oprogramowania spada na przestrzeni lat nawet szybciej niż w innych dziedzinach inżynierii.
Licencjonowanie i praktyka inżynierii komputerowej
Inżynieria komputerowa jest na ogół praktykowana w większych firmach zajmujących się opracowywaniem produktów i taka praktyka może nie podlegać licencjonowaniu. Jednak niezależni konsultanci, którzy reklamują inżynierię komputerową, podobnie jak każda forma inżynierii, mogą podlegać prawom stanowym, które ograniczają profesjonalną praktykę inżynierską tylko do tych, którzy otrzymali odpowiednią Licencję. Krajowa Rada Egzaminatorów Inżynierii i Geodezji (NCEES) po raz pierwszy zaoferowała egzamin z zasad i praktyki inżynierskiej w zakresie inżynierii komputerowej w 2003 roku.
Obszary specjalistyczne
Istnieje wiele dziedzin specjalizacji w dziedzinie inżynierii komputerowej.
Projekt procesora
Proces projektowania procesora polega na wyborze zestawu instrukcji i określonego paradygmatu wykonania (np. VLIW lub RISC) i daje w wyniku mikroarchitekturę, którą można opisać np. w VHDL lub Verilog. Projekt procesora jest podzielony na projektowanie następujących komponentów: ścieżki danych (takie jak ALU i potoki), jednostka sterująca: logika kontrolująca ścieżki danych, komponenty pamięci, takie jak pliki rejestrów, pamięci podręczne, obwody zegara, takie jak sterowniki zegara, PLL, sieci dystrybucji zegara , obwody nadawczo-odbiorcze nakładki, biblioteka komórek bramki logicznej, która służy do implementacji logiki.
Kodowanie, kryptografia i ochrona informacji
Inżynierowie komputerowi pracują nad kodowaniem, kryptografią i ochroną informacji, aby opracować nowe metody ochrony różnych informacji, takich jak obrazy cyfrowe i muzyka, fragmentacja, naruszenie praw autorskich i inne formy manipulacji. Przykłady obejmują prace nad komunikacją bezprzewodową, systemami wieloantenowymi, transmisją optyczną i cyfrowym znakowaniem wodnym .
Komunikacja i sieci bezprzewodowe
Osoby skupiające się na komunikacji i sieciach bezprzewodowych, postępach w pracy nad systemami i sieciami telekomunikacyjnymi (zwłaszcza sieciami bezprzewodowymi), kodowaniem modulacji i kontroli błędów oraz teorią informacji. Częścią tej specjalności jest projektowanie szybkich sieci , tłumienie i modulacja zakłóceń, projektowanie i analiza systemu odpornego na uszkodzenia oraz schematy przechowywania i transmisji.
Kompilatory i systemy operacyjne
Ta specjalność koncentruje się na projektowaniu i rozwijaniu kompilatorów oraz systemów operacyjnych . Inżynierowie w tej dziedzinie opracowują nową architekturę systemu operacyjnego, techniki analizy programów oraz nowe techniki zapewniające jakość. Przykłady prac w tej dziedzinie obejmują opracowywanie algorytmu transformacji kodu post-link-time i opracowywanie nowych systemów operacyjnych.
Informatyka i inżynieria
Informatyka i inżynieria to stosunkowo nowa dyscyplina. Według Sloan Career Cornerstone Center, osoby zajmujące się tą dziedziną, „metody obliczeniowe są stosowane do formułowania i rozwiązywania złożonych problemów matematycznych w inżynierii, naukach fizycznych i społecznych. Przykłady obejmują projektowanie samolotów, przetwarzanie plazmowe cech nanometrowych na płytkach półprzewodnikowych , projektowanie obwodów VLSI , systemy wykrywania radarów, transport jonów przez kanały biologiczne i wiele więcej”.
Sieci komputerowe, przetwarzanie mobilne i systemy rozproszone
W tej specjalności inżynierowie budują zintegrowane środowiska do przetwarzania, komunikacji i dostępu do informacji . Przykłady obejmują sieci bezprzewodowe ze wspólnym kanałem, adaptacyjne zarządzanie zasobami w różnych systemach oraz poprawę jakości usług w środowiskach mobilnych i bankomatów. Inne przykłady obejmują pracę nad systemami sieci bezprzewodowych i przewodowymi systemami klastrowymi Fast Ethernet.
Systemy komputerowe: architektura, przetwarzanie równoległe i niezawodność
Inżynierowie pracujący w systemach komputerowych pracują nad projektami badawczymi, które pozwalają na tworzenie niezawodnych, bezpiecznych i wydajnych systemów komputerowych. Projekty takie jak projektowanie procesorów do przetwarzania wielowątkowego i równoległego są objęte tą dziedziną. Inne przykłady prac w tej dziedzinie obejmują opracowywanie nowych teorii, algorytmów i innych narzędzi zwiększających wydajność systemów komputerowych.
Architektura komputera obejmuje konstrukcję procesora , układ hierarchii pamięci podręcznej , organizację pamięci i równoważenie obciążenia .
Wizja komputerowa i robotyka
W tej specjalności inżynierowie komputerowi koncentrują się na opracowywaniu technologii wykrywania wizualnego w celu wyczuwania środowiska, reprezentacji środowiska i manipulacji środowiskiem. Zebrane trójwymiarowe informacje są następnie wdrażane do wykonywania różnych zadań. Obejmują one ulepszone modelowanie człowieka, komunikację obrazu i interfejsy człowiek-komputer, a także urządzenia, takie jak kamery specjalnego przeznaczenia z wszechstronnymi czujnikami wizyjnymi.
Systemy wbudowane
Osoby pracujące w tej dziedzinie projektują technologię zwiększającą szybkość, niezawodność i wydajność systemów. Systemy wbudowane można znaleźć w wielu urządzeniach, od małego radia FM po prom kosmiczny. Według Sloan Cornerstone Career Center, bieżące zmiany w systemach wbudowanych obejmują „zautomatyzowane pojazdy i sprzęt do prowadzenia poszukiwań i ratownictwa, zautomatyzowane systemy transportowe oraz koordynację człowieka z robotem w celu naprawy sprzętu w kosmosie”. Od 2018 r. specjalizacje inżynierii komputerów wbudowanych obejmują projektowanie system-on-chip , architekturę przetwarzania brzegowego i Internet rzeczy .
Układy scalone, projektowanie VLSI, testowanie i CAD
Ta specjalność informatyki wymaga odpowiedniej znajomości elektroniki i systemów elektrycznych. Inżynierowie pracujący w tej dziedzinie pracują nad zwiększeniem szybkości, niezawodności i efektywności energetycznej układów scalonych nowej generacji o bardzo dużej skali ( VLSI ) i mikrosystemów. Przykładem tej specjalności są prace nad zmniejszeniem zużycia energii przez algorytmy i architekturę VLSI.
Przetwarzanie sygnału, obrazu i mowy
Inżynierowie komputerowi w tej dziedzinie opracowują ulepszenia interakcji człowiek-komputer, w tym rozpoznawania i syntezy mowy , obrazowania medycznego i naukowego oraz systemów komunikacyjnych. Inne prace w tym obszarze obejmują opracowywanie wizji komputerowych, takie jak rozpoznawanie rysów twarzy człowieka .
Obliczenia kwantowe
Zobacz też
Pola pokrewne
Wspomnienia
- Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komputerów
- Stowarzyszenie Komputerowe IEEE
- Stowarzyszenie Maszyn Komputerowych
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Multimedia związane z inżynierią komputerową w Wikimedia Commons