Inginerie calculator - Computer engineering

Inginerie calculator
Ocupaţie
Numele Inginer calculator
Tipul ocupației
Inginerie
Sectoare de activitate
Tehnologia informației, industria tehnologică, industria inginerească
Specialitate Inginerie hardware, inginerie software, programare software, robotică, rețea
Descriere
Competențe Cunoștințe tehnice, proiectare hardware, proiectare software
Domenii de
angajare
Știință, tehnologie, inginerie, industrie, calculatoare, explorare

Ingineria calculatoarelor ( CoE sau CpE ) este o ramură a ingineriei care integrează mai multe domenii ale informaticii și ingineriei electronice necesare dezvoltării hardware-ului și software- ului computerului . Inginerii de informatică au, de obicei, pregătire în ingineria electronică (sau ingineria electrică ), proiectarea software-ului și integrarea hardware-software în loc doar de inginerie software sau inginerie electronică. Inginerii de computere sunt implicați în multe aspecte hardware și software ale calculelor , de la proiectarea microcontrolerelor individuale , microprocesoarelor , computerelor personale și a supercomputerelor , până la proiectarea circuitelor . Acest domeniu al ingineriei se concentrează nu numai pe modul în care funcționează sistemele informatice, ci și pe modul în care se integrează în imaginea de ansamblu.

Sarcinile obișnuite care implică inginerii în calculatoare includ scrierea de software și firmware pentru microcontrolere încorporate , proiectarea cipurilor VLSI , proiectarea senzorilor analogici , proiectarea plăcilor de circuite cu semnal mixt și proiectarea sistemelor de operare . Inginerii de computere sunt, de asemenea, potriviți pentru cercetarea robotică , care se bazează foarte mult pe utilizarea sistemelor digitale pentru a controla și monitoriza sistemele electrice, cum ar fi motoarele , comunicațiile și senzorii .

În multe instituții de învățământ superior, studenților de inginerie informatică li se permite să aleagă domenii de studiu aprofundat în anii lor junior și superior deoarece întreaga gamă de cunoștințe utilizate în proiectarea și aplicarea computerelor depășește sfera unei diplome universitare . Alte instituții pot solicita studenților de inginerie să finalizeze unul sau doi ani de inginerie generală înainte de a declara ingineria computerizată drept obiectiv principal.

Această placă de bază a computerului utilizată într-un computer personal este rezultatul eforturilor de inginerie computerizată.

Istorie

The Difference Engine , primul computer mecanic.
ENIAC , primul computer electronic.

Ingineria computerelor a început în 1939, când John Vincent Atanasoff și Clifford Berry au început să dezvolte primul computer digital electronic din lume prin fizică , matematică și inginerie electrică . John Vincent Atanasoff a fost cândva profesor de fizică și matematică la Universitatea de Stat din Iowa și Clifford Berry, fost absolvent de inginerie electrică și fizică. Împreună, au creat computerul Atanasoff-Berry , cunoscut și sub numele de ABC, care a durat 5 ani. În timp ce ABC-ul original a fost demontat și aruncat în anii 1940, a fost adus un omagiu inventatorilor târzii, o replică a ABC-ului a fost făcută în 1997, unde a fost necesară construirea unei echipe de cercetători și ingineri de patru ani și 350.000 de dolari.

Computerul personal modern a apărut în anii 1970, după mai multe descoperiri în tehnologia semiconductoarelor . Acestea includ primul tranzistor de lucru de William Shockley , John Bardeen și Walter Brattain la Bell Labs în 1947, procesul de pasivare a suprafeței de siliciu (prin oxidare termică ) de Mohamed Atalla la Bell Labs în 1957, cipul monolitic de circuit integrat de Robert Noyce la Fairchild Semiconductor în 1959, tranzistorul cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor (MOSFET sau tranzistor MOS) de Mohamed Atalla și Dawon Kahng la Bell Labs în 1959 și microprocesorul cu un singur cip ( Intel 4004 ) de Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima și Stanley Mazor la Intel în 1971.

Istoria învățământului ingineresc în calculatoare

Primul program de inginerie informatică din Statele Unite a fost înființat în 1971 la Case Western Reserve University din Cleveland , Ohio . Începând cu 2015, în SUA existau 250 de programe de inginerie computerizată acreditate ABET . În Europa, acreditarea școlilor de inginerie computerizată se face de către o varietate de agenții care fac parte din rețeaua EQANIE . Datorită creșterii cerințelor de locuri de muncă pentru inginerii care pot proiecta simultan hardware, software , firmware și gestiona toate formele de sisteme informatice utilizate în industrie, unele instituții terțiare din întreaga lume oferă o diplomă de licență numită în general inginerie computerizată. Atât programele de inginerie informatică, cât și cele de inginerie electronică includ proiectarea circuitelor analogice și digitale în curriculum-ul lor. La fel ca în majoritatea disciplinelor de inginerie, pentru inginerii de computere este necesar să ai cunoștințe solide de matematică și știință.

Educaţie

Ingineria calculatoarelor este denumită informatică și inginerie la unele universități. Cele mai multe locuri de muncă de inginerie informatică la nivel de bază necesită cel puțin o diplomă de licență în inginerie computerizată (sau informatică și inginerie). De obicei, trebuie să învățați o serie de matematici, cum ar fi calculul , algebra și trigonometria și unele clase de informatică . Uneori este acceptată o diplomă în inginerie electronică , datorită similitudinii celor două domenii. Deoarece inginerii hardware lucrează în mod obișnuit cu sistemele software de calculator, este necesar un fundal puternic în programarea computerelor. Potrivit BLS, „o specializare în ingineria calculatoarelor este similară cu ingineria electrică, dar cu unele cursuri de informatică adăugate în curriculum”. Unele firme mari sau locuri de muncă specializate necesită un master.

De asemenea, este important ca inginerii de calculatoare să țină pasul cu progresele rapide în tehnologie. Prin urmare, mulți continuă să învețe pe parcursul carierei. Acest lucru poate fi util, mai ales atunci când vine vorba de învățarea unor noi abilități sau îmbunătățirea celor existente. De exemplu, pe măsură ce costul relativ al remedierii unei erori crește cu cât se află în ciclul de dezvoltare software, pot exista economii mai mari de costuri atribuite dezvoltării și testării codului de calitate cât mai curând posibil în proces, și mai ales înainte de lansare.

Profesie: inginer informatic

O persoană cu o profesie în ingineria computerelor se numește inginer informatic.

Titlu Prefix Sufix Cerințe
Inginer calculator Engr. CpE A promovat o diplomă în inginerie informatică

Instituție: Instituție de învățământ (cum ar fi Colegiul, Universitatea)

Inginer informatic certificat Engr. CCpE A promovat un examen de certificare în ingineria computerelor

Instituție: Instituție privată (cum ar fi organizații de inginerie informatică și companii private)

Inginer informatic înregistrat Engr. RCpE A promovat un examen de licențiere în ingineria computerelor

Instituție: Instituție publică (cum ar fi Consiliul de reglementare al țării)

Inginer informatic profesionist Engr. PCpE A promovat un examen profesional de inginerie computerizată sau experiență de lucru

Instituție: Instituție publică sau privată

* poate varia în funcție de regiune și țară.

Aplicații și practică

Există două aspecte majore în ingineria computerelor: hardware și software.

Inginerie hardware computer

Potrivit BLS , ocuparea forței de muncă pentru inginerii hardware de computere, creșterea preconizată de zece ani din 2019 până în 2029 pentru ingineria hardware a computerului a fost de aproximativ 2% și un total de 71.100 de locuri de muncă. („Mai lent decât media” în propriile lor cuvinte în comparație cu alte ocupații) ". Aceasta este o scădere de la estimarea ingineriei hardware a computerelor BLS din 2014 la 2024 cu 3% și un total de 77.700 de locuri de muncă." Și este în scădere de la 7% pentru estimarea BLS 2012-2022 și este mai scăzută de la 9% în estimarea BLS 2010-2020. "Astăzi, hardware-ul computerului este cumva egal cu ingineria electronică și computerizată (ECE) și a fost împărțit în multe subcategorii; cea mai semnificativă este încorporată proiectarea sistemului.

Inginerie software de calculator

Potrivit Biroului Statisticilor Muncii din SUA (BLS), „inginerii software de aplicații informatice și inginerii software de sisteme de calcul se preconizează a fi printre ocupațiile în creștere mai rapidă decât media”. șaptesprezece la sută și au existat în total 1.114.000 de locuri de muncă în același an. Aceasta este în scădere față de estimarea BLS din 2012 până în 2022 de 22% pentru dezvoltatorii de software. Și, mai jos de la estimarea BLS de 30% 2010-2020. În plus, îngrijorările tot mai mari cu privire la securitatea cibernetică se adaugă pentru a ridica ingineria software-ului computerizat peste rata medie de creștere pentru toate domeniile. Cu toate acestea, o parte din lucrări vor fi externalizate în țări străine. Datorită acestui fapt, creșterea locurilor de muncă nu va fi la fel de rapidă ca în ultimul deceniu, întrucât locurile de muncă care ar fi mers la inginerii de software pentru computer din Statele Unite ar merge în schimb la inginerii de software pentru computer din țări precum India. În plus, BLS Job Outlook for Computer Programmers, 2014–24 are un −8% (un declin, în cuvintele lor) și un Job Outlook, 2019-29 -9% (Declin) pentru cei care programează computere (adică sisteme încorporate) ) care nu sunt dezvoltatori de aplicații informatice. Mai mult, femeile din domeniile software au scăzut de-a lungul anilor chiar mai repede decât alte domenii de inginerie.

Licențierea și practica ingineriei informatice

Ingineria calculatoarelor este practicată în general în cadrul firmelor mai mari de dezvoltare a produselor și este posibil ca o astfel de practică să nu fie supusă licențierii. Cu toate acestea, consultanții independenți care promovează ingineria computerelor, la fel ca orice formă de inginerie, pot fi supuși legilor statului care restricționează practica inginerilor profesioniști numai la cei care au primit licența corespunzătoare. Consiliul Național al Examinatorilor pentru Inginerie și Topografie (NCEES) a oferit pentru prima dată un examen de principii și practică de inginerie pentru ingineria computerelor în 2003.

Zone de specialitate

Există multe domenii de specialitate în domeniul ingineriei computerizate.

Proiectarea procesorului

Procesul de proiectare a procesorului implică alegerea unui set de instrucțiuni și a unei anumite paradigme de execuție (de exemplu, VLIW sau RISC) și are ca rezultat o microarhitectură, care ar putea fi descrisă în ex. VHDL sau Verilog. Proiectarea procesorului este împărțită în proiectarea următoarelor componente: căi de date (cum ar fi ALU-uri și conducte), unitate de control: logică care controlează căile de date, componente de memorie precum fișiere de registre, cache, circuite de ceas precum drivere de ceas, PLL-uri, rețele de distribuție a ceasului , circuite de emisie-recepție pad, bibliotecă de celule de poartă logică care este utilizată pentru implementarea logicii.

Codificare, criptografie și protecție a informațiilor

Codul sursă scris în C lanugage de programare.

Inginerii în informatică lucrează în codificare, criptografie și protecția informațiilor pentru a dezvolta noi metode de protejare a diverselor informații, cum ar fi imaginile și muzica digitală, fragmentarea, încălcarea drepturilor de autor și alte forme de manipulare. Exemplele includ lucrul la comunicațiile fără fir, sistemele cu antene multiple, transmisia optică și filigranarea digitală .

Comunicații și rețele fără fir

Cei care se concentrează pe rețelele de comunicații și fără fir, progresele de lucru în sistemele și rețelele de telecomunicații (în special rețelele fără fir), modularea și codificarea controlului erorilor și teoria informației. Proiectarea rețelei de mare viteză , suprimarea și modularea interferențelor, proiectarea și analiza sistemului tolerant la defecțiuni , precum și schemele de stocare și transmisie fac parte din această specialitate.

Compilatoare și sisteme de operare

Windows 10, un exemplu de sistem de operare .

Această specialitate se concentrează pe proiectarea și dezvoltarea de compilatoare și sisteme de operare . Inginerii din acest domeniu dezvoltă o nouă arhitectură a sistemului de operare, tehnici de analiză a programelor și noi tehnici pentru a asigura calitatea. Exemple de lucru în acest domeniu includ dezvoltarea algoritmului de transformare a codului post-link-time și dezvoltarea de noi sisteme de operare.

Știință și inginerie computațională

Știința și ingineria computațională este o disciplină relativ nouă. Conform Sloan Career Cornerstone Center, persoanele care lucrează în acest domeniu, „metodele de calcul sunt aplicate pentru a formula și rezolva probleme matematice complexe în inginerie și științele fizice și sociale. Exemplele includ proiectarea aeronavelor, prelucrarea cu plasmă a caracteristicilor nanometrelor de pe oblele semiconductoare. , Proiectarea circuitului VLSI , sisteme de detectare radar, transportul ionilor prin canale biologice și multe altele ".

Rețele de calculatoare, calculatoare mobile și sisteme distribuite

În această specialitate, inginerii construiesc medii integrate pentru calcul, comunicații și acces la informații . Exemplele includ rețelele fără fir cu canale partajate, gestionarea adaptivă a resurselor în diferite sisteme și îmbunătățirea calității serviciilor în mediile mobile și ATM. Câteva alte exemple includ lucrul pe sisteme de rețea fără fir și sisteme rapide cu fir de cluster Ethernet.

Sisteme de calcul: arhitectură, procesare paralelă și fiabilitate

Un exemplu de procesor de calculator.

Inginerii care lucrează în sisteme informatice lucrează la proiecte de cercetare care permit sisteme de calcul fiabile, sigure și performante. Proiecte precum proiectarea procesoarelor pentru multi-threading și procesare paralelă sunt incluse în acest domeniu. Alte exemple de lucru în acest domeniu includ dezvoltarea de noi teorii, algoritmi și alte instrumente care adaugă performanță sistemelor informatice.

Arhitectura computerului include proiectarea CPU , aspectul ierarhiei cache , organizarea memoriei și echilibrarea încărcării .

Viziune computerizată și robotică

Un exemplu de robot umanoid .

În această specialitate, inginerii de computer se concentrează pe dezvoltarea tehnologiei de detectare vizuală pentru a simți un mediu, reprezentarea unui mediu și manipularea mediului. Informațiile tridimensionale colectate sunt apoi implementate pentru a efectua o varietate de sarcini. Acestea includ modelare umană îmbunătățită, comunicare de imagine și interfețe om-computer, precum și dispozitive precum camere speciale cu senzori de viziune versatili.

Sisteme integrate

Exemple de dispozitive care utilizează sisteme încorporate.

Persoanele care lucrează în acest domeniu proiectează tehnologia pentru a spori viteza, fiabilitatea și performanța sistemelor. Sistemele încorporate se găsesc în multe dispozitive, de la un radio FM mic la naveta spațială. Potrivit Centrului de carieră Sloan Cornerstone, dezvoltările în curs în sistemele încorporate includ „vehicule și echipamente automate pentru efectuarea căutării și salvării, sisteme de transport automatizate și coordonare om-robot pentru a repara echipamentele din spațiu”. Începând cu 2018, specializările de inginerie computerizată încorporate în computer includ proiectarea sistemelor pe cip , arhitectura de calcul de margine și internetul obiectelor .

Circuite integrate, proiectare, testare și CAD VLSI

Această specialitate în ingineria computerelor necesită cunoștințe adecvate despre electronică și sisteme electrice. Inginerii care lucrează în acest domeniu lucrează la îmbunătățirea vitezei, fiabilității și eficienței energetice a circuitelor și microsistemelor integrate la scară foarte mare ( VLSI ) de generația următoare . Un exemplu al acestei specialități este munca depusă pentru reducerea consumului de energie al algoritmilor și arhitecturii VLSI.

Procesarea semnalului, a imaginii și a vorbirii

Inginerii de computer din acest domeniu dezvoltă îmbunătățiri în interacțiunea om-computer, inclusiv recunoașterea și sinteza vorbirii , imagistica medicală și științifică sau sistemele de comunicații. Alte lucrări în acest domeniu includ dezvoltarea viziunii pe computer, cum ar fi recunoașterea trăsăturilor faciale umane .

Calcul cuantic

Vezi si

Domenii conexe

Asociațiile

Referințe

linkuri externe