Informatika - Computer engineering

Informatika
Foglalkozása
Nevek	Számítástechnikai mérnök
Foglalkozás típusa	Mérnöki
Tevékenységi szektorok	Informatika, technológiaipar, mérnöki ipar
Különlegesség	Hardverfejlesztés, szoftverfejlesztés, szoftverprogramozás, robotika, hálózatépítés
Leírás
Kompetenciák	Műszaki ismeretek, hardver tervezés, szoftver tervezés
A ; foglalkoztatás területei	Tudomány, technológia, mérnökség, ipar, számítógép, feltárás

A számítástechnika ( CoE vagy CpE ) a mérnöki ág, amely integrálja a számítástechnika és az elektronika több területét, amelyek szükségesek a számítógépes hardver és szoftver fejlesztéséhez . A számítástechnikai mérnökök rendszerint elektronikus mérnöki (vagy villamosmérnöki ), szoftvertervezési és hardver-szoftverintegrációs képzésben részesülnek, nem csak szoftver- vagy elektronikai mérnöki tevékenységben. A számítástechnikai mérnökök a számítástechnika számos hardver és szoftver vonatkozásában részt vesznek, az egyedi mikrokontrollerek , mikroprocesszorok , személyi számítógépek és szuperszámítógépek tervezésétől az áramkörök tervezéséig . Ez a mérnöki terület nemcsak a számítógépes rendszerek működésére összpontosít, hanem arra is, hogyan integrálódnak a nagyobb képbe.

A számítógépes mérnököket érintő szokásos feladatok közé tartozik a szoftver és firmware írása a beágyazott mikrokontrollerekhez , a VLSI chipek tervezése, az analóg érzékelők tervezése, a vegyes jelű áramköri lapok tervezése és az operációs rendszerek tervezése . A számítógépes mérnökök alkalmasak a robotikai kutatásokra is, amelyek nagymértékben támaszkodnak a digitális rendszerek használatára az elektromos rendszerek, például a motorok , a kommunikáció és az érzékelők vezérlésére és felügyeletére .

Számos felsőoktatási intézményben a számítástechnikai hallgatók megengedik maguknak, hogy az alsó és felső tagozatukban mélyreható tanulási területeket válasszanak, mivel a számítógépek tervezésében és alkalmazásában használt ismeretek teljes terjedelme meghaladja az egyetemi diploma kereteit . Más intézmények megkövetelhetik, hogy a mérnöki hallgatók egy vagy két éves általános mérnöki tanulmányokat végezzenek, mielőtt a számítógépes mérnöki tevékenységet elsődleges céljuknak nyilvánítják.

Ez a személyi számítógépben használt számítógépes alaplap számítástechnikai erőfeszítések eredménye.

Történelem

A Difference Engine , az első mechanikus számítógép.

Az ENIAC , az első elektronikus számítógép.

A számítástechnika 1939 -ben kezdődött, amikor John Vincent Atanasoff és Clifford Berry elkezdték fejleszteni a világ első elektronikus digitális számítógépét a fizika , a matematika és az elektrotechnika segítségével . John Vincent Atanasoff egykor fizika- és matematikatanár volt az Iowai Állami Egyetemen , Clifford Berry pedig korábban végzett villamosmérnöki és fizika szakon. Együtt alkották meg az Atanasoff-Berry számítógépet , más néven ABC-t, amelynek elkészítése 5 évet vett igénybe. Míg az eredeti ABC -t a 1940 -es években szétszerelték és eldobták, tisztelegtek a néhai feltalálók előtt, az ABC másolata 1997 -ben készült, ahol négy év és 350 000 dollár kellett egy kutató- és mérnökcsapat felépítéséhez.

A modern személyi számítógép az 1970 -es években jelent meg, a félvezető -technológia számos áttörése után . Ezek közé tartozik az első A megmunkálási tranzisztor által Shockley , Bardeen és Brattain a Bell Labs 1947-ben, a szilícium felülete passziválási folyamat (via termikus oxidáció ) által Mohamed Atalla a Bell Labs 1957-ben, a monolitikus integrált áramköri chip által Robert Noyce a Fairchild Félvezető 1959-ben, Mohamed Atalla és Dawon Kahng, a Bell Labs-ban 1959 - ben a fém-oxid-félvezető mezőhatású tranzisztor (MOSFET vagy MOS tranzisztor) , valamint Federico Faggin , Marcian Hoff , az egy chipes mikroprocesszor ( Intel 4004 ) , Masatoshi Shima és Stanley Mazor az Intelnél 1971 -ben.

A számítástechnikai oktatás története

Az első számítógépes mérnöki szak az Egyesült Államokban 1971-ben alakult meg Case Western Reserve University in Cleveland , Ohio . 2015 -ig 250 ABET -akkreditált számítástechnikai program volt az Egyesült Államokban. Európában a számítógépes mérnöki iskolák akkreditációját az EQANIE hálózat részét képező ügynökségek végzik . A növekvő munkaköri követelmények miatt azoknak a mérnököknek, akik egyidejűleg tervezhetnek hardvert, szoftvert , firmware -t és kezelhetnek minden, az iparban használt számítógépes rendszert, egyes felsőoktatási intézmények világszerte felajánlják a főiskolai diplomát, amelyet általában számítógépes mérnöknek neveznek. Mind a számítástechnikai, mind az elektronikai mérnöki programok tartalmazzák az analóg és a digitális áramkörök tervezését a tantervükben. A legtöbb mérnöki tudományághoz hasonlóan a matematika és a természettudomány alapos ismerete szükséges a számítógépes mérnökök számára.

Oktatás

A számítástechnikát egyes egyetemeken számítástechnikának és mérnökségnek nevezik . A legtöbb belépő szintű számítástechnikai munka legalább alapfokú számítástechnikai (vagy számítástechnikai és mérnöki) végzettséget igényel. Általában meg kell tanulni egy sor matematikát, például a számítást , az algebrát és a trigonometriát, valamint néhány informatikai órát. Néha az elektronikai mérnöki diplomát elfogadják a két terület hasonlósága miatt. Mivel a hardvermérnökök általában számítógépes szoftverrendszerekkel dolgoznak, szükség van a számítógépes programozás erős hátterére. A BLS szerint "a számítástechnikai szak hasonló az elektrotechnikához, de néhány informatikai tanfolyamot hozzáadnak a tananyaghoz". Egyes nagy cégek vagy speciális munkák mesterképzést igényelnek.

A számítógép -mérnökök számára is fontos, hogy lépést tartsanak a technológia gyors fejlődésével. Ezért sokan tovább tanulnak pályafutásuk során. Ez hasznos lehet, különösen akkor, ha új készségek elsajátításáról vagy a meglévők fejlesztéséről van szó. Például, mivel a hiba javításának relatív költségei tovább nőnek a szoftverfejlesztési ciklus során, nagyobb költségmegtakarítás érhető el a minőségi kód mielőbbi fejlesztése és tesztelése miatt, különösen a kiadás előtt.

Szakma: Számítógépmérnök

A számítástechnikai szakmával rendelkező személyt számítógépmérnöknek nevezik.

Cím	Előtag	Utótag	Követelmények
Számítástechnikai mérnök	Engr.	CpE	Számítógépmérnöki diplomát szerzett Intézmény: Oktatási intézmény (például főiskola, egyetem)
Okleveles számítógépmérnök	Engr.	CCpE	Sikeres vizsgát tett számítógépmérnöki szakon Intézmény: Magánintézmény (például számítógépes mérnöki szervezetek és magáncégek)
Regisztrált számítógépes mérnök	Engr.	RCpE	Számítástechnikai engedélyezési vizsgát tett Intézmény: közintézmény (például az ország szabályozó testülete)
Professzionális számítógépes mérnök	Engr.	PCpE	Számítógépes mérnöki szakmai vizsgát tett, vagy munkatapasztalatot szerzett Intézmény: állami vagy magánintézmény
*régiónként és országonként eltérő lehet.

Alkalmazások és gyakorlat

A számítástechnika területén két fő fókusz van: hardver és szoftver.

Számítógép hardver mérnöki

A BLS , a Job Outlook foglalkoztatása a számítógépes hardvermérnökök szerint, a várható tízéves növekedés 2019-től 2029-ig a számítógép-hardver mérnöki tevékenységben becsült 2% és összesen 71 100 munkahely volt. ("Az átlagosnál lassabb" saját szavaikkal, összehasonlítva más foglalkozásokkal.) ". Ez a 2014 -es és 2024 -es BLS számítástechnikai hardver mérnöki becslés 3% -os csökkenése és összesen 77 700 munkahely." És 7% -ról a 2012 -től 2022 -ig terjedő BLS -becslés, és tovább csökken a BLS 2010 -ről a 2020 -ra vonatkozó 9% -ról. "Ma a számítógépes hardver valahogy egyenlő az elektronikus és számítástechnikai (ECE) rendszerrel, és számos alkategóriára osztották; a legjelentősebb a beágyazott rendszer tervezése.

Számítógépes szoftverfejlesztés

Az amerikai munkaügyi statisztikai hivatal (BLS) szerint "a számítógépes alkalmazások szoftvermérnökei és a számítógépes rendszer szoftvermérnökei az előrejelzések szerint az átlagosnál gyorsabban növekvő foglalkozások közé tartoznak". tizenhét százalék, és ugyanebben az évben összesen 1 114 000 munkahely volt. Ez a 2012 -től 2022 -ig terjedő, 22% -os BLS -becslés szerint csökkent a szoftverfejlesztők számára. És tovább a 2010 -es 30% -os 2020 -as BLS becsléshez képest. Ezenkívül a kiberbiztonsággal kapcsolatos növekvő aggodalmak összességében a számítógépes szoftverek tervezését magasan az összes területen tapasztalható átlagos növekedési ütem fölé helyezik. A munka egy részét azonban külföldön szerzik ki. Emiatt a munkahelyek növekedése nem lesz olyan gyors, mint az elmúlt évtizedben, mivel azok a munkák, amelyek az Egyesült Államok számítógépes szoftvermérnökeihez kerültek volna, ehelyett olyan országok számítógépes szoftvermérnökeihez kerülnek, mint India. Ezenkívül a BLS Job Outlook for Computer Programmers, 2014–24 -8% -kal (csökkenés, szavukkal) és egy Job Outlook -mal rendelkezik, 2019-29 -9% -kal (csökkenés) azok számára, akik számítógépeket (azaz beágyazott rendszereket) programoznak ), akik nem számítógépes alkalmazásfejlesztők. Ezenkívül a nők a szoftverek területén még gyorsabban csökkentek, mint más mérnöki területek.

Számítástechnikai engedélyezés és gyakorlat

A számítástechnikai mérnöki tevékenységet általában nagyobb termékfejlesztő cégeken belül végzik, és az ilyen gyakorlatok nem lehetnek engedélykötelesek. Mindazonáltal a számítógépes mérnököket hirdető független tanácsadókra - akárcsak a mérnöki tevékenység minden formájára - vonatkozhatnak olyan állami törvények, amelyek a professzionális mérnöki gyakorlatot csak azokra korlátozzák , akik megkapták a megfelelő engedélyt. A Nemzeti Mérnöki Vizsgáztatók Tanácsa (NCEES) először 2003 -ban ajánlotta fel a mérnöki vizsga alapelveit és gyakorlatát a számítástechnika területén.

Speciális területek

Számos speciális terület van a számítástechnika területén.

A processzor tervezése

A processzor tervezési folyamata magában foglal egy utasításkészlet és egy bizonyos végrehajtási paradigma (pl. VLIW vagy RISC) kiválasztását, és egy mikroarchitektúrát eredményez, amelyet például a VHDL vagy a Verilog ismertet. A CPU tervezése a következő komponensek tervezésére oszlik: adatútvonalak (például ALU -k és csővezetékek), vezérlőegység: az adatútvonalakat vezérlő logika, memóriakomponensek, például regiszterfájlok, gyorsítótárak, óraáramkörök, például óraillesztők, PLL -k, óraelosztó hálózatok , pad adó -vevő áramkör, logikai kapu cellakönyvtár, amely a logika megvalósítására szolgál.

Kódolás, titkosítás és információvédelem

Forráskód írva a C programozási lanugage.

A számítástechnikai mérnökök a kódolás, a kriptográfia és az információvédelem területén dolgoznak, hogy új módszereket dolgozzanak ki a különféle információk, például a digitális képek és zene, a töredezettség, a szerzői jogok megsértése és a hamisítás egyéb formái védelmére. Ilyen például a vezeték nélküli kommunikáció, a többantennás rendszerek, az optikai átvitel és a digitális vízjelzés .

Kommunikáció és vezeték nélküli hálózatok

Azok, amelyek a kommunikációra és a vezeték nélküli hálózatokra összpontosítanak, a távközlési rendszerek és hálózatok (különösen a vezeték nélküli hálózatok), a moduláció és a hibakontroll kódolás, valamint az információelmélet területén elért eredmények. A nagysebességű hálózattervezés , az interferencia elnyelés és moduláció, a hibatűrő rendszer tervezése és elemzése , valamint a tárolási és átviteli sémák mind ennek a különlegességnek a részét képezik.

Fordítók és operációs rendszerek

Windows 10, egy példa az operációs rendszerre .

Ez a specialitás a fordítókra és az operációs rendszerek tervezésére és fejlesztésére összpontosít. Ezen a területen a mérnökök új operációs rendszer -architektúrát, program -elemzési technikákat és új technikákat dolgoznak ki a minőség biztosítása érdekében. Az ezen a területen végzett munkák közé tartozik a link utáni kód-transzformációs algoritmus fejlesztése és az új operációs rendszer fejlesztése.

Számítástechnika és mérnöki tudomány

A számítástechnika és a mérnöki tudomány viszonylag új tudományág. A Sloan Career Cornerstone Center szerint az ezen a területen dolgozó személyek szerint "számítási módszereket alkalmaznak a mérnöki, valamint a fizikai és társadalomtudományi komplex matematikai problémák megfogalmazására és megoldására. Ilyen például a repülőgép -tervezés, a félvezető lapkák nanométereinek plazmafeldolgozása. , VLSI áramkörök tervezése, radarérzékelő rendszerek, ionszállítás biológiai csatornákon keresztül és még sok más. "

Számítógépes hálózatok, mobil számítástechnika és elosztott rendszerek

E szakterületen a mérnökök integrált környezeteket építenek fel a számítástechnika, a kommunikáció és az információk elérése érdekében . Ilyen például a megosztott csatornás vezeték nélküli hálózatok, az adaptív erőforrás-kezelés különböző rendszerekben, valamint a szolgáltatás minőségének javítása mobil és ATM környezetekben. Néhány más példa a vezeték nélküli hálózati rendszereken és a gyors Ethernet fürtös vezetékes rendszereken végzett munka.

Számítógépes rendszerek: architektúra, párhuzamos feldolgozás és megbízhatóság

Példa a számítógép CPU -jára.

A számítógépes rendszerekben dolgozó mérnökök olyan kutatási projekteken dolgoznak, amelyek megbízható, biztonságos és nagy teljesítményű számítógépes rendszereket tesznek lehetővé. Ebbe a mezőbe olyan projektek tartoznak, mint a processzorok tervezése többszálú és párhuzamos feldolgozásra. Az ezen a területen végzett munka további példái közé tartozik az új elméletek, algoritmusok és más eszközök fejlesztése, amelyek teljesítményt nyújtanak a számítógépes rendszerek számára.

A számítógépes architektúra magában foglalja a CPU tervezést , a gyorsítótár hierarchia elrendezését, a memória szervezését és a terheléselosztást .

Számítógépes látás és robotika

Példa egy humanoid robotra.

E szakterületen a számítástechnikai mérnökök a környezet érzékelésére szolgáló vizuális érzékelő technológia kifejlesztésére , a környezet ábrázolására és a környezet manipulálására összpontosítanak . Az összegyűjtött háromdimenziós információkat ezután különféle feladatok elvégzésére hajtják végre. Ezek közé tartozik a továbbfejlesztett emberi modellezés, a képkommunikáció és az ember-számítógép interfészek, valamint az olyan eszközök, mint a sokoldalú látásérzékelőkkel rendelkező speciális célú kamerák.

Beágyazott rendszerek

Példák a beágyazott rendszereket használó eszközökre.

Az ezen a területen dolgozó személyek olyan technológiát terveznek, amely növeli a rendszerek sebességét, megbízhatóságát és teljesítményét. A beágyazott rendszerek számos eszközben megtalálhatók, egy kis FM rádiótól az űrsiklóig. A Sloan Cornerstone Karrier Központ szerint a beágyazott rendszerek folyamatban lévő fejlesztései közé tartozik "a keresés és mentés elvégzésére szolgáló automatizált járművek és berendezések, az automatizált szállítási rendszerek és az ember-robot koordináció a berendezések javítása érdekében az űrben". 2018-tól a számítógépbe ágyazott számítástechnikai szakterületek közé tartozik a chip-alapú tervezés, az élszámítástechnika architektúrája és a dolgok internete .

Integrált áramkörök, VLSI tervezés, tesztelés és CAD

A számítástechnika ezen szakterülete megfelelő ismereteket igényel az elektronikától és az elektromos rendszerektől. Az ezen a területen dolgozó mérnökök azon dolgoznak, hogy növeljék a következő generációs nagyon nagy méretű integrált ( VLSI ) áramkörök és mikrorendszerek sebességét, megbízhatóságát és energiahatékonyságát . Erre a különlegességre példa a VLSI algoritmusok és architektúra energiafogyasztásának csökkentésén végzett munka.

Jel-, kép- és beszédfeldolgozás

Ezen a területen a számítógép-mérnökök fejlesztéseket fejlesztenek ki az ember-számítógép interakcióban, beleértve a beszédfelismerést és szintézist, az orvosi és tudományos képalkotást vagy a kommunikációs rendszereket. Ezen a területen egyéb munkák közé tartozik a számítógépes látás fejlesztése, például az emberi arcvonások felismerése .

Languages

In other projects