Компьютерная инженерия
Страница защищена ожидающими изменениями
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

«Аппаратная инженерия» перенаправляется сюда. Для разработки других типов оборудования см. Машиностроение . Для инженерных электрических систем см. Электротехника .
Компьютерная инженерия
Занятие
ИменаКомпьютерный инженер
Род занятийИнжиниринг
Сферы деятельностиИнформационные технологии, технологическая промышленность, машиностроение
СпециальностьАппаратная инженерия, разработка программного обеспечения, программирование программного обеспечения, робототехника, сети
Описание
КомпетенцииТехнические знания, аппаратный дизайн, программный дизайн
Сферы занятостиНаука, технологии, инженерия, промышленность, компьютер, разведка

Компьютерная инженерия ( CoE или CpE ) — это отрасль электротехники , объединяющая несколько областей информатики и электронной инженерии , необходимых для разработки компьютерного оборудования и программного обеспечения . [1] Компьютерные инженеры обычно имеют подготовку в области электронной инженерии , разработки программного обеспечения и интеграции аппаратного и программного обеспечения, а не только разработки программного обеспечения или электронной инженерии. Компьютерные инженеры участвуют во многих аппаратных и программных аспектах вычислений , от проектирования отдельныхмикроконтроллеры , микропроцессоры , персональные компьютеры и суперкомпьютеры , для проектирования схем . Эта область техники фокусируется не только на том, как работают сами компьютерные системы, но и на том, как они интегрируются в общую картину. [2] Роботы являются одним из приложений вычислительной техники.

Обычные задачи компьютерных инженеров включают в себя написание программного обеспечения и прошивки для встраиваемых микроконтроллеров , проектирование микросхем СБИС , проектирование аналоговых датчиков , проектирование печатных плат со смешанными сигналами и проектирование операционных систем . Компьютерные инженеры также подходят для исследований в области робототехники , которые в значительной степени зависят от использования цифровых систем для управления и мониторинга электрических систем , таких как двигатели , средства связи и датчики .

Во многих высших учебных заведениях студентам, изучающим компьютерную инженерию, разрешается выбирать области углубленного изучения на младшем и старшем курсах, потому что вся широта знаний, используемых при проектировании и применении компьютеров, выходит за рамки степени бакалавра . Другие учреждения могут потребовать, чтобы студенты -инженеры закончили один или два года общего инженерного дела , прежде чем объявить компьютерную инженерию своим основным направлением. [3] [4] [5] [6]

Эта компьютерная материнская плата , используемая в персональном компьютере , является результатом усилий компьютерной инженерии.

История

Разностная машина , первый механический компьютер.
ЭНИАК , первый электронный компьютер.

Компьютерная инженерия началась в 1939 году, когда Джон Винсент Атанасов и Клиффорд Берри начали разработку первого в мире электронного цифрового компьютера с помощью физики , математики и электротехники . Джон Винсент Атанасов когда-то был учителем физики и математики в Университете штата Айова, а Клиффорд Берри был выпускником факультета электротехники и физики. Вместе они создали компьютер Атанасова-Берри , также известный как ABC, на создание которого ушло 5 лет. [7]В то время как первоначальный ABC был разобран и выброшен в 1940-х годах, дань уважения покойным изобретателям была воздана, в 1997 году была сделана копия ABC, на создание которой группе исследователей и инженеров потребовалось четыре года и 350 000 долларов. [8]

Современный персональный компьютер появился в 1970-х годах после нескольких прорывов в полупроводниковой технологии. К ним относятся первый работающий транзистор Уильяма Шокли , Джона Бардина и Уолтера Браттейна в Bell Labs в 1947 году, [ 9] планарный процесс Жана Хорни , [10] [11] монолитная микросхема интегральной схемы Роберта Нойса в Fairchild Semiconductor в 1959 году, [12] полевой транзистор металл-оксид-полупроводник(MOSFET, или МОП-транзистор) Мохамеда Аталлы и Давона Канга в Bell Labs в 1959 году, [13] [14] [15] и однокристального микропроцессора ( Intel 4004 ) Федерико Фаггина , Марсиана Хоффа , Масатоши Шимы и Стэнли Мазора в Intel в 1971 г. [16]

История компьютерного инженерного образования

Первая программа компьютерной инженерии в Соединенных Штатах была создана в 1971 году в Университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде , штат Огайо . [17] По состоянию на 2015 год в США было 250 программ компьютерной инженерии, аккредитованных ABET. [ 18] В Европе аккредитация школ компьютерной инженерии осуществляется различными агентствами, входящими в сеть EQANIE . В связи с растущими требованиями к работе для инженеров, которые могут одновременно проектировать аппаратное обеспечение, программное обеспечение , микропрограммы и управлять всеми формами компьютерных систем, используемых в промышленности, некоторые высшие учебные заведения по всему миру предлагают степень бакалавра.обычно называется вычислительной техникой. Программы компьютерной инженерии и электронной инженерии включают в свою учебную программу проектирование аналоговых и цифровых схем. Как и в случае с большинством инженерных дисциплин, инженерам-компьютерщикам необходимо хорошо знать математику и естественные науки.

Образование

Компьютерная инженерия в некоторых университетах называется информатикой и инженерией . Для большинства вакансий начального уровня в области компьютерной инженерии требуется как минимум степень бакалавра в области компьютерной инженерии (или компьютерных наук и инженерии). Как правило, необходимо изучить ряд математических дисциплин, таких как исчисление , алгебра и тригонометрия , а также некоторые классы информатики . [ нужна ссылка ] Степени в области электроники или электротехникитакже достаточно из-за сходства двух полей. Поскольку инженеры по аппаратному обеспечению обычно работают с компьютерными программными системами, необходим хороший опыт в области компьютерного программирования. Согласно BLS, «специальность по компьютерной инженерии аналогична электротехнике, но с некоторыми курсами информатики, добавленными в учебную программу». [19] Некоторые крупные фирмы или специализированные рабочие места требуют степени магистра.

Для компьютерных инженеров также важно идти в ногу с быстрым развитием технологий. Поэтому многие продолжают учиться на протяжении всей своей карьеры. Это может быть полезно, особенно когда речь идет об изучении новых навыков или улучшении существующих. Например, поскольку относительная стоимость исправления ошибки увеличивается по мере ее продвижения в цикле разработки программного обеспечения, может быть большая экономия средств, связанная с разработкой и тестированием качественного кода как можно скорее в процессе, особенно перед выпуском. [20]

Профессия: Компьютерный инженер

Человек с профессией в области вычислительной техники называется компьютерным инженером.

ЗаголовокПрефиксСуффиксТребования
Компьютерный инженеринж.CpEПолучил степень в области компьютерной инженерии

Учреждение: Образовательное учреждение (например, колледж, университет)

Сертифицированный компьютерный инженеринж.CCpEСдал сертификационный экзамен по компьютерной инженерии

Учреждение: частное учреждение (например, организации компьютерной инженерии и частные компании)

Зарегистрированный компьютерный инженеринж.RCpEСдал лицензионный экзамен по компьютерной инженерии

Учреждение: Государственное учреждение (например, Регулирующий совет страны)

Профессиональный компьютерный инженеринж.PCpEСданный профессиональный экзамен по компьютерной инженерии или опыт работы

Учреждение: государственное или частное учреждение

*Может варьироваться в зависимости от региона и страны.

Приложения и практика

В компьютерной инженерии есть два основных направления: аппаратное и программное обеспечение.

Инженерия компьютерного оборудования

Основная статья: Архитектор оборудования

Согласно BLS , Job Outlook для инженеров по компьютерному оборудованию, ожидаемый десятилетний рост с 2019 по 2029 год для инженеров по компьютерному оборудованию оценивается на 2% и в общей сложности на 71 100 рабочих мест. (« Медленнее , чем в среднем», по их собственным словам , по сравнению с другими профессиями)» . снижается с 7% в оценке BLS с 2012 по 2022 год [21] и еще больше снижается с 9% в оценке BLS с 2010 по 2020 год [ 21 ] .к электронной и вычислительной технике (ECE) и был разделен на множество подкатегорий; наиболее важным [ нужна ссылка ] является проектирование встроенных систем. [19]

Разработка компьютерного программного обеспечения

По данным Бюро статистики труда США (BLS), «инженеры-программисты компьютерных приложений и инженеры-программисты компьютерных систем, по прогнозам, будут среди профессий, которые растут быстрее, чем в среднем». семнадцать процентов, и в том же году было создано 1 114 000 рабочих мест. [22] Это ниже оценки BLS с 2012 по 2022 год, которая составляла 22% для разработчиков программного обеспечения. [23] [22] И еще ниже по сравнению с 30% оценкой BLS с 2010 по 2020 год. [24]Кроме того, растущие опасения по поводу кибербезопасности в сумме приводят к тому, что разработка компьютерного программного обеспечения намного превышает средний уровень роста для всех областей. Однако часть работы будет передана на аутсорсинг в зарубежные страны. [25] Из-за этого рост рабочих мест не будет таким быстрым, как в последнее десятилетие, поскольку рабочие места, которые должны были достаться инженерам по компьютерному программному обеспечению в Соединенных Штатах, вместо этого перейдут к инженерам по компьютерному программному обеспечению в таких странах, как Индия. [26] Кроме того, прогноз вакансий BLS для программистов на 2014–2024 гг. имеет -8% (снижение, по их словам) [26] , а прогноз вакансий на 2019-29 гг. -9% (снижение) [27] для тех, кто программирует компьютеры (т.е. встроенные системы), но не является разработчиком компьютерных приложений. [28] [29]Кроме того, количество женщин в области программного обеспечения сокращается с годами даже быстрее, чем в других областях техники. [30]

Лицензирование и практика компьютерной инженерии

Компьютерная инженерия обычно практикуется в более крупных фирмах по разработке продуктов, и такая практика может не подлежать лицензированию. [31] [32] Тем не менее, независимые консультанты, которые рекламируют компьютерную инженерию, как и любую другую форму инженерии, могут подпадать под действие законов штата, которые ограничивают профессиональную инженерную деятельность только теми, кто получил соответствующую лицензию. [33] [34] Национальный совет экспертов по инженерии и геодезии (NCEES) впервые предложил принципы и практику инженерной экспертизы для компьютерной инженерии [35] в 2003 году.

Специализированные области

В области вычислительной техники существует множество специальностей.

Дизайн процессора

Основная статья: Дизайн процессора

Процесс проектирования процессора включает в себя выбор набора инструкций и определенной парадигмы выполнения (например, VLIW или RISC) и приводит к созданию микроархитектуры, которая может быть описана, например, на VHDL или Verilog. Конструкция ЦП делится на конструкцию следующих компонентов: пути данных (такие как ALU и конвейеры), блок управления: логика, которая управляет путями данных, компоненты памяти, такие как регистровые файлы, кэши, схемы часов, такие как драйверы часов, PLL, сети распределения часов. , схема приемопередатчика площадки, библиотека ячеек логических вентилей, которая используется для реализации логики.

Кодирование, криптография и защита информации

Основная статья: Информационная безопасность
Исходный код написан на языке программирования C.

Компьютерные инженеры работают в области кодирования, криптографии и защиты информации, чтобы разработать новые методы защиты различной информации, такой как цифровые изображения и музыка, фрагментация, нарушение авторских прав и другие формы подделки. Примеры включают работу над беспроводной связью, системами с несколькими антеннами, оптической передачей и цифровыми водяными знаками . [36]

Связь и беспроводные сети

Основные статьи: Сети связи и беспроводная сеть

Те, кто занимается коммуникациями и беспроводными сетями, работают над развитием телекоммуникационных систем и сетей (особенно беспроводных сетей), модуляцией и кодированием с контролем ошибок, а также теорией информации. Проектирование высокоскоростных сетей , подавление помех и модуляция, проектирование и анализ отказоустойчивых систем , а также схемы хранения и передачи являются частью этой специальности. [36]

Компиляторы и операционные системы

Основные статьи: Компилятор и операционная система
Windows 10, пример операционной системы .

Эта специальность фокусируется на компиляторах и проектировании и разработке операционных систем . Инженеры в этой области разрабатывают новую архитектуру операционной системы, методы анализа программ и новые методы для обеспечения качества. Примеры работы в этой области включают разработку алгоритма преобразования кода после компоновки и разработку новой операционной системы. [36]

Вычислительная наука и инженерия

Основная статья: Вычислительная наука и инженерия

Вычислительная наука и инженерия — относительно новая дисциплина. По данным Sloan Career Cornerstone Center, лица, работающие в этой области, «вычислительные методы применяются для формулирования и решения сложных математических задач в инженерии, физических и социальных науках. Примеры включают проектирование самолетов, плазменную обработку нанометровых элементов на полупроводниковых пластинах. , схемотехника СБИС , системы обнаружения радаров, транспорт ионов по биологическим каналам и многое другое». [36]

Компьютерные сети, мобильные вычисления и распределенные системы

Основные статьи: компьютерная сеть , мобильные вычисления и распределенные вычисления .

По этой специальности инженеры создают интегрированные среды для вычислений, связи и доступа к информации . Примеры включают беспроводные сети с общим каналом, адаптивное управление ресурсами в различных системах и улучшение качества обслуживания в мобильных средах и средах ATM. Некоторые другие примеры включают работу с беспроводными сетевыми системами и проводными системами кластера Fast Ethernet. [36]

Компьютерные системы: архитектура, параллельная обработка и надежность

Основные статьи: Архитектура компьютера , Параллельные вычисления и Надежность .
Пример процессора компьютера.

Инженеры, работающие в области компьютерных систем, работают над исследовательскими проектами, которые позволяют создавать надежные, безопасные и высокопроизводительные компьютерные системы. В эту область включены такие проекты, как разработка процессоров для многопоточности и параллельной обработки. Другие примеры работы в этой области включают разработку новых теорий, алгоритмов и других инструментов, повышающих производительность компьютерных систем. [36]

Архитектура компьютера включает в себя структуру ЦП , структуру иерархии кэш - памяти, организацию памяти и балансировку нагрузки .

Компьютерное зрение и робототехника

Основные статьи: Компьютерное зрение и робототехника
Пример человекоподобного робота.

В этой специальности инженеры-компьютерщики сосредоточены на разработке технологий визуального восприятия для восприятия окружающей среды, представления окружающей среды и манипулирования окружающей средой. Затем собранная трехмерная информация используется для выполнения различных задач. К ним относятся улучшенное моделирование человека, передача изображений и интерфейсы человек-компьютер, а также такие устройства, как камеры специального назначения с универсальными датчиками зрения. [36]

Встроенные системы

Примеры устройств, использующих встроенные системы.
Основная статья: Встроенные системы

Люди, работающие в этой области, разрабатывают технологии для повышения скорости, надежности и производительности систем. Встроенные системы можно найти во многих устройствах, от небольшого FM-радио до космического корабля. По данным Sloan Cornerstone Career Center, текущие разработки в области встроенных систем включают «автоматизированные транспортные средства и оборудование для проведения поисково-спасательных операций, автоматизированные транспортные системы и координацию действий человека и робота для ремонта оборудования в космосе». [36] По состоянию на 2018 год специализации компьютерных встроенных систем включают проектирование систем на кристалле , архитектуру граничных вычислений и Интернет вещей .

Интегральные схемы, проектирование СБИС, тестирование и САПР

Основные статьи: Интегральная схема и сверхкрупномасштабная интеграция

Эта специальность компьютерной инженерии требует адекватных знаний в области электроники и электрических систем. Инженеры, работающие в этой области, работают над повышением скорости, надежности и энергоэффективности крупномасштабных интегральных ( СБИС ) схем и микросистем следующего поколения. Примером этой специальности является работа по снижению энергопотребления алгоритмов и архитектуры СБИС. [36]

Обработка сигналов, изображений и речи

Основные статьи: обработка сигналов , обработка изображений и обработка речи .

Компьютерные инженеры в этой области разрабатывают улучшения взаимодействия человека с компьютером, включая распознавание и синтез речи, медицинские и научные изображения или системы связи. Другая работа в этой области включает в себя развитие компьютерного зрения, например, распознавание черт лица человека . [36]

Квантовые вычисления

Основная статья: Квантовые вычисления

Смотрите также

Связанные поля

  • Электротехника
  • Электронная инженерия
  • Информатика
  • Компьютерное программирование
  • Разработка программного обеспечения
  • Компьютерная сеть
  • Электротехника и электроника

Ассоциации

  • Ассоциация компьютерных инженеров и техников
  • Компьютерное общество IEEE
  • Ассоциация вычислительной техники

использованная литература

  1. ^ Компьютерное общество IEEE ; ACM (12 декабря 2004 г.). Вычислительная инженерия 2004: Руководящие принципы учебной программы для программ бакалавриата в области компьютерной инженерии (PDF) . п. III . Проверено 17 декабря 2012 г. Компьютерная системная инженерия традиционно рассматривалась как сочетание электронной инженерии (EE) и компьютерных наук (CS).
  2. ^ Тринити-колледж Дублина. «Что такое компьютерная системная инженерия» . Проверено 21 апреля 2006 г., «Компьютерным инженерам нужно не только понимать, как работают сами компьютерные системы, но и то, как они интегрируются в общую картину. Рассмотрим автомобиль. Современный автомобиль содержит множество отдельных компьютерных систем для управления такими вещами, как синхронизация двигателя, тормоза и Подушки безопасности Чтобы иметь возможность спроектировать и реализовать такой автомобиль, компьютерному инженеру необходимо широкое теоретическое понимание всех этих различных подсистем и того, как они взаимодействуют.
  3. Викискладе есть медиафайлы по теме @ Клемсон . Университет Клемсона . Проверено 20 сентября 2011 г.
  4. ^ «Объявление инженерного колледжа майора» . Университет Арканзаса. Архивировано из оригинала 12 октября 2014 года . Проверено 20 сентября 2011 г.
  5. ^ «Требования к получению степени» . Университет Карнеги Меллон . Проверено 20 сентября 2011 г.
  6. ^ "Programas de Materias" (на испанском языке). Католический университет Аргентины.
  7. Викискладе есть медиафайлы по теме Джона Винсента Атанасова . www.columbia.edu . Проверено 5 декабря 2017 г. .
  8. ^ «Точная копия первого электронного цифрового компьютера штата Айова отправляется в Музей истории компьютеров - Служба новостей - Университет штата Айова» . www.news.iastate.edu . Проверено 5 декабря 2017 г. .
  9. ^ «1947: Изобретение точечного транзистора» . Кремниевый двигатель . Музей компьютерной истории . Проверено 9 октября 2019 г. .
  10. ^ Лоек, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media . стр. 120 и 321–323. ISBN 9783540342588.
  11. ^ Бассет, Росс Нокс (2007). В эпоху цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и развитие технологии MOS . Издательство Университета Джона Хопкинса . п. 46. ​​ИСБН 9780801886393.
  12. ^ Саксена, Арджун Н. (2009). Изобретение интегральных схем: невыразимые важные факты . Всемирная научная . п. 140. ISBN 9789812814456.
  13. ^ «1960 - Продемонстрирован металлооксидно-полупроводниковый (МОП) транзистор» . Кремниевый двигатель . Музей компьютерной истории .
  14. ^ "Кто изобрел транзистор?" . Музей компьютерной истории . 4 декабря 2013 г. . Проверено 20 июля 2019 г. .
  15. ^ "Триумф МОП-транзистора" . Ютуб . Музей компьютерной истории . 6 августа 2010 года. Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 года . Проверено 21 июля 2019 г. .
  16. ^ «1971: Микропроцессор интегрирует функции ЦП в один чип» . Музей компьютерной истории . Проверено 22 июля 2019 г. .
  17. Викискладе есть медиафайлы по теме истории . Engineering.case.edu . Инженерная школа Кейс. 5 января 2017 г.
  18. ^ «Найдите программу, аккредитованную ABET | ABET» . main.abet.org . Проверено 29 ноября 2015 г. .
  19. ^ a b "Инженеры по компьютерному оборудованию" . Бюро трудовой статистики. 8 января 2014 г. . Проверено 20 июля 2012 г.
  20. ^ "Feabhas_Infographic_FINAL" (PDF) . феабхас . Феабхас.
  21. ^ a b c d «Инженеры по компьютерному оборудованию: Справочник по профессиональным перспективам» . Бюро трудовой статистики США.
  22. ^ a b «Разработчики программного обеспечения: Справочник по профессиональным перспективам» . Бюро трудовой статистики США.
  23. ^ "Инженер-программист" . Бюро трудовой статистики. 19 марта 2010 года. Архивировано из оригинала 26 июля 2013 года . Проверено 20 июля 2012 г.
  24. ^ «Разработчики программного обеспечения» . Бюро трудовой статистики. 8 января 2014 г. . Проверено 21 июля 2012 г.
  25. ^ «Технологические компании хотят, чтобы вы верили, что у Америки есть пробел в навыках» . Блумберг.com . 4 августа 2020 г.
  26. ^ a b «Программисты: Справочник по профессиональным перспективам» . Бюро трудовой статистики США.
  27. ^ «Компьютерные программисты: Справочник по профессиональным перспективам:: Бюро статистики труда США» . www.bls.gov .
  28. ^ «Архив публикации: Beyond the Numbers: Бюро статистики труда США» . www.bls.gov .
  29. ^ «Инженер-программист встраиваемых систем, который скоро исчезнет» . Designnews.com . 10 мая 2018 г.
  30. ^ «Портал разработчиков hp | Международная женская неделя HP: количество женщин в компьютерных науках сокращается с 1980-х годов» . http://developers.hp.com .
  31. ^ «Общие разделы устава - Генеральная ассамблея Северной Каролины» . www.ncleg.gov .
  32. Викискладе есть медиафайлы по теме ГС 89С -3 . www.ncleg.gov .
  33. ^ "§ 89C-23" . www.ncleg.gov .
  34. ^ «Профессиональная лицензия для компьютерных инженеров и инженеров-программистов» . IEEE-США InSight . Проверено 6 января 2020 г. .
  35. ^ Экзамен PE по электрике и компьютеру, [NCEES ]
  36. ^ a b c d e f g h i j «Обзор вычислительной техники» (PDF) . Sloan Career Cornerstone Center. Архивировано из оригинала (PDF) 16 сентября 2012 года . Проверено 20 июля 2012 г.

внешние ссылки

  • СМИ, связанные с компьютерной инженерией , на Викискладе?
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Computer_engineering&oldid=1099247351 "
Contribute a better translation