Компьютерная инженерия - Computer engineering

«Аппаратная инженерия» перенаправляется сюда. Для разработки других типов оборудования см. машиностроение. Для инженерных электрических систем см. электротехника.
Компьютерная инженерия
оккупация
ИменаКомпьютерный инженер
Тип занятия
Инженерное дело
Сферы деятельности
Информационные технологии, технологическая промышленность, машиностроение
СпециальностьАппаратная инженерия, разработка программного обеспечения, программирование, робототехника, сети
Описание
КомпетенцииТехнические знания, проектирование оборудования, разработка программного обеспечения
Поля
трудоустройство
Наука, технологии, инженерия, промышленность, компьютер, разведка

Компьютерная инженерия (СЕ или CpE) является ветвью инженерное дело который объединяет несколько областей Информатика и электронная инженерия требуется для развития компьютерное железо и программного обеспечения.[1] Компьютерные инженеры обычно имеют подготовку в области электронной инженерии (или электротехника ), разработка программного обеспечения, и аппаратно-программная интеграция вместо только программная инженерия или электронная техника. Компьютерные инженеры участвуют во многих аппаратных и программных аспектах вычисление, от дизайна индивидуальных микроконтроллеры, микропроцессоры, персональные компьютеры, и суперкомпьютеры, чтобы схемотехника. Эта область инженерии фокусируется не только на Как компьютерные системы работают сами по себе, а также то, как они интегрируются в общую картину.[2]

К обычным задачам с участием компьютерных инженеров относятся: написание программного обеспечения и прошивка для встроенный микроконтроллеры, проектирование СБИС чипсы, проектирование аналог датчики, проектирование смешанный сигнал печатные платы, и проектирование операционные системы. Компьютерные инженеры также подходят для робототехника исследования, которые в значительной степени зависят от использования цифровые системы контролировать и контролировать электрические системы любить моторы, коммуникации, и датчики.

Во многих высших учебных заведениях студентам, изучающим компьютерную инженерию, разрешается выбирать области углубленного изучения на младших и старших курсах обучения, потому что весь спектр знаний, используемых при проектировании и применении компьютеров, выходит за рамки предмета изучения. Степень бакалавра. Другие учреждения могут потребовать студенты инженерных специальностей завершить один или два года общая инженерия прежде чем объявить компьютерную инженерию своим основным направлением деятельности.[3][4][5][6]

Этот компьютер материнская плата используется в персональный компьютер является результатом усилий компьютерной инженерии.

История

В Разностная машина, первый механический компьютер.
ENIAC, первый электронный компьютер.

Компьютерная инженерия началась в 1939 году, когда Джон Винсент Атанасов и Клиффорд Берри начал разработку первого в мире электронного цифровой компьютер через физика, математика, и электротехника. Джон Винсент Атанасов когда-то был учителем физики и математики в Государственный университет Айовы и Клиффорд Берри, бывший выпускник факультета электротехники и физики. Вместе они создали Компьютер Атанасова-Берри, также известный как ABC, на завершение которого потребовалось 5 лет.[7]В то время как оригинальный ABC был разобран и выброшен в 1940-х годах, отдавая дань уважения поздним изобретателям, точная копия ABC была сделана в 1997 году, где команде исследователей и инженеров потребовалось четыре года и 350 000 долларов на создание.[8]

Современный персональный компьютер возникла в 1970-х годах после нескольких прорывов в полупроводник технологии. К ним относятся первые рабочие транзистор от Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в Bell Labs в 1947 г.,[9] то кремний пассивация поверхности процесс (через термическое окисление ) от Мохамед Аталла в Bell Labs в 1957 году,[10][11][12] то монолитная интегральная схема чип Роберт Нойс в Fairchild Semiconductor в 1959 г.,[13] то Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET или MOS-транзистор) Мохамед Аталла и Давон Канг в Bell Labs в 1959 г.,[14][15][16] и одночиповый микропроцессор (Intel 4004 ) от Федерико Фаггин, Марсиан Хофф, Масатоши Шима и Стэнли Мазор в Intel в 1971 г.[17]

История компьютерного инженерного образования

Первая программа на получение степени компьютерной инженерии в США была учреждена в 1971 г. Кейс Вестерн Резервный университет в Кливленд, Огайо.[18] По состоянию на 2015 год, их было 250 ABET -аккредитованные программы компьютерной инженерии в США[19] В Европе аккредитация школ компьютерной инженерии проводится различными агентствами, входящими в EQANIE сеть. Из-за возрастающих требований к должностям инженеров, которые могут одновременно проектировать оборудование, программного обеспечения, прошивки и управления всеми видами компьютерных систем, используемых в промышленности, некоторые высшие учебные заведения по всему миру предлагают степень бакалавра вообще называется компьютерной инженерией. И компьютерная инженерия, и электронная инженерия программы включают разработку аналоговых и цифровых схем в свой учебный план. Как и в случае с большинством инженерных дисциплин, хорошее знание математика а наука необходима компьютерным инженерам.

Образование

Компьютерная инженерия называется информатика и инженерия в некоторых университетах. Большинство рабочих мест начального уровня в области компьютерной инженерии требует как минимум степени бакалавра компьютерной инженерии (или информатики и инженерии). Обычно нужно выучить массив математика такие как исчисление, алгебра и тригонометрия и немного Информатика классы.[нужна цитата ] Иногда степень в электронная инженерия принимается из-за схожести двух полей. Поскольку инженеры по аппаратному обеспечению обычно работают с компьютерными программными системами, необходим сильный опыт компьютерного программирования. Согласно BLS, «специальность компьютерная инженерия похожа на электротехнику, но в учебную программу добавлены некоторые курсы информатики».[20] Некоторым крупным фирмам или специализированным профессиям требуется степень магистра.

Для компьютерных инженеров также важно идти в ногу со стремительным развитием технологий. Поэтому многие продолжают учиться на протяжении всей своей карьеры. Это может быть полезно, особенно когда дело доходит до изучения новых навыков или улучшения существующих. Например, поскольку относительная стоимость исправления ошибки увеличивается по мере того, как она находится 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.[21]

Профессия: компьютерный инженер.

Человека, имеющего профессию в области компьютерной инженерии, называют инженером-компьютерщиком.

заглавиеПриставкаСуффиксТребования
Компьютерный инженерEngr.CpEПолучил степень в области компьютерной инженерии.

Учреждение: образовательное учреждение (например, колледж, университет)

Сертифицированный компьютерный инженерEngr.CCpEСдал сертификационный экзамен по компьютерной инженерии.

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

Зарегистрированный компьютерный инженерEngr.RCpEСдал лицензионный экзамен по компьютерной инженерии.

Учреждение: государственное учреждение (например, Регулирующий совет страны)

Профессиональный компьютерный инженерEngr.PCpEСдал профессиональный экзамен по компьютерной инженерии или опыт работы

Учреждение: государственное или частное учреждение

* может отличаться в зависимости от региона и страны.

Приложения и практика

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

Компьютерное оборудование

Согласно BLS Согласно прогнозу занятости инженеров по компьютерному оборудованию, ожидаемый десятилетний рост с 2014 по 2024 год для компьютерного оборудования составил примерно 3%, и в том же году было в общей сложности 77 700 рабочих мест. («Медленнее среднего», по их собственным словам, по сравнению с другими профессиями) »[22] и снизилась с 7% по оценке BLS с 2012 по 2022 год.[22] и еще ниже с 9% в оценке BLS с 2010 по 2020 год ". Сегодня компьютерное оборудование в некотором роде равно[требуется разъяснение ] электронная и компьютерная инженерия (ECE) и была разделена на множество подкатегорий; самый значительный[нужна цитата ] это встраиваемый системный дизайн.[20]

Компьютерное программное обеспечение

По данным США Бюро статистики труда (BLS), «инженеры-программисты компьютерных приложений и инженеры-программисты компьютерных систем, согласно прогнозам, будут одной из наиболее быстрорастущих профессий». Ожидаемый десятилетний рост с 2014 года для компьютерной разработки программного обеспечения оценивался в семнадцать процентов, а в целом было 1,114,000 рабочих мест в том же году.[23] Это меньше, чем в 2012–2022 годах, по оценке BLS, составлявшей 22% для разработчиков программного обеспечения.[24][23] И еще ниже, чем оценка BLS с 2010 по 2020 год.[25] Кроме того, растущие опасения по поводу кибербезопасности приводят к тому, что компьютерная разработка программного обеспечения превышает средние темпы роста во всех областях. Однако часть работ будет выполняться за рубежом.[26] Из-за этого рост числа рабочих мест не будет таким быстрым, как в последнее десятилетие, поскольку рабочие места, которые достались бы инженерам по компьютерному программному обеспечению в Соединенных Штатах, вместо этого перешли бы к инженерам по программному обеспечению в таких странах, как Индия.[27] Кроме того, прогноз вакансий BLS для компьютерных программистов на 2014–2024 гг. Имеет -8% (снижение, по их словам)[27] и прогноз занятости на 2019-29 годы -9% (снижение)[28] для тех, кто программирует компьютеры (например, встроенные системы), но не является разработчиками компьютерных приложений.[29][30] Кроме того, количество женщин в области программного обеспечения сокращалось с годами даже быстрее, чем в других областях инженерии.[31]

Лицензирование и практика компьютерной инженерии

Компьютерная инженерия обычно практикуется в более крупных фирмах по разработке продуктов, и такая практика может не подлежать лицензированию.[32][33] Однако независимые консультанты, рекламирующие компьютерную технику, как и любую другую форму инженерии, могут подпадать под действие законов штата, которые ограничивают профессиональный инженер практиковать только тем, кто получил соответствующую Лицензию.[34][35] Национальный совет экспертов по инженерно-геодезическим работам (NCEES) сначала предложила Принципы и практика инженерного экзамена для компьютерной техники[36] в 2003 г.

Специализированные области

В области компьютерной инженерии существует множество специальностей.

Дизайн процессора

Основная статья: Дизайн процессора

Процесс проектирования процессора включает выбор набора инструкций и определенной парадигмы выполнения (например, VLIW или RISC) и приводит к микроархитектуре, которая может быть описана, например, в VHDL или Verilog. Проектирование ЦП разделено на дизайн следующих компонентов: каналы данных (например, ALU и конвейеры), блок управления: логика, которая управляет каналами данных, компоненты памяти, такие как файлы регистров, кеши, схемы часов, такие как драйверы часов, PLL, сети распределения часов. , схема приемопередатчика контактной площадки, библиотека ячеек логического элемента, которая используется для реализации логики.

Кодирование, криптография и защита информации

Основная статья: Информационной безопасности
Компьютерное программирование.

Компьютерные инженеры работают над кодированием, криптографией и защитой информации, чтобы разработать новые методы защиты различной информации, например цифровых изображений и музыки, фрагментации, нарушения авторских прав и других форм фальсификации. Примеры включают работу в области беспроводной связи, многоантенных систем, оптической передачи и цифровые водяные знаки.[37]

Коммуникации и беспроводные сети

Основные статьи: Сети связи и Беспроводная сеть

Те, кто занимается коммуникациями и беспроводными сетями, достижениями в области телекоммуникационных систем и сетей (особенно беспроводных сетей), кодированием с модуляцией и контролем ошибок и теорией информации. Высокоскоростной сетевой дизайн, подавление и модуляция помех, проектирование и анализ отказоустойчивая система, а схемы хранения и передачи - все это часть этой специальности.[37]

Компиляторы и операционные системы

Основные статьи: Компилятор и Операционная система
Windows 10, пример Операционная система.

Эта специальность ориентирована на компиляторы и операционные системы дизайн и развитие. 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.[37]

Вычислительная наука и инженерия

Основная статья: Вычислительная наука и инженерия

Вычислительная наука и инженерия - относительно новая дисциплина. По словам специалистов Sloan Career Cornerstone Center, специалистов, работающих в этой области, «вычислительные методы применяются для формулирования и решения сложных математических задач в инженерных, физических и социальных науках. Примеры включают проектирование самолетов, плазменную обработку нанометровых элементов на полупроводниковых пластинах. , СБИС схемотехника, системы обнаружения радаров, перенос ионов по биологическим каналам и многое другое ».[37]

Компьютерные сети, мобильные вычисления и распределенные системы

Основные статьи: Компьютерная сеть, Мобильные вычисления, и Распределенных вычислений

По этой специальности инженеры создают интегрированные среды для вычислений, связи и доступ к информации. Примеры включают беспроводные сети с общим каналом, адаптивное управление ресурсами в различных системах, а также повышение качества обслуживания в мобильной среде и в среде банкоматов. Некоторые другие примеры включают работу в беспроводных сетевых системах и проводных кластерах Fast Ethernet.[37]

Компьютерные системы: архитектура, параллельная обработка и надежность

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

Инженеры, работающие в компьютерных системах, работают над исследовательскими проектами, которые позволяют создавать надежные, безопасные и высокопроизводительные компьютерные системы. В это поле 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, которые добавляют спектакль к компьютерным системам.[37]

Компьютерная архитектура включает Конструкция процессора, иерархия кеша макет организация памяти и балансировки нагрузки.

Компьютерное зрение и робототехника

Основные статьи: Компьютерное зрение и Робототехника
Пример гуманоид робот.

По этой специальности компьютерные инженеры сосредоточены на разработке технология визуального восприятия для ощущения окружающей среды, представления окружающей среды и манипулирования окружающей средой. Затем собранная трехмерная информация используется для выполнения множества задач. К ним относятся улучшенное моделирование человека, передача изображений и интерфейс человек-компьютер, а также такие устройства, как специальные камеры с универсальными видеодатчиками.[37]

Встроенные системы

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

Специалисты, работающие в этой области, проектируют технологии для повышения скорости, надежности и производительности систем. Встроенные системы можно найти во многих устройствах, от небольшого FM-радио до космических кораблей. По данным Sloan Cornerstone Career Center, текущие разработки встроенных систем включают «автоматизированные транспортные средства и оборудование для проведения поисково-спасательных операций, автоматизированные транспортные системы и взаимодействие человека и робота для ремонта оборудования в космосе».[37] По состоянию на 2018 годСпециализации компьютерной инженерии включают система на кристалле дизайн, архитектура периферийные вычисления и Интернет вещей.

Интегральные схемы, проектирование, тестирование и САПР СБИС

Основные статьи: Интегральная схема и Очень крупномасштабная 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 очень крупномасштабных интегрированных (СБИС ) схемы и микросистемы. Примером этой специальности является работа по снижению энергопотребления алгоритмов и архитектуры СБИС.[37]

Обработка сигналов, изображений и речи

Основные статьи: Обработка сигнала, Обработка изображений, и Обработка речи

Компьютерные инженеры в этой области разрабатывают улучшения взаимодействия человека с компьютером, в том числе: распознавание речи и системы синтеза, медицинской и научной визуализации или связи. Другая работа в этой области включает развитие компьютерного зрения, например: распознавание черт лица человека.[37]

Квантовые вычисления

Основная статья: Квантовые вычисления

Смотрите также

Связанные поля

Ассоциации

использованная литература

  1. ^ IEEE Computer Society; ACM (12 декабря 2004 г.). Компьютерная инженерия 2004: Руководство по учебной программе для программ бакалавриата по компьютерной инженерии (PDF). п. iii. Получено 17 декабря, 2012. Инженерия компьютерных систем традиционно рассматривалась как сочетание электронной инженерии (EE) и информатики (CS).
  2. ^ Тринити-колледж Дублина. «Что такое инженерия компьютерных систем». Получено 21 апреля, 2006., "Компьютерные инженеры должны понимать не только, 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 спроектировать и реализовать такой автомобиль, компьютерному инженеру необходимо обширное теоретическое понимание всех этих различных подсистем и того, как они взаимодействуют.
  3. ^ "Смена мажоров @ Клемсон". Университет Клемсона. Получено 20 сентября, 2011.
  4. ^ «Объявление специальности инженерный колледж». Университет Арканзаса. Архивировано из оригинал 12 октября 2014 г.. Получено 20 сентября, 2011.
  5. ^ «Требования к ученой степени». Университет Карнеги Меллон. Получено 20 сентября, 2011.
  6. ^ "Programas de Materias" (на испанском). Католический университет Аргентины.
  7. ^ «Джон Винсент Атанасов - отец компьютера». www.columbia.edu. Получено 5 декабря, 2017.
  8. ^ "Реплика первого электронного цифрового компьютера штата Айова отправляется в Музей истории компьютеров - Служба новостей - Университет штата Айова". www.news.iastate.edu. Получено 5 декабря, 2017.
  9. ^ «1947: изобретение точечного транзистора». Кремниевый двигатель. Музей истории компьютеров. Получено 9 октября, 2019.
  10. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой техники. Springer Science & Business Media. С. 120 и 321-323. ISBN  9783540342588.
  11. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). К веку цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и развитие MOS-технологий. Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 46. ISBN  9780801886393.
  12. ^ Сах, Чжи-Тан (Октябрь 1988 г.). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF). Труды IEEE. 76 (10): 1280–1326 (1290). Bibcode:1988IEEEP..76.1280S. Дои:10.1109/5.16328. ISSN  0018-9219. Те из нас, кто занимался исследованиями кремниевых материалов и устройств в течение 1956–1960 годов, считали эту успешную попытку группы Bell Labs во главе с Аталлой по стабилизации поверхности кремния самым важным и значительным технологическим достижением, проложившим путь, который привел к технологии кремниевых интегральных схем. разработки на втором этапе и объемы производства на третьем этапе.
  13. ^ Саксена, Арджун Н. (2009). Изобретение интегральных схем: нераскрытые важные факты. Всемирный научный. п. 140. ISBN  9789812814456.
  14. ^ «1960 - Демонстрация металлооксидного полупроводникового (МОП) транзистора». Кремниевый двигатель. Музей истории компьютеров.
  15. ^ "Кто изобрел транзистор?". Музей истории компьютеров. 4 декабря 2013 г.. Получено 20 июля, 2019.
  16. ^ «Триумф МОП-транзистора». YouTube. Музей истории компьютеров. 6 августа 2010 г.. Получено 21 июля, 2019.
  17. ^ «1971: микропроцессор объединяет функции центрального процессора на одном кристалле». Музей истории компьютеров. Получено 22 июля, 2019.
  18. ^ "История". engineering.case.edu. Кейс инженерная школа.
  19. ^ «Найдите программу, аккредитованную ABET | ABET». main.abet.org. Получено 29 ноября, 2015.
  20. ^ а б «Инженеры по компьютерному оборудованию». Бюро статистики труда. 8 января 2014 г.. Получено 20 июля, 2012.
  21. ^ "Feabhas_Infographic_FINAL" (pdf). Feabhas. Фибхас.
  22. ^ а б "Инженеры по компьютерному оборудованию: руководство по профессиональному обзору". Бюро статистики труда США.
  23. ^ а б «Разработчики программного обеспечения: руководство по профессиональному обзору». Бюро статистики труда США.
  24. ^ «Инженер по компьютерному программному обеспечению». Бюро статистики труда. 19 марта 2010 г. Архивировано с оригинал 26 июля 2013 г.. Получено 20 июля, 2012.
  25. ^ «Разработчики программного обеспечения». Бюро статистики труда. 8 января 2014 г.. Получено 21 июля, 2012.
  26. ^ https://www.bloomberg.com/opinion/articles/2020-08-04/big-tech-wants-you-to-believe-america-has-a-skills-gap
  27. ^ а б "Программисты: руководство по профессиональному ориентированию". Бюро статистики труда США.
  28. ^ https://www.bls.gov/ooh/computer-and-information-technology/computer-programmers.htm
  29. ^ https://www.bls.gov/opub/regional_reports/200908_silicon_valley_high_tech.htm
  30. ^ https://www.designnews.com/design-hardware-software/soon-be-extinct-embedded-software-engineer/39152617858743?ADTRK=UBM&elq_mid=4305&elq_cid=37479
  31. ^ https://developers.hp.com/public/blog/hp-international-womens-week-women-computer-science-dropping-1980-е годы
  32. ^ "Закон Северной Каролины о проектировании и землеустройстве".
  33. ^ «Определения - Закон Северной Каролины о проектировании и землеустройстве».
  34. ^ «Незаконное занятие инженерными работами или землеустройством без лицензии - Закон Северной Каролины о проектировании и землеустройстве».
  35. ^ «Профессиональная лицензия для компьютерных инженеров и инженеров-программистов». IEEE-USA InSight. Получено 6 января, 2020.
  36. ^ Экзамен по электротехнике и компьютеру, [NCEES ]
  37. ^ а б c d е ж г час я j «Обзор компьютерной инженерии» (PDF). Центр карьеры Sloan Cornerstone. Архивировано из оригинал (PDF) 16 сентября 2012 г.. Получено 20 июля, 2012.

внешние ссылки