Компьютерная инженерия
Занятие | |
---|---|
Имена | Компьютерный инженер |
Тип профессии | Инженерное дело |
Секторы деятельности | Информационные технологии, технологическая отрасль, машиностроение |
Специальность | Разработка аппаратного обеспечения, разработка программного обеспечения, программирование программного обеспечения, робототехника, сети |
Описание | |
Компетенции | Технические знания, проектирование аппаратного обеспечения, проектирование программного обеспечения. |
Области работа | Наука, технологии, инженерия, промышленность, компьютер, разведка |
Компьютерная инженерия ( CoE или CpE ) — это отрасль информатики и электронной техники , которая объединяет несколько областей информатики и электронной техники, необходимых для разработки компьютерного оборудования и программного обеспечения . [1] Компьютерную инженерию в некоторых университетах называют информатикой и инженерией .
Компьютерным инженерам требуется обучение в области электронной инженерии , информатики , интеграции аппаратного и программного обеспечения, проектирования программного обеспечения и разработки программного обеспечения . Он использует методы и принципы электротехники и информатики и может охватывать такие области, как искусственный интеллект (ИИ) , робототехника , компьютерные сети , компьютерная архитектура и операционные системы . Компьютерные инженеры участвуют во многих аппаратных и программных аспектах вычислений , от проектирования отдельных микроконтроллеров , микропроцессоров , персональных компьютеров и суперкомпьютеров до проектирования схем . Эта область инженерии фокусируется не только на том, как работают сами компьютерные системы, но и на том, как интегрировать их в общую картину. [2] Робототехника — одно из применений компьютерной техники.
Компьютерная инженерия обычно занимается такими областями, как написание программного обеспечения и встроенного ПО для встроенных микроконтроллеров , проектирование СБИС микросхем , аналоговых датчиков , со смешанными сигналами печатных плат и 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-компьютерщикам разрешается выбирать области углубленного обучения на младших и старших курсах, поскольку полная широта знаний, используемых при проектировании и применении компьютеров, выходит за рамки бакалавриата . Другие учебные заведения могут потребовать от студентов-инженеров пройти один или два года обучения общему инженерному делу, прежде чем объявить компьютерную инженерию своим основным направлением деятельности. [3] [4] [5] [6]
История
[ редактировать ]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 — бывшим выпускником кафедры электротехники и физики. Вместе они создали компьютер Атанасова-Берри , также известный как ABC, на создание которого ушло пять лет. [7] Хотя оригинальный ABC был разобран и выброшен в 1940-х годах, была отдана дань уважения покойным изобретателям; копия ABC была изготовлена в 1997 году, на ее создание команде исследователей и инженеров потребовалось четыре года и 350 000 долларов. [8]
Современный персональный компьютер появился в 1970-х годах после нескольких прорывов в полупроводниковых технологиях. К ним относятся первый работающий транзистор, созданный Уильямом Шокли , Джоном Бардином и Уолтером Брэттеном в Bell Labs в 1947 году. [9] плоский процесс Жана Эрни , [10] [11] монолитная интегральная схема Роберта Нойса из Fairchild Semiconductor в 1959 году, [12] ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник MOSFET или МОП-транзистор) Мохамеда Аталлы и Давона Канга из Bell Labs в 1959 году, [13] [14] [15] и однокристальный микропроцессор ( Intel 4004 ) Федерико Фаггина , Марсиана Хоффа , Масатоши Шимы и Стэнли Мазора из Intel в 1971 году. [16]
История компьютерного инженерного образования
[ редактировать ]Первая программа компьютерной инженерии в США была основана в 1971 году в Университете Кейс Вестерн Резерв в Кливленде , штат Огайо . [17] По состоянию на 2015 год [update] существовало 250 программ компьютерной инженерии, аккредитованных ABET. В США [18] В Европе аккредитация школ компьютерной инженерии осуществляется различными агентствами в рамках сети EQANIE . В связи с растущими требованиями к инженерам, которые могут одновременно разрабатывать аппаратное обеспечение, программное обеспечение , встроенное ПО и управлять всеми формами компьютерных систем, используемых в промышленности, некоторые высшие учебные заведения по всему миру предлагают степень бакалавра, обычно называемую компьютерной инженерией. Программы компьютерной инженерии и электронной инженерии включают в свою учебную программу проектирование аналоговых и цифровых схем. глубокие знания в области математики Как и в случае с большинством инженерных дисциплин, инженерам-компьютерщикам необходимы и естественных наук.
Образование
[ редактировать ]Компьютерную инженерию в некоторых университетах называют информатикой и инженерией . Для большинства вакансий начального уровня в области компьютерной инженерии требуется как минимум степень бакалавра в области компьютерной инженерии, электротехники или информатики. Обычно нужно изучить множество математических дисциплин, таких как исчисление , линейная алгебра и дифференциальные уравнения , а также информатику . [19] Степеней в области электроники или электротехники также достаточно из-за сходства этих двух областей. Поскольку инженеры по аппаратному обеспечению обычно работают с компьютерными программными системами, необходим сильный опыт в компьютерном программировании. По данным BLS, «специальность в области компьютерной инженерии аналогична электротехнике, но с добавлением некоторых курсов по информатике в учебную программу». [20] 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 о приобретении новых навыков или совершенствовании существующих. Например, поскольку относительная стоимость исправления ошибки увеличивается по мере продвижения по циклу разработки программного обеспечения, может быть большая экономия средств, связанная с разработкой и тестированием качественного кода как можно скорее в процессе, особенно перед выпуском. [21]
Профессии
[ редактировать ]Человека, имеющего профессию компьютерной инженерии, называют компьютерным инженером.
Заголовок | Префикс | Суффикс | Требования |
---|---|---|---|
Компьютерный инженер | инженер | CPE | Получил степень в области компьютерной инженерии Учреждение: образовательное учреждение (например, колледжи, университеты). |
Сертифицированный компьютерный инженер | инженер | CCPE | Сдал сертификационный экзамен по компьютерной инженерии Учреждение: частное учреждение (например, компьютерные инженерные организации и частные компании). |
Зарегистрированный компьютерный инженер | инженер | РЦПЭ | Сдал экзамен на получение лицензии по компьютерной инженерии Учреждение: Государственное учреждение (например, Совет по регулированию страны) |
Профессиональный компьютерный инженер | инженер | ПКПЭ | Сдан профессиональный экзамен по компьютерной инженерии или опыт работы. Учреждение: Государственное или частное учреждение |
*может отличаться в зависимости от региона и страны. |
Приложения и практика
[ редактировать ]Примеры и перспективы в этом разделе касаются главным образом Соединенных Штатов и не отражают мировую точку зрения на этот вопрос . ( Июль 2018 г. ) |
В компьютерной инженерии есть два основных направления: аппаратное обеспечение и программное обеспечение.
Разработка компьютерного оборудования
[ редактировать ]По данным BLS , «Перспективы трудоустройства инженеров компьютерного оборудования», ожидаемый десятилетний рост с 2019 по 2029 год в области разработки компьютерного оборудования составит примерно 2% и в общей сложности 71 100 рабочих мест. («Медленнее среднего» по их собственным словам по сравнению с другими профессиями)». [22] Это снижение по сравнению с оценкой BLS в области разработки компьютерного оборудования на 2014–2024 годы на 3% и в общей сложности на 77 700 рабочих мест. " [22] и снизился с 7% по оценке BLS на 2012–2022 годы. [22] и еще ниже с 9% в оценке BLS на 2010–2020 годы. [22] «Сегодня компьютерное оборудование в некотором роде равно [ нужны разъяснения ] к электронной и компьютерной технике (ECE) и разделен на множество подкатегорий; самый значительный [ нужна ссылка ] это встроенный дизайн системы. [20]
Разработка компьютерного программного обеспечения
[ редактировать ]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». Ожидаемый десятилетний рост по состоянию на 2014 год. [update] для разработки компьютерного программного обеспечения составляло примерно семнадцать процентов, а в том же году было создано 1 114 000 рабочих мест. [23] Это меньше, чем оценка BLS в 2012–2022 годах для разработчиков программного обеспечения, составляющая 22%. [24] [23] И еще ниже оценки BLS в 30% с 2010 по 2020 год. [25] Кроме того, растущая обеспокоенность по поводу кибербезопасности приводит к тому, что темпы роста компьютерного программного обеспечения значительно превышают средние темпы роста во всех областях. Однако часть работы будет передана на аутсорсинг в зарубежных странах. [26] Из-за этого рост рабочих мест не будет таким быстрым, как в последнее десятилетие, поскольку рабочие места, которые могли бы достаться инженерам-программистам в Соединенных Штатах, вместо этого достались бы инженерам-программистам в таких странах, как Индия. [27] Кроме того, прогноз BLS Job Outlook для программистов на 2014–2024 годы имеет -8% (по их словам, снижение), [27] затем прогноз занятости на 2019–2029 годы -9% (снижение), [28] затем снижение на 10% за 2021-2031 гг. [28] и теперь снижение на 11% за 2022-2032 гг. [28] для тех, кто программирует компьютеры (т.е. встроенные системы), но не является разработчиком компьютерных приложений. [29] [30] Более того, количество женщин в области программного обеспечения с годами сокращается даже быстрее, чем в других инженерных областях. [31]
Лицензирование и практика компьютерной инженерии
[ редактировать ]Компьютерная инженерия обычно практикуется в крупных фирмах по разработке продуктов, и такая практика не подлежит лицензированию. [32] [33] Однако независимые консультанты, рекламирующие компьютерную инженерию, как и любую другую форму инженерии, могут подпадать под действие законов штата, которые ограничивают профессиональную инженерную практику только теми, кто получил соответствующую лицензию. [34] [35] Национальный совет экзаменаторов по инженерно-геодезическим работам (NCEES) впервые предложил « Принципы и практику инженерной экспертизы в области компьютерной инженерии». [36] в 2003 году.
Специализация
[ редактировать ]В области компьютерной инженерии существует множество специальностей.
Дизайн процессора
[ редактировать ]Процесс проектирования процессора включает в себя выбор набора команд и определенной парадигмы выполнения (например, VLIW или RISC) и приводит к созданию микроархитектуры, которая может быть описана, например, в VHDL или Verilog. Проектирование ЦП разделено на проектирование следующих компонентов: пути данных (такие как АЛУ и конвейеры), блок управления: логика, которая управляет путями данных, компоненты памяти, такие как файлы регистров, кэши, схемы тактирования, такие как драйверы часов, PLL, сети распределения тактовых импульсов. , схема приемопередатчика, библиотека логических элементов, которая используется для реализации логики.
Кодирование, криптография и защита информации
[ редактировать ]Компьютерные инженеры работают в области кодирования, прикладной криптографии и защиты информации, чтобы разработать новые методы защиты различной информации, такой как цифровые изображения и музыка, фрагментация, нарушение авторских прав и другие формы взлома с помощью, например, цифровых водяных знаков . [37]
Связь и беспроводные сети
[ редактировать ]Те, кто занимается связью и беспроводными сетями, работают над достижениями в области телекоммуникационных систем и сетей (особенно беспроводных сетей), модуляции и кодирования с контролем ошибок, а также теории информации. Проектирование высокоскоростных сетей , подавление и модуляция помех, проектирование и анализ отказоустойчивых систем , а также схем хранения и передачи данных являются частью этой специальности. [37]
Компиляторы и операционные системы
[ редактировать ]Эта специальность специализируется на компиляторов и операционных систем проектировании и разработке . Инженеры в этой области разрабатывают новую архитектуру операционных систем, методы анализа программ и новые методы обеспечения качества. Примеры работ в этой области включают разработку алгоритма преобразования кода после соединения и разработку новой операционной системы. [37]
Вычислительная наука и инженерия
[ редактировать ]Вычислительная наука и инженерия — относительно новая дисциплина. По данным Sloan Career Cornerstone Center, люди, работающие 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 , системы радиолокационного обнаружения, транспорт ионов по биологическим каналам и многое другое». схемотехника [37]
Компьютерные сети, мобильные вычисления и распределенные системы
[ редактировать ]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 банкоматов. Некоторые другие примеры включают работу над системами беспроводных сетей и проводными кластерными системами Fast Ethernet. [37]
Компьютерные системы: архитектура, параллельная обработка и надежность.
[ редактировать ]Инженеры, работающие в компьютерных системах, 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 работ в этой области включают разработку новых теорий, алгоритмов и других инструментов, повышающих производительность компьютерных систем. [37]
Архитектура компьютера включает в себя конструкцию ЦП , иерархии кэша структуру , организацию памяти и балансировку нагрузки .
Компьютерное зрение и робототехника
[ редактировать ]В этой специальности компьютерные инженеры сосредотачиваются на разработке технологий визуального восприятия для восприятия окружающей среды, представления окружающей среды и манипулирования ею. Собранная трехмерная информация затем 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. [37]
Встраиваемые системы
[ редактировать ]Специалисты, работающие в этой области, разрабатывают технологии для повышения скорости, надежности и производительности систем. Встроенные системы встречаются во многих устройствах, от небольшого FM-радио до космического корабля. По данным Центра карьеры Слоана Корнерстоуна, текущие разработки в области встроенных систем включают «автоматизированные транспортные средства и оборудование для проведения поисково-спасательных работ, автоматизированные транспортные системы и координацию человека и робота для ремонта оборудования в космосе». [37] По состоянию на 2018 год [update]Специализация в области компьютерных встроенных систем включает проектирование систем на кристалле , архитектуру периферийных вычислений и Интернет вещей .
Интегральные схемы, проектирование СБИС, тестирование и САПР
[ редактировать ]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 схем и микросистем сверхбольших интегральных схем ( СБИС ) нового поколения. Примером этой специальности являются работы по снижению энергопотребления алгоритмов и архитектуры СБИС. [37]
Обработка сигналов, изображений и речи
[ редактировать ]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 разработку компьютерного зрения, например, распознавание черт лица человека . [37]
Квантовые вычисления
[ редактировать ]Эта область объединяет квантовое поведение малых частиц, такое как суперпозиция , интерференция и запутанность , с классическими компьютерами для более эффективного решения сложных проблем и формулирования алгоритмов. Люди сосредотачиваются на таких областях, как квантовая криптография , физическое моделирование и квантовые алгоритмы .
Преимущества инженерии в обществе
[ редактировать ]Доступным способом получения информации и возможностей в области технологий, особенно для молодых студентов, являются цифровые платформы, позволяющие учиться, исследовать и получать потенциальный доход с минимальными затратами и на региональных языках, ни один из которых не был бы возможен без инженеров. [38] Компьютерная инженерия играет важную роль в изменениях, связанных с индустрией 4.0, где инженеры отвечают за проектирование и оптимизацию технологий, окружающих нашу жизнь, от больших данных до искусственного интеллекта. Их работа не только облегчает глобальные связи и доступ к знаниям, но также играет ключевую роль в формировании нашего будущего, поскольку технологии продолжают быстро развиваться, что приводит к растущему спросу на квалифицированных компьютерных инженеров. [39] Инженерное дело способствует улучшению общества, создавая устройства и конструкции, влияющие на различные аспекты нашей жизни, от технологий до инфраструктуры. Инженеры также решают такие проблемы, как защита окружающей среды и устойчивое развитие, разрабатывая методы лечения. [40] По состоянию на 2016 год средняя годовая заработная плата во всех инженерных категориях BLS составляла более 91 000 долларов. Некоторые из них были намного выше: на вершине находились инженеры, работавшие в нефтяных компаниях (более 128 000 долларов). Среди других лучших должностей: инженер по компьютерному оборудованию — 115 080 долларов, инженер аэрокосмической отрасли — 109 650 долларов, инженер-ядерщик — 102 220 долларов. [41]
См. также
[ редактировать ]Связанные поля
[ редактировать ]Ассоциации
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Компьютерное общество IEEE ; ACM (12 декабря 2004 г.). Компьютерная инженерия 2004: Рекомендации по учебной программе для программ бакалавриата в области компьютерной инженерии (PDF) . п. iii. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2019 года . Проверено 17 декабря 2012 г.
Инженерия компьютерных систем традиционно рассматривалась как комбинация электронной инженерии (EE) и информатики (CS).
- ^ Тринити-колледж в Дублине. «Что такое компьютерная инженерия» . Проверено 21 апреля 2006 г. «Компьютерным инженерам необходимо не только понимать, как работают сами компьютерные системы, но и 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 широкое теоретическое понимание всех этих различных подсистем и того, как они взаимодействуют.
- ^ «Смена специальности @ Клемсон» . Клемсонский университет . Проверено 20 сентября 2011 г.
- ^ «Объявление специальности инженерного колледжа» . Университет Арканзаса. Архивировано из оригинала 12 октября 2014 года . Проверено 20 сентября 2011 г.
- ^ «Требования к ученой степени» . Университет Карнеги-Меллон . Проверено 20 сентября 2011 г.
- ^ «Предметные программы» (на испанском языке). Аргентинский католический университет.
- ^ «Джон Винсент Атанасов — отец компьютера» . www.columbia.edu . Проверено 5 декабря 2017 г.
- ^ «Реплика 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.
- ^ «1947: Изобретение точечного транзистора» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 9 октября 2019 г.
- ^ Лоек, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media . стр. 120 и 321–323. ISBN 9783540342588 .
- ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). В эпоху цифровых технологий: исследовательские лаборатории, стартапы и развитие MOS-технологий . Издательство Университета Джонса Хопкинса . п. 46. ИСБН 9780801886393 .
- ^ Саксена, Арджун Н. (2009). Изобретение интегральных схем: неописанные важные факты . Всемирная научная . п. 140. ИСБН 9789812814456 .
- ^ «1960 — Демонстрация металлооксидно-полупроводникового (МОП) транзистора» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров .
- ^ «Кто изобрел транзистор?» . Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 года . Проверено 20 июля 2019 г.
- ^ «Триумф МОП-транзистора» . Ютуб . Музей истории компьютеров . 6 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 11 декабря 2021 г. Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ «1971: Микропроцессор объединяет функции ЦП в одном кристалле» . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 г.
- ^ «История» . Engineering.case.edu . Кейсовая инженерная школа. 5 января 2017 г.
- ^ «Найдите программу, аккредитованную ABET | ABET» . main.abet.org . Проверено 29 ноября 2015 г.
- ^ «Школа инженерии и информатики Эрика Йонссона» . Техасский университет в Далласе . 8 января 2024 г.
- ^ Jump up to: а б «Инженеры компьютерного оборудования» . Бюро статистики труда. 8 января 2014 года . Проверено 20 июля 2012 г.
- ^ «Feabhas_Infographic_FINAL» (PDF) . феабхас .
- ^ Jump up to: а б с д «Инженеры компьютерного оборудования: Справочник по профессиональным перспективам» . Бюро статистики труда США.
- ^ Jump up to: а б «Разработчики программного обеспечения: Справочник по профессиональным перспективам» . Бюро статистики труда США.
- ^ «Инженер-программист» . Бюро статистики труда. 19 марта 2010 года. Архивировано из оригинала 26 июля 2013 года . Проверено 20 июля 2012 г.
- ^ «Разработчики программного обеспечения» . Бюро статистики труда. 8 января 2014 года . Проверено 21 июля 2012 г.
- ^ «Технологические компании хотят, чтобы вы поверили, что в Америке не хватает навыков» . Блумберг . 4 августа 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Программисты: Справочник по профессиональным перспективам» . Бюро статистики труда США.
- ^ Jump up to: а б с «Программисты: Справочник по профессиональным перспективам:: Бюро статистики труда США» . www.bls.gov .
- ^ «Архив публикаций: За пределами цифр: Бюро статистики труда США» . www.bls.gov .
- ^ «Инженер по встроенному программному обеспечению, который скоро вымрет» . designnews.com . 10 мая 2018 г.
- ^ «Портал разработчиков HP | Международная женская неделя HP: количество женщин в компьютерных науках снижается с 1980-х годов» . Developers.hp.com .
- ^ «Разделы общего статута — Генеральная ассамблея Северной Каролины» . www.ncleg.gov .
- ^ «ГС 89С-3» . www.ncleg.gov .
- ^ «§ 89C-23» . www.ncleg.gov .
- ^ «Профессиональная лицензия для компьютерных инженеров и инженеров-программистов» . IEEE-США InSight . 14 апреля 2015 года . Проверено 6 января 2020 г.
- ^ «Экзамен PE по электротехнике и компьютеру, [NCEES]» . Архивировано из оригинала 18 сентября 2020 года . Проверено 13 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж «Обзор компьютерной инженерии» (PDF) . Центр краеугольного камня карьеры Слоана. Архивировано из оригинала (PDF) 16 сентября 2012 года . Проверено 20 июля 2012 г.
- ^ . S2CID 216185589 .
{{cite web}}
: Отсутствует или пусто|title=
( помощь ) ; Отсутствует или пусто|url=
( помощь ) - ^ Ю, Вэньцзинь; Диллон, Тарам; Мостафа, Фахед; Рахаю, Венни; Лю, Юэхуа (2020). «Глобальная производственная экосистема больших данных для обнаружения неисправностей при профилактическом обслуживании» . Транзакции IEEE по промышленной информатике . 16 : 183–192. дои : 10.1109/TII.2019.2915846 . S2CID 164670300 . Проверено 26 октября 2023 г.
- ^ «Каковы преимущества изучения инженерного дела?» . www.linkedin.com . Проверено 26 октября 2023 г.
- ^ «8 причин получить инженерное образование, которые могут вас удивить» . Восточный Назарянский колледж . Проверено 26 октября 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- СМИ, связанные с компьютерной инженерией, на Викискладе?