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] В некоторых университетах компьютерную инженерию 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 микросхем СБИС , аналоговых датчиков , печатных плат со смешанными сигналами 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 полный объем 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]
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] В то время как оригинальный ABC был разобран и выброшен в 1940-х годах, как дань уважения покойным изобретателям, точная копия ABC была сделана в 1997 году, на создание которой 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 Уильяма Шокли , Джона Бардина и Уолтера Браттена в Bell Labs в 1947 году, [9] планарный процесс Джина Эрни , [10] [11] монолитная интегральная микросхема Роберта Нойса в 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]
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 в США [обновлять]существовало 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 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. Как и в случае с большинством инженерных дисциплин, инженерам-компьютерщикам необходимы глубокие знания в области математики и естественных наук.
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]
Компьютерная инженерия влияет на академическую успеваемость студентов за счет разработки более эффективных, надежных и безопасных компьютерных аппаратных и программных систем. Последние достижения в области компьютерной инженерии, такие как онлайн-обучение и виртуальная реальность (VR), изменили образование, предоставив учащимся гибкие возможности обучения и захватывающий опыт. Компьютерная инженерия охватывает различные аспекты, включая проектирование аппаратного и программного обеспечения, принципы электротехники и сотрудничество с разработчиками программного обеспечения, что делает ее развивающейся областью с потенциалом дальнейшего изменения образования. [ нужна цитация ] Исследование Муйи и Медаллона оценило потребности обрабатывающей промышленности в КАЛАБАРЗОНЕ в выпускниках компьютерных инженерных специальностей, включив выборку из 147 производственных компаний и собрав данные от менеджеров по персоналу/руководителей и компьютерных инженеров. Результаты показали спрос на обладателей ученых степеней, которые демонстрируют определенные компетенции, такие как сетевая безопасность, профессиональная этика, устранение неполадок и решение проблем, а также такие ценности, как конфиденциальность и профессиональное поведение. Кроме того, исследование подчеркнуло важность как общих, так и профессиональных курсов в подготовке студентов к трудовой деятельности. [22]
Примеры ценных навыков в области компьютерной инженерии включают: современные технические знания, коммуникативные навыки, лидерские качества, навыки межличностного общения и навыки критического мышления. Кроме того, быть креативным, инновационным, полным энтузиазма и жизнестойким. [23]
Человека, имеющего профессию компьютерной инженерии, называют компьютерным инженером.
В компьютерной инженерии есть два основных направления: аппаратное обеспечение и программное обеспечение.
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, чем в среднем» по их собственным словам по сравнению с другими профессиями)». [24] Это снижение по сравнению с оценкой BLS в области компьютерного оборудования в 2014–2024 годах на 3% и в общей сложности на 77 700 рабочих мест». [24] и снижается с 7% по оценке BLS на 2012–2022 годы [24] и еще ниже с 9% по оценке BLS на 2010–2020 годы. [24] «Сегодня компьютерное оборудование в некотором роде приравнивается [ необходимы разъяснения ] к электронной и вычислительной технике (ECE) и разделено на множество подкатегорий; наиболее важной [ нужна ссылка ] является проектирование встроенных систем. [20]
По данным Бюро статистики труда[update] США (BLS), «инженеры-программисты компьютерных приложений и инженеры-программисты компьютерных систем, по прогнозам, будут среди профессий, которые растут быстрее, чем в среднем». семнадцать процентов, а всего в том же году было создано 1 114 000 рабочих мест. [25] Это меньше, чем оценка BLS в 2012–2022 годах для разработчиков программного обеспечения, составляющая 22%. [26] [25] И далее по сравнению с 30% оценкой BLS с 2010 по 2020 год. [27] Кроме того, растущая обеспокоенность по поводу кибербезопасности приводит к тому, что разработка компьютерного программного обеспечения превышает средние темпы роста во всех областях. Однако часть работы будет передана на аутсорсинг в зарубежных странах. [28] 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. [29] Кроме того, прогноз BLS Job Outlook для программистов на 2014–2024 годы имеет -8% (снижение, по их словам), [29] Прогноз занятости на 2019-29 годы -9% (снижение), [ 30] и снижение на 10% на 2021-2031 годы [30] для тех, кто программирует компьютеры (т.е. встроенные системы), но не является разработчиком компьютерных приложений. [31] [32] Более того, количество женщин в области программного обеспечения с годами сокращается даже быстрее, чем в других инженерных областях. [33]
Компьютерная инженерия обычно практикуется в крупных фирмах по разработке продуктов, и такая практика не подлежит лицензированию. [34] [35] 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. [36] [37] Национальный совет экзаменаторов по инженерно-геодезическим работам (NCEES) впервые предложил « Принципы и практику инженерной экспертизы в области компьютерной инженерии » [38] в 2003 году.
В области компьютерной инженерии существует множество специальностей.
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 синхронизации, такие как драйверы часов, PLL, сети распределения часов. , схема приемопередатчика, библиотека логических элементов, которая используется для реализации логики.
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 фальсификации. Примеры включают работу над беспроводной связью, многоантенными системами, оптической передачей и цифровыми водяными знаками . [39]
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. [39]
Эта специальность специализируется на проектировании и разработке компиляторов и операционных систем . 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. [39]
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». , схемотехника СБИС , системы радиолокационного обнаружения, транспорт ионов по биологическим каналам и многое другое». [39]
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. [39]
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. [39]
Архитектура компьютера включает в себя конструкцию ЦП , структуру иерархии кэша , организацию памяти и балансировку нагрузки .
_ITB_2017.JPG/1280px-Humanoid_Robot_(1)_ITB_2017.JPG)
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. [39]
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 Sloan Cornerstone, 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». [39] По состоянию на 2018 год [update]специализации встраиваемых компьютерных систем включают проектирование систем на кристалле , архитектуру периферийных вычислений и Интернет вещей .
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. [39]
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 . [39]
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 .
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, и все это было бы невозможно без инженеров. [40] Компьютерная инженерия играет очень 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. [41] 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. [42] По состоянию на 2016 год средняя годовая заработная плата во всех инженерных категориях BLS составляла более 91 000 долларов США. 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. [43]
Инженерия компьютерных систем традиционно рассматривалась как комбинация электронной инженерии (EE) и информатики (CS).
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь ) ; Отсутствует или пусто |url=( помощь )
СМИ, связанные с компьютерной инженерией, на Викискладе?