Datorteknik - Computer engineering

Datorteknik
Ockupation
Namn Dataingenjör
Yrkestyp
Teknik
Aktivitetssektorer
Informationsteknik, teknikindustri, verkstadsindustri
Specialitet Hårdvaruteknik, programvaruteknik, mjukvaruprogrammering, robotik, nätverk
Beskrivning
Kompetenser Teknisk kunskap, hårdvarudesign, mjukvarudesign
Områden
anställning
Vetenskap, teknik, teknik, industri, dator, prospektering

Datateknik ( CoE eller CpE ) är en gren av teknik som integrerar flera datavetenskapliga och elektroniska tekniska områden som krävs för att utveckla datorhårdvara och programvara . Datoringenjörer har vanligtvis utbildning i elektronik (eller elteknik ), mjukvarudesign och integration av hårdvara och mjukvara istället för endast mjukvaruteknik eller elektronik. Datoringenjörer är involverade i många hårdvaru- och programvaruaspekter av datorer , från design av individuella mikrokontroller , mikroprocessorer , persondatorer och superdatorer , till kretsdesign . Detta teknikområde fokuserar inte bara på hur datorsystem själva fungerar utan också hur de integreras i den större bilden.

Vanliga uppgifter som involverar datoringenjörer inkluderar att skriva programvara och fast programvara för inbyggda mikrokontroller , designa VLSI -chips , designa analoga sensorer , designa blandade kretskort och utforma operativsystem . Datoringenjörer är också lämpliga för robotforskning , som starkt förlitar sig på att använda digitala system för att styra och övervaka elektriska system som motorer , kommunikation och sensorer .

I många lärosäten får datorteknikstudenter välja fördjupningsområden på yngre och äldre år eftersom hela kunskapsbredden som används vid design och tillämpning av datorer ligger utanför ramen för en grundutbildning . Andra institutioner kan kräva att ingenjörsstudenter ska genomföra ett eller två års allmän teknik innan de förklarar datateknik som sitt primära fokus.

Detta moderkort som används i en persondator är resultatet av datatekniska ansträngningar.

Historia

Den skillnaden Engine , den första mekaniska datorn.
ENIAC , den första elektroniska datorn.

Datateknik började 1939 när John Vincent Atanasoff och Clifford Berry började utveckla världens första elektroniska digitala dator genom fysik , matematik och elektroteknik . John Vincent Atanasoff var en gång fysik- och matematiklärare vid Iowa State University och Clifford Berry en tidigare examen under elektroteknik och fysik. Tillsammans skapade de Atanasoff-Berry-datorn , även känd som ABC som tog fem år att slutföra. Medan den ursprungliga ABC demonterades och kasserades på 1940 -talet hyllades de sena uppfinnarna, en kopia av ABC gjordes 1997 där det tog ett team av forskare och ingenjörer fyra år och 350 000 dollar att bygga.

Den moderna persondatorn växte fram på 1970 -talet, efter flera genombrott inom halvledarteknik . Dessa inkluderar den första arbetstransistorn av William Shockley , John Bardeen och Walter Brattain vid Bell Labs i 1947, den kiselpassiveytan process (via termisk oxidation ) genom Mohamed Atalla på Bell Labs i 1957, den monolitiska integrerade kretsen chip av Robert Noyce vid Fairchild Halvledare 1959, metalloxid-halvledarfältseffekt-transistorn (MOSFET, eller MOS-transistorn) av Mohamed Atalla och Dawon Kahng på Bell Labs 1959, och en-chip- mikroprocessorn ( Intel 4004 ) av Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima och Stanley MazorIntel 1971.

Datateknikutbildningens historia

Det första datoringenjörsprogrammet i USA grundades 1971 vid Case Western Reserve University i Cleveland , Ohio . Från och med 2015 fanns det 250 ABET -ackrediterade datateknikprogram i USA I Europa utförs ackreditering av datatekniska skolor av en mängd olika byråer som ingår i EQANIE -nätverket. På grund av ökande jobbkrav för ingenjörer som samtidigt kan designa hårdvara, programvara , firmware och hantera alla former av datorsystem som används i industrin, erbjuder vissa högskolor runt om i världen en kandidatexamen som vanligtvis kallas datateknik. Både datateknik och elektroniska ingenjörsprogram inkluderar analog och digital kretsdesign i sin läroplan. Som med de flesta tekniska discipliner är det nödvändigt att ha goda kunskaper i matematik och naturvetenskap för datoringenjörer.

Utbildning

Datateknik kallas datavetenskap och teknik vid vissa universitet. De flesta datatekniska jobb på grundnivå kräver minst en kandidatexamen i datateknik (eller datavetenskap och teknik). Vanligtvis måste man lära sig en rad matematik som kalkyl , algebra och trigonometri och några datavetenskapskurser . Ibland accepteras en examen i elektronisk teknik på grund av likheten mellan de två fälten. Eftersom maskinvaruingenjörer vanligtvis arbetar med datorsystem är en stark bakgrund inom datorprogrammering nödvändig. Enligt BLS "liknar en datateknik huvudämne som elektroteknik men med några datavetenskapliga kurser till läroplanen". Vissa stora företag eller specialiserade jobb kräver en magisterexamen.

Det är också viktigt för datoringenjörer att hålla jämna steg med tekniska framsteg. Därför fortsätter många att lära sig under hela sin karriär. Detta kan vara till hjälp, särskilt när det gäller att lära sig nya färdigheter eller förbättra befintliga. Till exempel, eftersom den relativa kostnaden för att åtgärda en bugg ökar ju längre den är i mjukvaruutvecklingscykeln, kan det bli större kostnadsbesparingar som hänför sig till att utveckla och testa kvalitetskod så snart som möjligt i processen, och särskilt innan den släpps.

Yrke: Datoringenjör

En person med ett yrke inom datorteknik kallas för datoringenjör.

Titel Prefix Ändelse Krav
Dataingenjör Engr. CpE Godkänd en examen i datateknik

Institution: Utbildningsinstitution (som College, University)

Certifierad datoringenjör Engr. CCpE Godkänd en certifieringsexamen i datateknik

Institution: Privat institution (t.ex. datatekniska organisationer och privata företag)

Registrerad datoringenjör Engr. RCpE Godkänd examen i datorteknik

Institution: Offentlig institution (t.ex. Country's Regulatory Board)

Professionell datoringenjör Engr. PCpE Godkänd en professionell tentamen i datateknik, eller arbetslivserfarenhet

Institution: Offentlig eller privat institution

*kan variera beroende på region och land.

Ansökningar och praktik

Det finns två huvudfokus inom datorteknik: hårdvara och programvara.

Datorhårdvaruteknik

Enligt BLS , Job Outlook-anställning för maskinvaruingenjörer, var den förväntade tioåriga tillväxten från 2019 till 2029 för maskinvaruteknik uppskattningsvis 2% och totalt 71 100 jobb. ("Långsammare än genomsnittet" med sina egna ord jämfört med andra yrken) ". Detta är en minskning från 2014 till 2024 BLS datorhårdvaruteknik uppskattning på 3% och totalt 77.700 jobb." Och är ned från 7% för BLS -uppskattningen 2012 till 2022 och är ytterligare nere från 9% i uppskattningen av BLS 2010 till 2020. systemdesign.

Programvaruteknik

Enligt US Bureau of Labor Statistics (BLS) beräknas "mjukvaruingenjörer och datorsystemtekniker för dataprogram vara bland de yrken som växer snabbare än genomsnittet". sjutton procent och det fanns totalt 1 114 000 jobb samma år. Detta är en minskning från BLS -uppskattningen 2012 till 2022 på 22% för mjukvaruutvecklare. Och, längre ner från 30% 2010 till 2020 BLS -uppskattningen. Dessutom ökar oro över cybersäkerhet för att sätta datorprogramvaruteknik högt över den genomsnittliga ökningstakten för alla områden. En del av arbetet kommer dock att läggas ut i utlandet. På grund av detta kommer jobbtillväxten inte att vara lika snabb som under det senaste decenniet, eftersom jobb som skulle ha gått till datorprogramvaruingenjörer i USA istället skulle gå till ingenjörer inom dataprogram i länder som Indien. Dessutom har BLS Job Outlook för datorprogrammerare, 2014–24 en −8% (en nedgång, i deras ord) och en Job Outlook, 2019-29 -9% (Decline) för dem som programmerar datorer (dvs. inbäddade system) ) som inte är datorprogramutvecklare. Dessutom har kvinnor inom mjukvaruområden sjunkit under åren ännu snabbare än andra teknikområden.

Datorteknik licensiering och praktik

Datorteknik praktiseras i allmänhet inom större produktutvecklingsföretag, och sådan praxis kanske inte omfattas av licensiering. Dock kan oberoende konsulter som annonserar datateknik, precis som någon form av teknik, omfattas av statliga lagar som begränsar yrkesmässig ingenjörspraxis till endast de som har fått lämplig licens. National Council of Examiner for Engineering and Surveying (NCEES) erbjöd först en Principles and Practice of Engineering Examination för datorteknik 2003.

Specialområden

Det finns många specialområden inom datateknik.

Processor design

Processorns designprocess innebär att man väljer en instruktionsuppsättning och ett visst exekveringsparadigm (t.ex. VLIW eller RISC) och resulterar i en mikroarkitektur, som kan beskrivas i t.ex. VHDL eller Verilog. CPU -design är uppdelad i design av följande komponenter: datapat (t.ex. ALU: er och pipelines), styrenhet: logik som styr datapattern, minneskomponenter såsom registerfiler, cacheminne, klockkretsar såsom klockdrivrutiner, PLL, klockdistributionsnät , pad -transceiverkretsar, logiskt gate -cellbibliotek som används för att implementera logiken.

Kodning, kryptografi och informationsskydd

Källkod skriven i C -programmering lanugage.

Datoringenjörer arbetar med kodning, kryptografi och informationsskydd för att utveckla nya metoder för att skydda olika uppgifter, till exempel digitala bilder och musik, fragmentering, upphovsrättsintrång och andra former av manipulation. Exempel inkluderar arbete med trådlös kommunikation, multiantennsystem, optisk överföring och digital vattenmärkning .

Kommunikation och trådlösa nätverk

De som fokuserar på kommunikation och trådlösa nätverk, framsteg inom telekommunikationssystem och nätverk (särskilt trådlösa nätverk), modulering och felkontrollkodning och informationsteori. Höghastighetsnätverksdesign , avstörning och modulering, design och analys av feltoleranta systemet , och lagrings- och överföringsscheman är alla en del av denna specialitet.

Kompilatorer och operativsystem

Windows 10, ett exempel på ett operativsystem .

Denna specialitet fokuserar på kompilatorer och design och utveckling av operativsystem . Ingenjörer inom detta område utvecklar ny operativsystemarkitektur, programanalystekniker och nya tekniker för att säkerställa kvalitet. Exempel på arbete inom detta område inkluderar algoritmutveckling av kodomvandling efter länk-tid och utveckling av nytt operativsystem.

Datavetenskap och teknik

Datavetenskap och teknik är en relativt ny disciplin. Enligt Sloan Career Cornerstone Center, individer som arbetar inom detta område, "beräknas metoder för att formulera och lösa komplexa matematiska problem inom teknik och fysik och samhällsvetenskap. Exempel inkluderar flygplandesign, plasmabehandling av nanometerfunktioner på halvledarskivor , VLSI -kretsdesign, radardetekteringssystem, jontransport genom biologiska kanaler och mycket mer ".

Datanätverk, mobila datorer och distribuerade system

I denna specialitet bygger ingenjörer integrerade miljöer för datorer, kommunikation och informationstillgång . Exempel är trådlösa nätverk med delad kanal, adaptiv resurshantering i olika system och förbättrad servicekvalitet i mobil- och bankomater. Några andra exempel inkluderar arbete på trådlösa nätverkssystem och snabba Ethernet -kluster trådbundna system.

Datorsystem: arkitektur, parallell bearbetning och pålitlighet

Ett exempel på en dator -CPU.

Ingenjörer som arbetar i datorsystem arbetar med forskningsprojekt som möjliggör pålitliga, säkra och högpresterande datasystem. Projekt som att designa processorer för multi-threading och parallell bearbetning ingår i detta område. Andra exempel på arbete inom detta område inkluderar utveckling av nya teorier, algoritmer och andra verktyg som ger prestanda till datorsystem.

Datorarkitektur inkluderar CPU -design , cachehierarki -layout, minnesorganisation och belastningsbalansering .

Datorsyn och robotik

Ett exempel på en humanoid robot.

I denna specialitet fokuserar datoringenjörer på att utveckla visuell avkänningsteknik för att känna av en miljö, representation av en miljö och manipulation av miljön. Den insamlade tredimensionella informationen implementeras sedan för att utföra en mängd olika uppgifter. Dessa inkluderar förbättrad mänsklig modellering, bildkommunikation och gränssnitt mellan människa och dator, liksom enheter som specialkameror med mångsidiga syngivare.

Inbyggda system

Exempel på enheter som använder inbäddade system.

Individer som arbetar inom detta område designar teknik för att förbättra systemens hastighet, tillförlitlighet och prestanda. Inbäddade system finns i många enheter från en liten FM -radio till rymdfärjan. Enligt Sloan Cornerstone Career Center inkluderar den pågående utvecklingen av inbäddade system "automatiserade fordon och utrustning för att utföra sökning och räddning, automatiserade transportsystem och samordning mellan människor och robotar för att reparera utrustning i rymden." Från och med 2018 inkluderar datorinbäddade datatekniska specialiseringar system-på-chip- design, arkitektur för edge computing och sakernas internet .

Integrerade kretsar, VLSI -design, testning och CAD

Denna specialitet inom datorteknik kräver tillräcklig kunskap om elektronik och elektriska system. Ingenjörer som arbetar inom detta område arbetar med att förbättra hastigheten, tillförlitligheten och energieffektiviteten i nästa generations mycket storskaliga integrerade ( VLSI ) kretsar och mikrosystem. Ett exempel på denna specialitet är arbete med att minska strömförbrukningen för VLSI -algoritmer och arkitektur.

Signal-, bild- och talbehandling

Datoringenjörer inom detta område utvecklar förbättringar i interaktionen mellan människa och dator, inklusive taligenkänning och syntes, medicinsk och vetenskaplig bildbehandling eller kommunikationssystem. Annat arbete inom detta område inkluderar utveckling av datorsyn, såsom erkännande av mänskliga ansiktsdrag .

Kvantberäkning

Se även

Relaterade fält

Föreningar

Referenser

externa länkar

  • Media relaterat till datorteknik på Wikimedia Commons