Datateknikk - Computer engineering

Datateknikk
Okkupasjon
Navn Data ingeniør
Yrkestype
Engineering
Aktivitetssektorer
Informasjonsteknologi, teknologiindustri, ingeniørindustri
Spesialitet Maskinvareingeniør, programvareingeniør, programmering, robotikk, nettverk
Beskrivelse
Kompetanser Teknisk kunnskap, maskinvaredesign, programvaredesign
Felt av
sysselsetting
Vitenskap, teknologi, ingeniørfag, industri, datamaskin, leting

Datateknikk ( SFF eller CPE ) er en gren av ingeniør som integrerer flere felt av informatikk og elektronikk som kreves for å utvikle maskinvare og programvare . Datamaskiningeniører har vanligvis opplæring i elektronisk ingeniørfag (eller elektroteknikk ), programvaredesign og integrering av maskinvare-programvare i stedet for bare programvareingeniør eller elektronisk ingeniørfag. Datamaskiningeniører er involvert i mange maskinvare- og programvareaspekter ved databehandling , fra design av individuelle mikrokontrollere , mikroprosessorer , personlige datamaskiner og superdatamaskiner , til kretsdesign . Dette ingeniørfeltet fokuserer ikke bare på hvordan datasystemene selv fungerer, men også hvordan de integreres i det større bildet.

Vanlige oppgaver som involverer datamaskiningeniører inkluderer å skrive programvare og fastvare for innebygde mikrokontrollere , designe VLSI -brikker , designe analoge sensorer , designe blandede kretskort og designe operativsystemer . Datamaskiningeniører er også egnet for robotforskning , som er avhengig av å bruke digitale systemer for å kontrollere og overvåke elektriske systemer som motorer , kommunikasjon og sensorer .

I mange institusjoner for høyere utdanning har datamaskiningeniørstudenter lov til å velge fordypningsområder i ungdoms- og senioråret, fordi hele kunnskapsbredden som brukes i design og anvendelse av datamaskiner er utenfor omfanget av en lavere grad . Andre institusjoner kan kreve at ingeniørstudenter fullfører ett eller to års generell ingeniørfag før de erklærer datateknikk som hovedfokus.

Dette datamaskinens hovedkort som brukes i en datamaskin er et resultat av datateknisk innsats.

Historie

The Difference Engine , den første mekaniske datamaskinen.
ENIAC , den første elektroniske datamaskinen.

Datateknikk begynte i 1939 da John Vincent Atanasoff og Clifford Berry begynte å utvikle verdens første elektroniske digitale datamaskin gjennom fysikk , matematikk og elektroteknikk . John Vincent Atanasoff var en gang fysikk- og matematikklærer ved Iowa State University og Clifford Berry, tidligere utdannet elektrotekniker og fysikk. Sammen opprettet de Atanasoff-Berry-datamaskinen , også kjent som ABC, som tok fem år å fullføre. Mens den opprinnelige ABC ble demontert og kastet på 1940 -tallet ble det gjort en hyllest til de sene oppfinnerne, en kopi av ABC ble laget i 1997 hvor det tok et team av forskere og ingeniører fire år og $ 350 000 dollar å bygge.

Den moderne personlige datamaskinen dukket opp på 1970 -tallet, etter flere gjennombrudd innen halvlederteknologi . Disse inkluderer den første arbeids transistor av William Shockley , John Bardeen og Walter Brattain ved Bell Labs i 1947 silisiumoverflatepassive prosess (via termisk oksidasjon ) av Mohamed Atalla ved Bell Labs i 1957, den monolittiske integrerte kretsbrikke ved Robert Noyce ved Fairchild Halvleder i 1959, metall-oksid-halvleder-felteffekttransistoren (MOSFET, eller MOS-transistor) av Mohamed Atalla og Dawon Kahng på Bell Labs i 1959, og enkeltbrikke- mikroprosessoren ( Intel 4004 ) av Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima og Stanley Mazor ved Intel i 1971.

Historien om datateknisk utdanning

Det første datateknikkstudiet i USA ble etablert i 1971 ved Case Western Reserve University i Cleveland , Ohio . Fra 2015 var det 250 ABET -godkjente datateknikkprogrammer i USA I Europa er akkreditering av datatekniske skoler utført av en rekke byråer som er en del av EQANIE -nettverket. På grunn av økende jobbkrav for ingeniører som samtidig kan designe maskinvare, programvare , fastvare og administrere alle former for datasystemer som brukes i industrien, tilbyr noen tertiære institusjoner rundt om i verden en bachelorgrad som vanligvis kalles datateknikk. Både datateknikk og elektroniske ingeniørprogrammer inkluderer analog og digital kretsdesign i læreplanen. Som med de fleste ingeniørdisipliner er det nødvendig med god kunnskap om matematikk og naturfag for datamaskiningeniører.

utdanning

Datateknikk blir referert til som informatikk og ingeniørfag ved noen universiteter. De fleste datamaskiningeniørjobber på inngangsnivå krever minst en bachelorgrad i datateknikk (eller informatikk og ingeniørfag). Vanligvis må man lære en rekke matematikk som beregning , algebra og trigonometri og noen datavitenskapsklasser . Noen ganger godtas en grad i elektronisk ingeniørfag på grunn av likheten mellom de to feltene. Fordi maskinvareingeniører vanligvis jobber med dataprogramvaresystemer, er en sterk bakgrunn i dataprogrammering nødvendig. I følge BLS "ligner en datamaskiningeniørfag elektroteknikk, men med noen informatikk -kurs lagt til læreplanen". Noen store firmaer eller spesialiserte jobber krever en mastergrad.

Det er også viktig for dataingeniører å følge med på raske teknologiske fremskritt. Derfor fortsetter mange å lære gjennom hele karrieren. Dette kan være nyttig, spesielt når det gjelder å lære nye ferdigheter eller forbedre eksisterende. For eksempel, ettersom den relative kostnaden for å fikse en feil øker jo lenger den er i programvareutviklingssyklusen, kan det være større kostnadsbesparelser knyttet til utvikling og testing av kvalitetskode så snart som mulig i prosessen, og spesielt før utgivelsen.

Yrke: Datamaskiningeniør

En person med et yrke innen datateknikk kalles en datamaskiningeniør.

Tittel Prefiks Suffiks Krav
Data ingeniør Engr. CpE Bestått en grad i datateknikk

Institusjon: Utdanningsinstitusjon (for eksempel høyskole, universitet)

Sertifisert dataingeniør Engr. CCpE Besto en sertifiseringseksamen i datateknikk

Institusjon: Privat institusjon (for eksempel datatekniske organisasjoner og private selskaper)

Registrert dataingeniør Engr. RCpE Besto en lisenseksamen i datateknikk

Institusjon: Offentlig institusjon (for eksempel Country's Regulatory Board)

Profesjonell datamaskiningeniør Engr. PCpE Bestått en profesjonell eksamen i datateknikk, eller arbeidserfaring

Institusjon: Offentlig eller privat institusjon

*kan variere fra region til land.

Søknader og praksis

Det er to hovedfokus innen datateknikk: maskinvare og programvare.

Computer hardware engineering

I følge BLS , Job Outlook-sysselsetting for maskinvareingeniører, var den forventede tiårsveksten fra 2019 til 2029 for maskinvareingeniør anslagsvis 2% og totalt 71 100 stillinger. ("Saktere enn gjennomsnittet" med egne ord sammenlignet med andre yrker). "Dette er en nedgang fra 2014 til 2024 BLS maskinvareingeniør for BLS på 3% og totalt 77.700 jobber." Og er nede fra 7% for estimatet for 2012 til 2022 BLS og er ytterligere ned fra 9% i estimatet til BLS 2010 til 2020. "I dag er maskinvare på en eller annen måte lik elektronisk og datateknikk (ECE) og har blitt delt inn i mange underkategorier; den viktigste er innebygd system design.

Dataprogramvare engineering

I følge US Bureau of Labor Statistics (BLS), "er programvareingeniører og datamaskinprogramvareingeniører beregnet til å være blant de yrkene som vokser raskere enn gjennomsnittet" Den forventede tiårsveksten fra 2014 for programvareutvikling ble estimert sytten prosent og det var totalt 1.114.000 jobber samme år. Dette er ned fra estimatet fra 2012 til 2022 BLS på 22% for programvareutviklere. Og, lenger ned fra 30% 2010 til 2020 BLS -estimatet. I tillegg øker bekymringen for cybersikkerhet for å sette datateknologi høyt over den gjennomsnittlige økningstakten for alle felt. Noe av arbeidet vil imidlertid bli outsourcet i utlandet. På grunn av dette vil jobbveksten ikke være så rask som i løpet av det siste tiåret, ettersom jobber som ville ha gått til programvareingeniører i USA i stedet ville gått til programvareingeniører i land som India. I tillegg har BLS Job Outlook for dataprogrammerere, 2014–24 en −8% (en nedgang, med deres ord) og en Job Outlook, 2019-29 -9% (Nedgang) for de som programmerer datamaskiner (dvs. innebygde systemer ) som ikke er utviklere av dataprogrammer. Videre har kvinner innen programvarefelt gått nedover gjennom årene enda raskere enn andre ingeniørfelt.

Datateknikk lisensiering og praksis

Datateknikk praktiseres vanligvis i større produktutviklingsfirmaer, og slik praksis kan ikke være gjenstand for lisensiering. Imidlertid kan uavhengige konsulenter som annonserer datateknikk, akkurat som enhver form for prosjektering, være underlagt statlige lover som begrenser profesjonell ingeniørpraksis til bare de som har mottatt passende lisens. National Council of Examiners for Engineering and Surveying (NCEES) tilbød først en Principles and Practice of Engineering Examination for computer engineering i 2003.

Spesialområder

Det er mange spesialområder innen datateknikk.

Prosessordesign

Prosessordesignprosess innebærer å velge et instruksjonssett og et bestemt utførelsesparadigme (f.eks. VLIW eller RISC) og resultere i en mikroarkitektur, som kan beskrives i f.eks. VHDL eller Verilog. CPU -design er delt inn i design av følgende komponenter: datapaner (for eksempel ALUer og rørledninger), kontrollenhet: logikk som styrer datapatene, minnekomponenter som registerfiler, cacher, klokkekretser som klokkedrivere, PLLer, klokkefordelingsnettverk , pad transceiver kretser, logisk gate cellebibliotek som brukes til å implementere logikken.

Koding, kryptografi og informasjonsbeskyttelse

Kildekode skrevet i C -programmeringsspråket.

Datamaskiningeniører jobber med koding, kryptografi og informasjonsbeskyttelse for å utvikle nye metoder for å beskytte ulike opplysninger, for eksempel digitale bilder og musikk, fragmentering, brudd på opphavsrett og andre former for manipulering. Eksempler inkluderer arbeid med trådløs kommunikasjon, multi-antennesystemer, optisk overføring og digitalt vannmerke .

Kommunikasjon og trådløse nettverk

De som fokuserer på kommunikasjon og trådløse nettverk, fremskritt i telekommunikasjonssystemer og nettverk (spesielt trådløse nettverk), modulering og feilkontrollkoding og informasjonsteori. Høyhastighets nettverksdesign , interferensundertrykkelse og modulering, design og analyse av feiltolerant system og lagrings- og overføringsordninger er alle en del av denne spesialiteten.

Kompilatorer og operativsystemer

Windows 10, et eksempel på et operativsystem .

Denne spesialiteten fokuserer på kompilatorer og design og utvikling av operativsystemer . Ingeniører på dette feltet utvikler ny operativsystemarkitektur, programanalyseteknikker og nye teknikker for å sikre kvalitet. Eksempler på arbeid på dette feltet inkluderer algoritmeutvikling etter kodekobling og utvikling av nytt operativsystem.

Beregningsvitenskap og ingeniørfag

Beregningsvitenskap og ingeniørfag er en relativt ny disiplin. I følge Sloan Career Cornerstone Center, individer som arbeider i dette området, "brukes beregningsmetoder for å formulere og løse komplekse matematiske problemer innen ingeniørfag og fysikk og samfunnsvitenskap. Eksempler inkluderer flydesign, plasmabehandling av nanometerfunksjoner på halvlederplater , VLSI -kretsdesign, radardeteksjonssystemer, ionetransport gjennom biologiske kanaler og mye mer ".

Datanettverk, mobil databehandling og distribuerte systemer

I denne spesialiteten bygger ingeniører integrerte miljøer for databehandling, kommunikasjon og informasjonstilgang . Eksempler inkluderer trådløse nettverk med delt kanal, adaptiv ressursstyring i forskjellige systemer og forbedring av tjenestekvaliteten i mobil- og minibanker. Noen andre eksempler inkluderer arbeid på trådløse nettverkssystemer og raske kablede Ethernet -klyngesystemer.

Datasystemer: arkitektur, parallell behandling og pålitelighet

Et eksempel på en datamaskin -CPU.

Ingeniører som jobber i datasystemer jobber med forskningsprosjekter som gir mulighet for pålitelige, sikre og høyytelses datasystemer. Prosjekter som å designe prosessorer for multi-threading og parallell behandling er inkludert i dette feltet. Andre eksempler på arbeid på dette feltet inkluderer utvikling av nye teorier, algoritmer og andre verktøy som gir ytelse til datasystemer.

Datamaskinarkitektur inkluderer CPU -design , hurtigbufferhierarki , minneorganisasjon og lastbalansering .

Datasyn og robotikk

Et eksempel på en humanoid robot.

I denne spesialiteten fokuserer datamaskiningeniører på å utvikle visuell sensing -teknologi for å føle et miljø, representasjon av et miljø og manipulering av miljøet. Den innsamlede tredimensjonale informasjonen blir deretter implementert for å utføre en rekke oppgaver. Disse inkluderer forbedret menneskelig modellering, bildekommunikasjon og grensesnitt mellom mennesker og datamaskiner, samt enheter som spesialkameraer med allsidige synssensorer.

Innebygde systemer

Eksempler på enheter som bruker innebygde systemer.

Enkeltpersoner som jobber innen dette området designer teknologi for å forbedre hastigheten, påliteligheten og ytelsen til systemer. Innebygde systemer finnes i mange enheter fra en liten FM -radio til romfergen. I følge Sloan Cornerstone Career Center inkluderer pågående utvikling i innebygde systemer "automatiserte kjøretøyer og utstyr for å utføre søk og redning, automatiserte transportsystemer og koordinering mellom mennesker og roboter for å reparere utstyr i verdensrommet." Fra og med 2018 inkluderer datamaskinens innebygde datatekniske spesialiseringer system-på-chip- design, arkitektur for edge computing og tingenes internett .

Integrerte kretser, VLSI -design, testing og CAD

Denne spesialiteten innen datateknikk krever tilstrekkelig kunnskap om elektronikk og elektriske systemer. Ingeniører som jobber i dette området jobber med å forbedre hastigheten, påliteligheten og energieffektiviteten til neste generasjons integrerte ( VLSI ) kretser og mikrosystemer. Et eksempel på denne spesialiteten er arbeid med å redusere strømforbruket til VLSI -algoritmer og arkitektur.

Signal-, bilde- og talebehandling

Datamaskiningeniører på dette området utvikler forbedringer i interaksjon mellom mennesker og datamaskiner, inkludert talegjenkjenning og syntese, medisinsk og vitenskapelig bildebehandling eller kommunikasjonssystemer. Annet arbeid på dette området inkluderer utvikling av datasyn, for eksempel gjenkjenning av menneskelige ansiktstrekk .

Quantum computing

Se også

Relaterte felt

Foreninger

Referanser

Eksterne linker