Technische Informatik - Computer engineering

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Technische Informatik
Besetzung
Namen Computertechniker
Beschäftigungsverhältnis
Ingenieurwesen
Aktivitätssektoren
Informationstechnologie, Technologieindustrie, Maschinenbauindustrie
Spezialität Hardware-Engineering, Software-Engineering, Software-Programmierung, Robotik, Vernetzung
Beschreibung
Kompetenzen Technisches Wissen, Hardware-Design, Software-Design
Felder
Beschäftigung
Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen, Industrie, Computer, Exploration

Computer Engineering ( CoE oder CpE ) ist ein Zweig des Ingenieurwesens , der verschiedene Bereiche der Informatik und Elektronik umfasst, die für die Entwicklung von Computerhardware und -software erforderlich sind . Computeringenieure haben normalerweise eine Ausbildung in Elektrotechnik (oder Elektrotechnik ), Software-Design und Hardware-Software-Integration anstatt nur in Software-Engineering oder Elektronik. Computeringenieure sind an vielen Hardware- und Softwareaspekten des Rechnens beteiligt , vom Entwurf einzelner Mikrocontroller , Mikroprozessoren , PCs und Supercomputer bis hin zum Schaltungsdesign . Dieses Gebiet der Technik konzentriert sich nicht nur darauf, wie Computersysteme selbst funktionieren, sondern auch darauf, wie sie sich in das Gesamtbild integrieren.

Übliche Aufgaben Computertechniker involvieren , umfassen Schreiben von Software und Firmware für eingebettete Mikrocontrollern , die Gestaltung VLSI - Chips , die Gestaltung analoge Sensoren , die Gestaltung Mischsignalschaltungsplatinen und die Gestaltung Betriebssysteme . Computeringenieure eignen sich auch für die Robotikforschung , die sich stark auf die Verwendung digitaler Systeme zur Steuerung und Überwachung elektrischer Systeme wie Motoren , Kommunikation und Sensoren stützt .

In vielen Hochschulen dürfen Studenten der Computertechnik in ihrem Junior- und Senior-Jahr Bereiche für ein eingehendes Studium auswählen, da die gesamte Breite des Wissens, das für das Design und die Anwendung von Computern verwendet wird, den Rahmen eines Bachelor-Abschlusses sprengt . Andere Institutionen verlangen möglicherweise von Ingenieurstudenten , dass sie ein oder zwei Jahre allgemeines Ingenieurwesen absolvieren, bevor sie Computertechnik als Hauptfokus deklarieren.

Dieses in einem
Personal Computer verwendete Computer- Motherboard ist das Ergebnis computergestützter Bemühungen.

Geschichte

Die Difference Engine , der erste mechanische Computer.
ENIAC , der erste elektronische Computer.

Die Computertechnik begann 1939, als John Vincent Atanasoff und Clifford Berry mit der Entwicklung des weltweit ersten elektronischen Digitalcomputers durch Physik , Mathematik und Elektrotechnik begannen . John Vincent Atanasoff war einst Physik- und Mathematiklehrer an der Iowa State University und Clifford Berry war ehemaliger Absolvent der Elektrotechnik und Physik. Zusammen erstellten sie den Atanasoff-Berry-Computer , auch bekannt als ABC, dessen Fertigstellung 5 Jahre dauerte. Während das ursprüngliche ABC in den 1940er Jahren zerlegt und weggeworfen wurde, wurde den verstorbenen Erfindern Tribut gezollt. 1997 wurde eine Nachbildung des ABC angefertigt, für deren Bau ein Team von Forschern und Ingenieuren vier Jahre und 350.000 US-Dollar benötigte.

Der moderne Personal Computer entstand in den 1970er Jahren nach mehreren Durchbrüchen in der Halbleitertechnologie . Diese umfassen den ersten Arbeitstransistor von William Shockley , John Bardeen und Walter Brattain bei Bell Labs 1947, die Silizium Oberflächenpassivierung Prozess (über thermische Oxidation ) von Mohamed Atalla bei Bell Labs 1957, die monolithisch integrierten Schaltung - Chip von Robert Noyce bei Fairchild Halbleiter im Jahr 1959, der Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET oder MOS-Transistor) von Mohamed Atalla und Dawon Kahng bei Bell Labs im Jahr 1959 und der Einzelchip- Mikroprozessor ( Intel 4004 ) von Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima und Stanley Mazor bei Intel im Jahr 1971.

Geschichte der Informatikausbildung

Das erste Studienprogramm für Computertechnik in den USA wurde 1971 an der Case Western Reserve University in Cleveland , Ohio, gegründet . Ab 2015 gab es in den USA 250 ABET- akkreditierte Computertechnikprogramme. In Europa erfolgt die Akkreditierung von Computertechnikschulen durch eine Vielzahl von Agenturen, die Teil des EQANIE- Netzwerks sind. Aufgrund der steigenden Anforderungen an Ingenieure, die gleichzeitig Hardware, Software , Firmware entwerfen und alle in der Industrie verwendeten Computersysteme verwalten können, bieten einige Hochschulen auf der ganzen Welt einen Bachelor-Abschluss an, der allgemein als Computertechnik bezeichnet wird. Sowohl Computertechnik- als auch Elektronikprogramme enthalten analoge und digitale Schaltungsentwürfe in ihrem Lehrplan. Wie bei den meisten Ingenieurdisziplinen sind für Computeringenieure fundierte Kenntnisse in Mathematik und Naturwissenschaften erforderlich.

Bildung

Computertechnik wird an einigen Universitäten als Informatik und Ingenieurwesen bezeichnet . Die meisten Einstiegsjobs im Bereich Computertechnik erfordern mindestens einen Bachelor-Abschluss in Computertechnik (oder Informatik und Ingenieurwesen). Typischerweise muss man eine Reihe von Mathematikarten wie Analysis , Algebra und Trigonometrie sowie einige Informatikkurse lernen . Aufgrund der Ähnlichkeit der beiden Bereiche wird manchmal ein Abschluss in Elektrotechnik akzeptiert. Da Hardware-Ingenieure üblicherweise mit Computersoftwaresystemen arbeiten, ist ein starker Hintergrund in der Computerprogrammierung erforderlich. Laut BLS "ähnelt ein Hauptfach Informatik der Elektrotechnik, jedoch werden einige Informatikkurse in den Lehrplan aufgenommen". Einige große Firmen oder spezialisierte Jobs erfordern einen Master-Abschluss.

Für Computeringenieure ist es auch wichtig, mit den schnellen technologischen Fortschritten Schritt zu halten. Daher lernen viele während ihrer gesamten Karriere weiter. Dies kann hilfreich sein, insbesondere wenn es darum geht, neue Fähigkeiten zu erlernen oder bestehende zu verbessern. Wenn beispielsweise die relativen Kosten für die Behebung eines Fehlers im Softwareentwicklungszyklus weiter zunehmen, können größere Kosteneinsparungen erzielt werden, wenn das Entwickeln und Testen von Qualitätscode so schnell wie möglich im Prozess und insbesondere vor der Veröffentlichung erfolgt.

Beruf: Computeringenieur

Eine Person mit einem Beruf in Computertechnik wird als Computeringenieur bezeichnet.

Titel Präfix Suffix Bedarf
Computertechniker Engr. CpE Abschluss in Computertechnik

Institution: Bildungseinrichtung (wie College, Universität)

Zertifizierter Computeringenieur Engr. CCpE Bestanden eine Zertifizierungsprüfung in Computertechnik

Institution: Private Institution (wie Computertechnik-Organisationen und private Unternehmen)

Registrierter Computeringenieur Engr. RCpE Bestanden eine Lizenzprüfung in Computertechnik

Institution: Öffentliche Institution (wie das Regulatory Board des Landes)

Professioneller Computeringenieur Engr. PCpE Bestanden eine professionelle Prüfung in Computertechnik oder Berufserfahrung

Institution: Öffentliche oder private Institution

* kann je nach Region und Land variieren.

Anwendungen und Praxis

Es gibt zwei Hauptschwerpunkte in der Computertechnik: Hardware und Software.

Computerhardware-Engineering

Laut BLS , Job Outlook-Beschäftigung für Computerhardware-Ingenieure, betrug das erwartete zehnjährige Wachstum für Computerhardware-Engineering von 2019 bis 2029 schätzungsweise 2% und insgesamt 71.100 Arbeitsplätze. ("Langsamer als der Durchschnitt" in ihren eigenen Worten im Vergleich zu anderen Berufen) ". Dies ist ein Rückgang von 2014 bis 2024 BLS-Schätzung für Computerhardware-Engineering von 3% und insgesamt 77.700 Arbeitsplätzen." Die BLS-Schätzung für 2012 bis 2022 liegt weiter unter 9% in der BLS-Schätzung für 2010 bis 2020. "Computerhardware entspricht heute in gewisser Weise der Elektronik- und Computertechnik (ECE) und wurde in viele Unterkategorien unterteilt. Die bedeutendste ist eingebettet System-Design.

Computer-Software-Engineering

Laut dem US-amerikanischen Amt für Arbeitsstatistik (BLS) gehören "Software-Ingenieure für Computeranwendungen und Software-Ingenieure für Computersysteme voraussichtlich zu den überdurchschnittlich schnell wachsenden Berufen". Das erwartete Wachstum der Computer-Software-Entwicklung ab 2014 auf zehn Jahre wurde geschätzt siebzehn Prozent und im selben Jahr gab es insgesamt 1.114.000 Arbeitsplätze. Dies ist weniger als die BLS-Schätzung von 2012 bis 2022 von 22% für Softwareentwickler. Und weiter unten von der BLS-Schätzung von 30% für 2010 bis 2020. Darüber hinaus führen wachsende Bedenken hinsichtlich der Cybersicherheit dazu, dass die Entwicklung von Computersoftware über der durchschnittlichen Steigerungsrate für alle Bereiche liegt. Ein Teil der Arbeiten wird jedoch ins Ausland ausgelagert. Aus diesem Grund wird das Beschäftigungswachstum nicht so schnell sein wie im letzten Jahrzehnt, da Jobs, die an Computer-Software-Ingenieure in den USA vergeben worden wären, stattdessen an Computer-Software-Ingenieure in Ländern wie Indien gehen würden. Darüber hinaus weist der BLS-Jobausblick für Computerprogrammierer (2014–24) einen Wert von –8% (in ihren Worten ein Rückgang) und einen Jobausblick (2019-29–9% (Rückgang)) für diejenigen auf, die Computer programmieren (dh eingebettete Systeme) ) die keine Entwickler von Computeranwendungen sind. Darüber hinaus sind Frauen in Softwarebereichen im Laufe der Jahre noch schneller zurückgegangen als in anderen technischen Bereichen.

Lizenzierung und Praxis der Computertechnik

Computertechnik wird im Allgemeinen in größeren Produktentwicklungsunternehmen praktiziert, und diese Praxis unterliegt möglicherweise keiner Lizenzierung. Unabhängige Berater, die wie jede andere Form der Technik für Computertechnik werben, können jedoch staatlichen Gesetzen unterliegen, die die professionelle Ingenieurpraxis nur auf diejenigen beschränken, die die entsprechende Lizenz erhalten haben. Der Nationale Prüferrat für Ingenieurwesen und Vermessung (NCEES) bot erstmals 2003 eine Prüfung der Grundsätze und der Praxis der Ingenieurwissenschaften für Computertechnik an.

Spezialgebiete

Es gibt viele Spezialgebiete im Bereich der Computertechnik.

Prozessordesign

Der Prozessorentwurfsprozess umfasst die Auswahl eines Befehlssatzes und eines bestimmten Ausführungsparadigmas (z. B. VLIW oder RISC) und führt zu einer Mikroarchitektur, die beispielsweise in VHDL oder Verilog beschrieben werden kann. Das CPU-Design ist in das Design der folgenden Komponenten unterteilt: Datenpfade (wie ALUs und Pipelines), Steuereinheit: Logik, die die Datenpfade steuert, Speicherkomponenten wie Registerdateien, Caches, Taktschaltungen wie Takttreiber, PLLs, Taktverteilungsnetzwerke , Pad-Transceiver-Schaltung, Logikgatter-Zellenbibliothek, die zum Implementieren der Logik verwendet wird.

Codierung, Kryptographie und Informationsschutz

Computerprogrammierung.

Computeringenieure arbeiten in den Bereichen Codierung, Kryptografie und Informationsschutz, um neue Methoden zum Schutz verschiedener Informationen zu entwickeln, z. B. digitale Bilder und Musik, Fragmentierung, Urheberrechtsverletzung und andere Formen der Manipulation. Beispiele hierfür sind Arbeiten zu drahtloser Kommunikation, Mehrantennensystemen, optischer Übertragung und digitalem Wasserzeichen .

Kommunikation und drahtlose Netzwerke

Diejenigen, die sich auf Kommunikation und drahtlose Netzwerke, Arbeitsfortschritte in Telekommunikationssystemen und -netzen (insbesondere drahtlose Netzwerke), Modulations- und Fehlerkontrollcodierung und Informationstheorie konzentrieren. High-Speed - Netzwerk - Design , Entstörung und Modulation, Design und Analyse von fehlertolerantes System , und die Einspeicherung und Übertragungsschemata sind alle ein Teil dieser Spezialität.

Compiler und Betriebssysteme

Windows 10, ein Beispiel für ein Betriebssystem .

Diese Spezialität konzentriert sich auf das Design und die Entwicklung von Compilern und Betriebssystemen . Ingenieure auf diesem Gebiet entwickeln neue Betriebssystemarchitekturen, Programmanalysetechniken und neue Techniken zur Qualitätssicherung. Beispiele für Arbeiten in diesem Bereich sind die Entwicklung von Code-Transformationsalgorithmen nach der Verknüpfung und die Entwicklung neuer Betriebssysteme.

Computerwissenschaft und Ingenieurwesen

Computerwissenschaft und Ingenieurwesen sind eine relativ neue Disziplin. Laut dem Sloan Career Cornerstone Center, Personen, die in diesem Bereich arbeiten, werden "Berechnungsmethoden angewendet, um komplexe mathematische Probleme in den Ingenieurwissenschaften sowie in den Physik- und Sozialwissenschaften zu formulieren und zu lösen. Beispiele hierfür sind das Flugzeugdesign und die Plasmabearbeitung von Nanometermerkmalen auf Halbleiterwafern , VLSI- Schaltungsdesign, Radarerkennungssysteme, Ionentransport durch biologische Kanäle und vieles mehr ".

Computernetzwerke, Mobile Computing und verteilte Systeme

In dieser Spezialität erstellen Ingenieure integrierte Umgebungen für Computer, Kommunikation und Informationszugriff . Beispiele hierfür sind drahtlose Netzwerke mit gemeinsamem Kanal, adaptives Ressourcenmanagement in verschiedenen Systemen und die Verbesserung der Servicequalität in Mobil- und Geldautomatenumgebungen. Einige andere Beispiele umfassen Arbeiten an drahtlosen Netzwerksystemen und drahtgebundenen Fast-Ethernet-Cluster-Systemen.

Computersysteme: Architektur, Parallelverarbeitung und Zuverlässigkeit

Ein Beispiel für eine Computer-CPU.

Ingenieure, die in Computersystemen arbeiten, arbeiten an Forschungsprojekten, die zuverlässige, sichere und leistungsstarke Computersysteme ermöglichen. Projekte wie das Entwerfen von Prozessoren für Multithreading und Parallelverarbeitung sind in diesem Bereich enthalten. Weitere Beispiele für Arbeiten in diesem Bereich sind die Entwicklung neuer Theorien, Algorithmen und anderer Tools, die Computersystemen leistungsfähiger machen .

Die Computerarchitektur umfasst das CPU-Design , das Layout der Cache-Hierarchie , die Speicherorganisation und den Lastausgleich .

Computer Vision und Robotik

Ein Beispiel für einen humanoiden Roboter.

In dieser Spezialität konzentrieren sich Computeringenieure auf die Entwicklung visueller Sensortechnologien zur Erfassung einer Umgebung, zur Darstellung einer Umgebung und zur Manipulation der Umgebung. Die gesammelten dreidimensionalen Informationen werden dann implementiert, um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Dazu gehören verbesserte menschliche Modellierung, Bildkommunikation und Mensch-Computer-Schnittstellen sowie Geräte wie Spezialkameras mit vielseitigen Vision-Sensoren.

Eingebettete Systeme

Beispiele für Geräte, die eingebettete Systeme verwenden.

Personen, die in diesem Bereich arbeiten, entwickeln Technologien zur Verbesserung der Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Leistung von Systemen. Eingebettete Systeme sind in vielen Geräten zu finden, vom kleinen UKW-Radio bis zum Space Shuttle. Laut dem Sloan Cornerstone Career Center gehören zu den laufenden Entwicklungen bei eingebetteten Systemen "automatisierte Fahrzeuge und Geräte zur Durchführung von Such- und Rettungsaktionen, automatisierte Transportsysteme und die Koordination von Mensch und Roboter zur Reparatur von Geräten im Weltraum". Ab 2018 gehören zu den Spezialisierungen für Computer Embedded Computer Engineering das System-on-Chip- Design, die Architektur des Edge-Computing und das Internet der Dinge .

Integrierte Schaltkreise, VLSI-Design, Test und CAD

Diese Spezialität der Computertechnik erfordert ausreichende Kenntnisse der Elektronik und der elektrischen Systeme. In diesem Bereich tätige Ingenieure arbeiten daran, die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz von sehr großen integrierten Schaltkreisen und Mikrosystemen der nächsten Generation ( VLSI ) zu verbessern . Ein Beispiel für diese Spezialität ist die Reduzierung des Stromverbrauchs von VLSI-Algorithmen und -Architekturen.

Signal-, Bild- und Sprachverarbeitung

Computeringenieure in diesem Bereich entwickeln Verbesserungen in der Mensch-Computer-Interaktion, einschließlich Spracherkennung und -synthese, medizinischer und wissenschaftlicher Bildgebung oder Kommunikationssystemen. Andere Arbeiten in diesem Bereich umfassen die Entwicklung von Computer Vision, wie das Erkennen menschlicher Gesichtsmerkmale .

Quanten-Computing

Siehe auch

Verwandte Felder

Verbände

Verweise

Externe Links