Ingineria calculatoarelor (CoE sau CpE) este o ramura a ingineriei electrice care integreaza mai multe domenii ale informaticii si ingineriei electronice necesare dezvoltarii hardware si software de calculator. Inginerii de calculatoare au de obicei pregatire in inginerie electronica, proiectare software si integrare hardware-software, in loc de doar inginerie software sau inginerie electronica.
Inginerii de calculatoare sunt implicati in multe aspecte hardware si software ale calculului, de la proiectarea de microcontrolere individuale, microprocesoare, calculatoare personale si supercomputere, pana la proiectarea circuitelor.
Acest domeniu al ingineriei nu se concentreaza doar asupra modului in care functioneaza sistemele informatice in sine, ci si asupra modului in care acestea se integreaza in imaginea de ansamblu. Robotii sunt una dintre aplicatiile ingineriei informatice.
Sarcinile obisnuite care implica inginerii informatici includ scrierea de software si firmware pentru microcontrolere incorporate, proiectarea cipurilor VLSI, proiectarea senzorilor analogici, proiectarea placilor de circuite cu semnal mixt si proiectarea sistemelor de operare. Inginerii de calculatoare sunt, de asemenea, potriviti pentru cercetarea in domeniul roboticii, care se bazeaza in mare masura pe utilizarea sistemelor digitale pentru a controla si monitoriza sistemele electrice precum motoarele, comunicatiile si senzorii.
In multe institutii de invatamant superior, studentilor la inginerie informatica li se permite sa aleaga domenii de studiu aprofundat in anul lor junior si superior, deoarece intreaga largime a cunostintelor utilizate in proiectarea si aplicarea computerelor, depaseste scopul unei diplome de licenta. Alte institutii pot solicita studentilor la inginerie sa finalizeze unul sau doi ani de inginerie generala inainte de a declara ingineria informatica ca obiectiv principal.
Istorie
Ingineria calculatoarelor a inceput in 1939, cand John Vincent Atanasoff si Clifford Berry au inceput sa dezvolte primul computer digital electronic din lume prin fizica, matematica si inginerie electrica. John Vincent Atanasoff a fost candva profesor de fizica si matematica la Iowa State University, iar Clifford Berry, fost absolvent de inginerie electrica si fizica. Impreuna, au creat computerul Atanasoff-Berry, cunoscut si sub numele de ABC, care a durat 5 ani pentru a fi finalizat.
Computerul personal modern a aparut in anii 1970, dupa mai multe descoperiri in tehnologia semiconductoarelor. Acestea includ primul tranzistor de lucru, realizat de William Shockley, John Bardeen si Walter Brattain la Bell Labs in 1947, procesul planar conceput de Jean Hoerni, cipul monolitic de circuit integrat, creat de Robert Noyce la Fairchild Semiconductor in 1959, tranzistorul cu efect de camp cu semiconductor de oxid de metal (MOSFET, sau tranzistorul MOS) creat de Mohamed Atalla si Dawon Kahng la Bell Labs in 1959, si microprocesorul cu un singur cip (Intel 4004) conceput de Federico Faggin, Marcian Hoff, Masatoshi Shima si Stanley Mazor la Intel, in 1971.
Istoria educatiei ingineriei informatice
Primul program de studii in inginerie informatica din Statele Unite a fost infiintat in 1971 la Universitatea Case Western Reserve din Cleveland, Ohio. Incepand cu 2015, existau 250 de programe de inginerie informatica acreditate ABET in S.U.A. In Europa, acreditarea scolilor de inginerie informatica se face de o varietate de agentii care fac parte din reteaua EQANIE. Datorita cerintelor crescande ale locurilor de munca pentru inginerii care pot proiecta simultan hardware, software, firmware si gestiona toate formele de sisteme informatice utilizate in industrie, unele institutii tertiare din intreaga lume ofera o diploma de licenta numita in general, inginerie informatica.
Atat programele de inginerie informatica, cat si de inginerie electronica includ proiectarea circuitelor analogice si digitale in curriculum-ul lor. Ca si in cazul majoritatii disciplinelor de inginerie, pentru inginerii informatici este necesar sa aiba cunostinte solide de matematica si stiinta.
Educatie
Ingineria calculatoarelor este denumita stiinta si/sau inginerie informatica in unele universitati. Majoritatea locurilor de munca de inginerie informatica la nivel de intrare necesita cel putin o diploma de licenta in inginerie informatica (sau stiinta si inginerie informatica). In mod obisnuit, trebuie sa inveti matematica, cum ar fi calculul, algebra si trigonometria si unele clase de informatica. De asemenea, diplomele in inginerie electronica sau electrica sunt suficiente, datorita asemanarii celor doua domenii.
Deoarece inginerii hardware lucreaza in mod obisnuit cu sisteme software de calculator, este necesara o experienta solida in programarea computerelor. Potrivit BLS, „o specializare in inginerie informatica este similara cu ingineria electrica, dar cu unele cursuri de informatica adaugate la curriculum”. Unele firme mari sau locuri de munca specializate, necesita o diploma de master.
De asemenea, este important ca inginerii informatici sa tina pasul cu progresele rapide ale tehnologiei. Prin urmare, multi continua sa invete de-a lungul carierei lor. Acest lucru poate fi util, mai ales atunci cand vine vorba de invatarea de noi abilitati sau de imbunatatirea celor existente. De exemplu, deoarece costul relativ al remedierii unei erori creste cu cat aceasta apare mai departe in ciclul de dezvoltare a software-ului, pot exista economii mai mari de costuri atribuite dezvoltarii si testarii codului de calitate cat mai curand posibil in acest proces si in special inainte de lansare.
Aplicatii si practica
Exista doua focusuri majore in inginerie informatica: hardware si software.
Inginerie hardware de calculator
Potrivit BLS Job Outlook pentru inginerii hardware de computer, cresterea estimata pe zece ani din 2019 pana in 2029 pentru ingineria hardware a computerelor, a fost de aproximativ 2% si un total de 71.100 de locuri de munca. Aceasta reprezinta o scadere de la estimarea de inginerie hardware a computerelor BLS din 2014 pana in 2024 de 3% si un total de 77.700 de locuri de munca. Astazi, hardware-ul computerului este intr-un fel egal cu ingineria electronica si informatica. (ECE) si a fost impartit in mai multe subcategorii; cea mai semnificativa este proiectarea sistemului incorporat.
Inginerie software de calculator
Potrivit Biroului de Statistica a Muncii din S.U.A. (BLS), „ingineria de software pentru aplicatii de calculator si ingineria de software pentru sisteme de computere se estimeaza ca vor fi printre ocupatiile cu o crestere mai rapida decat media”. Cresterea de zece ani estimata in 2014 pentru ingineria software-ului computerelor a fost estimata la 17% si au existat un total de 1.114.000 de locuri de munca in acelasi an. Aceasta este in scadere fata de estimarea BLS din 2012 pana in 2022 de 22% pentru dezvoltatorii de software. In plus, preocuparile din ce in ce mai mari cu privire la securitatea cibernetica se aduna pentru a pune ingineria software-ului computerizat cu mult peste rata medie de crestere pentru toate domeniile. Cu toate acestea, o parte din joburi, vor fi externalizate in tari straine.
Din cauza acestui fapt, cresterea locurilor de munca nu va fi la fel de rapida ca in ultimul deceniu, deoarece locurile de munca care ar fi revenit inginerilor de software din Statele Unite ale Americii au fost directionate catre inginerii de software din tari precum India.
Licente si practica de inginerie informatica
Ingineria informatica este in general practicata in cadrul unor firme de dezvoltare de produse mai mari si o astfel de practica poate sa nu fie supusa licentei. Cu toate acestea, consultantii independenti care fac publicitate pentru inginerie informatica, la fel ca orice forma de inginerie, pot fi supusi legilor de stat care restrictioneaza practica profesionala a inginerului, doar la cei care au primit licenta corespunzatoare. Consiliul National al Examinatorilor pentru Inginerie si Topografie (NCEES) a oferit pentru prima data un examen de principii si practica de inginerie pentru inginerie computerizata in 2003.
Zone de specialitate
Exista multe domenii de specialitate in domeniul ingineriei informatice.
Design procesor
Procesul de proiectare a procesorului implica alegerea unui set de instructiuni si a unei anumite paradigme de executie (de exemplu, VLIW sau RISC) si are ca rezultat o microarhitectura, care ar putea fi descrisa de ex. VHDL sau Verilog. Proiectarea CPU este impartita in proiectarea urmatoarelor componente: cai de date (cum ar fi ALU-uri si conducte), unitate de control: logica care controleaza caile de date, componente de memorie, cum ar fi fisierele de registru, cache-urile, circuite de ceas, cum ar fi drivere de ceas, PLL-uri, retele de distributie a ceasului , circuitele transceiver pad sau biblioteca de celule de poarta logica, care este utilizata pentru a implementa logica.
Codificare, criptare si protectie a informatiilor
Inginerii informatici lucreaza in codificare, criptografie si protectia informatiilor pentru a dezvolta noi metode de protejare a diferitelor informatii, cum ar fi imaginile digitale si muzica, fragmentarea, incalcarea drepturilor de autor si alte forme de falsificare. Exemplele includ lucrarile privind comunicatiile fara fir, sistemele cu mai multe antene, transmisia optica si filigranul digital.
Comunicatii si retele fara fir
Aici lucreaza cei care se concentreaza pe comunicatii si retele fara fir, progrese in sistemele si retelele de telecomunicatii (in special retelele fara fir), modularea si codificarea controlului erorilor si teoria informatiei. Proiectarea retelei de mare viteza, suprimarea si modularea interferentelor, proiectarea si analiza sistemului tolerant la erori si schemele de stocare si transmisie sunt toate o parte a acestei specialitati.
Compilatoare si sisteme de operare
Aceasta specialitate se concentreaza pe compilatoare si proiectarea si dezvoltarea sistemelor de operare. Inginerii din acest domeniu dezvolta o noua arhitectura de sistem de operare, tehnici de analiza a programelor si noi tehnici pentru a asigura calitatea. Exemple de lucru in acest domeniu includ dezvoltarea algoritmului de transformare a codului post-link si dezvoltarea de noi sisteme de operare.
Retele de calculatoare, computere mobile si sisteme distribuite
In aceasta specialitate, inginerii construiesc medii integrate pentru calcul, comunicatii si acces la informatii. Exemplele includ retelele fara fir cu canale partajate, gestionarea adaptiva a resurselor in diverse sisteme si imbunatatirea calitatii serviciului in mediile mobile si ATM. Alte exemple includ lucrul pe sisteme de retea fara fir si sisteme cu fir de cluster Ethernet rapid.
Sisteme informatice: arhitectura, procesare paralela si fiabilitate
Inginerii care lucreaza in sisteme informatice, lucreaza la proiecte de cercetare care permit sisteme informatice fiabile, sigure si de inalta performanta. In acest domeniu sunt incluse proiecte precum proiectarea procesoarelor pentru multi-threading si procesare paralela. Alte exemple de lucru in acest domeniu includ dezvoltarea de noi teorii, algoritmi si alte instrumente care adauga performanta sistemelor informatice.
Arhitectura computerului include designul CPU, aspectul ierarhiei cache-ului, organizarea memoriei si echilibrarea incarcarii.
In aceasta specialitate, inginerii informatici se concentreaza pe dezvoltarea tehnologiei de detectare vizuala pentru a detecta un mediu, reprezentarea unui mediu si manipularea mediului. Informatiile tridimensionale adunate sunt apoi implementate pentru a indeplini o varietate de sarcini. Acestea includ modelarea umana imbunatatita, comunicarea imaginilor si interfetele om-calculator, precum si dispozitive precum camere speciale cu senzori de vedere versatili.
Sisteme integrate
Persoanele care lucreaza in acest domeniu proiecteaza tehnologie pentru imbunatatirea vitezei, fiabilitatii si performantei sistemelor. Sistemele incorporate se gasesc in multe dispozitive, de la un mic radio FM pana la navete spatiale. Potrivit Centrului de cariera Sloan Cornerstone, evolutiile in curs de desfasurare in sistemele incorporate includ „vehicule si echipamente automate pentru a efectua cautari si salvare, sisteme automate de transport si coordonarea om-robot pentru repararea echipamentelor in spatiu.”
Circuite integrate, proiectare VLSI, testare si CAD
Aceasta specialitate de inginerie informatica necesita cunostinte adecvate de electronica si sisteme electrice. Inginerii care lucreaza in acest domeniu lucreaza la imbunatatirea vitezei, fiabilitatii si eficientei energetice a circuitelor si microsistemelor integrate la scara foarte mare (VLSI). Un exemplu al acestei specialitati este munca efectuata pentru reducerea consumului de energie al algoritmilor si arhitecturii VLSI.
Procesarea semnalului, a imaginii si a vorbirii
Inginerii informatici din acest domeniu dezvolta imbunatatiri in interactiunea om-calculator, inclusiv recunoasterea si sinteza vorbirii, imagistica medicala si stiintifica sau sistemele de comunicatii. Alte lucrari in acest domeniu includ dezvoltarea vederii computerizate, cum ar fi recunoasterea trasaturilor faciale umane.