Datorteknik

Datorteknik
Ockupation
Namn	Dataingenjör
Typ av yrke	Teknik
Verksamhetssektorer	Informationsteknik, teknikindustri, verkstadsindustri
Specialitet	Hårdvaruteknik, mjukvaruteknik, mjukvaruprogrammering, robotteknik, nätverk
Beskrivning
Kompetenser	Teknisk kunskap, hårdvarudesign, mjukvarudesign
; Arbetsområden _	Vetenskap, teknik, teknik, industri, dator, prospektering

Datateknik ( CoE eller CpE ) är en gren av elektroteknik och datavetenskap som integrerar flera områden av datavetenskap och elektronisk teknik som krävs för att utveckla hårdvara och mjukvara . Dataingenjörer kräver inte bara utbildning i elektronikteknik , mjukvarudesign och hårdvaru-mjukvaruintegration, utan också i mjukvaruteknik . Den använder teknikerna och principerna inom elektroteknik och datavetenskap, men täcker också områden som artificiell intelligens (AI), robotik, datornätverk, datorarkitektur och operativsystem. Datoringenjörer är involverade i många hård- och mjukvaruaspekter av datoranvändning , från design av individuella mikrokontroller , mikroprocessorer , persondatorer och superdatorer , till kretsdesign . Detta teknikområde fokuserar inte bara på hur datorsystemen själva fungerar, men det kräver också att de integreras i den större bilden. Robotar är en av tillämpningarna för datorteknik.

Datorteknik handlar vanligtvis om områden som att skriva mjukvara och firmware för inbyggda mikrokontroller , designa VLSI- chips , designa analoga sensorer , designa kretskort för blandade signaler och designa operativsystem . Datoringenjörer är också lämpade för robotforskning , som är starkt beroende av att använda digitala system för att styra och övervaka elektriska system som motorer , kommunikationer och sensorer .

På många institutioner för högre utbildning tillåts datoringenjörsstudenter att välja områden för djupgående studier under sitt junior- och seniorår eftersom den fulla kunskapsbredden som används vid design och tillämpning av datorer ligger utanför räckvidden för en grundexamen . Andra institutioner kan kräva att ingenjörsstudenter slutför ett eller två år av allmän teknik innan de förklarar datateknik som deras primära fokus.

Detta datormoderkort som används i en persondator är resultatet av datortekniska ansträngningar.

Historia

The Difference Engine , den första mekaniska datorn.

ENIAC , den första elektroniska datorn.

Datorteknik 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 för Iowa State University och Clifford Berry en tidigare examen inom elektroteknik och fysik. Tillsammans skapade de Atanasoff-Berry-datorn , även känd som ABC som tog fem år att färdigställa. Medan den ursprungliga ABC:n demonterades och kasserades på 1940-talet gjordes en hyllning till de sena uppfinnarna, en kopia av ABC gjordes 1997 där det tog ett team av forskare och ingenjörer fyra år och $350 000 att bygga.

Den moderna persondatorn växte fram på 1970-talet, efter flera genombrott inom halvledarteknologin . Dessa inkluderar den första fungerande transistorn av William Shockley , John Bardeen och Walter Brattain vid Bell Labs 1947, planprocess av Jean Hoerni , det monolitiska integrerade kretschipset av Robert Noyce på Fairchild Semiconductor 1959, metall-oxid-halvledarfälteffekten transistor (MOSFET eller MOS-transistor) av Mohamed Atalla och Dawon Kahng vid Bell Labs 1959, och enchipsmikroprocessorn ( Intel 4004 ) av Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima och Stanley Mazor på Intel 1971.

Dataingenjörsutbildningens historia

Det första dataingenjörsprogrammet i USA etablerades 1971 vid Case Western Reserve University i Cleveland , Ohio . Från och med 2015 fanns det 250 ABET -ackrediterade datateknikprogram i USA. I Europa görs ackreditering av datateknikskolor av en mängd olika byråer som ingår i EQANIE -nätverket. På grund av ökande jobbkrav för ingenjörer som samtidigt kan designa hårdvara, mjukvara , firmware och hantera alla former av datorsystem som används inom industrin, erbjuder vissa högskoleinstitutioner runt om i världen en kandidatexamen allmänt kallad datateknik. Både datateknik och elektroniska ingenjörsprogram inkluderar analog och digital kretsdesign i sin läroplan. Som med de flesta ingenjörsdiscipliner är det nödvändigt att ha goda kunskaper i matematik och naturvetenskap för dataingenjörer.

Utbildning

Datateknik benämns datavetenskap och teknik vid vissa universitet. De flesta datorteknikjobb på nybörjarnivå kräver minst en kandidatexamen i datateknik (eller datavetenskap och teknik). Vanligtvis måste man lära sig en mängd matematik som kalkyl , algebra och trigonometri och vissa datavetenskapsklasser . ^{[ citat behövs ]} Examina i elektronik eller elteknik räcker också på grund av likheten mellan de två områdena. Eftersom maskinvaruingenjörer vanligtvis arbetar med datorprogram, är en stark bakgrund i datorprogrammering nödvändig. Enligt BLS, "liknar en datateknik som huvudämne elektroteknik men med några datavetenskapskurser läggs till i läroplanen". Vissa stora företag eller specialiserade jobb kräver en magisterexamen.

Det är också viktigt för dataingenjörer att hänga med i snabba 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 finnas större kostnadsbesparingar som tillskrivs utveckling och testning av kvalitetskod så snart som möjligt under processen, särskilt före release.

Yrke: Dataingenjör

En person med ett yrke inom datateknik kallas dataingenjör.

Titel	Prefix	Ändelse	Krav
Dataingenjör	Engr.	CpE	Avlade en examen i datateknik Institution: Utbildningsinstitution (som högskolor, universitet)
Certifierad dataingenjör	Engr.	CCpE	Klarade ett certifieringsprov i datateknik Institution: Privat institution (som datateknikorganisationer och privata företag)
Registrerad dataingenjör	Engr.	RCP	Klarade ett licensexamen i datateknik Institution: Offentlig institution (t.ex. landets regleringsnämnd)
Professionell dataingenjör	Engr.	PCpE	Godkänd yrkesexamen i datateknik, eller arbetslivserfarenhet Institution: Offentlig eller privat institution
*kan variera beroende på region och land.

Tillämpningar och praktik

Det finns två huvudfokus inom datorteknik: hårdvara och mjukvara.

Maskinvaruteknik

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 deras egna ord jämfört med andra yrken)". Detta är en minskning från 2014 till 2024 års BLS maskinvarutekniska uppskattning på 3 % och totalt 77 700 jobb. " och är en minskning från 7 % för BLS-uppskattningen 2012 till 2022 och är längre ner från 9 % i BLS-uppskattningen 2010 till 2020." Idag är datorhårdvara på något sätt lika [ ^{förtydligande behövs ]} med elektronik och datorteknik (ECE) och har delats in i många underkategorier; mest betydelsefulla ^{[ citat behövs ]} är design av inbyggda system.

Programvaruteknik

Enligt US Bureau of Labor Statistics (BLS) förväntas "programvaruingenjörer för datorapplikationer och mjukvaruingenjörer för datorsystem vara bland de yrken som växer snabbare än genomsnittet" Den förväntade tioåriga tillväxten från 2014 för datorprogramvaruteknik var en uppskattning 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 % BLS-uppskattningen 2010 till 2020. Dessutom ökar den växande oro över cybersäkerhet som gör att datorprogramvaruteknik ligger högt över den genomsnittliga ökningstakten för alla områden. En del av arbetet kommer dock att läggas ut på entreprenad i främmande länder. På grund av detta kommer jobbtillväxten inte att vara lika snabb som under det senaste decenniet, eftersom jobb som skulle ha gått till programvaruingenjörer i USA istället skulle gå till programvaruingenjörer i länder som Indien. Dessutom har BLS Job Outlook for Computer Programmers, 2014–24 en -8% (en nedgång, med deras ord), en Job Outlook, 2019-29 en -9% (Decline) och en 10% nedgång för 2021 -2031 för de som programmerar datorer (dvs inbyggda system) som inte är datorapplikationsutvecklare. Dessutom har kvinnor inom mjukvaruområden minskat under åren ännu snabbare än andra ingenjörsområden.

Datorteknik licensiering och praktik

Datorteknik utövas i allmänhet inom större produktutvecklingsföretag, och sådan praxis kanske inte är licensierad. Oberoende konsulter som marknadsför datorteknik, precis som alla typer av teknik, kan dock vara föremål för statliga lagar som begränsar professionella ingenjörer till endast de som har fått lämplig licens. National Council of Examiners for Engineering and Surveying (NCEES) erbjöd först en principer och praxis för ingenjörsexamen för datateknik 2003.

Specialområden

Det finns många specialområden inom datateknik.

Processor design

Processordesignprocess 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: datavägar (såsom ALU och pipelines), styrenhet: logik som styr datavägarna, minneskomponenter såsom registerfiler, cacher, klockkretsar såsom klockdrivrutiner, PLL:er, klockdistributionsnätverk , padsändtagarekretsar, logikgrindcellbibliotek som används för att implementera logiken.

Kodning, kryptografi och informationsskydd

Källkod skriven i programmeringsspråket C.

Dataingenjörer arbetar med kodning, kryptografi och informationsskydd för att utveckla nya metoder för att skydda olika information, såsom digitala bilder och musik, fragmentering, upphovsrättsintrång och andra former av manipulering. Exempel inkluderar arbete med trådlös kommunikation, multi-antennsystem, optisk överföring och digital vattenmärkning .

Kommunikation och trådlösa nätverk

De som fokuserar på kommunikation och trådlösa nätverk, arbetsframsteg inom telekommunikationssystem och nätverk (särskilt trådlösa nätverk), modulering och felkontrollkodning och informationsteori. Höghastighetsnätverksdesign , interferensundertryckning och modulering, design och analys av feltoleranta system och lagrings- och överföringssystem är alla en del av denna specialitet.

Kompilatorer och operativsystem

Windows 10, ett exempel på ett operativsystem .

Denna specialitet fokuserar på design och utveckling av kompilatorer och operativsystem . Ingenjörer inom detta område utvecklar ny operativsystemarkitektur, programanalystekniker och nya tekniker för att säkerställa kvalitet. Exempel på arbete inom detta område inkluderar utveckling av kodtransformationsalgoritmer efter länktid och utveckling av nya operativsystem.

Beräkningsvetenskap och teknik

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

Datornätverk, mobil datoranvändning och distribuerade system

Inom denna specialitet bygger ingenjörer integrerade miljöer för datoranvändning, kommunikation och informationsåtkomst . Exempel är trådlösa nätverk med delade kanaler, adaptiv resurshantering i olika system och förbättrad servicekvalitet i mobil- och ATM-miljöer. Några andra exempel inkluderar arbete med trådlösa nätverkssystem och fast Ethernet-klustersystem.

Datorsystem: arkitektur, parallell bearbetning och pålitlighet

Ett exempel på en dator CPU.

Ingenjörer som arbetar i datorsystem arbetar med forskningsprojekt som möjliggör tillförlitliga, säkra och högpresterande datorsystem. Projekt som att designa processorer för flertrådning och parallell bearbetning ingår i detta område. Andra exempel på arbete inom detta område inkluderar utvecklingen av nya teorier, algoritmer och andra verktyg som tillför prestanda till datorsystem.

Datorarkitektur inkluderar CPU-design , cachehierarkilayout , minnesorganisation och lastbalansering .

Datorseende 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 människa-dator-gränssnitt, såväl som enheter som specialkameror med mångsidiga synsensorer.

Inbyggda system

Exempel på enheter som använder inbyggda system.

Individer som arbetar inom detta område designar teknik för att förbättra systemens hastighet, tillförlitlighet och prestanda. Inbyggda system finns i många enheter från en liten FM-radio till rymdfärjan. Enligt Sloan Cornerstone Career Center inkluderar den pågående utvecklingen av inbyggda system "automatiserade fordon och utrustning för att utföra sökning och räddning, automatiserade transportsystem och människa-robot-koordination för att reparera utrustning i rymden." Från och med 2018 inkluderar specialiseringar av datorinbäddade system system-på-chip- design, arkitektur för edge computing och Internet of things .

Integrerade kretsar, VLSI-design, testning och CAD

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

Signal-, bild- och talbehandling

Dataingenjörer inom detta område utvecklar förbättringar av människa-dator-interaktion, inklusive taligenkänning och -syntes, medicinsk och vetenskaplig bildbehandling eller kommunikationssystem. Annat arbete inom detta område inkluderar utveckling av datorseende såsom igenkänning av mänskliga ansiktsdrag .

Kvantberäkning

Se även

Relaterade fält

Föreningar

externa länkar

Media relaterade till datateknik på Wikimedia Commons