Technische Informatik

Technische Informatik (Coe oder CPE) ist ein Zweig von Elektrotechnik das integriert mehrere Felder von Informatik und elektronisches Ingenieurwesen zur Entwicklung erforderlich Computerhardware und Software.^[1] Computeringenieure haben normalerweise Training in elektronisches Ingenieurwesen, Software-Designund Hardware-Software-Integration statt nur Softwareentwicklung oder Elektrotechnik. Computeringenieure sind an vielen Hardware- und Software -Aspekten beteiligt Computer, aus dem Design des Einzelnen Mikrocontroller, Mikroprozessoren, persönliche Computer, und Supercomputer, zu Schaltungsdesign. Dieser Ingenieurfeld konzentriert sich nicht nur darauf, wie Computersysteme selbst funktionieren, sondern auch, wie sie sich in das größere Bild integrieren.^[2] Roboter sind eine der Anwendungen des Computertechnik.

Zu den üblichen Aufgaben, an denen Computeringenieure beteiligt sind Schreibsoftware und Firmware zum eingebettet Mikrocontroller, entwerfen VLSI Chips, entwerfen Analog Sensoren, entwerfen gemischtes Signal Leiterplattenund entwerfen Betriebssysteme. Computeringenieure sind ebenfalls geeignet für Robotik Forschung, die stark auf die Verwendung beruht Digitale Systeme Kontrolle und Überwachung elektrische Systeme wie Motoren, Kommunikation, und Sensoren.

In vielen Hochschuleninstitutionen dürfen die Schüler der Computertechnik in ihrem Junior- und Abschlussjahr Bereiche mit eingehender Studie auswählen, da die volle Breite des Wissens, das für die Gestaltung und Anwendung von Computern verwendet wird Bachelor -Abschluss. Andere Institutionen können erfordern Ingenieurstudenten ein oder zwei Jahre von vervollständigen Allgemeiner Maschinenbau vor dem Deklarieren von Computertechnik als Hauptfokus.^[3][4][5][6]

Dieser Computer Hauptplatine verwendet in a persönlicher Computer ist das Ergebnis von Computertechnik.

Geschichte

Das Differenzmotor, der erste mechanische Computer.

Eniac, der erste elektronische Computer.

Computertechnik begann 1939, als John Vincent Atanasoff und Clifford Berry begann, die erste Elektronik der Welt zu entwickeln digitaler Computer durch Physik, Mathematik, und Elektrotechnik. John Vincent Atanasoff war einst Physik- und Mathematiklehrer für Iowa State University und Clifford Berry, ein ehemaliger Absolvent unter Elektrotechnik und Physik. Zusammen haben sie das geschaffen ATANASOFF-BERARY COMPUTERauch als ABC bekannt, der 5 Jahre dauerte.^[7] Während der ursprüngliche ABC in den 1940er Jahren abgebaut und verworfen wurde, wurde ein Tribut an die verstorbenen Erfinder gemacht, eine Replik des ABC wurde 1997 gemacht, wo ein Team von Forschern und Ingenieuren vier Jahre und 350.000 US -Dollar zum Bau machte.^[8]

Das moderne persönlicher Computer entstand in den 1970er Jahren nach mehreren Durchbrüchen in Halbleiter Technologie. Dazu gehören die erste Arbeit Transistor durch William Shockley, John Bardeen und Walter Brattain bei Bell Labs 1947,^[9] Planarprozess durch Jean Hoerni,^[10][11] das Monolithische integrierte Schaltung Chip vorbei Robert Noyce bei Fairchild Semiconductor im Jahr 1959,^[12] das Metalloxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistor (MOSFET oder MOS -Transistor) durch Mohamed Atalla und Dawon Kahng 1959 bei Bell Labs,^[13][14][15] und der Single-Chip Mikroprozessor (Intel 4004) durch Federico Faggin, Marcian Hoff, Masatoshi Shima und Stanley Mazor bei Intel 1971.^[16]

Geschichte der Computertechnikausbildung

Das erste Programm zur Computertechnik in den USA wurde 1971 bei der Gründung des Computertechnik -Studiengangs gegründet Fall Western Reserve University in Cleveland, Ohio.^[17] Ab 2015^{[aktualisieren]}Es gab 250 Abet-akkreditierte Computertechnikprogramme in den USA^[18] In Europa erfolgt die Akkreditierung der Computertechnikschulen von verschiedenen Agenturen, die Teil der sind Eqanie Netzwerk. Aufgrund der zunehmenden Arbeitsanforderungen für Ingenieure, die gleichzeitig Hardware entwerfen können, Software, Firmware und verwalten alle in der Industrie verwendeten Computersysteme, einige tertiäre Institutionen auf der ganzen Welt bieten a Bachelor-Abschluss allgemein als Computertechnik bezeichnet. Sowohl Computertechnik als auch elektronisches Ingenieurwesen Zu den Programmen gehören das analoge und digitale Schaltungsdesign in ihrem Lehrplan. Wie bei den meisten technischen Disziplinen haben Sie ein solides Wissen über Mathematik und die Wissenschaft ist für Computeringenieure notwendig.

Ausbildung

Computertechnik wird als bezeichnet als Informatik und Ingenieurwesen an einigen Universitäten. Die meisten Einstiegs-Computertechnik-Jobs erfordern mindestens einen Bachelor-Abschluss in Computertechnik (oder Informatik und Ingenieurwesen). Normalerweise muss man eine Reihe von einer Reihe von lernen Mathematik wie zum Beispiel Infinitesimalrechnung, Algebra und Trigonometrie und einige Informatik Klassen. Grad in elektronisch oder Elektrotechnik Auch aufgrund der Ähnlichkeit der beiden Felder ausreicht. Da Hardware -Ingenieure häufig mit Computer -Softwaresystemen arbeiten, ist ein starker Hintergrund bei der Computerprogrammierung erforderlich. Laut BLS ist "ein Computertechnik -Hauptfach ähnlich wie Elektrotechnik, aber mit einigen Informatikkursen, die dem Lehrplan hinzugefügt werden".^[19] Einige große Unternehmen oder spezialisierte Arbeitsplätze erfordern einen Master -Abschluss.

Für Computeringenieure ist es auch wichtig, mit raschen Technologien 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 umso weiter im Softwareentwicklungszyklus erhöht werden, kann es zu höheren Kosteneinsparungen werden, die auf die Entwicklung und das Testen von Qualitätscode so bald wie möglich im Prozess und insbesondere vor der Freigabe getestet werden.^[20]

Beruf: Computeringenieur

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

Anwendungen und Praxis

Es gibt zwei Hauptschwerpunkte auf Computertechnik: Hardware und Software.

Computer -Hardware -Engineering

Laut dem BLS, Beschäftigung mit dem Job Outlook für Computer-Hardware-Ingenieure, das erwartete zehnjährige Wachstum von 2019 bis 2029 für Computerhardware-Engineering betrug schätzungsweise 2% und insgesamt 71.100 Arbeitsplätze. ("Langsamer als durchschnittlich" in ihren eigenen Worten im Vergleich zu anderen Berufen) ".^[21] Dies ist ein Rückgang von 2014 auf 2024 BLS Computer Hardware Engineering von 3% und insgesamt 77.700 Arbeitsplätze. "^[21] und ist von 7% für die BLS -Schätzung 2012 auf 2022 gesunken^[21] und ist weiter von 9% in der BLS 2010 bis 2020 -Schätzung gesenkt^[21]. "Heute ist Computerhardware irgendwie gleich^{[Klarstellung erforderlich]} an elektronische und Computertechnik (ECE) und wurde in viele Unterkategorien unterteilt; Am bedeutendsten ist das eingebettete Systemdesign.^[19]

Computer -Software -Engineering

Nach Angaben der USA Bureau of Labour Statistics (BLS), "Computeranwendungen Software-Ingenieure und Computersystem-Software-Ingenieure werden voraussichtlich zu den schnelleren als durchschnittlichen wachsenden Berufen gehören" Das erwartete zehnjährige Wachstum ab 2014 für Computersoftware-Engineering betrug schätzungsweise siebzehn Prozent und es gab insgesamt insgesamt von von 1.114.000 Arbeitsplätze im selben Jahr.^[22] Dies ist von der BLS -Schätzung von 2012 auf 2022 22% für Softwareentwickler zurückzuführen.^[23][22] Und weiter unten von 30% bis 2020 BLS -Schätzung.^[24] Darüber hinaus summieren sich wachsende Bedenken hinsichtlich der Cybersicherheit, um die Computer -Software -Engineering über die durchschnittliche Erhöhungsrate für alle Bereiche zu bringen. Ein Teil der Arbeit wird jedoch im Ausland ausgelagert.^[25] Aus diesem Grund wird das Beschäftigungswachstum nicht so schnell sein wie im letzten Jahrzehnt, da Jobs, die an Computer -Software -Ingenieure in den USA gegangen wären, stattdessen an Computer -Software -Ingenieure in Ländern wie Indien gehen würden.^[26] Darüber hinaus haben die BLS -Auftragsaussichten für Computerprogrammierer, 2014–24 –8% (ein Rückgang, in ihren Worten).^[26] und ein Jobausblick, 2019-29-9% (Rückgang)^[27] Für diejenigen, die Computer (d. H. Eingebettete Systeme) programmieren, die keine Computeranwendungsentwickler sind.^[28][29] Darüber hinaus sind Frauen in Softwarebeldern im Laufe der Jahre noch schneller als andere technische Bereiche zurückgegangen.^[30]

Lizenz und Praxis von Computertechnik

Computertechnik wird im Allgemeinen in größeren Produktentwicklungsunternehmen praktiziert, und eine solche Praxis kann nicht der Lizenzierung unterliegen.^[31][32] Unabhängige Berater, die auf Computertechnik werben, können jedoch wie jede Form von Ingenieurwesen staatlichen Gesetzen unterliegen, die einschränken professioneller Ingenieur Üben Sie nur zu denen, die die entsprechende Lizenz erhalten haben.^[33][34] Nationaler Prüfungsrat für Ingenieurwesen und Vermessung (NCEES) boten zuerst a an Prinzipien und Praxis der technischen Prüfung für Computertechnik^[35] in 2003.

Spezialbereiche

Es gibt viele Spezialbereiche im Bereich Computer Engineering.

Prozessordesign

Der Prozessorentwurfsprozess umfasst die Auswahl eines Befehlssatzes und eines bestimmten Ausführungsparadigmas (z. B. VLIW oder RISC) und führt zu einer Mikroarchitektur, die in z. VHDL oder Verilog. Das CPU -Design ist in das Design der folgenden Komponenten unterteilt: Datapaths (wie Alus und Pipelines), Steuereinheit: Logik, die die Datapaths, Speicherkomponenten wie Registerdateien, Caches, Taktschaltungen wie Uhr -Treiber, PLLs, Taktverteilungsnetzwerke steuert , Pad Transceiver Circuits, Logic Gate Cell Library, mit der die Logik implementiert wird.

Codierung, Kryptographie und Informationsschutz

Quellcode geschrieben in der C Programmiersprache.

Computeringenieure arbeiten in Codierung, Kryptographie und Informationsschutz, um neue Methoden zum Schutz verschiedener Informationen zu entwickeln, z. B. digitale Bilder und Musik, Fragmentierung, Urheberrechtsverletzung und andere Formen der Manipulationen. Beispiele sind Arbeiten zur drahtlosen Kommunikation, Multi-Antenna-Systeme, optische Übertragung und Digitales Wasserzeichen.^[36]

Kommunikations- und drahtlose Netzwerke

Diejenigen, die sich auf Kommunikations- und drahtlose Netzwerke, Arbeitsentwicklungen in Telekommunikationssystemen und -netzwerken (insbesondere drahtlosen Netzwerken), Modulation und fehlerfreie Codierung und Informationstheorie konzentrieren. Schnelle Geschwindigkeit Netzwerk-Design, Interferenzunterdrückung und Modulation, Design und Analyse von Fehlertolerantes Systemund Speicher- und Übertragungsschemata sind alle Teil dieser Spezialität.^[36]

Compiler und Betriebssysteme

Windows 10, ein Beispiel für eine Betriebssystem.

Diese Spezialität konzentriert sich auf Compiler und Betriebssysteme Design und Entwicklung. Ingenieure in diesem Bereich entwickeln neue Betriebssystemarchitektur, Programmanalysetechniken und neue Techniken, um die Qualität zu gewährleisten. Beispiele für Arbeiten in diesem Bereich umfassen die Entwicklung der Entwicklung von Code-Transformation nach der Linkzeit und der Entwicklung neuer Betriebssysteme.^[36]

Computerwissenschaft und -technik

Computational Science and Engineering ist eine relativ neue Disziplin. Laut dem Sloan Career Cornerstone Center, Personen, die in diesem Bereich arbeiten, werden Rechenmethoden angewendet, um komplexe mathematische Probleme im Ingenieurwesen sowie die physischen und die sozialen Wissenschaften zu formulieren und zu lösen. Beispiele sind das Design der Flugzeugdesign, die Plasmaverarbeitung von Nanometermerkmalen auf Semisierungs -Wafern Anwesend VLSI Schaltungsdesign, Radarerkennungssysteme, Ionentransport über biologische Kanäle und vieles mehr. "^[36]

Computernetzwerke, mobiles Computing und verteilte Systeme

In dieser Spezialität bauen Ingenieure integrierte Umgebungen für Computer, Kommunikation und Informationszugriff. Beispiele hier Adaptiver Ressourcenmanagement in verschiedenen Systemen und Verbesserung der Servicequalität in mobilen und atmonumgebungen. Einige andere Beispiele sind Arbeiten an drahtlosen Netzwerksystemen und Fast Ethernet -Cluster -Kabel -Systemen.^[36]

Computersysteme: Architektur, parallele Verarbeitung 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 Multi-Threading und parallele Verarbeitung sind in diesem Bereich enthalten. Weitere Beispiele für Arbeiten in diesem Bereich sind die Entwicklung neuer Theorien, Algorithmen und anderer Tools, die hinzufügen Leistung zu Computersystemen.^[36]

Computerarchitektur umfasst CPU -Design, Cache -Hierarchie Layout, Speicherorganisation und Lastverteilung.

Computer Vision und Robotik

Ein Beispiel für a humanoid Roboter.

In dieser Spezialität konzentrieren sich die Computeringenieure auf die Entwicklung Visuelle Erkennungstechnologie Um eine Umgebung, Darstellung einer Umgebung und Manipulation der Umwelt zu spüren. Die gesammelten dreidimensionalen Informationen werden dann implementiert, um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Dazu gehören verbesserte menschliche Modellierung, Bildkommunikation und menschliche Komputer-Schnittstellen sowie Geräte wie Spezialkameras mit vielseitigen Sehsensoren.^[36]

Eingebettete Systeme

Beispiele für Geräte, die eingebettete Systeme verwenden.

Personen, die in dieser Region arbeiten, um die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Leistung von Systemen zu verbessern. Eingebettete Systeme finden sich in vielen Geräten von einem kleinen FM -Radio bis zum Space Shuttle. Laut dem Sloan Cornerstone Career Center umfassen laufende Entwicklungen in eingebetteten Systemen "automatisierte Fahrzeuge und Geräte zur Durchführung von Such- und Rettung, automatisierte Transportsysteme und Koordination von Human-Robot, um Geräte im Weltraum zu reparieren".^[36] Ab 2018^{[aktualisieren]}Zu den Spezialisierungen für Computer -Embedded -Systeme gehören System-on-Chip Design, Architektur von Edge Computing und die Internet der Dinge.

Integrierte Schaltungen, VLSI -Design, Test und CAD

Diese Spezialität des Computertechnik erfordert angemessene Kenntnisse über Elektronik- und Elektrosysteme. Ingenieure, die in diesem Bereich arbeiten, arbeiten an der Verbesserung der Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz der Integration der nächsten Generation der nächsten Generation (integriert (integriert)VLSI) Schaltungen und Mikrosysteme. Ein Beispiel für diese Spezialität ist Arbeit zur Reduzierung des Stromverbrauchs von VLSI -Algorithmen und -Architektur.^[36]

Signal-, Bild- und Sprachverarbeitung

Computeringenieure in diesem Bereich entwickeln Verbesserungen bei der Interaktion zwischen Mensch und Komputer, einschließlich Spracherkennung und Synthese, medizinische und wissenschaftliche Bildgebung oder Kommunikationssysteme. Andere Arbeiten in diesem Bereich umfassen die Entwicklung von Computer Visionen wie z. Erkennung menschlicher Gesichtszüge.^[36]

Quanten-Computing

Siehe auch

Verwandte Felder

Assoziationen

• Assoziation von Computeringenieuren und Technikern
• IEEE Computer Society
• Verband für Rechenmaschinen

Verweise

Externe Links

• Medien im Zusammenhang mit Computertechnik bei Wikimedia Commons