Ingegneria Informatica - Computer engineering

L'ingegneria informatica ( CoE o CpE ) è una branca dell'ingegneria che integra diversi campi dell'informatica e dell'ingegneria elettronica necessari per sviluppare hardware e software . Gli ingegneri informatici di solito hanno una formazione in ingegneria elettronica (o ingegneria elettrica ), progettazione di software e integrazione hardware-software anziché solo ingegneria del software o ingegneria elettronica. Gli ingegneri informatici sono coinvolti in molti aspetti hardware e software dell'informatica , dalla progettazione di singoli microcontrollori , microprocessori , personal computer e supercomputer , alla progettazione di circuiti . Questo campo dell'ingegneria non si concentra solo su come funzionano i sistemi informatici stessi, ma anche su come si integrano nel quadro più ampio.

Le attività usuali che coinvolgono gli ingegneri informatici includono la scrittura di software e firmware per microcontrollori embedded , la progettazione di chip VLSI , la progettazione di sensori analogici , la progettazione di circuiti stampati a segnale misto e la progettazione di sistemi operativi . Gli ingegneri informatici sono adatti anche per la ricerca sulla robotica , che si basa molto sull'utilizzo di sistemi digitali per controllare e monitorare sistemi elettrici come motori , comunicazioni e sensori .

In molte istituzioni di istruzione superiore, gli studenti di ingegneria informatica possono scegliere aree di approfondimento nel loro anno junior e senior perché l'intera ampiezza delle conoscenze utilizzate nella progettazione e nell'applicazione dei computer va oltre lo scopo di un corso di laurea . Altre istituzioni possono richiedere agli studenti di ingegneria di completare uno o due anni di ingegneria generale prima di dichiarare l'ingegneria informatica come obiettivo principale.

Questa scheda madre del computer utilizzata in un personal computer è il risultato di sforzi di ingegneria informatica.

Storia

The Difference Engine , il primo computer meccanico.

ENIAC , il primo calcolatore elettronico.

L'ingegneria informatica iniziò nel 1939 quando John Vincent Atanasoff e Clifford Berry iniziarono a sviluppare il primo computer digitale elettronico al mondo attraverso la fisica , la matematica e l'ingegneria elettrica . John Vincent Atanasoff era un tempo insegnante di fisica e matematica per la Iowa State University e Clifford Berry un ex laureato in ingegneria elettrica e fisica. Insieme, hanno creato il computer Atanasoff-Berry , noto anche come ABC, il cui completamento ha richiesto 5 anni. Mentre l'ABC originale è stato smantellato e scartato negli anni '40, è stato reso omaggio ai defunti inventori, una replica dell'ABC è stata realizzata nel 1997 dove un team di ricercatori e ingegneri ha impiegato quattro anni e $ 350.000 per costruirlo.

Il moderno personal computer è emerso negli anni '70, dopo diverse scoperte nella tecnologia dei semiconduttori . Questi includono il primo transistor funzionante di William Shockley , John Bardeen e Walter Brattain ai Bell Labs nel 1947, il processo di passivazione della superficie del silicio (tramite ossidazione termica ) di Mohamed Atalla ai Bell Labs nel 1957, il chip del circuito integrato monolitico di Robert Noyce a Fairchild Semiconductor nel 1959, il transistor ad effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET, o transistor MOS) di Mohamed Atalla e Dawon Kahng ai Bell Labs nel 1959, e il microprocessore a chip singolo ( Intel 4004 ) di Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima e Stanley Mazor a Intel nel 1971.

Storia della formazione in ingegneria informatica

Il primo corso di laurea in ingegneria informatica negli Stati Uniti è stato istituito nel 1971 presso la Case Western Reserve University di Cleveland , Ohio . A partire dal 2015, c'erano 250 programmi di ingegneria informatica accreditati da ABET negli Stati Uniti In Europa, l'accreditamento delle scuole di ingegneria informatica viene effettuato da una varietà di agenzie che fanno parte della rete EQANIE . A causa dei crescenti requisiti di lavoro per gli ingegneri che possono contemporaneamente progettare hardware, software , firmware e gestire tutte le forme di sistemi informatici utilizzati nell'industria, alcune istituzioni terziarie in tutto il mondo offrono una laurea generalmente chiamata ingegneria informatica. Sia i programmi di ingegneria informatica che quelli di ingegneria elettronica includono la progettazione di circuiti analogici e digitali nel loro curriculum. Come per la maggior parte delle discipline ingegneristiche, per gli ingegneri informatici è necessaria una solida conoscenza della matematica e delle scienze.

Formazione scolastica

L'ingegneria informatica è indicata come informatica e ingegneria in alcune università. La maggior parte dei lavori di ingegneria informatica di livello base richiedono almeno una laurea in ingegneria informatica (o informatica e ingegneria). In genere si deve imparare una serie di matematica come calcolo , algebra e trigonometria e alcune lezioni di informatica . A volte viene accettata una laurea in ingegneria elettronica , a causa della somiglianza dei due campi. Poiché gli ingegneri hardware lavorano comunemente con sistemi software per computer, è necessario un forte background nella programmazione di computer. Secondo BLS, "una laurea in ingegneria informatica è simile all'ingegneria elettrica ma con alcuni corsi di informatica aggiunti al curriculum". Alcune grandi aziende o lavori specializzati richiedono un master.

È anche importante per gli ingegneri informatici tenere il passo con i rapidi progressi della tecnologia. Pertanto, molti continuano a imparare durante la loro carriera. Questo può essere utile, soprattutto quando si tratta di apprendere nuove abilità o migliorare quelle esistenti. Ad esempio, poiché il costo relativo per la correzione di un bug aumenta man mano che si avanza nel ciclo di sviluppo del software, ci possono essere maggiori risparmi sui costi attribuiti allo sviluppo e al test del codice di qualità il prima possibile nel processo, e in particolare prima del rilascio.

Professione: Ingegnere informatico

Una persona con una professione in ingegneria informatica è chiamata ingegnere informatico.

Applicazioni e pratica

Ci sono due focus principali nell'ingegneria informatica: hardware e software.

Ingegneria dell'hardware del computer

Secondo il BLS , Job Outlook job for engineer hardware engineer, la crescita decennale prevista dal 2019 al 2029 per l'ingegneria hardware del computer è stata stimata del 2% e un totale di 71.100 posti di lavoro. ("Più lento della media" nelle loro stesse parole rispetto ad altre occupazioni)". Si tratta di una diminuzione dalla stima di ingegneria dell'hardware del computer BLS dal 2014 al 2024 del 3% e un totale di 77.700 posti di lavoro. " ed è in calo dal 7% per la stima BLS dal 2012 al 2022 ed è ulteriormente scesa dal 9% nella stima BLS 2010-2020." Oggi, l'hardware del computer è in qualche modo uguale all'ingegneria elettronica e informatica (ECE) ed è stato suddiviso in molte sottocategorie; la più significativa è incorporata sistema di design.

Ingegneria del software informatico

Secondo l'US Bureau of Labor Statistics (BLS), "si prevede che gli ingegneri del software per le applicazioni informatiche e gli ingegneri del software dei sistemi informatici saranno tra le occupazioni in crescita più rapida della media" La crescita prevista di dieci anni a partire dal 2014 per l'ingegneria del software per computer è stata stimata il diciassette per cento e nello stesso anno c'erano un totale di 1.114.000 posti di lavoro. Questo è in calo rispetto alla stima BLS del 2012-2022 del 22% per gli sviluppatori di software. E, più in basso dalla stima BLS del 30% dal 2010 al 2020. Inoltre, le crescenti preoccupazioni sulla sicurezza informatica si sommano a mettere l'ingegneria del software per computer al di sopra del tasso medio di aumento per tutti i campi. Tuttavia, parte del lavoro sarà esternalizzato all'estero. A causa di ciò, la crescita del lavoro non sarà così veloce come nell'ultimo decennio, poiché i lavori che sarebbero andati agli ingegneri del software negli Stati Uniti sarebbero invece andati agli ingegneri del software in paesi come l'India. Inoltre, il BLS Job Outlook for Computer Programmers, 2014-24 ha un -8% (un calo, nelle loro parole) e un Job Outlook, 2019-29 -9% (Decline) per coloro che programmano computer (cioè sistemi embedded ) che non sono sviluppatori di applicazioni informatiche. Inoltre, le donne nei settori del software sono diminuite negli anni ancora più velocemente rispetto ad altri campi dell'ingegneria.

Licenza e pratica di ingegneria informatica

L'ingegneria informatica è generalmente praticata all'interno di società di sviluppo prodotti più grandi e tale pratica potrebbe non essere soggetta a licenza. Tuttavia, i consulenti indipendenti che pubblicizzano l'ingegneria informatica, proprio come qualsiasi forma di ingegneria, possono essere soggetti a leggi statali che limitano la pratica professionale dell'ingegnere solo a coloro che hanno ricevuto la licenza appropriata. Il National Council of Examiners for Engineering and Surveying (NCEES) ha offerto per la prima volta un esame sui principi e la pratica dell'ingegneria per l'ingegneria informatica nel 2003.

Aree speciali

Ci sono molte aree di specializzazione nel campo dell'ingegneria informatica.

Progettazione del processore

Il processo di progettazione del processore implica la scelta di un set di istruzioni e di un certo paradigma di esecuzione (ad es. VLIW o RISC) e si traduce in una microarchitettura, che potrebbe essere descritta ad es. in VHDL o Verilog. La progettazione della CPU è suddivisa nella progettazione dei seguenti componenti: percorsi dati (come ALU e pipeline), unità di controllo: logica che controlla i percorsi dati, componenti di memoria come file di registro, cache, circuiti di clock come driver di clock, PLL, reti di distribuzione di clock , circuiti del ricetrasmettitore pad, libreria di celle di porta logica che viene utilizzata per implementare la logica.

Codifica, crittografia e protezione delle informazioni

Codice sorgente scritto nel linguaggio di programmazione C.

Gli ingegneri informatici lavorano nella codifica, crittografia e protezione delle informazioni per sviluppare nuovi metodi per proteggere varie informazioni, come immagini e musica digitali, frammentazione, violazione del copyright e altre forme di manomissione. Gli esempi includono lavori su comunicazioni wireless, sistemi multi-antenna, trasmissione ottica e filigrana digitale .

Comunicazioni e reti wireless

Quelli che si concentrano sulle comunicazioni e sulle reti wireless, sui progressi del lavoro nei sistemi e nelle reti di telecomunicazioni (in particolare le reti wireless), sulla modulazione e sulla codifica del controllo degli errori e sulla teoria dell'informazione. La progettazione di reti ad alta velocità , la soppressione e la modulazione delle interferenze, la progettazione e l'analisi di sistemi tolleranti ai guasti e gli schemi di archiviazione e trasmissione fanno tutti parte di questa specialità.

Compilatori e sistemi operativi

Windows 10, un esempio di sistema operativo .

Questa specializzazione si concentra su compilatori e progettazione e sviluppo di sistemi operativi . Gli ingegneri in questo campo sviluppano una nuova architettura del sistema operativo, tecniche di analisi dei programmi e nuove tecniche per garantire la qualità. Esempi di lavoro in questo campo includono lo sviluppo di algoritmi di trasformazione del codice post-link-time e lo sviluppo di nuovi sistemi operativi.

Scienze e ingegneria computazionali

La scienza e l'ingegneria computazionali sono una disciplina relativamente nuova. Secondo lo Sloan Career Cornerstone Center, gli individui che lavorano in questo settore, "i metodi computazionali vengono applicati per formulare e risolvere complessi problemi matematici in ingegneria e nelle scienze fisiche e sociali. Gli esempi includono la progettazione di aeromobili, l'elaborazione al plasma di caratteristiche nanometriche su wafer semiconduttori , progettazione di circuiti VLSI , sistemi di rilevamento radar, trasporto di ioni attraverso canali biologici e molto altro".

Reti di computer, computer mobili e sistemi distribuiti

In questa specialità, gli ingegneri creano ambienti integrati per l'informatica, le comunicazioni e l' accesso alle informazioni . Gli esempi includono le reti wireless a canale condiviso, la gestione adattiva delle risorse in vari sistemi e il miglioramento della qualità del servizio in ambienti mobili e ATM. Alcuni altri esempi includono lavori su sistemi di rete wireless e sistemi cablati cluster Fast Ethernet.

Sistemi informatici: architettura, elaborazione parallela e affidabilità

Un esempio di CPU di un computer.

Gli ingegneri che lavorano nei sistemi informatici lavorano su progetti di ricerca che consentono sistemi informatici affidabili, sicuri e ad alte prestazioni. In questo campo sono inclusi progetti come la progettazione di processori per il multi-threading e l'elaborazione parallela. Altri esempi di lavoro in questo campo includono lo sviluppo di nuove teorie, algoritmi e altri strumenti che aggiungono prestazioni ai sistemi informatici.

L'architettura del computer include la progettazione della CPU , il layout della gerarchia della cache , l'organizzazione della memoria e il bilanciamento del carico .

Visione artificiale e robotica

Un esempio di robot umanoide .

In questa specialità, gli ingegneri informatici si concentrano sullo sviluppo della tecnologia di rilevamento visivo per rilevare un ambiente, la rappresentazione di un ambiente e la manipolazione dell'ambiente. Le informazioni tridimensionali raccolte vengono quindi implementate per eseguire una serie di compiti. Questi includono una migliore modellazione umana, comunicazione di immagini e interfacce uomo-computer, nonché dispositivi come fotocamere speciali con sensori di visione versatili.

Sistemi integrati

Esempi di dispositivi che utilizzano sistemi embedded.

Gli individui che lavorano in quest'area progettano la tecnologia per migliorare la velocità, l'affidabilità e le prestazioni dei sistemi. I sistemi integrati si trovano in molti dispositivi, da una piccola radio FM allo space shuttle. Secondo lo Sloan Cornerstone Career Center, gli sviluppi in corso nei sistemi embedded includono "veicoli e attrezzature automatizzati per condurre ricerche e soccorsi, sistemi di trasporto automatizzati e coordinamento uomo-robot per riparare le apparecchiature nello spazio". A partire dal 2018, le specializzazioni di ingegneria informatica incorporata nei computer includono la progettazione di sistemi su chip , l'architettura dell'edge computing e l' Internet delle cose .

Circuiti integrati, progettazione VLSI, test e CAD

Questa specialità di ingegneria informatica richiede un'adeguata conoscenza dell'elettronica e dei sistemi elettrici. Gli ingegneri che lavorano in quest'area lavorano per migliorare la velocità, l'affidabilità e l'efficienza energetica dei circuiti e microsistemi integrati ( VLSI ) di nuova generazione . Un esempio di questa specialità è il lavoro svolto sulla riduzione del consumo energetico degli algoritmi e dell'architettura VLSI.

Elaborazione del segnale, dell'immagine e del parlato

Gli ingegneri informatici in quest'area sviluppano miglioramenti nell'interazione uomo-computer, incluso il riconoscimento e la sintesi vocale , l'imaging medico e scientifico oi sistemi di comunicazione. Altro lavoro in quest'area include lo sviluppo della visione artificiale come il riconoscimento delle caratteristiche facciali umane .

Calcolo quantistico

Guarda anche

Campi correlati

Associazioni

• Associazione degli ingegneri e tecnici informatici
• IEEE Computer Society
• Associazione per le macchine informatiche

Riferimenti

link esterno

• Mezzi relativi all'ingegneria informatica su Wikimedia Commons