計算機工程
計算機工程（英語：computer engineering）一個結合計算機科學和電子工程學的部分交叉領域為內容的工程學，其主要任務是設計及實現計算機系統[1]。計算機工程師通常受過專業的電子工程、軟件設計和軟硬件集成綜合技能的培訓。計算機工程師的工作涉及了許多有關計算機的硬件和軟件，其關注範圍包括微處理器、個人電腦、超級計算機和電路設計（特別是集成電路的設計）等。計算機工程並不僅僅關注計算機系統本身的工作，還致力於多個計算機組成更大規模的分布式系統[2]。
涉及計算機工程的常見工作包括為嵌入式系統、微控制器、超大規模集成電路的編寫設計軟件代碼和韌體，此外還常常結合模擬的傳感器、混合信號集成電路的設計，以及參與操作系統的設計。計算機工程和機器人的研究和設計也有一定的關聯，特別是那些大量依靠數字系統來進行電動機、電腦輔助溝通、傳感器相關系統監視、控制的機器人系統。
在許多高等院校，計算機工程的學生可以選擇計算機工程的某一個專業方向進行深造。與計算機設計與應用相關知識包羅甚廣，有些甚至已經超出了本科教育的範圍，而另一些院校則要求其學生在選修計算機工程的專業課程之前，先完成一年的普通工程學課程[3][4][5]。
內容 編輯
大多數計算機工程相關的分支專業關注計算機軟件設計以及硬件元件的研究、開發、設計與測試。這涵蓋了電路板、微處理器到應用產品的設計。有時，升級硬件產品，並配備更新的軟件，可以達到更高的工作效率。多數計算機工程師在研究院或者高科技產業園區之類的地方工作。有的政府機關也會僱傭計算機工程人員。根據美國的勞動統計部門，95%的計算機工程師在城市裡工作，他們一般都全職工作。其中25%的工作要求每周工作時間超過40小時。計算機硬件工程的中等年收入為98,810美元（相當於每小時47.5美元）。計算機硬件工程領域在2010年提供了70,000個工作崗位。[6]
專業領域 編輯
根據不同的研究、應用側重，計算機工程可以分為下面這些專業領域。
軟件代碼、密碼學和信息安全 編輯
從事這一分支領域的工程師的工作包括信息的編碼、解碼，設計開發密碼技術、網絡安全、知識產權保護等。隨着信息化的到來，計算機系統和互聯網的安全成為一個關係到國家安全的問題，許多國家設立了專門的機構進行這一分支學科的研究。在民用領域，移動電話通信的保密也是這領域計算機工程師的工作重心之一。[7]
通信和無線網絡 編輯
這一分支是電子學、通信技術和計算機科學的交叉領域，主要關注無線網絡的通信質量和效率。高質量的無線網絡對於軍事上的遠程控制至關重要，同時對於擴展民用便攜設備的功能也至關重要。這一領域的工作人員需要研究信號的調製、解調，高清信號的壓縮，可容錯系統，以及降低信號在傳輸過程中出錯的幾率的方法。他們的研究涵蓋了從基礎的信號理論到實際的通信產品的廣大範圍。[7]
計算機編譯器和操作系統 編輯
這一領域主要包括計算機編譯器和操作系統的設計和開發。研究人員會設計更新的操作系統體系結構、更有的程序分析技術和提高程序可靠性。[7]
計算科學與工程 編輯
計算科學與工程是一個較新的分支領域，和數學學科交叉較多。這一領域的工程技術人員主要考慮更優的計算方法、建模方法。他們的理論在超大規模集成電路的設計驗證、半導體器件製造參數的確定、雷達系統的分析方面有着重要的應用。[7]
計算機網絡、移動計算和分布式系統 編輯
這個分支學科重點研究由多個計算機構成一個整體，並通過合理的方式來提高其共同工作時的效率。現代的科學技術研究、日常生活常常涉及大量數據的處理，這時，基於計算機網絡的計算機集成系統（計算機集群）就能發揮其高超的計算能力，這在氣象監測預報、生物科學探索等情況應用廣泛。[7]
計算機系統：體系結構、並行計算和可靠性 編輯
這一領域的工程技術人員主要致力於研究提高計算機系統可靠程度、安全性和運算性能的方法。他們的工作可能包括設計用於多線程任務的微處理器等。他們也從事新的基礎理論、算法和計算機工具的設計開發工作。[7]
計算機視覺和機器人學 編輯
通過機器「觀察」外部信號的改變，並做出合適的處理，可以進一步提高計算機的能力。這一技術的前提是開發出高效的視覺傳感軟硬件，即能夠快速捕捉周圍環境的信息，並在短時間內用合適的信號來指代這些信息，然後還需要在計算機系統內部進行處理，最後讓類似機器人的設備做出反應。這是人們一直希望能夠實現的。當然，要研製出高性能的機器人，還需要強大的人類行為建模、圖像處理以及人機界面等等。[7]
嵌入式系統 編輯
這一專業領域內的工程師主要從事嵌入式系統的設計，致力於提高其速度、可靠性和工作特能。嵌入式系統存在於許多日常產品，從小型的收音機到大型的航天器中都可看到它的身影。現代的移動設備功能日漸強大，離不開高性能的網絡技術和嵌入式系統。[7]
集成電路設計、測試和計算機輔助設計 編輯
計算機工程的集成電路分支主要包括電子學和電子系統的相關知識。這一領域主要致力於提高下一代超大規模集成電路及相關電子系統的速度、可靠性以及能源效率。 工程師利用有關的軟件算法、硬件架構技術可以實現集成電路的低功耗設計。[7]
信號、圖像和語音處理 編輯
計算機工程的信號分支主要研究、開發與人機交互相關的內容，包括語音識別和生成、醫學科技圖像、通信系統等。這一領域的其他工作還包括計算機視覺開發，例如人類的臉部特徵識別。[7]
教育 編輯
對於從事計算機工程的入門級工程師，他們通常至少需要計算機工程相關專業的學士學位。由於學科的分支，許多相關內容在大學裡隸屬電機工程學，特別是那些涉及超大規模集成電路的分支專業。在許多學校，計算機工程專業的課程主要由電子工程的課程和計算機科學的課程組成。[6]一些大型公司則要求其員工具有碩士學歷。由於該領域的科學技術進展迅速，因此許多人在其職業生涯中也參加各種非學術的技術培訓。
參考文獻 編輯
- ^ IEEE Computer Society; ACM. Computer Engineering 2004: Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Computer Engineering (PDF). 12 December 2004: iii [2012-12-17]. （原始內容存檔 (PDF)於2019-06-12）.
Computer System engineering has traditionally been viewed as a combination of both electronic engineering (EE) and computer science (CS).
- ^ Trinity College Dublin. What is Computer System Engineering. [2006-04-21]. （原始內容存檔於2012-06-08）., "Computer engineers need not only to understand how computer systems themselves work, but also how they integrate into the larger picture. Consider the car. A modern car contains many separate computer systems for controlling such things as the engine timing, the brakes and the air bags. To be able to design and implement such a car, the computer engineer needs a broad theoretical understanding of all these various subsystems & how they interact.
- ^ Changing Majors @ Clemson. Clemson University. [20 September 2011]. （原始內容存檔於2018-10-12）.
- ^ Declaring a College of Engineering Major. University of Arkansas. [20 September 2011]. （原始內容存檔於2011年10月5日）.
- ^ Degree Requirements. Carnegie Mellon University. [20 September 2011]. （原始內容存檔於2017-07-24）.
- ^ 6.0 6.1 Computer Hardware Engineers. Bureau of Labor Statistics. [2012-07-20]. （原始內容存檔於2021-05-14）.
- ^ 7.00 7.01 7.02 7.03 7.04 7.05 7.06 7.07 7.08 7.09 Computer Engineering Overview (PDF). Sloan Career Cornerstone Center. [2012-07-20]. （原始內容 (PDF)存檔於2012-09-16）.