Ingeniería en computadores

Según autores como Rodríguez (2011) no está claro la fecha de comienzo ni el iniciador de la Informática. Un posible inicio se puede datar en 1939 cuando John Vincent Atanasoff y Clifford Berry comenzaron a desarrollar la primera computadora digital electrónica del mundo a través de la física, las matemáticas y la ingeniería eléctrica. John Vincent Atanasoff fue una vez profesor de física y matemáticas en la Universidad Estatal de Iowa y Clifford Berry un ex graduado en ingeniería eléctrica y física. Juntos, crearon la computadora Atanasoff-Berry, también conocida como ABC, que tardó 5 años en completarse. Mientras que el ABC original fue desmantelado y descartado en la década de 1940, se hizo un homenaje a los inventores tardíos, en 1997 se hizo una réplica del ABC, donde un equipo de investigadores e ingenieros tardó cuatro años y 350.000 dólares en construirlo.

La computadora personal moderna surgió en la década de 1970, después de varios avances en la tecnología de semiconductores. Estos incluyen el primer transistor en funcionamiento de William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain en Bell Labs en 1947, el proceso de pasivación de la superficie del silicio (vía oxidación térmica ) por Mohamed Atalla en Bell Labs en 1957, el chip de circuito integrado monolítico de Robert Noyce en Fairchild Semiconductoren 1959, el transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET, o transistor MOS) de Mohamed Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959, y el microprocesador de un solo chip ( Intel 4004 ) por Federico Faggin, Marcian Hoff, Masatoshi Shima y Stanley Mazor en Intel en 1971.

El primer programa de licenciatura en ingeniería en computadores en los Estados Unidos se estableció en 1971 en la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. A partir de 2015, había 250 programas de ingeniería en computadores acreditados por ABET en los EE. UU. En Europa, la acreditación de las escuelas de ingeniería en computadores la realizan una variedad de agencias que forman parte de la red EQANIE. Debido a los crecientes requisitos laborales para los ingenieros que pueden diseñar simultáneamente hardware, software, firmware y administrar todas las formas de sistemas informáticos utilizados en la industria.

El proceso de diseño del procesador implica elegir un conjunto de instrucciones y un determinado paradigma de ejecución (por ejemplo, VLIW o RISC) y da como resultado una microarquitectura, que podría describirse, por ejemplo, en VHDL o Verilog. El diseño de la CPU se divide en el diseño de los siguientes componentes: rutas de datos (como ALU y tuberías), unidad de control: lógica que controla las rutas de datos, componentes de memoria como archivos de registro, cachés, circuitos de reloj como controladores de reloj, PLL, redes de distribución de reloj, circuitería de transceptor de almohadilla, biblioteca de celdas de puerta lógica que se utiliza para implementar la lógica.

Aquellos que se enfocan en comunicaciones y redes inalámbricas, avances de trabajo en sistemas y redes de telecomunicaciones (especialmente redes inalámbricas), codificación de modulación y control de errores y teoría de la información. El diseño de redes de alta velocidad , la supresión y modulación de interferencias, el diseño y análisis de sistemas tolerantes a fallas y los esquemas de almacenamiento y transmisión son parte de esta especialidad.

Esta especialidad se centra en el diseño y desarrollo de compiladores y sistemas operativos . Los ingenieros en este campo desarrollan una nueva arquitectura de sistema operativo, técnicas de análisis de programas y nuevas técnicas para asegurar la calidad. Entre los ejemplos de trabajo en este campo se incluyen el desarrollo de algoritmos de transformación de código en tiempo de enlace posterior y el desarrollo de nuevos sistemas operativos.

Los ingenieros que trabajan en sistemas informáticos trabajan en proyectos de investigación que permiten sistemas informáticos fiables, seguros y de alto rendimiento. En este campo se incluyen proyectos como el diseño de procesadores para múltiples subprocesos y procesamiento en paralelo. Otros ejemplos de trabajo en este campo incluyen el desarrollo de nuevas teorías, algoritmos y otras herramientas que agregan rendimiento a los sistemas informáticos.

La arquitectura de la computadora incluye el diseño de la CPU, el diseño de la jerarquía de la caché, la organización de la memoria y el equilibrio de carga.

Esta especialidad de la ingeniería en computadores requiere un conocimiento adecuado de la electrónica y los sistemas eléctricos. Los ingenieros que trabajan en esta área trabajan para mejorar la velocidad, la confiabilidad y la eficiencia energética de los circuitos y microsistemas integrados a muy gran escala ( VLSI ) de próxima generación. Un ejemplo de esta especialidad es el trabajo realizado para reducir el consumo de energía de los algoritmos y la arquitectura VLSI.

En esta especialidad, los ingenieros crean entornos integrados para la informática, las comunicaciones y el acceso a la información . Los ejemplos incluyen redes inalámbricas de canal compartido, gestión adaptativa de recursos en varios sistemas y mejora de la calidad del servicio en entornos móviles y ATM. Algunos otros ejemplos incluyen el trabajo en sistemas de red inalámbrica y sistemas cableados de clúster Ethernet rápido.

Los ingenieros en computadores trabajan en codificación, criptografía y protección de la información para desarrollar nuevos métodos para proteger información diversa, como imágenes digitales y música, fragmentación, infracción de derechos de autor y otras formas de manipulación. Los ejemplos incluyen el trabajo en comunicaciones inalámbricas, sistemas de múltiples antenas, transmisión óptica y marcas de agua digitales.

Los ingenieros en computadores que trabajan en esta área tienen como misión desarrollar código optimizado para plataformas de hardware específicas además, tiene en cuenta las limitaciones adicionales relacionadas con el campo de uso del producto final (por ejemplo, el código para la industria aeroespacial no se desarrolla de la misma manera que para la industria multimedia). El software embebido es una clase específica de software de computadora que proporciona el control de bajo nivel para el hardware específico de un dispositivo, está presente en la electrónica de automóviles, teléfonos, módems, robots, electrodomésticos, juguetes, sistemas de seguridad, marcapasos, televisores, decodificadores, relojes digitales, etc. A diferencia de los ingenieros de software, los ingenieros de software embebido trabajan en gran medida con hardware y, a menudo, necesitan desarrollar o configurar un sistema operativo personalizado exclusivo para el hardware y el mapa de memoria del dispositivo. Los ingenieros de software embebido también deben considerar la seguridad. Por ejemplo, el sistema embebido a cargo del sistema de frenos del automóvil no puede fallar.

Los modelos de aprendizaje automático se pueden ejecutar en todo tipo de dispositivos embebidos, desde sistemas embebidos móviles y en red hasta microcontroladores a pequeña escala. La ejecución de modelos de aprendizaje automático en dispositivos embebidos se conoce comúnmente como aprendizaje automático embebido. Este último opera con base en el siguiente principio general: los modelos ML como las redes neuronales se entrenan en clústeres de computación o en la nube, mientras que las operaciones de inferencia y la ejecución de los modelos tienen lugar en los dispositivos embebidos. Contrariamente a la creencia popular, resulta que una vez que se entrena un modelo, las operaciones matriciales de los modelos de aprendizaje profundo se pueden ejecutar de manera efectiva en dispositivos restringidos de CPU (Unidad central de procesamiento) o incluso en microcontroladores pequeños (por ejemplo, de 16 o 32 bits).

En esta especialidad, los ingenieros en computadores se centran en desarrollar tecnología de detección visual para detectar un entorno, representar un entorno y manipular el entorno. El concepto de visión por computadora se fundamenta en enseñar a las computadoras a procesar una imagen a nivel de píxel y comprenderla. La mayoría de los sistemas de visión por computadora se basan en sensores de imagen , que detectan la radiación electromagnética , que generalmente se presenta en forma de luz visible o infrarroja. La información tridimensional recopilada se implementa luego para realizar una variedad de tareas. Estos incluyen modelos humanos mejorados, comunicación de imágenes e interfaces persona-computadora, así como dispositivos como cámaras para propósitos especiales con sensores de visión versátiles. Se utiliza ampliamente en medicina, ejército, defensa y fabricación, etc.

Los ingenieros en computadores en esta área desarrollan mejoras en la interacción humano-computadora, incluido el reconocimiento y la síntesis de voz , las imágenes médicas y científicas o los sistemas de comunicaciones. Otro trabajo en esta área incluye el desarrollo de la visión por computadora, como el reconocimiento de rasgos faciales humanos .