هندسة الحاسوب

أُنشئ أول برنامج للحصول على درجة علمية في هندسة الحاسوب في الولايات المتحدة عام 1971 في جامعة كيس ويسترن ريزيرف في كليفلاند ، أوهايو . ^{[ 15 ]} اعتبارًا من عام 2015كان هناك 250 برنامجًا معتمدًا في هندسة الحاسوب من قبل ABET في الولايات المتحدة ^{[ 16 ].} أما في أوروبا، فيتم اعتماد كليات هندسة الحاسوب من قبل عدة هيئات ضمن شبكة EQANIE . ونظرًا لتزايد متطلبات العمل للمهندسين القادرين على تصميم الأجهزة والبرمجيات والبرامج الثابتة وإدارة جميع أنواع أنظمة الحاسوب المستخدمة في الصناعة، تقدم بعض مؤسسات التعليم العالي حول العالم درجة البكالوريوس في هندسة الحاسوب. وتشمل برامج هندسة الحاسوب والهندسة الإلكترونية تصميم الدوائر التناظرية والرقمية في مناهجها الدراسية. وكما هو الحال في معظم التخصصات الهندسية، فإن امتلاك معرفة جيدة بالرياضيات والعلوم ضروري لمهندسي الحاسوب.

بحسب مكتب إحصاءات العمل الأمريكي ، فإن التوقعات الحالية لفرص العمل لمهندسي أجهزة الحاسوب تشير إلى نمو متوقع بنسبة 7% خلال السنوات العشر القادمة (من 2024 إلى 2034)، ويعود ذلك في الغالب إلى استبدال المهندسين الحاليين الذين يتقاعدون أو ينتقلون إلى مجالات أخرى. ^{[ 24 ]} مع ذلك، تشير التقديرات للفترة من 2019 إلى 2029 إلى نمو بنسبة 2% فقط، بإجمالي 71,100 وظيفة. (وهو معدل نمو أبطأ من المتوسط ، كما وصفه المهندسون أنفسهم، مقارنةً بالمهن الأخرى). ^{[ 25 ] [ 26 ]} ويمثل هذا انخفاضًا عن تقديرات مكتب إحصاءات العمل للفترة من 2014 إلى 2024، والتي بلغت 3% بإجمالي 77,700 وظيفة؛ كما أنه أقل من 7% للفترة من 2012 إلى 2022، وأقل بكثير من 9% للفترة من 2010 إلى 2020. [ ^{25 ]} اليوم، أصبحت أجهزة الكمبيوتر مكافئة إلى حد ما للهندسة الإلكترونية وهندسة الكمبيوتر ⁽ ECE) وقد تم تقسيمها إلى العديد من الفئات الفرعية، وأهمها تصميم الأنظمة المدمجة . ^{[ 18 ]}

بحسب مكتب إحصاءات العمل الأمريكي ، من المتوقع أن يكون مهندسو برمجيات تطبيقات الحاسوب ومهندسو برمجيات أنظمة الحاسوب من بين المهن الأسرع نموًا من المتوسط، ويعود ذلك في الغالب إلى تعويض المتقاعدين ومن يتركون هذا المجال. ^{[ 27 ]} ويُتوقع أن يستمر هذا النمو لعشر سنوات حتى عام 2025.بلغت نسبة النمو في هندسة برمجيات الحاسوب حوالي 17%، وبلغ إجمالي عدد الوظائف 1,114,000 وظيفة في العام نفسه. ^{[ 28 ]} وهذا أقل من تقديرات مكتب إحصاءات العمل للفترة من 2012 إلى 2022، والتي بلغت 22% لمطوري البرمجيات. ^{[ 29 ] [ 28 ]} وأقل بكثير من تقديرات المكتب للفترة من 2010 إلى 2020، والتي بلغت 30%. ^{[ 30 ]} إضافةً إلى ذلك، تساهم المخاوف المتزايدة بشأن الأمن السيبراني في رفع معدل نمو هندسة برمجيات الحاسوب إلى مستوى أعلى بكثير من المتوسط ​​لجميع المجالات. مع ذلك، سيتم الاستعانة بمصادر خارجية لبعض الأعمال في دول أجنبية. ^{[ 31 ]} ونتيجةً لذلك، لن يكون نمو الوظائف سريعًا كما كان خلال العقد الماضي، حيث ستذهب الوظائف التي كانت ستُخصص لمهندسي برمجيات الحاسوب في الولايات المتحدة إلى مهندسي برمجيات الحاسوب في دول مثل الهند. ^{[ 32 ]} بالإضافة إلى ذلك، تشير توقعات مكتب إحصاءات العمل الأمريكي (BLS) لوظائف مبرمجي الحاسوب للفترة 2014-2024 إلى انخفاض بنسبة 8% (بحسب وصفهم)، ^{[ 32 ]} ثم انخفاض بنسبة 9% للفترة 2019-2029، ^{[ 33 ]} ثم انخفاض بنسبة 10% للفترة 2021-2031 ، ^{[ 33 ]} والآن انخفاض بنسبة 11% للفترة 2022-2032، ^{[ 33 ]} وذلك بالنسبة لمبرمجي الحواسيب (أي الأنظمة المدمجة) الذين لا يعملون كمطوري تطبيقات حاسوبية. ^{[ 34 ] [ 35 ]} علاوة على ذلك، يشهد قطاع البرمجيات انخفاضًا في أعداد النساء على مر السنين بوتيرة أسرع من قطاعات الهندسة الأخرى. ^{[ 36 ]}

تتضمن عملية تصميم المعالج اختيار مجموعة تعليمات ونموذج تنفيذ معين (مثل VLIW أو RISC )، مما ينتج عنه بنية دقيقة ، والتي يمكن وصفها بلغة مثل VHDL أو Verilog . ينقسم تصميم وحدة المعالجة المركزية إلى تصميم المكونات التالية: مسارات البيانات (مثل وحدات الحساب والمنطق وخطوط الأنابيب )، ووحدة التحكم: وهي وحدة منطقية تتحكم في مسارات البيانات، ومكونات الذاكرة مثل ملفات التسجيل والذاكرة المؤقتة ، ودوائر الساعة مثل مشغلات الساعة، ودوائر PLL، وشبكات توزيع الساعة، ودوائر الإرسال والاستقبال، ومكتبة خلايا البوابات المنطقية المستخدمة لتنفيذ المنطق.

يعمل مهندسو الكمبيوتر في مجالات البرمجة والتشفير التطبيقي وحماية المعلومات لتطوير أساليب جديدة لحماية المعلومات المختلفة، مثل الصور الرقمية والموسيقى ، والتجزئة، وانتهاك حقوق الطبع والنشر ، وأشكال التلاعب الأخرى، على سبيل المثال، من خلال العلامات المائية الرقمية . ^{[ 37 ]}

يركز هذا التخصص على الاتصالات والشبكات اللاسلكية، ويعمل على تطوير أنظمة وشبكات الاتصالات (وخاصة الشبكات اللاسلكية)، وتقنيات التضمين والترميز للتحكم في الأخطاء، ونظرية المعلومات. ويشمل تصميم الشبكات عالية السرعة ، وقمع التداخل والتضمين، وتصميم وتحليل الأنظمة المقاومة للأعطال ، وأنظمة التخزين والإرسال. ^{[ 37 ]}

يركز هذا التخصص على تصميم وتطوير المترجمات وأنظمة التشغيل . يعمل المهندسون في هذا المجال على تطوير بنية جديدة لأنظمة التشغيل، وتقنيات تحليل البرامج، وتقنيات جديدة لضمان الجودة. تشمل أمثلة العمل في هذا المجال تطوير خوارزميات تحويل التعليمات البرمجية بعد مرحلة الربط ، وتطوير أنظمة تشغيل جديدة. ^{[ 37 ]}

في هذا التخصص، يقوم المهندسون ببناء بيئات متكاملة للحوسبة والاتصالات والوصول إلى المعلومات . تشمل الأمثلة شبكات لاسلكية ذات قنوات مشتركة، وإدارة الموارد التكيفية في مختلف الأنظمة، وتحسين جودة الخدمة في بيئات الهواتف المحمولة وأجهزة الصراف الآلي. ومن الأمثلة الأخرى العمل على أنظمة الشبكات اللاسلكية وأنظمة إيثرنت السريعة السلكية العنقودية. ^{[ 37 ]}

يعمل المهندسون المتخصصون في أنظمة الحاسوب على مشاريع بحثية تهدف إلى تطوير أنظمة حاسوبية موثوقة وآمنة وعالية الأداء. وتشمل هذه المشاريع تصميم معالجات متعددة الخيوط ومعالجة متوازية . ومن الأمثلة الأخرى على العمل في هذا المجال تطوير نظريات وخوارزميات وأدوات جديدة تُحسّن أداء أنظمة الحاسوب. ^{[ 37 ]}

تشمل هندسة الحاسوب تصميم وحدة المعالجة المركزية ، وتخطيط التسلسل الهرمي للذاكرة المؤقتة ، وتنظيم الذاكرة ، وموازنة الأحمال .

يركز مهندسو الحاسوب في هذا التخصص على تطوير تقنيات الاستشعار البصري لاستشعار البيئة، وتمثيلها، والتحكم بها. ثم تُوظَّف المعلومات ثلاثية الأبعاد المُجمَّعة لأداء مهام متنوعة، تشمل تحسين نمذجة الإنسان، والتواصل عبر الصور، وواجهات التفاعل بين الإنسان والحاسوب، بالإضافة إلى أجهزة مثل الكاميرات المتخصصة المزودة بمستشعرات بصرية متعددة الاستخدامات. ^{[ 37 ]}

يُصمّم الأفراد العاملون في هذا المجال تقنياتٍ لتعزيز سرعة الأنظمة وموثوقيتها وأدائها. وتُستخدم الأنظمة المُدمجة في العديد من الأجهزة، بدءًا من أجهزة الراديو الصغيرة بتقنية FM وصولًا إلى مكوك الفضاء. ووفقًا لمركز سلون كورنرستون المهني، تشمل التطورات الجارية في الأنظمة المُدمجة " المركبات والمعدات الآلية لإجراء عمليات البحث والإنقاذ، وأنظمة النقل الآلية، والتنسيق بين الإنسان والروبوت لإصلاح المعدات في الفضاء " . ^{[ 37 ]} اعتبارًا من عام 2018وتشمل تخصصات أنظمة الكمبيوتر المدمجة تصميم النظام على رقاقة ، وهندسة الحوسبة الطرفية ، وإنترنت الأشياء .

يتطلب هذا التخصص في هندسة الحاسوب معرفة كافية بالإلكترونيات والأنظمة الكهربائية. ويعمل المهندسون في هذا المجال على تحسين سرعة وموثوقية وكفاءة استهلاك الطاقة في الجيل القادم من الدوائر المتكاملة واسعة النطاق جدًا ( VLSI ) والأنظمة الدقيقة. ومن الأمثلة على هذا التخصص العمل على تقليل استهلاك الطاقة لخوارزميات وبنية VLSI. ^{[ 37 ]}

يعمل مهندسو الحاسوب في هذا المجال على تطوير تحسينات في التفاعل بين الإنسان والحاسوب، بما في ذلك التعرف على الكلام وتوليفه، والتصوير الطبي والعلمي، وأنظمة الاتصالات. وتشمل الأعمال الأخرى في هذا المجال تطوير رؤية الحاسوب، مثل التعرف على ملامح الوجه البشري . ^{[ 37 ]}

يدمج هذا المجال السلوك الكمومي للجسيمات الصغيرة ، مثل التراكب والتداخل والتشابك ، مع الحواسيب التقليدية لحل المشكلات المعقدة وصياغة الخوارزميات بكفاءة أكبر. ويركز الباحثون على مجالات مثل التشفير الكمومي ، والمحاكاة الفيزيائية ، والخوارزميات الكمومية .

• جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)
• رابطة آلات الحوسبة
• الجمعية البريطانية للحاسبات