La ingeniería informática ( CoE o CpE ) es una rama de la informática y la ingeniería electrónica que integra varios campos de la informática y la ingeniería electrónica necesarios para desarrollar hardware y software informáticos . [1] La ingeniería informática se conoce como ciencia e ingeniería informática o ingeniería eléctrica e informática en algunas universidades.
Los ingenieros informáticos requieren formación en ingeniería electrónica , informática , integración de hardware y software, diseño de software e ingeniería de software . Utiliza las técnicas y principios de la ingeniería eléctrica y la informática, y puede abarcar áreas como la inteligencia artificial (IA) , la robótica , las redes informáticas , la arquitectura informática y los sistemas operativos . Los ingenieros informáticos están involucrados en muchos aspectos de hardware y software de la informática , desde el diseño de microcontroladores individuales , microprocesadores , computadoras personales y supercomputadoras , hasta el diseño de circuitos . Este campo de la ingeniería no solo se centra en cómo funcionan los propios sistemas informáticos, sino también en cómo integrarlos en el panorama más amplio. [2] La robótica es una de las aplicaciones de la ingeniería informática.
La ingeniería informática generalmente se ocupa de áreas que incluyen la escritura de software y firmware para microcontroladores integrados , el diseño de chips VLSI , sensores analógicos , placas de circuitos de señal mixta y sistemas operativos . Los ingenieros informáticos también son aptos para la investigación en robótica , que se basa en gran medida en el uso de sistemas digitales para controlar y monitorear sistemas eléctricos como motores , comunicaciones y sensores .
En muchas instituciones de educación superior, a los estudiantes de ingeniería informática se les permite elegir áreas de estudio en profundidad en sus años junior y senior porque la amplitud total de conocimientos utilizados en el diseño y la aplicación de computadoras está más allá del alcance de una licenciatura . Otras instituciones pueden exigir a los estudiantes de ingeniería que completen uno o dos años de ingeniería general antes de declarar la ingeniería informática como su enfoque principal. [3] [4] [5] [6]
La ingeniería informática comenzó 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 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 cinco años en completarse. [7] Si bien la ABC original fue desmantelada y descartada en la década de 1940, se rindió un homenaje a los inventores fallecidos; se hizo una réplica de la ABC en 1997, donde un equipo de investigadores e ingenieros tardó cuatro años y $ 350,000 para construir. [8]
La computadora personal moderna surgió en la década de 1970, después de varios avances en la tecnología de semiconductores . Estos incluyen el primer transistor funcional de William Shockley , John Bardeen y Walter Brattain en Bell Labs en 1947, [9] en 1955, la pasivación de la superficie de dióxido de silicio de Carl Frosch y Lincoln Derick, [10] los primeros transistores de dióxido de silicio planares de Frosch y Derick en 1957, [11] el proceso planar de Jean Hoerni , [12] [13] [14] el chip de circuito integrado monolítico de Robert Noyce en Fairchild Semiconductor en 1959, [15] el transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET, o transistor MOS) demostrado por un equipo en Bell Labs en 1960 [16] y el microprocesador de un solo chip ( Intel 4004 ) de Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima y Stanley Mazor en Intel en 1971. [17]
El primer programa de grado en ingeniería informática en los Estados Unidos se estableció en 1971 en la Universidad Case Western Reserve en Cleveland , Ohio . [18] En 2015 [actualizar], había 250 programas de ingeniería informática acreditados por ABET en los EE. UU. [19] En Europa, la acreditación de las escuelas de ingeniería informática la realizan diversas agencias como parte de la red EQANIE . Debido a los crecientes requisitos laborales para los ingenieros que pueden diseñar simultáneamente hardware, software , firmware y administrar todo tipo de sistemas informáticos utilizados en la industria, algunas instituciones terciarias de todo el mundo ofrecen una licenciatura generalmente llamada ingeniería informática. Tanto los programas de ingeniería informática como los de ingeniería electrónica incluyen el diseño de circuitos analógicos y digitales en su plan de estudios. Como ocurre con la mayoría de las disciplinas de ingeniería, es necesario que los ingenieros informáticos tengan un conocimiento sólido de matemáticas y ciencias.
En algunas universidades, la ingeniería informática se denomina ciencia e ingeniería informática . La mayoría de los trabajos de ingeniería informática de nivel inicial requieren al menos una licenciatura en ingeniería informática, ingeniería eléctrica o ciencia informática. Por lo general, uno debe aprender una variedad de matemáticas como cálculo , álgebra lineal y ecuaciones diferenciales , junto con la ciencia informática . [20] Los títulos en ingeniería electrónica o eléctrica también son suficientes debido a la similitud de los dos campos. Debido a que los ingenieros de hardware suelen trabajar con sistemas de software de computadora, es necesario un sólido conocimiento en programación informática. Según BLS, "una especialización en ingeniería informática es similar a la ingeniería eléctrica, pero con algunos cursos de ciencias informáticas agregados al plan de estudios". [21] Algunas grandes empresas o trabajos especializados requieren un título de maestría.
También es importante que los ingenieros informáticos se mantengan al día con los rápidos avances tecnológicos. Por lo tanto, muchos continúan aprendiendo a lo largo de sus carreras. Esto puede ser útil, especialmente cuando se trata de aprender nuevas habilidades o mejorar las existentes. Por ejemplo, como el costo relativo de corregir un error aumenta cuanto más avanzado está el ciclo de desarrollo del software, se pueden lograr mayores ahorros de costos atribuibles al desarrollo y prueba de código de calidad lo antes posible en el proceso, particularmente antes del lanzamiento. [22]
Una persona con profesión en ingeniería informática se llama ingeniero informático.
Hay dos enfoques principales en la ingeniería informática: hardware y software.
Según la Oficina de Estadísticas Laborales (BLS , por sus siglas en inglés), las perspectivas de empleo para ingenieros de hardware informático, el crecimiento esperado en diez años desde 2019 hasta 2029 para la ingeniería de hardware informático fue de un 2% estimado y un total de 71.100 puestos de trabajo. ("Más lento que el promedio", en sus propias palabras en comparación con otras ocupaciones)". [23] Esto es una disminución de la estimación de ingeniería de hardware informático de la BLS de 2014 a 2024 del 3% y un total de 77.700 puestos de trabajo". [23] y es inferior al 7% de la estimación de la BLS de 2012 a 2022 [23] y es aún más inferior al 9% de la estimación de la BLS de 2010 a 2020. [23] "Hoy en día, el hardware informático es de alguna manera igual [ aclaración necesaria ] a la ingeniería electrónica e informática (ECE) y se ha dividido en muchas subcategorías; la más significativa [ cita necesaria ] es el diseño de sistemas integrados. [21]
Según la Oficina de Estadísticas Laborales de Estados Unidos (BLS), "se proyecta que los ingenieros de software de aplicaciones informáticas y los ingenieros de software de sistemas informáticos estarán entre las ocupaciones de crecimiento más rápido que el promedio". El crecimiento esperado de diez años a partir de 2014 [actualizar]para la ingeniería de software informático fue de un diecisiete por ciento estimado y hubo un total de 1.114.000 puestos de trabajo ese mismo año. [24] Esto es inferior a la estimación de BLS de 2012 a 2022 del 22% para los desarrolladores de software. [25] [24] Y, aún más inferior a la estimación de BLS del 30% de 2010 a 2020. [26] Además, las crecientes preocupaciones sobre la ciberseguridad se suman para colocar a la ingeniería de software informático muy por encima de la tasa promedio de aumento para todos los campos. Sin embargo, parte del trabajo se subcontratará en países extranjeros. [27] Debido a esto, el crecimiento del empleo no será tan rápido como durante la última década, ya que los trabajos que habrían ido a los ingenieros de software informático en los Estados Unidos irán a los ingenieros de software informático en países como la India. [28] Además, la perspectiva laboral de la BLS para programadores de computadoras, 2014-24 tiene un -8% (una disminución, en sus palabras), [28] luego una perspectiva laboral, 2019-29 de -9% (disminución), [29] luego una disminución del 10% para 2021-2031 [29] y ahora una disminución del 11% para 2022-2032 [29] para aquellos que programan computadoras (es decir, sistemas integrados) que no son desarrolladores de aplicaciones informáticas. [30] [31] Además, las mujeres en los campos del software han estado disminuyendo a lo largo de los años incluso más rápido que otros campos de ingeniería. [32]
La ingeniería informática se practica generalmente en empresas de desarrollo de productos más grandes y dicha práctica puede no estar sujeta a licencia. [33] [34] Sin embargo, los consultores independientes que anuncian ingeniería informática, al igual que cualquier forma de ingeniería, pueden estar sujetos a leyes estatales que restringen la práctica profesional de la ingeniería solo a aquellos que han recibido la licencia correspondiente. [35] [36] El Consejo Nacional de Examinadores de Ingeniería y Topografía (NCEES) ofreció por primera vez un Examen de Principios y Prácticas de Ingeniería para ingeniería informática [37] en 2003.
Hay muchas áreas de especialidad en el campo de la ingeniería informática.
El proceso de diseño de un procesador implica la elección de un conjunto de instrucciones y un cierto paradigma de ejecución (por ejemplo, VLIW o RISC) y da como resultado una microarquitectura, que podría describirse en, por ejemplo, VHDL o Verilog. El diseño de la CPU se divide en el diseño de los siguientes componentes: rutas de datos (como ALU y pipelines), 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, circuitos transceptores de pad, biblioteca de celdas de compuerta lógica que se utiliza para implementar la lógica.
Los ingenieros informáticos trabajan en codificación, criptografía aplicada y protección de la información para desarrollar nuevos métodos de protección de información diversa, como imágenes y música digitales, fragmentación, violación de derechos de autor y otras formas de manipulación mediante, por ejemplo, marcas de agua digitales . [38]
Los que se centran en las comunicaciones y las redes inalámbricas trabajan en los avances de los sistemas y redes de telecomunicaciones (especialmente las redes inalámbricas), la modulación y la codificación de control de errores, y la 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 fallos , y los esquemas de almacenamiento y transmisión son todos parte de esta especialidad. [38]
Esta especialidad se centra en el diseño y desarrollo de compiladores y sistemas operativos . Los ingenieros de este campo desarrollan nuevas arquitecturas de sistemas operativos, técnicas de análisis de programas y nuevas técnicas para asegurar la calidad. Algunos ejemplos de trabajo en este campo incluyen el desarrollo de algoritmos de transformación de código en tiempo posterior al enlace y el desarrollo de nuevos sistemas operativos. [38]
La ciencia y la ingeniería computacional son disciplinas relativamente nuevas. Según el Sloan Career Cornerstone Center, quienes trabajan en esta área "aplican métodos computacionales para formular y resolver problemas matemáticos complejos en ingeniería, ciencias físicas y sociales. Algunos ejemplos son el diseño de aeronaves, el procesamiento de plasma de características nanométricas en obleas de semiconductores, el diseño de circuitos VLSI , los sistemas de detección de radar, el transporte de iones a través de canales biológicos y mucho más". [38]
En esta especialidad, los ingenieros construyen entornos integrados para computación, comunicaciones y acceso a la información . Algunos 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. Otros ejemplos incluyen trabajos en sistemas de redes inalámbricas y sistemas cableados de clúster Fast Ethernet. [38]
Los ingenieros que trabajan en sistemas informáticos trabajan en proyectos de investigación que permiten crear sistemas informáticos fiables, seguros y de alto rendimiento. En este campo se incluyen proyectos como el diseño de procesadores para procesamiento en paralelo y multihilo. Otros ejemplos de trabajo en este campo incluyen el desarrollo de nuevas teorías, algoritmos y otras herramientas que añaden rendimiento a los sistemas informáticos. [38]
La arquitectura de la computadora incluye el diseño de la CPU , el diseño de la jerarquía de caché , la organización de la memoria y el equilibrio de carga .
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En esta especialidad, los ingenieros informáticos se centran en el desarrollo de tecnología de detección visual para detectar un entorno, la representación de un entorno y la manipulación del mismo. La información tridimensional recopilada se utiliza luego para realizar una variedad de tareas, entre las que se incluyen la mejora del modelado humano, la comunicación de imágenes y las interfaces hombre-computadora, así como dispositivos como cámaras especiales con sensores de visión versátiles. [38]
Las personas que trabajan en esta área diseñan tecnología para mejorar la velocidad, la confiabilidad y el rendimiento de los sistemas. Los sistemas integrados se encuentran en muchos dispositivos, desde una pequeña radio FM hasta el transbordador espacial. Según el Sloan Cornerstone Career Center, los desarrollos en curso en sistemas integrados incluyen "vehículos y equipos automatizados para realizar búsquedas y rescates, sistemas de transporte automatizados y coordinación entre humanos y robots para reparar equipos en el espacio". [38] A partir de 2018 [actualizar], las especializaciones en sistemas integrados de computadora incluyen el diseño de sistemas en chip , la arquitectura de la computación de borde y la Internet de las cosas .
Esta especialidad de la ingeniería informática requiere conocimientos adecuados de electrónica y sistemas eléctricos. Los ingenieros que trabajan en esta área trabajan en mejorar la velocidad, la confiabilidad y la eficiencia energética de los circuitos y microsistemas integrados de 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. [38]
Los ingenieros informáticos de esta área desarrollan mejoras en la interacción entre humanos y computadoras, incluyendo el reconocimiento y síntesis de voz , imágenes médicas y científicas o sistemas de comunicaciones. Otros trabajos en esta área incluyen el desarrollo de visión artificial, como el reconocimiento de rasgos faciales humanos . [38]
Esta área integra el comportamiento cuántico de partículas pequeñas como la superposición , la interferencia y el entrelazamiento , con computadoras clásicas para resolver problemas complejos y formular algoritmos de manera mucho más eficiente. Los individuos se enfocan en campos como la criptografía cuántica , las simulaciones físicas y los algoritmos cuánticos .
Una vía accesible para obtener información y oportunidades en tecnología, especialmente para los estudiantes jóvenes, es a través de plataformas digitales, que permiten el aprendizaje, la exploración y la posible generación de ingresos a un costo mínimo y en idiomas regionales, nada de lo cual sería posible sin los ingenieros. [39] La ingeniería informática es importante en los cambios involucrados en la industria 4.0, con ingenieros responsables de diseñar y optimizar la tecnología que rodea nuestras vidas, desde big data hasta IA. Su trabajo no solo facilita las conexiones globales y el acceso al conocimiento, sino que también juega un papel fundamental en la configuración de nuestro futuro, ya que la tecnología continúa evolucionando rápidamente, lo que lleva a una creciente demanda de ingenieros informáticos capacitados. [40] La ingeniería contribuye a mejorar la sociedad al crear dispositivos y estructuras que impactan varios aspectos de nuestras vidas, desde la tecnología hasta la infraestructura. Los ingenieros también abordan desafíos como la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible, al tiempo que desarrollan tratamientos médicos. [41] A partir de 2016, el salario anual medio en todas las categorías de ingeniería de BLS fue de más de $ 91,000. Algunos eran mucho más altos, y los ingenieros que trabajan para compañías petroleras en la cima (más de $ 128,000). Otros trabajos importantes incluyen: Ingeniero de hardware de computadoras: $115,080, Ingeniero aeroespacial: $109,650, Ingeniero nuclear: $102,220. [42]
Tradicionalmente, la ingeniería de sistemas informáticos se ha considerado una combinación de ingeniería electrónica (EE) y ciencias de la computación (CS).
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