Համակարգչային ճարտարագիտություն

**Համակարգչային ճարտարագիտություն** (CoE կամ CpE) համակարգչային գիտության և էլեկտրոնային ճարտարագիտության ճյուղ է, որը միավորում է համակարգչային գիտության և էլեկտրոնային ճարտարագիտության մի քանի ոլորտներ, որոնք անհրաժեշտ են սարքավորումների և ծրագրային ապահովման մշակման համար: Որոշ համալսարաններում համակարգչային ճարտարագիտությունը կոչվում է «hամակարգչային գիտություն» կամ «ճարտարագիտական կրթություն»: 

Համակարգչային ճարտարագետները պահանջում են «էլեկտրոնային ճարտարագիտության»,«համակարգչային գիտության», «ապարատային և ծրագրային ապահովման ինտեգրման»,«ծրագրային ապահովման նախագծման» և «ծրագրային ապահովման մշակման» ոլորտներում վերապատրաստում: Այն օգտագործում է էլեկտրատեխնիկայի և համակարգչային գիտության մեթոդներն և կարող է ընդգրկել նմանատիպ ոլորտներ՝ արհեստական բանականությունը (AI), ռոբոտաշինությունը, համակարգչային ցանցերը, համակարգչային ճարտարապետությունը և գործառնական համակարգերը:

Համակարգչային ճարտարագետները զբաղվում են համակարգչային տեխնիկայի ապարատային և ծրագրային ապահովման բազմաթիվ ասպեկտներով, սկսած անհատական միկրոկոնտրոլերների, միկրոպրոցեսորների, համակարգիչների և գերհամակարգիչների նախագծումից մինչև սխեմաների ձևավորում: Ճարտարագիտության այս ոլորտը կենտրոնանում է մեծ պատկերի մեջ դրանց ինտեգրման վրա։ Ռոբոտաշինությունը համակարգչային ճարտարագիտության կիրառություններից մեկն է:

Համակարգչային ճարտարագետները նույնպես հարմար են ռոբոտաշինության հետազոտությունների համար, որոնք հիմնված են թվային համակարգերի օգտագործման վրա, էլեկտրական համակարգերը վերահսկելու համար, ինչպիսիք են շարժիչները, հաղորդակցությունները և սենսորները:

Համակարգչային ճարտարագիտությունը սովորաբար զբաղվում է  ներկառուցված միկրոկոնտրոլերների համար ծրագրակազմով, VLSI չիպերով, անալոգային սենսորներով, խառը ազդանշանային տպագիր տպատախտակներով և գործառնական համակարգերի նախագծմամբ:

Շատ բարձրագույն ուսումնական հաստատություններում համակարգչային ճարտարագիտություն ուսումնասիրող ուսանողներին թույլատրվում է ընտրել կրտսեր և ավագ դասընթացների խորը ուսուցման ուղղություններ, քանի որ համակարգիչների նախագծման և կիրառման մեջ օգտագործվող գիտելիքների ամբողջ ծավալը գերազանցում է բակալավրի աստիճանին: Այլ ուսումնական հաստատություններ կարող են ճարտարագիտական ուսանողներից պահանջել մեկ կամ երկու տարվա ընդհանուր ճարտարագիտական կրթություն, նախքան համակարգչային ճարտարագիտությունը որպես հիմնական ուղղություն հայտարարելը։

## Պատմություն

Համակարգչային ճարտարագիտությունը սկսվել է 1939 թվականին, երբ Ջոհն Վինսենթ Աթանասովը և Քլիֆորդ Բերին ֆիզիկայի, մաթեմատիկայի և էլեկտրատեխնիկայի միջոցով սկսեցին զարգացնել աշխարհում առաջին էլեկտրոնային թվային համակարգիչը: Ջոն Վինսենթ Աթանասովը ժամանակին Այովայի Պետական Համալսարանի ֆիզիկայի և մաթեմատիկայի դասախոս էր, իսկ Քլիֆորդ Բերին էլեկտրատեխնիկայի և ֆիզիկայի նախկին շրջանավարտ էր: Նրանք միասին ստեղծեցին Atanasoff-Berry համակարգիչը, որը հայտնի է նաև որպես ABC, որի մշակման համար պահանջվեց հինգ տարի։ 

Մինչ բնօրինակ ABC-ն ապամոնտաժվեց և դեն նետվեց 1940-ականներին, հանգուցյալ գյուտարարներին հարգանքի տուրք մատուցվեց, 1997 թվականին ստեղծվեց ABC-ի ճշգրիտ կրկնօրինակը, որի ստեղծման համար հետազոտողների և ճարտարագետների թիմին պահանջվեց չորս տարի և 350,000 դոլար։

### Համակարգչային ճարտարագիտության կրթության պատմություն
Միացյալ Նահանգներում համակարգչային ճարտարագիտության առաջին աստիճանի ծրագիրը հիմնադրվել է 1971 թվականին Օհայո նահանգի Քլիվլենդ քաղաքի Քեյս Վեսթերն ռեզերվ համալսարանում։ ԱՄՆ-ում կար ABET-ի կողմից հավատարմագրված համակարգչային ճարտարագիտական 250 ծրագիր:

Եվրոպայում համակարգչային ճարտարագիտության դպրոցների հավատարմագրումն EQANIE ցանցի շրջանակներում իրականացվում է տարբեր գործակալությունների կողմից: Ճարտարագետների աճող պահանջների պատճառով, որոնք կարող են միաժամանակ զարգացնել ապարատային որոնվածը և կառավարել բոլոր տեսակի համակարգչային համակարգերը, որոնք օգտագործվում են արդյունաբերության մեջ, աշխարհի որոշ բարձրագույն ուսումնական հաստատություններ առաջարկում են բակալավրի աստիճան, որը կոչվում է «համակարգչային ճարտարագիտություն»:

Ինչպես համակարգչային ճարտարագիտության, այնպես էլ էլեկտրոնային ճարտարագիտության ծրագրերն իրենց ուսումնական ծրագրում ներառում են անալոգային և թվային սխեմաների նախագծում: Ինչպես ճարտարագիտական առարկաների մեծ մասի դեպքում, համակարգչային ճարտարագետներին անհրաժեշտ է մաթեմատիկայի և գիտության խորը գիտելիքներ:

## Կրթություն
Որոշ համալսարաններում համակարգչային ճարտարագիտությունը կոչվում է «համակարգչային գիտություն և ճարտարագիտական կրթություն»: Մուտքի մակարդակի համակարգչային ճարտարագետի մասնագիտությունների մեծ մասը պահանջում է առնվազն բակալավրի աստիճան, համակարգչային ճարտարագիտության, էլեկտրատեխնիկայի կամ համակարգչային գիտության ոլորտում: Ընդհանրապես, մարդը պետք է սովորի մաթեմատիկական առարկաների լայն տեսականի, օրինակ մաթեմատիկական վերլուծությունը, գծային հանրահաշիվը, դիֆերենցիալ հավասարումները և համակարգչային գիտությունը: 

Այս ոլորտների նմանության պատճառով էլեկտրոնիկայի կամ էլեկտրատեխնիկայի աստիճանը նույնպես բավարար է:

Քանի որ ապարատային ճարտարագետները սովորաբար աշխատում են համակարգչային ծրագրային համակարգերի հետ, անհրաժեշտ է համակարգչային ծրագրավորման լուրջ գիտելիքներ: Ըստ BLS-ի«համակարգչային ճարտարագիտության մասնագիտությունը նման է էլեկտրատեխնիկայի մասնագիտությանը, բայց ուսումնական ծրագրում ավելացվել են համակարգչային գիտության որոշ դասընթացներ»։ Որոշ խոշոր ընկերություններ  պահանջում են մագիստրոսի կոչում:

Համակարգչային ճարտարագետների համար կարևոր է նաև հետևել տեխնոլոգիայի արագ առաջընթացին: Հետևաբար, շատերը շարունակում են ուսումը իրենց ողջ կարիերայի ընթացքում, դա կարող է օգտակար լինել, հատկապես, երբ խոսքը վերաբերում է նոր հմտություններ ձեռք բերելուն կամ եղածները կատարելագործելուն։

### Մասնագիտություններ
Համակարգչային ճարտարագիտության մասնագիտություն ունեցող անձը կոչվում է համակարգչային ճարտարագետ:

## Դիմում և պրակտիկա
Համակարգչային ճարտարագիտության մեջ կա երկու հիմնական ուղղություն, ապարատային և ծրագրային ապահովում:

### Համակարգչային սարքավորումների մշակում
Համաձայն BLS-ի, համակարգչային տեխնիկայի ճարտարագետների զբաղվածության կանխատեսման, 2019-ից 2029 թվականներին համակարգչային սարքավորումների զարգացման ոլորտում սպասվող տասնամյա աճը կկազմի մոտավորապես 2%, իսկ ընդհանուր աշխատատեղերը 71,100: («Միջինից դանդաղ», իրենց իսկ խոսքերով, համեմատած այլ մասնագիտությունների հետ), որն 3% - ով պակաս է, քան 2014-2024 թվականներին, համեմատած BLS-ի համակարգչային սարքավորումների զարգացման գնահատման և ընդհանուր առմամբ 77,700 աշխատատեղերի հետ, իսկ 2012-2022 թվականների համար BLS-ի գնահատմամբ նվազել է 7% - ից 2010-2020 BLS-ի գնահատումն էլ  9% - ից էլ ավելի իջավ։ 

Այսօր համակարգչային սարքավորումները ինչ-որ կերպ հավասարեցվում են էլեկտրոնային և հաշվողական տեխնիկային (ECE) և բաժանված են բազմաթիվ ենթակատեգորիաների դրանցից ամենակարևորը ներկառուցված համակարգերի նախագծումն է:

### Համակարգչային ծրագրային ապահովման մշակում
Ըստ ԱՄՆ աշխատանքի վիճակագրության բյուրոյի (BLS), կանխատեսվում է, որ միջինից արագ կզարգանան «համակարգչային ծրագրերի ծրագրային ապահովման ճարտարագետները»։ 2014 թ. - ին ծրագրային ապահովման մշակման ոլորտում ակնկալվող տասնամյա աճը գնահատվում էր 17%, և այդ տարի ընդհանուր առմամբ ստեղծվել է 1,114,000 աշխատատեղ։ Դա 22% - ով պակաս է 2012-2022 թվականների BLS-ի գնահատականից ծրագրային ապահովման մշակողների համար։ Եվ դա 2010-ից 2020 թվականներին BLS-ի գնահատականն 30% - ով իջեցրեց։ 

Բացի այդ, թվային անվտանգության հետ կապված աճող մտահոգությունները հանգեցնում են այն բանին, որ համակարգչային ծրագրային ապահովման մշակման աճի տեմպը գերազանցում է բոլոր ոլորտներում աճի միջին տեմպերը: Աշխատանքների մի մասը, սակայն, կտեղափոխվի արտասահմանյան երկրներ։ Այդ պատճառով աշխատատեղերի աճն արագ չի լինի, քան վերջին տասնամյակի ընթացքում, քանի որ այն աշխատատեղերը, որոնք կարող էին զբաղված լինել Միացյալ Նահանգներում ծրագրային ապահովման ճարտարագետների կողմից, փոխարենը կզբաղեցվեն ծրագրային ապահովման ճարտարագետների կողմից Հնդկաստանի նման երկրներում։ Բացի այդ, ըստ BLS-ի 2014-2024 թվականների համակարգչային ծրագրավորողների թափուր աշխատատեղերի կանխատեսման, նվազել են 8% - ով, այնուհետև 2019-2029 թվականների զբաղվածության կանխատեսում նվազեցում 9% 10% նվազեցում էլ 2021-2031 թվականներին, ներկա պահին էլ 11% նվազեցում 2022-2032 թվականներին նրանց համար, ովքեր ծրագրավորում են համակարգիչներ (օրինակ, ներկառուցված համակարգեր), բայց համակարգչային ծրագրերի մշակող չեն։ Ծրագրային ապահովման ոլորտում աշխատող կանանց թիվը տարիների ընթացքում նույնիսկ ավելի արագ է նվազում, քան ճարտարագիտական այլ ոլորտներում։

### Համակարգչային ճարտարագիտության լիցենզավորում և պրակտիկա
Համակարգչային ճարտարագիտությունը սովորաբար կիրառվում է արտադրանքի զարգացման խոշոր ընկերություններում, սակայն այդ պրակտիկան կարող է ենթակա չլինել լիցենզավորման։ Այնուամենայնիվ, անկախ խորհրդատուները, որոնք գովազդում են համակարգչային ճարտարագիտությունը, ինչպես ինժեներական գործունեության ցանկացած այլ ոլորտ, կարող են ենթակա լինել պետական օրենքների, որոնք սահմանափակում են մասնագիտական ինժեներական պրակտիկան միայն նրանց համար, ովքեր ստացել են համապատասխան լիցենզիա։ Ճարտարագիտական հետազոտությունների փորձագետների ազգային խորհուրդը (NCEES) առաջին անգամ առաջարկել է համակարգչային ճարտարագիտության ոլորտում ճարտարագիտական փորձաքննություն անցկացնելու սկզբունքներ և պրակտիկա 2003 թվականին։

## Մասնագիտացված տարածքներ
Համակարգչային ճարտարագիտության ոլորտում կան բազմաթիվ մասնագիտություններ:

### Պրոցեսորի կառուցում
Պրոցեսորի նախագծման գործընթացը ներառում է մի շարք հրամանների ընտրություն և կատարման որոշակի պարադիգմ (օրինակ VLIW կամ RISC) և հանգեցնում է միկրոճարտարապետության ստեղծմանը, որը կարելի է նկարագրել, VHDL-ում կամ Verilog-ում: 

Կենտրոնական պրոցեսորի ձևավորումը բաժանված է հետևյալ բաղադրիչների նախագծման: տվյալների փոխանցման ալիքներ, կառավարման միավոր տվյալների ուղիները վերահսկող տրամաբանություն, հիշողության բաղադրիչներ, պահոցները, ժամացույցի սխեմաները, PLL-ը, ժամացույցի ազդանշանի բաշխման ցանցերը, pad հաղորդիչի սխեմաները, տրամաբանական տարրերի գրադարանը, որն օգտագործվում է տրամաբանությունն կարգավորելու համար:

### Կոդավորում, գաղտնագրում և տեղեկատվության պաշտպանություն

Համակարգչային ճարտարագետները աշխատում են կոդավորման, կիրառական գաղտնագրության և տեղեկատվության պաշտպանության ոլորտում, մշակելով տարբեր տեղեկություններ կապված թվային պատկերների և երաժշտության, մասնատման, հեղինակային իրավունքի խախտման և կեղծիքի այլ ձևերից պաշտպանելու նոր մեթոդների հետ, օրինակ թվային ջրանիշերի միջոցով։

### Կապի միջոցներ և անլար ցանցեր
Զբաղվում են հաղորդակցություններով և անլար ցանցերով, հեռահաղորդակցության համակարգերի և ցանցերի (հատկապես անլար ցանցերի) առաջխաղացումներով, սխալների վերահսկման համար մոդուլյացիայով, կոդավորմամբ և տեղեկատվության տեսությամբ:  Այս մասնագիտության մի մասն են բարձր արագությամբ ցանցերի նախագծումը, միջամտության ճնշումը և մոդուլյացիան, անսարքությունների հանդուրժող համակարգերի նախագծումը և վերլուծությունը, ինչպես նաև պահեստավորման և տվյալների փոխանցման սխեմաները։

### Կոմպիլյատորներ և օպերացիոն համակարգեր

Այս մասնագիտանում է կոմպիլյատորների և օպերացիոն համակարգերի նախագծման մեջ: Այս ոլորտում ճարտարագետները մշակում են նոր օպերացիոն համակարգի ճարտարապետություն, ծրագրերի վերլուծության մեթոդներ և որակի ապահովման նոր տեխնոլոգիաներ: Այս ոլորտում կատարված աշխատանքների օրինակները ներառում են ալգորիթմի մշակում, որը ժամանակի ընթացքում փոխում է ծածկագիրը միացումից հետո և մշակում է նոր օպերացիոն համակարգ։

### Հաշվողական գիտություն և ճարտարագիտություն
Հաշվողական գիտությունն ու ճարտարագիտությունը համեմատաբար նոր առարկա են: Ըստ Սլոանի կարիերայի հիմնաքարի կենտրոնի մասնագետների, ովքեր աշխատում են այս ոլորտում, «հաշվողական մեթոդները կիրառվում են ճարտարագիտական, ֆիզիկական և հասարակական գիտություններում բարդ մաթեմատիկական խնդիրներ ձևակերպելու և լուծելու համար, օրինակները ինքնաթիռների նախագծում, նանոմետրային տարրերի պլազմայի մշակում, VLSI սխեմաների մշակում, ռադարների հայտնաբերման համակարգեր, իոնների փոխանցում կենսաբանական ալիքներով և այլն։

### Համակարգչային ցանցեր, բջջային հաշվարկ և բաշխված համակարգեր
Այս մասնագիտության շրջանակներում ճարտարագետները մշակում են ինտեգրված միջավայրեր հաշվարկների, հաղորդակցության և տեղեկատվության հասանելիության համար: Որպես օրինակ կարելի է բերել ընդհանուր կապուղով անլար ցանցերը, տարբեր համակարգերում ռեսուրսների ադապտիվ կառավարումը և բջջային միջավայրում և բանկոմատներում սպասարկման որակի բարձրացումը: 

Որոշ այլ օրինակներ ներառում են անլար ցանցային համակարգերի և fast Ethernet կլաստերային լարային համակարգերի վրա աշխատելը։

### Համակարգչային համակարգեր. ճարտարապետություն, զուգահեռ մշակում և հուսալիություն

Ճարտարագետները աշխատում են հետազոտական նախագծերի վրա, որոնք թույլ են տալիս ստեղծել հուսալի, անվտանգ և բարձր արդյունավետությամբ համակարգչային համակարգեր: Այս ոլորտը ներառում է այնպիսի նախագծեր, ինչպիսիք են պրոցեսորների մշակումը բազմաթելային և զուգահեռ տվյալների մշակման համար:

Այս ոլորտում աշխատանքի այլ օրինակներ ներառում են նոր տեսությունների, ալգորիթմների և այլ գործիքների մշակում, որոնք բարձրացնում են համակարգչային համակարգերի աշխատանքը։

Համակարգչային ճարտարապետությունը ներառում է կենտրոնական պրոցեսորի ձևավորում, քեշի հիերարխիա, հիշողության կազմակերպում և բեռի հավասարակշռում:

### Համակարգչային տեսողություն և ռոբոտաշինություն

Այս մասնագիտության մեջ համակարգչային ճարտարագետները կենտրոնանում են շրջակա միջավայրի տեսողական ընկալման,  ներկայացման և մանիպուլյացիայի տեխնոլոգիաների մշակման վրա: Հավաքված եռաչափ տեղեկատվությունն այնուհետև օգտագործվում է տարբեր խնդիրներ լուծելու համար: Դրանք ներառում են մարդու բարելավված մոդելավորում, պատկերի փոխանցում և մարդ-համակարգչային միջերեսներ, ինչպես նաև հատուկ նշանակության տեսախցիկները, որոնք ունեն համընդհանուր տեսողության սենսորներ։

### Ներկառուցված համակարգեր

Այս ոլորտում աշխատող մասնագետները մշակում են տեխնոլոգիաներ, համակարգերի արագությունը, հուսալիությունը և կատարումը բարելավելու համար: Ներկառուցված համակարգերը կարելի է գտնել բազմաթիվ սարքերում և փոքր FM ռադիոընդունիչից և տիեզերանավերում: Ըստ Սոլանի կարիերայի կենտրոնի, ներկառուցված համակարգերի ընթացիկ զարգացումները ներառում են ավտոմատացված տրանսպորտային միջոցներ և սարքավորումներ որոնողափրկարարական աշխատանքներ իրականացնելու համար։ 2018 թվականի դրությամբ computer embedded systems-ի մասնագիտացումը ներառում է չիպային համակարգերի մշակում, առաջադեմ հաշվողական ճարտարապետություն և IOT:

### Ինտեգրալ սխեմաներ, VLSI նախագծում, փորձարկում և CAD
Համակարգչային ճարտարագիտության այս մասնագիտությունը պահանջում է բավարար գիտելիքներ էլեկտրոնիկայի և էլեկտրական համակարգերի ոլորտում: Այս ոլորտում աշխատող ճարտարագետները աշխատում են գերխոշոր հաջորդ սերնդի ինտեգրալային սխեմաների և միկրոհամակարգերի արագության, հուսալիության և էներգաարդյունավետության բարելավման և ճարտարապետության էներգիայի սպառումը նվազեցնելու ուղղությամբ։

### Ազդանշանի, պատկերի և խոսքի մշակում
Այս ոլորտում համակարգչային ճարտարագետները մշակում են բարելավումներ մարդու և համակարգչի փոխազդեցության մեջ, ներառյալ խոսքի ճանաչումը և սինթեզը, բժշկական և գիտական պատկերացումը կամ հաղորդակցման համակարգերը։

### Քվանտային հաշվարկ
Այս ոլորտը համատեղում է փոքր մասնիկների քվանտային վարքագիծը, ինչպիսիք են սուպերպոզիցիան, միջամտությունը և խճճվածությունը դասական համակարգիչների հետ, ինչը թույլ է տալիս լուծել բարդ խնդիրներ և զարգացնել ալգորիթմներ շատ ավելի արդյունավետ: Մասնագետները մասնագիտանում են հիմնականում քվանտային գաղտնագրությունը, ֆիզիկական մոդելավորումը և քվանտային ալգորիթմները ոլորտներում։

## Ճարտարագիտության առավելությունները հասարակության համար
Տեխնոլոգիաների ոլորտում տեղեկատվության և հնարավորությունների ձեռքբերման մատչելի միջոց, հատկապես երիտասարդ ուսանողների համար, թվային հարթակներն են, որոնց շնորհիվ հնարավոր է ուսուցում, հետազոտություն և պոտենցիալ եկամուտ ստանալ նվազագույն ծախսերով և տարածաշրջանային լեզուներով, ինչը հնարավոր չէր լինի առանց ճարտարագետների։ 

Համակարգչային ճարտարագիտությունը կարևոր դեր է խաղում արդյունաբերության հետ կապված փոփոխությունների մեջ, քանի որ ճարտարագետները պատասխանատու են մեր կյանքը շրջապատող տեխնոլոգիաների մշակման և օպտիմալացման համար, սկսած մեծ տվյալներից մինչև արհեստական բանականություն: Նրանց աշխատանքը ոչ միայն հեշտացնում է գլոբալ կապերը և գիտելիքների հասանելիությունը, այլև կարևոր դեր է խաղում ապագայի ձևավորման գործում, քանի որ տեխնոլոգիան շարունակում է աճել, ինչը հանգեցնում է որակյալ համակարգչային ճարտարագետների աճող պահանջարկի։ 

Ճարտարագիտությունը նպաստում է հասարակության բարելավմանը, ստեղծելով սարքեր և կառույցներ, որոնք ազդում են մեր կյանքի տարբեր ասպեկտների վրա, տեխնոլոգիայից մինչև ենթակառուցվածքներ: ճարտարագետները նաև լուծում են այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են շրջակա միջավայրի պաշտպանությունը և կայուն զարգացումը, մշակելով բժշկական բուժումներ։ 

2016 թվականի դրությամբ BLS ճարտարագետները բոլոր կատեգորիաների միջին տարեկան աշխատավարձը կազմում էր ավելի քան $ 91,000: Նրանցից ոմանք շատ ավելի բարձր էին, այդ թվում նավթային ընկերություններում աշխատող ճարտարագետները (ավելի քան 128,000 դոլար): Այլ լավագույն աշխատանքները ներառում են  համակարգչային տեխնիկայի ճարտարագետ - 115,080 դոլար, օդատիեզերական ճարտարագետ - 109,650 դոլար, միջուկային ճարտարագետ -102,220 դոլար։

## Ծանոթագրություններ

Կատեգորիա:Էլեկտրատեխնիկա
Կատեգորիա:Ինֆորմատիկա
Կատեգորիա:Ծրագրային ապահովում
Կատեգորիա:Համակարգիչ
Կատեգորիա:Համակարգչի բաղկացուցիչներ
Կատեգորիա:Ճարտարագիտություն
Կատեգորիա:Տեխնիկա
Կատեգորիա:Տեխնիկական գիտություններ