برای تبدیل‌شدن از یک مهندس سخت افزار معمولی به یک مهندس موفق و کاربلد، باید با نرم افزارهای مورد نیاز مهندسی کامپیوتر گرایش سخت افزار آشنا باشید.
مهندسی سخت‌افزار، یکی از گرایش‌های مهندسی کامپیوتر است و به طراحی، ساخت و بهینه سازی سیستم های سخت‌افزاری و قطعات مورد نیاز برای اجرای کامپیوترها و دستگاه‌های دیجیتال مربوط می‌شود.
مهندسان سخت افزار از دانش و مهارت‌های لازم برای طراحی و تولید قطعات الکترونیکی مانند پردازنده‌ها، مدارهای منطقی، حافظه‌ها، رابط‌های ورودی و خروجی و دیگر تجهیزات به‌کار رفته در سیستم‌های کامپیوتر برخوردار هستند.
مهارت های ضروری رشته سخت افزار
دانشجویان رشته‌ی مهندسی کامپیوتر، گرایش سخت‌افزار در طول دوره‌ی تحصیل خود دروس مختلفی مانند مدارهای منطقی، الکترونیک دیجیتال و آنالوگ، معماری کامپیوتر، شبکه های کامپیوتری و برنامه نویسی را می‌گذرانند تا مهارت‌های لازم را به‌دست آورند. به‌طور خلاصه وظایف و مهارت‌های ضروری مهندسان سخت‌افزار را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- ساخت و ارزیابی سیستم های دیجیتال: مهندسان سخت‌افزار به‌منظور طراحی سیستم‌های کارآمد و پایدار، باید با روش‌های طراحی معماری های دیجیتال آشنا باشند.
- برنامه نویسی سطح پایین: برنامه‌نویسی به‌طور عمده وظیفه‌ی مهندسان نرم‌افزار است؛ اما مهندسان سخت‌افزار هم باید دانش کافی را از برنامه‌نویسی سطح پایین (مانند اسمبلی و VHDL) داشته باشند تا بتوانند میکروکنترلرها و FPGAها را برنامه‌ریزی و پیکربندی کنند.
- طراحی مدار های دیجیتال و آنالوگ: مهندسان سخت‌افزار باید با طراحی و پیاده‌سازی مدارهای الکترونیکی آشنا باشند؛ مدارهایی که شامل واحدهای پردازشی (CPU و GPU) و واحدهای ذخیره‌سازی (RAM و حافظه‌ی فلش) می‌شوند.
- تحلیل و تست قطعات الکترونیکی: مهندسان سخت‌افزار به آزمایش، ارزیابی و تست قطعات تولیدی می‌پردازند و به‌دنبال راه‌هایی برای بهبود عملکرد و کاهش مصرف انرژی هستند.
- دانش سیستم های تعبیه‌شده: سیستم‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems) از دیگر حوزه‌های مهم رشته سخت افزار هستند. این سیستم‌ها، ابزارها و دستگاه‌هایی را شامل می‌شوند که کامپیوترها به‌طور مستقیم در آنها تعبیه شده‌اند؛ مانند خودروها، لوازم خانگی هوشمند و دستگاه‌های پزشکی.
نرم افزار های ضروری برای مهندسی کامپیوتر گرایش سخت افزار
مهندسان سخت‌افزار برای طراحی، شبیه‌سازی، تحلیل و تست مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های کامپیوتری به مجموعه‌ی گسترده‌ای از نرم‌افزارها نیاز دارند. این افراد براساس نوع پروژه، پیچیدگی مدار، بودجه و تجربه‌ی خود نرم‌افزارهای مختلفی را انتخاب می‌کنند. در این بخش با نرم‌افزارهای کاربردی مهندسی کامپیوتر گرایش سخت‌افزار آشنا خواهید شد.
نرم افزار های طراحی مدار مجتمع (VLSI)
طراحی VLSI فرایند ایجاد مدارهای مجتمع پیچیده‌ای است که از میلیون‌ها یا حتی میلیاردها ترانزیستور تشکیل شده‌اند. این مدارها، در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی، ازجمله رایانه‌ها، تلفن‌های هوشمند و سایر لوازم الکترونیکی مصرفی، استفاده می‌شوند.
مهندسان سخت‌افزار برای طراحی این مدارهای پیچیده، به ابزارهای تخصصی به نام «نرم افزار طراحی VLSI» متکی هستند. این ابزارها ضمن کمک به خودکارسازی فرآیند طراحی، تضمین می‌کنند که مدارهای حاصل به‌صورت دقیق و برای کاربرد مورد نظر بهینه‌سازی شده‌اند. انواع مختلفی از ابزارهای طراحی VLSI وجود دارند که هر کدام ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصربه‌فردی را ارائه می‌دهند.
نرم افزار طراحی PCB
نرم افزار های طراحی PCB یا (Printed Circuit Board) ابزارهایی تخصصی هستند و به مهندسان کامپیوتر کمک می‌کنند تا طرح‌های مدارهای چاپی خود را به‌صورت دقیق و حرفه‌ای ایجاد کنند. این نرم‌افزارها، با ارائه‌ی ابزارهای پیچیده و فراهم‌کردن یک محیط گرافیکی، فرایند طراحی، شبیه‌سازی و تولید مدارهای چاپی را بهینه می‌کنند.
نرم‌افزارهای طراحی PCB، از فرمت‌های مختلف فایل‌های خروجی برای ارسال به کارخانه‌های تولید PCB پشتیبانی می‌کنند و امکان سفارشی‌سازی محیط کار را برای مهندسان کامپیوتر فراهم می‌آورند. این نرم‌افزارها، کتابخانه‌های بزرگی از قطعات الکترونیکی با نمادهای استاندارد و مشخصات فنی دارند و همین موضوع هم آنها را در دسته‌ی نرم افزارهای مورد نیاز مهندسی سخت افزار قرار می‌دهد.
نرم افزارهای شبیه سازی مدار
نرم افزارهای شبیه سازی مدار، ابزارهای قدرتمندی هستند که به مهندسان اجازه می‌دهند تا پیش از ساخت یک مدار، رفتار آن را به‌صورت مجازی شبیه‌سازی کنند. شبیه‌سازی رفتار مدار پیش از تولید، یک اقدام حیاتی برای شناسایی ایرادهای احتمالی، بهینه‌کردن عملکرد مدار و دستیابی به یک طراحی کارآمد و پایدار است.
مهندسان سخت افزار در شرایط زیر به نرم افزارهای شبیه سازی مدار نیاز دارند:
- طراحی سیستم‌های تعبیه‌شده
- طراحی سخت‌افزارهای خاص مانند ماژول‌های حافظه
- تحلیل عملکرد سیستم‌ها
- توسعه‌ی نرم‌افزارهای تعاملی با سخت‌افزار
نرم افزار های تحلیل داده و پردازش سیگنال
نرم افزارهای تحلیل داده و پردازش سیگنال، ابزارهایی تخصصی هستند که برای جمع‌آوری، سازماندهی، تحلیل و تفسیر داده‌ها به‌کار می‌روند. این نرم‌افزارها به مهندسان کامپیوتر امکان می‌دهند تا داده‌های خام را به اطلاعات مفید و قابل‌فهم تبدیل و از آنها برای تصمیم‌گیری‌های بهتر استفاده کنند. نرم‌افزارهای تحلیل داده و پردازش سیگنال برای تحلیل داده‌های عددی، متنی، تصویری، صوتی، بیولوژیکی و بسیاری از انواع داده‌های دیگر کاربرد دارند.