سیستم‌های جاسازی شده رایانه‌های کوچکی هستند که درون بسیاری از دستگاه‌هایی که ما هر روز استفاده می‌کنیم پنهان شده‌اند. آنها به این دستگاه ها کمک می کنند تا به درستی و ایمن کار کنند. ممکن است این کامپیوترهای کوچک را نبینید زیرا در وسایلی مانند ماشین لباسشویی، مایکروویو، ماشین های اسباب بازی و حتی در قسمت هایی از ماشین تعبیه شده اند. در این درس می آموزیم که سیستم های تعبیه شده چیست، چگونه کار می کنند و چرا اهمیت دارند. ما از زبان ساده و مثال هایی از زندگی روزمره استفاده خواهیم کرد تا همه متوجه شوند.
این درس شما را از طریق اصول اولیه سیستم های جاسازی شده راهنمایی می کند. ما قسمت های مختلفی که یک سیستم تعبیه شده را تشکیل می دهند و نحوه کار آنها با هم را خواهیم دید. ما همچنین نمونه های دنیای واقعی را بررسی خواهیم کرد تا به شما نشان دهیم که چگونه سیستم های جاسازی شده بخشی از فناوری است که ما را احاطه کرده است. بیایید سفر خود را به دنیای سیستم های تعبیه شده آغاز کنیم!
سیستم تعبیه شده یک کامپیوتر کوچک است که برای انجام یک کار خاص طراحی شده است. برخلاف رایانه‌های بزرگ یا لپ‌تاپ‌هایی که می‌بینید، یک سیستم تعبیه‌شده در دستگاه تعبیه شده است و در پس‌زمینه بی‌صدا کار می‌کند. اطلاعات را می خواند، تصمیم می گیرد و دستوراتی را برای کمک به عملکرد صحیح ماشین ارسال می کند.
به عنوان مثال، وقتی از مایکروویو برای گرم کردن غذا استفاده می کنید، یک کامپیوتر کوچک داخل آن زمان و سطح توان را کنترل می کند. یک ماشین لباسشویی از رایانه داخلی خود برای تصمیم گیری در مورد مقدار آب و صابون در طول چرخه شستشو استفاده می کند. به این رایانه های کوچک، سیستم های تعبیه شده می گویند زیرا در داخل دستگاه ها "جاسازی شده اند".
حتی اسباب بازی مورد علاقه شما ممکن است یک سیستم تعبیه شده داشته باشد که با فشار دادن یک دکمه آن را به حرکت در می آورد یا صدا ایجاد می کند. این کامپیوتر خاص به جای کارهای زیاد مانند یک کامپیوتر معمولی، فقط چند کار را انجام می دهد. به همین دلیل ساده و کارآمد است.
یک سیستم تعبیه شده از چندین بخش مهم تشکیل شده است. هر قسمت کار خاصی دارد و وقتی با هم کار می کنند دستگاه را هوشمند و کاربردی می کنند. در اینجا بخش های کلیدی یک سیستم تعبیه شده آورده شده است:
همه این قطعات با هم کار می کنند تا به دستگاه کمک کنند تا کار خود را انجام دهد. حتی اگر نمی توانید آنها را ببینید، آنها همیشه مشغول اطمینان از انجام صحیح وظایف هستند.
سخت افزار به بخش های فیزیکی یک سیستم تعبیه شده اشاره دارد. میکروکنترلر، حسگرها و حافظه همه قطعات سخت افزاری هستند که می توانید آنها را لمس کنید، حتی اگر بسیار کوچک باشند. میکروکنترلر مانند یک مغز کوچک عمل می کند و دستورات را به قسمت های دیگر ارسال می کند.
در بسیاری از دستگاه ها، سخت افزار به گونه ای طراحی شده است که جمع و جور باشد و از قدرت کمی استفاده کند. به همین دلیل است که سیستم‌های تعبیه‌شده اغلب در چیزهایی یافت می‌شوند که باید برای مدت طولانی بدون استفاده از برق زیاد کار کنند، مانند ساعت‌های دیجیتال یا کنترل‌های از راه دور.
حتی یک اسباب بازی ساده ممکن است دارای یک تراشه کوچک باشد که حرکات یا صداها را کنترل می کند. این نشان می دهد که سخت افزار چقدر برای کارآمد کردن یک سیستم تعبیه شده مهم است.
نرم افزار مجموعه دستورالعمل هایی است که به سخت افزار می گوید چه کاری انجام دهد. مانند دستور العملی است که آشپز برای درست کردن غذا از آن پیروی می کند. میکروکنترلر این دستورالعمل ها را می خواند و وظیفه داده شده توسط نرم افزار را انجام می دهد.
به عنوان مثال، در یک ساعت دیجیتال، نرم افزار به میکروکنترلر دستور می دهد تا زمان را پیگیری کند و آن را به درستی نمایش دهد. در مایکروویو، نرم افزار تصمیم می گیرد که چه مدت باید غذا را گرم کند. اگرچه نرم افزار را نمی بینید، اما بسیار مهم است زیرا باعث می شود دستگاه کار خود را انجام دهد.
نرم افزار موجود در یک سیستم تعبیه شده معمولاً بسیار ساده است و فقط برای کار خاص دستگاه ساخته شده است. این سادگی سیستم را سریع و قابل اعتماد می کند.
برنامه نویسی فرآیند نوشتن دستورالعمل برای یک سیستم تعبیه شده است. به این فکر کنید که دستورالعمل های گام به گام را به یک دوست می دهید. هر دستورالعمل واضح و آسان است.
زبان مورد استفاده برای نوشتن این دستورالعمل ها بخشی از علوم کامپیوتر است. زمانی که مهندسان برای سیستم های تعبیه شده کد می نویسند، دستورات بسیار ساده و مستقیمی را ایجاد می کنند. به عنوان مثال، یک برنامه در یک اسباب بازی ممکن است بگوید: "اگر دکمه فشار داده شد، اسباب بازی را حرکت دهید." چنین دستورالعمل های واضحی به کامپیوتر کوچک کمک می کند تا کار خود را بدون خطا انجام دهد.
حتی اگر در زمینه فناوری تازه کار هستید، ایده دنبال کردن مراحل در یک لیست ممکن است برای شما آشنا باشد. دستوری را تصور کنید که به شما می گوید چگونه ساندویچ مورد علاقه خود را درست کنید - ابتدا نان را بردارید، سپس پنیر را اضافه کنید و در نهایت، یک تکه گوجه فرنگی را روی آن قرار دهید. این شبیه به نحوه برنامه نویسی است که به دستگاه می گوید چه کاری انجام دهد.
سیستم های جاسازی شده با پیروی از یک فرآیند ساده کار می کنند. آنها با دریافت اطلاعات از حسگرها شروع می کنند. هنگامی که آنها اطلاعات را دریافت کردند، میکروکنترلر آن را با پیروی از دستورالعمل های نرم افزار پردازش می کند. در نهایت، سیستم دستوری را از طریق یک محرک برای انجام کاری ارسال می کند.
اجازه دهید از یک مثال ساده استفاده کنیم. ماشین اسباب‌بازی را در نظر بگیرید که وقتی مانعی را حس می‌کند می‌ایستد. این خودرو دارای سنسوری است که نزدیک بودن چیزی را تشخیص می دهد. وقتی سنسور مانعی را می بیند، پیامی به میکروکنترلر می فرستد. سپس میکروکنترلر تصمیم می گیرد، "من باید ماشین را متوقف کنم" و فرمان توقف را به موتور (محرک) می فرستد. به این ترتیب ماشین اسباب بازی از تصادف جلوگیری می کند.
این فرآیند خیلی سریع اتفاق می افتد و مطمئن می شود که دستگاه همانطور که باید کار می کند. این یک زنجیره ساده از اعمال است: حس کردن، فکر کردن، و عمل کردن.
سیستم های جاسازی شده در اطراف ما هستند. آنها در بسیاری از وسایل روزمره پنهان شده اند و باعث می شوند که به راحتی کار کنند. در اینجا چند نمونه وجود دارد که ممکن است در اطراف خانه و مدرسه خود ببینید:
همه این دستگاه ها به دلیل وجود کامپیوترهای کوچک درونشان به خوبی کار می کنند. حتی اگر ممکن است این سیستم های کوچک را نبینید، اما برای عملکرد و ایمنی دستگاه هایی که هر روز استفاده می کنید ضروری هستند.
ارتباطات در سیستم های تعبیه شده بسیار مهم است. بخش های یک سیستم تعبیه شده باید اطلاعات را به اشتراک بگذارند تا دستگاه به عنوان یک واحد کامل کار کند. سنسورها داده ها را جمع آوری کرده و به میکروکنترلر ارسال می کنند. سپس میکروکنترلر تصمیم می گیرد که چه کاری باید انجام شود و دستوراتی را به محرک ها ارسال می کند.
به عنوان مثال یک دماسنج دیجیتال را در نظر بگیرید. سنسور موجود در دماسنج دما را اندازه گیری می کند و این داده ها را به میکروکنترلر ارسال می کند. سپس میکروکنترلر داده ها را پردازش کرده و دما را روی نمایشگر نشان می دهد. این ارتباط ساده به دماسنج کمک می کند تا اطلاعات درست را به شما بدهد.
این فرآیند به اشتراک گذاری اطلاعات در داخل دستگاه، بخش مهمی از نحوه عملکرد سیستم های تعبیه شده است. آنها مانند یک تیم عمل می کنند و هر قسمت در تکمیل کار نقش دارد.
ساختن یک سیستم تعبیه شده بسیار شبیه به چیدن یک پازل است. برای ایجاد یک تصویر کامل، هر قطعه باید کاملاً متناسب باشد. مهندسان با تصمیم گیری در مورد آنچه دستگاه باید انجام دهد شروع می کنند. سپس بهترین قسمت ها مانند میکروکنترلر، حسگرها و حافظه را برای ساختن سیستم انتخاب می کنند.
پس از انتخاب قطعات، برنامه نویسان مجموعه ای ساده از دستورالعمل ها را برای دستگاه می نویسند. این برنامه به میکروکنترلر می گوید که چگونه از سنسورها ورودی گرفته و خروجی را به محرک ها بدهد. پس از آماده شدن برنامه، دستگاه به دقت تست می شود تا مطمئن شوید که همه قسمت ها با هم کار می کنند.
این کار تیمی بین طراحان سخت افزار و برنامه نویسان نرم افزار تضمین می کند که سیستم تعبیه شده ایمن است و به طور قابل اعتماد کار می کند. این فرآیند دقیق و دقیق است، درست شبیه ساختن اسباب بازی مورد علاقه خود از قطعات کوچک.
سیستم های جاسازی شده بخش بزرگی از فناوری در خانه ها، مدارس و شهرهای ما هستند. بسیاری از دستگاه‌هایی که معمولی به نظر می‌رسند، این رایانه‌های کوچک را درون خود پنهان کرده‌اند. برای مثال، ساعت‌های دیجیتال از سیستم‌های تعبیه‌شده برای نگهداری دقیق زمان استفاده می‌کنند. کنسول های بازی و اسباب بازی های کنترل از راه دور نیز برای عملکرد صحیح به این سیستم ها متکی هستند.
هر بار که دکمه ای را در ابزار مورد علاقه خود فشار می دهید، ممکن است یک سیستم تعبیه شده در کار باشد. کامپیوتر کوچک دستور شما را می خواند و باعث می شود دستگاه به سرعت پاسخ دهد. این امر استفاده از دستگاه های مدرن را آسان و سرگرم کننده می کند.
حتی وسایل خانگی ساده مانند یخچال، کولر و چراغ های هوشمند دارای سیستم های تعبیه شده هستند. آنها به این دستگاه ها کمک می کنند تا به خوبی کار کنند و انرژی را به طور هوشمندانه مصرف کنند. این نشان می‌دهد که سیستم‌های تعبیه‌شده فقط برای ماشین‌های بزرگ یا گران قیمت نیستند، بلکه در همه جای ما هستند.
سیستم های جاسازی شده یک حوزه مهم در علوم کامپیوتر هستند. علم کامپیوتر مطالعه نحوه کار کامپیوترها از جمله سخت افزار و نرم افزار آنهاست. سیستم های تعبیه شده به ما نشان می دهند که چگونه حتی رایانه های بسیار کوچک می توانند تأثیر زیادی داشته باشند.
هنگامی که مهندسان سیستم های تعبیه شده را مطالعه می کنند، یاد می گیرند که چگونه دستورالعمل های واضح و ساده ای را برای میکروکنترلر بنویسند. آنها همچنین یاد می گیرند که چگونه مدارهای الکترونیکی کوچک و کارآمد طراحی کنند. این دانش برای ایجاد دستگاه هایی استفاده می شود که به بهبود زندگی روزمره ما کمک می کند.
در علوم کامپیوتر، درک سیستم های تعبیه شده به ما کمک می کند تا ببینیم نرم افزار و سخت افزار چگونه در کنار هم کار می کنند. این مسئله حل مسئله، خلاقیت و اهمیت کار تیمی را در میان مهندسان، طراحان و برنامه نویسان آموزش می دهد.
دلایل خوبی وجود دارد که چرا سیستم های تعبیه شده در بسیاری از دستگاه ها استفاده می شوند. آنها برای انجام کارهای ساده بسیار خوب طراحی شده اند و اغلب بهترین انتخاب برای کارهای روزمره هستند. در اینجا چند مزیت وجود دارد که باید به خاطر بسپارید:
این مزایا باعث می شود ابزارهای روزمره - از اسباب بازی گرفته تا لوازم خانگی - به خوبی کار کنند و در عین حال هزینه و مصرف انرژی را پایین نگه دارند. این یکی از دلایلی است که مهندسان و طراحان دوست دارند هنگام ساخت محصولات جدید از سیستم های تعبیه شده استفاده کنند.
سیستم های جاسازی شده نه تنها امروزه رایج هستند. در آینده اهمیت بیشتری خواهند یافت. با رشد فناوری، دستگاه‌های بیشتری با این رایانه‌های کوچک در داخل ساخته خواهند شد. خانه‌های آینده ممکن است ابزارهای هوشمند بیشتری داشته باشند، مانند یخچال‌هایی که می‌توانند با یکدیگر صحبت کنند یا خودروهایی که خودشان می‌توانند رانندگی کنند.
مهندسان همیشه در حال کار بر روی راه هایی برای بهبود سیستم های تعبیه شده هستند. آنها در حال کار برای ایجاد دستگاه هایی هستند که حتی انرژی کمتری مصرف می کنند، با سرعت بیشتری کار می کنند و از دستورالعمل های واضح و ساده برای انجام وظایف خود استفاده می کنند. آینده بسیاری از کاربردهای جدید و هیجان انگیز سیستم های تعبیه شده را در زندگی ما به ارمغان خواهد آورد.
مدرسه‌ای را تصور کنید که در آن چراغ‌ها، فن‌ها و درها همه با هم با استفاده از سیستم‌های تعبیه‌شده برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی کار می‌کنند. یا زمین بازی که در آن حسگرها و کامپیوترهای کوچک به حفظ امنیت کودکان کمک می کنند. ایده ها و طرح های مورد استفاده امروز به شکل گیری آینده ای روشن و هوشمند کمک می کند.
شما می توانید با مشاهده دقیق دستگاه های روزمره، یادگیری در مورد سیستم های جاسازی شده را شروع کنید. از معلم یا والدین خود بپرسید که چرا مایکروویو غذا را گرم می کند یا ماشین لباسشویی چگونه می داند که شستن لباس ها چه زمانی تمام شده است. حتی یک اسباب بازی ساده ممکن است به شما نشان دهد که یک کامپیوتر کوچک چگونه کار می کند.
اگرچه بسیاری از جزئیات الکترونیک ممکن است در ابتدا دشوار به نظر برسند، به یاد داشته باشید که این ایده بسیار ساده است. یک سیستم تعبیه شده مانند یک کمک مخفی در داخل دستگاهی است که گوش می دهد، فکر می کند و عمل می کند. توجه به این کمک‌های پنهان می‌تواند به شما کمک کند تا بفهمید چگونه فناوری زندگی ما را آسان‌تر و سرگرم‌کننده‌تر می‌کند.
اگر کنجکاو هستید، می توانید کیت های مناسب سن را بررسی کنید که به شما امکان می دهد مدارهای ساده بسازید یا با اسباب بازی های قابل برنامه ریزی بازی کنید. این فعالیت‌ها به شما نشان می‌دهند که چگونه دستورالعمل‌های کوچک می‌توانند تفاوت بزرگی در کارکرد دستگاه‌ها ایجاد کنند.
فکر کردن به سیستم‌های تعبیه‌شده به این روش ساده می‌تواند شما را ترغیب کند که سؤال بپرسید و بیشتر در مورد دنیای فناوری کاوش کنید. هر ابزاری که استفاده می کنید دارای یک تیم کوچک از قطعات است که درست مانند اعضای یک تیم ورزشی با هم کار می کنند.
در زیر نکات اصلی در مورد سیستم های تعبیه شده وجود دارد:
به یاد داشته باشید، سیستم‌های تعبیه‌شده در همه جا وجود دارند و در پشت صحنه کار می‌کنند تا دستگاه‌ها را ایمن، هوشمند و استفاده آسان کنند. آنها وسایل روزمره را به دستگاه هایی تبدیل می کنند که دستورات را درک می کنند و به تنهایی کار می کنند.
با آنچه امروز آموخته اید، اکنون می دانید که حتی کوچکترین کامپیوتر درون یک دستگاه نقش بزرگی در زندگی روزمره ما بازی می کند. این سیستم‌های کوچک به ما نشان می‌دهند که ایده‌های ساده، وقتی با دقت کنار هم قرار گیرند، می‌توانند فناوری ایجاد کنند که دنیای ما را به مکانی بهتر تبدیل کند.
دفعه بعد که از یک ابزار استفاده می کنید چشمان خود را باز نگه دارید. به کمک پنهان درون آن فکر کنید که گوش می دهد، فکر می کند و عمل می کند تا مطمئن شود همه چیز به خوبی کار می کند.
