Ugrađeni sustavi mala su računala skrivena unutar mnogih uređaja koje koristimo svaki dan. Oni pomažu ovim uređajima da rade ispravno i sigurno. Možda nećete vidjeti ova sićušna računala jer su ugrađena u stvari kao što su perilice rublja, mikrovalne pećnice, autići, pa čak i u dijelove automobila. U ovoj lekciji ćemo naučiti što su ugrađeni sustavi, kako rade i zašto su važni. Koristit ćemo jednostavan jezik i primjere iz svakodnevnog života kako bi svi mogli razumjeti.
Ova lekcija će vas voditi kroz osnove ugrađenih sustava. Vidjet ćemo različite dijelove koji čine ugrađeni sustav i kako rade zajedno. Također ćemo istražiti primjere iz stvarnog svijeta kako bismo vam pokazali kako su ugrađeni sustavi dio tehnologije koja nas okružuje. Započnimo naše putovanje u svijet ugrađenih sustava!
Ugrađeni sustav je malo računalo koje je dizajnirano za obavljanje određenog zadatka. Za razliku od velikih računala ili prijenosnih računala koja vidite, ugrađeni sustav ugrađen je u stroj i radi tiho u pozadini. Čita informacije, donosi odluke i šalje naredbe kako bi pomogao stroju da ispravno radi.
Na primjer, kada koristite mikrovalnu pećnicu za zagrijavanje hrane, malo računalo unutar nje kontrolira vrijeme i razinu snage. Perilica rublja koristi svoje interno računalo kako bi odlučila koliko će vode i sapuna koristiti tijekom ciklusa pranja. Ova mala računala nazivaju se ugrađenim sustavima jer su "ugrađena" unutar uređaja.
Čak i vaša omiljena igračka može imati ugrađeni sustav koji ju pokreće ili proizvodi zvukove kada pritisnete gumb. Ovo posebno računalo radi samo nekoliko stvari umjesto mnogih zadataka kao obično računalo. Zato je jednostavan i učinkovit.
Ugrađeni sustav sastoji se od nekoliko važnih dijelova. Svaki dio ima poseban zadatak, a kada rade zajedno, čine uređaj pametnim i korisnim. Evo ključnih dijelova ugrađenog sustava:
Svi ti dijelovi rade zajedno kako bi pomogli uređaju da obavlja svoj posao. Čak i ako ih ne vidite, oni su uvijek zauzeti osiguravanjem da su zadaci ispravno izvršeni.
Hardver se odnosi na fizičke dijelove ugrađenog sustava. Mikrokontroler, senzori i memorija dijelovi su hardvera koje možete dodirnuti, čak i ako su vrlo mali. Mikrokontroler se ponaša kao maleni mozak, šaljući naredbe ostalim dijelovima.
U mnogim je uređajima hardver dizajniran da bude kompaktan i troši malo energije. Zbog toga se ugrađeni sustavi često nalaze u stvarima koje moraju dugo raditi bez previše električne energije, poput digitalnih satova ili daljinskih upravljača.
Čak i obična igračka može imati maleni čip koji kontrolira pokrete ili zvukove. Ovo pokazuje koliko je hardver važan za učinkovit rad ugrađenog sustava.
Softver je skup uputa koje hardveru govore što treba učiniti. To je poput recepta koji kuhar slijedi kako bi napravio hranu. Mikrokontroler čita ove upute i izvršava zadatak koji mu daje softver.
Na primjer, u digitalnom satu, softver daje upute mikrokontroleru da prati vrijeme i prikazuje ga ispravno. U mikrovalnoj pećnici softver odlučuje koliko dugo treba zagrijavati hranu. Iako ne vidite softver, on je vrlo važan jer tjera uređaj da radi svoj posao.
Softver u ugrađenom sustavu obično je vrlo jednostavan i napravljen samo za specifičan posao uređaja. Ova jednostavnost čini sustav brzim i pouzdanim.
Programiranje je proces pisanja uputa za ugrađeni sustav. Zamislite to kao da prijatelju dajete upute korak po korak. Svaka je uputa jasna i laka za slijediti.
Jezik koji se koristi za pisanje ovih uputa dio je informatike. Kada inženjeri pišu kod za ugrađene sustave, stvaraju vrlo jednostavne i izravne naredbe. Na primjer, program u igrački može reći: "Ako je gumb pritisnut, neka se igračka pomakne." Takve jasne upute pomažu malenom računalu da obavlja svoj posao bez greške.
Čak i ako ste novi u tehnologiji, ideja o sljedećim koracima na popisu može vam biti poznata. Zamislite recept koji vam govori kako napraviti svoj omiljeni sendvič – prvo uzmite kruh, zatim dodajte sir i na kraju stavite krišku rajčice. To je slično načinu na koji programiranje govori uređaju što treba učiniti.
Ugrađeni sustavi rade slijedeći jednostavan postupak. Počinju primanjem informacija od senzora. Nakon što dobije informaciju, mikrokontroler je obrađuje slijedeći softverske upute. Konačno, sustav šalje naredbu preko aktuatora da nešto učini.
Poslužimo se jednostavnim primjerom. Zamislite autić koji se zaustavlja kada osjeti prepreku. Auto ima senzor koji detektira kada je nešto blizu. Kada senzor uoči prepreku, šalje poruku mikrokontroleru. Mikrokontroler tada odlučuje: "Moram zaustaviti auto" i šalje naredbu za zaustavljanje motoru (aktuatoru). Ovako autić izbjegava sudar.
Ovaj se proces odvija vrlo brzo i osigurava da uređaj radi kako treba. To je jednostavan lanac radnji: osjetiti, misliti i djelovati.
Ugrađeni sustavi su posvuda oko nas. Skriveni su u mnogim svakodnevnim uređajima i omogućuju im nesmetan rad. Evo nekoliko primjera koje možete vidjeti oko kuće i škole:
Svi ti uređaji rade dobro zbog malih računala unutar njih. Iako možda ne vidite ove sićušne sustave, oni su ključni za funkcioniranje i sigurnost uređaja koje svakodnevno koristite.
Komunikacija je vrlo važna u ugrađenim sustavima. Dijelovi ugrađenog sustava moraju dijeliti informacije tako da uređaj radi kao jedna cjelovita jedinica. Senzori prikupljaju podatke i šalju ih mikrokontroleru. Mikrokontroler tada odlučuje što treba učiniti i šalje naredbe aktuatorima.
Uzmimo digitalni termometar kao primjer. Senzor u termometru mjeri temperaturu i te podatke šalje mikrokontroleru. Mikrokontroler zatim obrađuje podatke i prikazuje temperaturu na zaslonu. Ova jednostavna komunikacija pomaže termometru da vam pruži prave informacije.
Ovaj proces dijeljenja informacija unutar uređaja ključni je dio rada ugrađenih sustava. Ponašaju se kao tim, pri čemu svaki dio igra svoju ulogu u izvršavanju zadatka.
Izgradnja ugrađenog sustava je poput sastavljanja slagalice. Svaki komad mora savršeno pristajati kako bi se stvorila cjelovita slika. Inženjeri počinju odlučivanjem što bi uređaj trebao raditi. Zatim odabiru najbolje dijelove, poput mikrokontrolera, senzora i memorije, za izgradnju sustava.
Nakon odabira dijelova, programeri pišu jednostavan skup uputa za uređaj. Ovaj program govori mikrokontroleru kako uzeti ulaz od senzora i dati izlaz aktuatorima. Nakon što je program spreman, uređaj se pažljivo testira kako bi se osiguralo da svaki dio radi zajedno.
Ovaj timski rad između dizajnera hardvera i softverskih programera osigurava da je ugrađeni sustav siguran i radi pouzdano. Proces je pažljiv i detaljan, poput izrade vaše omiljene igračke od mnogo malih dijelova.
Ugrađeni sustavi veliki su dio tehnologije u našim domovima, školama i gradovima. Mnogi uređaji koji se čine običnim imaju ova sićušna računala skrivena unutra. Na primjer, digitalni satovi koriste ugrađene sustave za točno mjerenje vremena. Igraće konzole i igračke na daljinsko upravljanje također se oslanjaju na ove sustave za pravilan rad.
Svaki put kada pritisnete gumb na svom omiljenom gadgetu, ugrađeni sustav bi mogao biti na djelu. Malo računalo čita vašu naredbu i tjera uređaj da brzo reagira. To čini moderne uređaje lakima i zabavnima za korištenje.
Čak i jednostavni kućanski predmeti kao što su hladnjaci, klima uređaji i pametna svjetla imaju ugrađene sustave. Oni pomažu ovim uređajima da rade glatko i mudro koriste energiju. Ovo pokazuje da ugrađeni sustavi nisu samo za velike ili skupe strojeve - oni su posvuda oko nas.
Ugrađeni sustavi važno su područje u računalnoj znanosti. Računalna znanost proučava kako računala rade, uključujući njihov hardver i softver. Ugrađeni sustavi pokazuju nam kako čak i vrlo mala računala mogu imati veliki utjecaj.
Kada inženjeri proučavaju ugrađene sustave, uče kako napisati jasne i jednostavne upute za mikrokontroler. Također uče kako dizajnirati elektroničke sklopove koji su mali i učinkoviti. Ovo se znanje koristi za stvaranje uređaja koji nam pomažu poboljšati svakodnevni život.
U informatici, razumijevanje ugrađenih sustava pomaže nam da vidimo kako softver i hardver rade jedan pored drugog. Ovo uči rješavanju problema, kreativnosti i važnosti timskog rada među inženjerima, dizajnerima i programerima.
Mnogo je dobrih razloga zašto se ugrađeni sustavi koriste u toliko mnogo uređaja. Dizajnirani su za obavljanje jednostavnih poslova vrlo dobro i često su najbolji izbor za svakodnevne zadatke. Evo nekih prednosti koje treba zapamtiti:
Ove prednosti omogućuju svakodnevnim napravama - od igračaka do kućanskih aparata - da dobro rade, a da istovremeno održavaju niske troškove i potrošnju energije. Ovo je jedan od razloga zašto inženjeri i dizajneri vole koristiti ugrađene sustave pri izradi novih proizvoda.
Ugrađeni sustavi nisu uobičajeni samo danas; postat će još važniji u budućnosti. Kako tehnologija raste, sve će se više uređaja graditi s ovim sićušnim računalima. Domovi budućnosti možda će imati još više pametnih naprava, kao što su hladnjaci koji mogu međusobno razgovarati ili automobili koji se mogu sami voziti.
Inženjeri uvijek rade na načinima kako poboljšati ugrađene sustave. Rade na stvaranju uređaja koji troše još manje energije, rade brže i koriste jasne, jednostavne upute za obavljanje svojih zadataka. Budućnost će donijeti mnoge uzbudljive nove primjene ugrađenih sustava u naše živote.
Zamislite školu u kojoj svjetla, ventilatori i vrata rade zajedno koristeći ugrađene sustave za uštedu energije. Ili igralište gdje senzori i sićušna računala pomažu u zaštiti djece. Ideje i dizajni koji se danas koriste pomoći će u oblikovanju svijetle i pametne budućnosti.
Možete početi učiti o ugrađenim sustavima pomnim proučavanjem svakodnevnih uređaja. Pitajte svog učitelja ili roditelje zašto mikrovalna grije hranu ili kako perilica zna kada je završila s pranjem rublja. Čak i obična igračka može vam pokazati kako maleno računalo radi.
Iako se mnogi detalji elektronike isprva mogu činiti lukavima, zapamtite da je ideja vrlo jednostavna. Ugrađeni sustav je poput tajnog pomagača unutar uređaja koji sluša, razmišlja i djeluje. Primjećivanje ovih skrivenih pomagača može vam pomoći da shvatite kako nam tehnologija čini život lakšim i zabavnijim.
Ako ste znatiželjni, možete istražiti setove primjerene dobi koji vam omogućuju izradu jednostavnih strujnih krugova ili igranje s programabilnim igračkama. Ove vam aktivnosti iz prve ruke pokazuju kako male upute mogu napraviti veliku razliku u radu uređaja.
Razmišljanje o ugrađenim sustavima na ovaj jednostavan način može vas potaknuti da postavite pitanja i istražite više o svijetu tehnologije. Svaki gadget koji koristite ima mali tim dijelova koji rade zajedno poput članova sportskog tima.
Ispod su glavne točke koje treba zapamtiti o ugrađenim sustavima:
Zapamtite, ugrađeni sustavi su posvuda, rade iza kulisa kako bi pomogli učiniti uređaje sigurnima, pametnima i jednostavnima za korištenje. Oni pretvaraju svakodnevne uređaje u uređaje koji razumiju naredbe i rade sami.
S onim što ste danas naučili, sada znate da čak i najmanje računalo unutar uređaja igra veliku ulogu u našem svakodnevnom životu. Ovi sićušni sustavi pokazuju nam da jednostavne ideje, kada se pažljivo sastave, mogu stvoriti tehnologiju koja naš svijet čini boljim mjestom.
Držite oči otvorene sljedeći put kada koristite gadget. Razmislite o skrivenom pomoćniku u njemu koji sluša, razmišlja i djeluje kako bi osigurao da sve radi savršeno.
