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IoT 与嵌入式系统的基础概念

低頻约 34 分钟6 个术语过去问 12 题

本单元目标

  • 能够根据物品本身是否在主动发出数据,判断一个事例是否属于 IoT。
  • 能够说明嵌入式系统和固件在设备内部各自负责什么。
  • 能够说明云服务和机器人与“把计算机装进物品”的技术有怎样的联系。
术语总表(6 个)
术语一句话定位身边的例子
IoT让物品通过通信相连,并利用物品收集的数据的机制机制外出时也能查看家中情况的宠物摄像头
組込みシステム在设备中只完成固定任务的专用计算机系统设备里的计算机控制洗衣机的水量和转动
ファームウェア写入设备内部存储器、直接驱动部件的软件软件让路由器运转的内置软件
クラウドサービス使用服务商通过网络出租的服务器或软件的服务IT 资源的提供方式在 Web 浏览器里使用的邮件服务
ロボティクス设计、制造并操控机器人的技术领域技术领域关于行走和抓取物体的研究
ロボット能感知周围、作出判断并自行动作的机器机器自动打扫地板的家用机器人

术语

IoTIoT(物联网)

在术语表中打开 IoT

IoT(Internet of Things,物联网)是让身边的物品具备通信功能并接入网络,进而利用物品收集到的数据的机制。

  1. 物品上的传感器测量状态
  2. 通过通信功能发送到服务器
  3. 服务器分析数据
  4. 把结果用于监视和控制

分析结果用于远程监视;如果还要进行控制,就向设备回传指令让它动作。

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IoT 设备用测量温度、位置等的传感器等掌握状态,再通过通信功能把数据发送到服务器。还要负责控制的设备,另外配有把收到的指令变成动作的驱动部件(执行器)。汇集起来的数据在服务器端分析,用于远程监视和设备的自动控制。

类比过去网络是人与人互相联系的地方,如今连家里的窗户、田里的土壤也加了进来,主动报告“我现在是这个状态”。

记法Things 在英语里是“物品”。用首字母 T 来记:互联网的参与者从人扩展到了物品。

考点

  • 常考判断是否为 IoT 事例,要看装在设备上的传感器等是否不经人操作就发送数据,并且这些数据被用于监视或控制。
  • 常考能量收集(エネルギーハーベスティング)是把周围的光、振动、温差等所含的微弱能量转换成电力并取出来的技术,也用作 IoT 设备的电源。
  • 常考电池容量的单位 mAh 表示电流(mA)与时间(h)的乘积。例如 300mAh 的大致标准是:以 300mA 可放电约 1 小时,以 150mA 可放电约 2 小时。

该术语的过去问 3 题 IoT

組込みシステム嵌入式系统

在术语表中打开 組込みシステム

嵌入式系统(組込みシステム)是为了只完成固定任务而装进设备内部的专用计算机系统。

嵌入式系统通用计算机(PC 等)
目的只负责该设备的固定动作用户拿来做各种用途
构成根据设备挑选的部件和软件在通用部件和操作系统之上追加应用
例子洗衣机的运转控制、电梯停靠位置的控制用来写文档和做表格计算的 PC

嵌入式系统用根据设备挑选的部件和软件,反复执行固定的处理。它的核心是把运算、存储和输入输出电路集成在一个小器件里的微型计算机(单片机)。

类比它不是什么菜都会做的厨师,更像每天按同样步骤只烤同一种面包的烤面包机看管人。

记法英语叫 embedded(嵌入的)system。从词义联想:埋在设备里、从外面看不到的计算机。

考点

  • 常考嵌入式系统(組込みシステム)的许多功能靠软件实现,所以改良产品时,只要修改软件,就能在一定范围内增加功能。
  • 常考在设备中负责控制的小型计算机,统称为微型计算机(マイクロコンピュータ,简称 マイコン)。
  • 常考是否属于嵌入式系统(組込みシステム),不取决于产品种类,而取决于设备里有没有专用的控制计算机,因此很多电子设备都符合。

该术语的过去问 1 题 組込みシステム

固件(ファームウェア)是写入设备内部存储器、承担直接驱动硬件部件这一基础角色的软件。

  1. 发现缺陷或可改进之处
  2. 厂商发布新版本
  3. 改写设备的内部存储器
  4. 重启后修正和新功能生效

部件保持不变,只有设备的动作变新了。

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接通电源后它最先运行,控制按钮、电机、显示屏等部件。在嵌入式系统中运行的软件叫作嵌入式软件,固件在其中负责控制部件这一基础工作。固件大多存放在可改写的闪存里,之后可以通过更新修复缺陷或增加功能。

类比它就像写在家电机身里的操作手册,平时看不到,但只要换上新手册,同一台机器的动作就会改变。

记法firm 意思是“坚固”。它介于 hard(硬件)和 soft(软件)之间,按字面记成“偏硬的软件”。

考点

  • 常考嵌入式软件(組込みソフトウェア)是内置于专用设备、控制该设备所负责的固定动作的软件。

该术语的过去问 3 题 ファームウェア

「嵌入式系统」与「固件」的区别

比较点嵌入式系统固件
关键所指范围硬件和软件合在一起的整个机制其中控制部件的软件部分
例子洗衣机里的整套控制装置存放在该控制装置存储器里的电机控制程序

云服务(クラウドサービス)是用户按需租用服务商通过互联网提供的服务器、软件等 IT 资源的服务。

  • 云服务的分类示例
    • SaaS:租用软件本身
    • PaaS:租用开发和运行环境
    • IaaS:租用服务器、网络等基础设施

在 IoT 中,它常被用作存放和分析大量设备传来的海量数据的地方。用户不必自己拥有这些设施,多数按使用量付费。

类比就像家里不装发电机,而是用电力公司的电并按用量付费一样,设施的所有者和使用者是分开的。

记法cloud 就是“云”。这个名字来自在网络示意图中把互联网部分画成云朵的习惯。

考点

  • 易混云服务(クラウドサービス)是出租 IT 资源一方的机制,IoT 则是物品产生并发送数据一方的机制。即使 IoT 的数据放在云上,两者也不是同一回事。

「IoT(物联网)」与「云服务」的区别

比较点IoT(物联网)云服务
关键重心所在的一方产生并发送数据的物品一方出租 IT 资源的服务商一方
主要作用测量、发送、控制设备存储和处理数据、提供软件
相互关系收集到的数据多发送到云端也广泛用于 IoT 以外的业务系统

ロボティクス机器人学

在术语表中打开 ロボティクス

机器人学(ロボティクス)是汇集了设计、制造机器人并让它按意图动作的研究与技术的技术领域。

它把机械结构、电子电路、控制软件等多个领域的知识结合起来运用。核心是搭建一整套机制:用传感器掌握周围状况,决定怎样动,再用执行器驱动机体。

类比就像烹饪学之于菜肴,指的不是一道道菜,而是做菜方法的体系。

记法在 robot 后面加上表示学科的 -ics(与 physics、electronics 的词尾相同)构成的词。

机器人(ロボット)是用传感器掌握周围状况、由内部计算机作出判断、再靠电机等自行动作的机器。

  1. 感知:用传感器测量周围
  2. 判断:计算机决定动作
  3. 动作:用驱动部件驱动机体

电机等驱动部件开始动作,再用传感器确认结果。

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除了在工厂里组装零件的工业机器人,还有在家里扫地的机器人、和人对话的机器人等,用途很广。动作的控制依靠的是设备内部的嵌入式系统。

记法这个词诞生于捷克作家恰佩克的剧作,源自捷克语 robota(劳动)。

「机器人学」与「机器人」的区别

比较点机器人学机器人
关键所指对象技术领域或研究领域实际动起来的机器
例子关于走路方式和抓取物体方式的研究工业机器人、扫地机器人

要点

  • IoT 是把装在物品上的传感器等收集的数据通过通信发送出去,并用于分析和控制的机制。
  • 嵌入式系统按设备专门定制,改良产品时,有时改写软件就能增加功能。
  • 固件存放在设备的内部存储器里,是直接控制部件的基础软件。
  • 机器人通过反复进行感知、判断、动作这 3 种作用来运行。

确认题

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