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    Calcolo fisico: Esplorare la visione artificiale nell'informatica fisica
    Calcolo fisico: Esplorare la visione artificiale nell'informatica fisica
    Calcolo fisico: Esplorare la visione artificiale nell'informatica fisica
    E-book149 pagine1 ora

    Calcolo fisico: Esplorare la visione artificiale nell'informatica fisica

    Di Fouad Sabry

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    Info su questo ebook

    Cos'è il Calcolo fisico


    Il termine "Calcolo fisico" si riferisce all'uso di sistemi interattivi in ​​grado di percepire e reagire all'ambiente che li circonda. Tuttavia, nonostante il fatto che questa definizione sia sufficientemente ampia da includere sistemi come i sistemi intelligenti di controllo del traffico veicolare o i processi di automazione di fabbrica, non viene generalmente utilizzata per definire questo tipo di prodotti. Attraverso una prospettiva più ampia, l’informatica fisica può essere intesa come un paradigma innovativo per comprendere la connessione che gli esseri umani hanno con l’ambiente digitale. Gli esempi più comuni sono progetti artistici fatti a mano, design o hobby fai-da-te che utilizzano sensori e microcontrollori per tradurre l'input analogico in un sistema software e/o controllare dispositivi elettromeccanici come motori, servocomandi, illuminazione o altro hardware. di ciò a cui si riferisce il nome "creatore" nelle applicazioni pratiche.


    Come trarrai vantaggio


    (I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:


    Capitolo 1: Calcolo fisico


    Capitolo 2: Microcontrollore


    Capitolo 3: Sistema integrato


    Capitolo 4: Microcontrollori AVR


    Capitolo 5: Sistema su chip


    Capitolo 6: Linguaggio di programmazione visuale


    Capitolo 7: Input/output generico


    Capitolo 8: Arduino


    Capitolo 9: Microcontrollore a scheda singola


    Capitolo 10: Telecamera a semaforo


    (II) Rispondere alle principali domande del pubblico sull'informatica fisica.


    (III) Esempi reali di utilizzo dell'informatica fisica in molti campi.


    A chi è rivolto questo libro


    Professionisti, studenti universitari e studenti laureati, appassionati, hobbisti e coloro che desiderano andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di informatica fisica.

    LinguaItaliano
    EditoreUn Miliardo Di Ben Informato [Italian]
    Data di uscita5 mag 2024
    Calcolo fisico: Esplorare la visione artificiale nell'informatica fisica

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      Anteprima del libro

      Calcolo fisico - Fouad Sabry

      Capitolo 1: Calcolo fisico

      L'informatica fisica comporta l'uso di sistemi interattivi in grado di percepire e reagire al loro ambiente. Sebbene questa definizione sia sufficientemente ampia da abbracciare sistemi come i sistemi intelligenti di controllo del traffico per le automobili e i processi di automazione industriale, in genere non viene utilizzata per definirli. L'informatica fisica è un quadro creativo per comprendere il legame tra gli esseri umani e il mondo digitale. Nell'uso comune, la frase si riferisce in genere all'arte artigianale, al design o ai progetti di hobby fai-da-te che utilizzano sensori e microcontrollori per tradurre l'input analogico in un sistema software e/o per azionare componenti elettromeccanici come motori, servi, illuminazione e altro hardware.

      L'informatica fisica interseca una varietà di discipline e settori, tra cui l'ingegneria elettrica, la meccatronica, la robotica, l'informatica e lo sviluppo embedded.

      Physical computing

      Il physical computing è utilizzato in numerosi campi e applicazioni.

      I benefici della fisicità e del divertimento nell'istruzione si sono rispecchiati in una varietà di contesti di apprendimento informale. In qualità di pioniere nell'apprendimento basato sull'indagine, l'Exploratorium ha creato alcune delle prime mostre interattive basate su computer e continua a incorporare sempre più istanze di elaborazione fisica e interfacce tattili man mano che le tecnologie correlate avanzano.

      Scott Snibbe, Daniel Rozin, Rafael Lozano-Hemmer, Jonah Brucker-Cohen e Camille Utterback hanno integrato il physical computing nei loro sforzi artistici.

      Nell'ambito del design del prodotto e dell'interazione, i sistemi embedded costruiti a mano vengono occasionalmente utilizzati per prototipare rapidamente nuovi concetti di prodotti digitali in modo conveniente. Aziende come IDEO e Teague sono note per aver adottato questo approccio alla progettazione del prodotto.

      Le applicazioni commerciali spaziano da gadget di consumo come Sony Eyetoy o videogiochi come Dance Dance Revolution ad applicazioni più esoteriche e pragmatiche come la visione artificiale utilizzata per automatizzare l'ispezione della qualità lungo una linea di produzione. L'informatica fisica include l'exergaming, come Wii Fit di Nintendo. Il riconoscimento vocale, che rileva e interpreta le onde sonore utilizzando microfoni o altri dispositivi di rilevamento delle onde sonore, e la visione artificiale, che applica algoritmi a un ricco flusso di dati video spesso acquisiti da una telecamera, sono altre implementazioni del calcolo fisico. Nel caso delle interfacce tattili, il computer genera lo stimolo fisico piuttosto che rilevarlo. Sia il motion capture che il riconoscimento dei gesti si basano sulla visione artificiale per eseguire il loro incantesimo.

      Il physical computing può anche essere utilizzato per descrivere la produzione e l'uso di sensori o collettori personalizzati per la ricerca scientifica, sebbene questo uso sia raro. Il progetto Illustris, che cerca di imitare perfettamente l'evoluzione dell'universo dal Big Bang ad oggi (13,8 miliardi di anni dopo), è un esempio di modellazione del calcolo fisico.

      L'elaborazione fisica si basa fortemente sullo sviluppo di prototipi. I-CubeX con strumenti come Wiring, Arduino e Fritzing consente a designer e artisti di prototipare rapidamente le loro idee interattive.

      {Fine Capitolo 1}

      Capitolo 2: Microcontrollore

      MCU per unità microcontrollore) è un microcontrollore, anche MC, UC o μC) è un piccolo computer su un singolo chip a circuito integrato (IC) VLSI.

      Oltre alla memoria e alle periferiche di ingresso/uscita programmabili, un microcontrollore incorpora una o più CPU (core del processore).

      La RAM ferroelettrica viene utilizzata come memoria di programma, anche la memoria flash NOR o la ROM OTP vengono spesso inserite nel chip, oltre a una piccola quantità di RAM.

      I microcontrollori sono sviluppati per usi embedded, a differenza dei microprocessori utilizzati nei personal computer e in altre applicazioni generiche, che sono costituiti da numerosi chip discreti, i microprocessori utilizzati nei supercomputer sono circuiti integrati.

      Un microcontrollore è correlato, ma meno sofisticato, a un sistema su chip in termini moderni (SoC). Un SoC può collegare chip microcontrollori esterni alla scheda madre, ma in genere integra periferiche avanzate come l'unità di elaborazione grafica (GPU) e il controller di interfaccia Wi-Fi come circuiti interni dell'unità microcontrollore.

      I microcontrollori sono utilizzati in prodotti e apparecchiature con controllo automatico, inclusi sistemi di controllo del motore dei veicoli, dispositivi medici impiantabili, telecomandi, macchine per ufficio, elettrodomestici, utensili elettrici, giocattoli e altri sistemi embedded. I microcontrollori rendono conveniente il controllo digitale di un numero ancora maggiore di dispositivi e processi, riducendo le dimensioni e i costi rispetto a un progetto che utilizza un microprocessore, una memoria e dispositivi di input/output separati. I microcontrollori che integrano i componenti analogici necessari per controllare i sistemi elettronici non digitali sono prevalenti. Come dispositivi periferici nel contesto dell'Internet delle cose, i microcontrollori sono un mezzo economico e diffuso per la raccolta, il rilevamento e il controllo dei dati del mondo fisico.

      Per un basso consumo energetico, alcuni microcontrollori possono utilizzare parole a quattro bit e funzionare a frequenze fino a 4 kHz (milliwatt o microwatt a una cifra). In generale, sono in grado di mantenere la funzionalità durante l'attesa di un evento come la pressione di un pulsante o un'altra interruzione; il consumo energetico durante la sospensione (clock della CPU e la maggior parte delle periferiche spente) può essere basso come nanowatt, rendendo molti di essi adatti per applicazioni alimentate a batteria con una lunga durata. Altri microcontroller possono svolgere funzioni critiche per le prestazioni che richiedono un comportamento più simile a quello dei processori di segnale digitale (DSP), con frequenze di clock e consumo energetico più elevati.

      Diversi chip MOS LSI sono stati utilizzati per creare i primi microprocessori multi-chip, il Four-Phase Systems AL1 nel 1969 e il Garrett AiResearch MP944 nel 1970. Il 1971 vide il rilascio del primo microprocessore a chip singolo, l'Intel 4004 su un singolo chip MOS LSI. Federico Faggin, in collaborazione con gli ingegneri Intel Marcian Hoff e Stan Mazor e l'ingegnere Busicom Masatoshi Shima, lo ha creato utilizzando la sua tecnologia MOS silicon-gate. L'Intel 4040 a 4 bit è stato sostituito dall'Intel 8008 a 8 bit e dall'Intel 8080 a 8 bit. Per creare un sistema funzionale, ognuna di queste CPU richiedeva più chip aggiuntivi, inclusi chip di memoria e di interfaccia periferica. Pertanto, il costo dell'intero sistema era di diverse centinaia di dollari negli anni '70, rendendo impossibile la computerizzazione di apparecchi modesti a basso costo.

      Il 1975 vide l'introduzione dei microprocessori MOS Technology da meno di 100 dollari, il 6501 e il 6502. Il loro obiettivo primario era quello di abbassare questa barriera di costo, ma questi microprocessori richiedevano ancora supporto esterno, memoria e chip periferici, mantenendo il costo dell'intero sistema nell'ordine delle centinaia di dollari.

      Nel 1971, gli ingegneri TI Gary Boone e Michael Cochran crearono il primo microcontrollore, secondo un libro. Il 1974 vide l'uscita commerciale del TMS 1000, il prodotto dei loro sforzi. Integrava memoria di sola lettura, memoria di lettura/scrittura, un processore e un clock su un singolo chip per i sistemi embedded. Combinava RAM e ROM con una CPU su un singolo chip. Questo chip si sarebbe poi fatto strada in oltre un miliardo di tastiere per PC, tra le altre applicazioni. Luke J. Valenter, all'epoca presidente di Intel, osservò che il microcontrollore era uno dei prodotti di maggior successo dell'azienda e aumentò il budget della divisione microcontrollori di oltre il 25%.

      A quel tempo, la maggior parte dei microcontrollori aveva variazioni simultanee. Uno era dotato di memoria di programma EPROM e di un vetro al quarzo trasparente nel coperchio della confezione che permetteva di cancellarlo con l'esposizione alla luce ultravioletta. Frequentemente, questi chip cancellabili sono stati impiegati per la prototipazione. L'altra opzione era una ROM programmabile con maschera o una PROM che poteva essere programmata solo una volta. Per quest'ultimo è stato talvolta utilizzato OTP, che sta per programmabile una tantum. In un microcontrollore OTP, la PROM era spesso dello stesso tipo dell'EPROM; tuttavia, il pacchetto del chip mancava di una finestra al quarzo, quindi la EPROM non poteva essere cancellata. Poiché le versioni cancellabili richiedevano un imballaggio in ceramica con finestre al quarzo, erano notevolmente più costose delle versioni OTP, che potevano essere confezionate in plastica opaca a un costo ridotto. Per le varianti cancellabili, è stato richiesto il quarzo piuttosto che il vetro meno costoso a causa della sua trasparenza alla luce UV, a cui il vetro è in gran parte opaco. Tuttavia, l'imballaggio in ceramica stesso è stato il principale elemento di differenziazione dei costi.

      L'invenzione della memoria EEPROM nel 1993 ha permesso l'uso di microcontrollori (a partire dal Microchip PIC16C84) Altre aziende hanno seguito rapidamente, fornendo entrambi i tipi di memoria.

      Al giorno d'oggi, i microcontrollori sono economici e prontamente disponibili per gli appassionati, e particolari processori hanno enormi comunità online.

      Nel 2002, oltre il 55% di tutte le CPU vendute in tutto il mondo erano microcontrollori e microprocessori a 8 bit.

      È probabile che una residenza tipica in una nazione sviluppata includa solo quattro microprocessori generici, ma circa trenta microcontrollori. Una trentina di microcontrollori sono presenti in un tipico veicolo di fascia media. Inoltre, sono presenti in una varietà di gadget elettrici, tra cui lavatrici, forni a microonde e telefoni cellulari.

      Il settore degli 8 bit ha storicamente dominato il mercato degli MCU [..]. Nel 2011, i microcontrollori a 16 bit hanno superato per la prima volta i dispositivi a 8 bit come categoria MCU con il volume più grande [..]. Secondo IC Insights, la composizione del settore MCU subirà cambiamenti significativi nei prossimi cinque anni, con i dispositivi a 32 bit

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