Urządzenia cyfrowe otaczają nas niemal wszędzie. Komputer i smartfon są najbardziej oczywistymi przykładami, ale systemy cyfrowe znajdują się również w zegarkach, samochodach, telewizorach, aparatach fotograficznych, robotach, urządzeniach medycznych czy sprzęcie gospodarstwa domowego.
Współczesne urządzenie cyfrowe to jednak nie tylko sprzęt. Do jego działania potrzebne jest również oprogramowanie, które steruje urządzeniem i umożliwia użytkownikowi korzystanie z jego funkcji.
1. Czym jest urządzenie cyfrowe?
Urządzenie cyfrowe to urządzenie elektroniczne, które przetwarza, przechowuje lub przesyła informacje zapisane w postaci cyfrowej.
Dane cyfrowe są reprezentowane za pomocą liczb. W urządzeniach komputerowych podstawą jest najczęściej system binarny, wykorzystujący dwa stany oznaczane jako 0 i 1.
Urządzenia cyfrowe mogą wykonywać różne zadania:
- pobierać dane z otoczenia,
- przetwarzać informacje,
- przechowywać dane,
- komunikować się z innymi urządzeniami,
- prezentować użytkownikowi wyniki,
- wykonywać określone działania na podstawie programu.
Przykładem jest smartwatch. Czujnik może zmierzyć tętno użytkownika, urządzenie przetwarza uzyskane dane, zapisuje wyniki w pamięci, wyświetla je na ekranie, a następnie może przesłać je do aplikacji w smartfonie.
2. Smartfon i tablet
Smartfon jest niewielkim komputerem wyposażonym w system operacyjny i wiele urządzeń dodatkowych. Oprócz wykonywania połączeń umożliwia korzystanie z Internetu, aplikacji, aparatu fotograficznego, nawigacji, multimediów czy usług chmurowych.
W smartfonie mogą znajdować się między innymi:
- aparat i kamera,
- mikrofon,
- odbiornik GPS,
- akcelerometr,
- żyroskop,
- czujnik światła,
- czytnik linii papilarnych,
- moduły Wi-Fi, Bluetooth i NFC.
Tablet działa na podobnej zasadzie, ale zazwyczaj ma większy ekran. Może służyć do nauki, pracy z dokumentami, korzystania z multimediów, rysowania czy komunikacji.
O możliwościach smartfona lub tabletu decyduje więc nie tylko jego wyposażenie, lecz także zainstalowany system operacyjny i aplikacje.
3. Smartwatch i inne urządzenia ubieralne
Urządzenia elektroniczne noszone na ciele określa się często jako wearables, czyli urządzenia ubieralne.
Do tej grupy należą m.in.:
- smartwatche,
- opaski sportowe,
- inteligentne pierścienie,
- niektóre okulary wyposażone w systemy cyfrowe.
Smartwatch może mierzyć aktywność użytkownika, liczyć kroki, korzystać z lokalizacji, wyświetlać powiadomienia i komunikować się ze smartfonem.
Samo posiadanie czujnika nie wystarcza jednak do przedstawienia użytkownikowi użytecznej informacji. Dane z czujników muszą zostać przetworzone przez oprogramowanie.
4. Inteligentny dom i urządzenia IoT
Coraz więcej urządzeń codziennego użytku może komunikować się przez sieć.
Takie rozwiązania są częścią Internetu Rzeczy – IoT (Internet of Things).
Do urządzeń IoT mogą należeć:
- inteligentne żarówki,
- termostaty,
- kamery,
- czujniki temperatury,
- gniazdka elektryczne,
- zamki,
- roboty sprzątające,
- niektóre urządzenia AGD.
Przykładowo inteligentną żarówką można sterować za pomocą aplikacji w smartfonie. Użytkownik może zmienić jasność światła, ustawić godzinę jego włączenia albo wyłączyć je z innego pomieszczenia.
W takim systemie współpracują ze sobą sprzęt, oprogramowanie i sieć.
5. Czujniki – skąd urządzenie otrzymuje informacje?
Wiele współczesnych urządzeń cyfrowych wykorzystuje czujniki (sensory).
Czujnik pozwala urządzeniu uzyskać informację o określonej wielkości lub zmianie zachodzącej w otoczeniu.
Może to być np.:
- temperatura,
- światło,
- ruch,
- położenie urządzenia,
- odległość,
- ciśnienie,
- dźwięk.
Smartfon może dzięki akcelerometrowi wykrywać zmianę ruchu, a czujnik światła może pomagać w automatycznej regulacji jasności ekranu.
Czujnik dostarcza danych, natomiast oprogramowanie może je analizować i na ich podstawie podejmować określone działania.
6. GPS i określanie położenia
W wielu urządzeniach stosuje się systemy nawigacji satelitarnej. Najbardziej znanym jest GPS – Global Positioning System.
Odbiornik w urządzeniu wykorzystuje sygnały wysyłane przez satelity do określenia położenia.
Dzięki temu smartfon, smartwatch lub nawigacja samochodowa mogą współpracować z aplikacją mapową.
Warto zauważyć, że GPS i aplikacja z mapą nie są tym samym. GPS pomaga urządzeniu ustalić położenie, natomiast aplikacja może wykorzystać tę informację np. do pokazania miejsca na mapie i wyznaczenia trasy.
7. Bluetooth, Wi-Fi i NFC
Urządzenia cyfrowe bardzo często wymieniają dane bez używania przewodów.
Bluetooth
Bluetooth jest technologią komunikacji bezprzewodowej stosowaną przede wszystkim na stosunkowo niewielkich odległościach.
Może służyć np. do połączenia:
- słuchawek ze smartfonem,
- myszy z komputerem,
- smartwatcha ze smartfonem,
- klawiatury z tabletem.
Wi-Fi
Wi-Fi pozwala urządzeniom komunikować się w sieci bezprzewodowej. Jest powszechnie wykorzystywane do uzyskiwania dostępu do sieci lokalnej i Internetu.
NFC
NFC – Near Field Communication umożliwia komunikację na bardzo małą odległość.
Technologia ta jest wykorzystywana m.in. w płatnościach zbliżeniowych oraz do szybkiej wymiany niewielkiej ilości informacji pomiędzy znajdującymi się blisko siebie urządzeniami.
8. Urządzenia cyfrowe w samochodach
Współczesny samochód zawiera wiele systemów elektronicznych i komputerowych.
Mogą one odpowiadać np. za:
- sterowanie pracą wybranych podzespołów,
- system multimedialny,
- nawigację,
- kamerę cofania,
- czujniki parkowania,
- kontrolowanie niektórych parametrów jazdy,
- systemy wspomagające kierowcę.
Oprogramowanie analizuje informacje otrzymywane z czujników i na ich podstawie może informować kierowcę lub sterować określonym elementem pojazdu.
9. Urządzenia cyfrowe w fotografii i multimediach
Aparat cyfrowy przekształca światło padające na matrycę światłoczułą w dane cyfrowe. Następnie procesor urządzenia przetwarza informacje i tworzy plik obrazu.
Podobny proces zachodzi podczas wykonywania zdjęcia smartfonem.
Oprogramowanie może dodatkowo wykonywać wiele operacji, np.:
- regulować ekspozycję,
- ustawiać ostrość,
- zmniejszać szum,
- poprawiać kolory,
- stabilizować obraz,
- łączyć informacje z kilku zdjęć.
Pokazuje to, że jakość uzyskanego efektu zależy zarówno od sprzętu, jak i od oprogramowania przetwarzającego dane.
10. Roboty i inne urządzenia sterowane programem
Robot jest przykładem urządzenia, w którym szczególnie dobrze widać współpracę sprzętu z oprogramowaniem.
Może być wyposażony w:
- czujniki,
- silniki,
- kamerę,
- układ sterujący,
- moduły komunikacyjne.
Program określa, jak urządzenie ma reagować na otrzymywane informacje.
Przykładowo robot sprzątający może wykryć przeszkodę za pomocą czujnika. Program analizuje informację i powoduje zmianę kierunku ruchu.
Programowanie urządzenia oznacza więc określanie sposobu jego działania za pomocą instrukcji.
11. Sprzęt i oprogramowanie muszą współpracować
W informatyce rozróżniamy dwa podstawowe pojęcia:
hardware – fizyczne elementy urządzenia, czyli sprzęt,
software – programy i inne oprogramowanie.
Przykładowo kamera w smartfonie jest elementem sprzętowym. Aplikacja aparatu jest oprogramowaniem wykorzystującym możliwości kamery.
Podobnie:
smartwatch + system i aplikacja → pomiar i prezentacja aktywności,
drukarka + sterownik → możliwość drukowania z komputera,
odbiornik GPS + aplikacja mapowa → nawigacja,
robot + program sterujący → wykonywanie zaprogramowanych czynności.
12. System operacyjny, aplikacja, sterownik i firmware
Oprogramowanie współpracujące z urządzeniami może pełnić różne funkcje.
System operacyjny
System operacyjny zarządza pracą urządzenia i umożliwia uruchamianie programów. Systemami operacyjnymi są np. Windows, Android, iOS czy Linux.
Aplikacja
Aplikacja jest programem przeznaczonym do wykonywania określonych zadań użytkownika. Może to być np. edytor tekstu, przeglądarka internetowa, aplikacja mapowa lub program do obróbki grafiki.
Sterownik
Sterownik urządzenia (driver) jest oprogramowaniem umożliwiającym systemowi operacyjnemu prawidłową współpracę z określonym sprzętem.
Można więc powiedzieć w uproszczeniu, że sterownik pomaga systemowi „porozumieć się” z urządzeniem.
Firmware
Firmware to oprogramowanie zapisane w pamięci urządzenia, ściśle związane z jego działaniem. Występuje np. w routerach, drukarkach, aparatach, telewizorach i wielu urządzeniach IoT.
Firmware również może być aktualizowany.
13. Aktualizacje oprogramowania
Aktualizacja nie zawsze oznacza dodanie nowych funkcji. Może również:
- usuwać błędy,
- poprawiać stabilność,
- zwiększać bezpieczeństwo,
- poprawiać zgodność z innymi urządzeniami lub programami.
Dlatego aktualizowanie systemu, aplikacji, sterowników czy firmware’u może mieć znaczenie dla prawidłowego i bezpiecznego działania urządzenia.
14. Jak dobrać urządzenie i oprogramowanie do zadania?
Nie istnieje jedno urządzenie najlepsze do wszystkich zastosowań.
Przy wyborze warto odpowiedzieć na pytania:
Co chcemy zrobić?
Innych urządzeń potrzebuje osoba wykonująca zdjęcia, innych ktoś pracujący z dokumentami, a jeszcze innych użytkownik monitorujący aktywność fizyczną.
Jakie funkcje są potrzebne?
Nie zawsze najbardziej rozbudowane urządzenie jest najlepszym wyborem.
Czy urządzenie współpracuje z używanym oprogramowaniem?
Sprzęt powinien być zgodny z systemem i potrzebnymi aplikacjami.
Czy urządzenie będzie mogło komunikować się z innymi urządzeniami?
Może być potrzebne Wi-Fi, Bluetooth, NFC albo inne rozwiązanie.
Czy rozwiązanie jest bezpieczne?
Urządzenie podłączone do sieci powinno mieć możliwość aktualizowania oprogramowania i odpowiedniego zabezpieczenia dostępu.
Najważniejsza zasada brzmi:
Urządzenie i oprogramowanie dobieramy do problemu, który chcemy rozwiązać, a nie tylko na podstawie liczby dostępnych funkcji.
