4 - Perspectivas para o futuro

Mapa mental do conteúdo da aula sobre perspectivas para o futuro da disciplina de microcontroladores para o curso de engenharia elétrica da faculdade Metropolitana de Porto Velho, ministrada pelo professor Autran (www.profautran.com.br)

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4 - Perspectivas para o futuro por Mind Map: 4 - Perspectivas para o futuro

1. Internet das coisas e web services

1.1. IOT

1.1.1. rede que interconecta objetos via Internet

1.1.2. É o conceito de integrar vários tipos de dispositivos eletrônicos, como sensores e GPS, sensores infravermelhos, e muitos outros dispositivos, o que permite a comunicação e troca de informação entre eles

1.1.3. Como resultado, essa rede possui funções de reconhecimento inteligente, localização, rastreamento e gerenciamento destes dispositivos.

1.2. Web Services

1.2.1. aplicações baseadas na web, que podem ser acessadas através de diferentes plataformas de hardware e sistemas operacionais

1.2.2. Estes serviços fazem uso da linguagem de marcação XML e do protocolo HTTP.

1.3. Aplicações

1.3.1. A internet das coisas irá revolucionar o nosso cotidiano, tornando tarefas que hoje são complicadas mais simples, graças ao uso de microcontroladores que irão auxiliar em diversas áreas que vão desde automação industrial até a área da medicina, por exemplo.

1.3.2. irão representar um apoio real para o desenvolvimento urbano e irão gerar um desenvolvimento sustentável para as cidades do futuro

1.3.3. informações sobre comportamento dos usuários serão incorporadas, garantindo maior personalização dos serviços

1.3.4. É possível realizar o desenvolvimento de um sistema residencial inteligente baseado na Internet das coisas, integrando sensores de temperatura e sensores de luz, controlando o ar condicionado e os sistemas de entretenimento da residência através da conexão da plataforma Arduino em conjunto com um web service

1.3.5. a comunicação entre o governo e o povo será facilitada, até mesmo desastres ambientais poderão ser evitados graças ao uso dessa nova tecnologia.

1.4. 4ª Revolução Industrial

1.4.1. E o meu emprego?

2. Sistemas Embarcados

2.1. Definição

2.1.1. são computadores reais, tendo uma UCP, memória e algum tipo de capacidade de E/S.

2.1.2. Mas eles são diferentes dos computadores de propósito geral porque eles realizam um número limitado de tarefas dentro do domínio de um grande sistema.

2.1.3. Sistemas embarcados podem ser encontrados em dispositivos simples, como uma máquina de café até sistemas mais complexos e críticos como aeronaves comerciais

2.2. Aplicações

2.2.1. Industria automotiva

2.2.1.1. Muitos dos automóveis atuais contêm dezenas de computadores, cada um dos quais controlando um subsistema específico.

2.2.1.2. Estes subsistemas incluem injeção de combustível, controle de emissões, freios antibloqueantes e piloto automático

2.2.2. Computadores

2.2.2.1. um controlador de unidade de disco é um exemplo de um computador dentro de outro computador

2.2.2.2. O controlador posiciona o braço do disco e codifica e decodifica dados à medida que estes são escritos e lidos na superfície do disco.

2.3. Desenvolvimento

2.3.1. difere da computação de propósito geral por exigir um profundo conhecimento do hardware subjacente

2.3.2. Uma pessoa que escreve programas de aplicação em linguagem de alto nível, tais como Java ou C++, pode nunca conhecer ou se preocupar com a ordem de representação dos bytes para armazenamento de dados no sistema, ou se uma interrupção ocorre em um determinado momento. Entretanto, estas considerações são muito importantes na mente de um programador de sistemas embarcados

2.3.3. Fatores

2.3.3.1. restrições incluem velocidade limitada da UCP

2.3.3.2. memória limitada

2.3.3.3. restrições de peso

2.3.3.4. consumo de energia limitado

2.3.3.5. espaço físico limitado

2.4. Classificação

2.4.1. operados a bateria

2.4.1.1. Dispositivos Portáteis

2.4.1.2. necessitam mazimizar a vida da bateria e minimizar o seu tamanho

2.4.2. consumo fixo

2.4.2.1. telefones públicos

2.4.2.2. identificadores de chamadas

2.4.2.3. possuem suprimento de energia limitado

2.4.2.4. seu objetivo é oferecer o máximo desempenho dentro das restrições de energia limitada disponível

2.4.3. sistemas de alta densidade

2.4.3.1. Estes sistemas frequentemente têm suprimento ilimitado de energia, mas devem limitar o consumo para evitar superaquecimento

2.5. Caracteristicas

2.5.1. funcionais

2.5.2. flexíveis

2.5.3. pequenos

2.5.4. de baixo custo

3. Robótica

3.1. Definição

3.1.1. A Robótica é uma ciência que combina o uso da tecnologia e conhecimento necessários para a construção de robots

3.1.2. Um robot já não é sinónimo apenas de um humanoide, braço robótico numa linha de montagem fabril, piloto automático numa aeronave, inteligência artificial composta por neurónios ou uma simples máquina que executa tarefas de limpeza

3.1.3. hoje em dia um robot representa também um programa de computador que executa tarefas destinadas a humanos

3.2. Aplicação

3.2.1. originalmente pensado para substituir humanos em determinadas tarefas

3.2.1.1. condições de trabalho perigosas

3.2.1.2. custos de produção mais baixos

3.2.1.3. tarefas monótonas e repetitivas

3.2.1.4. sistemas mais complexos e temporalmente críticos

3.3. Microcontroladores

3.3.1. robótica amadora

3.3.1.1. sistemas é tipicamente não muito complexos

3.3.1.2. habitualmente de fácil implementação pela maioria dos utilizadores

3.3.2. Mais Usados

3.3.2.1. Microcontroladores Atmel AVR (ATmega, ATtiny, etc.).

3.3.2.1.1. Arduino

3.3.2.2. Microcontroladores PIC Microchip Technology (PIC16, PIC24, etc.).

3.3.2.2.1. BASIC Stamp

3.3.2.3. Microcontroladores baseados em arquitetura ARM.

3.3.2.3.1. Lego NXT

4. Considerações sobre Segurança

4.1. Definições

4.1.1. Cada vez mais precisamos de aparelhos que façam parte da grande rede (WEB), mas enquanto eles se comunicam com outros aparelhos, abrem uma porta para o roubo de dados ou invasões com o intuito de destruir ou apenas para causar danos ao sistema.

4.1.2. Horas e horas de desenvolvimento sobre um futuro produto que pode ser sucesso de vendas, pode virar um fracasso comercial ou dar muita dor de cabeça com recall, só por causa de falha de segurança

4.1.3. Muitas vezes uma simples invasão pode permitir o acesso a todos os dados do usuário, outras vezes os dados corrompidos por alguém ou mesmo vírus podem travar o sistema ou trazer um funcionamento errôneo

4.2. Aplicações

4.2.1. Quando estamos desenvolvendo um projeto, independentemente de sua aplicação, é muito comum dedicarmos tempo demais para o seu funcionamento, e logo esquecermos da segurança

4.2.2. quem gostaria de danificar ou invadir nosso equipamento que serve para abrir a válvula de fluxo de ar de uma caldeira?

4.2.3. sistemas automotivos

4.2.3.1. Não é necessário dizer o que aconteceria se uma invasão neste sistema fosse realizada.

4.3. a Solução e a criptografia

5. SOC - System On a Chip

5.1. Definição

5.1.1. um único chip é capaz de conter processador, memória e até placa de vídeo, recebendo uma classificação especial conhecida como SoC (System on a Chip - Sistema em um chip).

5.1.2. Utilizam a arquitetura ARM de 32 Bits

5.1.2.1. ARM

5.2. Aplicações

5.2.1. Antes restritos a grandes centros de automação

5.2.2. smartphones e tablets

5.2.3. atualmente é possível encontrar até computadores completos do tamanho de um pequeno bloco de notas equipados com eles

5.3. Mais Usados

5.3.1. Tegra, fabricado pela Nvidia

5.3.2. Exynos da Samsung

5.3.3. Ambos os SoCs acima possuem processamento de sobra para executar a maioria das tarefas que estamos acostumados, como ver filmes, editar textos, navegar pela internet e muito mais com uma eficiência energética muito maior do que os Intel Core i7 e AMD Bulldozer

5.3.4. Outros exemplos

5.3.4.1. Texas

5.3.4.2. Intel

5.3.4.3. Apple

5.4. E nos computadores

5.4.1. Mas se eles são tão bons, por que não vemos computadores equipados com eles à venda?

5.4.2. os SoCs utilizam sua própria arquitetura de funcionamento conhecida como RISC, adotada pela ARM (maior fabricante de SoCs do mundo), o que gera um problema de compatibilidade na hora de executar esses programas.

5.4.3. A solução? Recompilar todos os programas escritos para rodar nos PCs que utilizamos atualmente para que funcionem na arquitetura RISC, o que é inviável do ponto de vista técnico

5.4.4. O Windows 8 é a primeira versão completa desenvolvida pela Microsoft que possui uma versão ARM

5.4.5. Segundo pesquisas, os dispositivos portáteis com telas sensíveis ao toque, como tablets e smartphones, substituirão o desktop em grande parte das tarefas com as quais estamos acostumados,

5.4.6. deixando as tarefas pesadas e jogos de altíssima resolução para os PCs

5.4.7. A linha que separa o que é possível fazer em dispositivos móveis e o que ainda depende de um computador está ficando cada vez menor

5.4.8. Alguns aparelhos, transformam-se em verdadeiros computadores ao serem conectados ao monitor, teclado e mouse

6. Conceitos Importantes:

6.1. Frequência de clock

6.1.1. base de tempo para as operações desempenhadas pela CPU e demais periféricos presentes no microcontrolador.

6.2. Instrução

6.2.1. Define uma única ação (tarefa) que o microcomputador pode executar por vez

6.3. Programa (Software)

6.3.1. Conjunto de instruções arranjadas de forma organizada que apresenta uma função específica

6.4. Firmaware

6.4.1. Conjunto de instruções operacionais programadas diretamente no HARDWARE de um equipamento eletrônico

6.5. Hardware

6.5.1. Partes eletrônicas de um microcomputador

6.6. Microcontrolador

6.6.1. Microcomputador integrado num único chip (microprocessador + periféricos)

6.7. Periféricos

6.7.1. Circuitos acessórios ao computador que realizam tarefas específicas

6.7.1.1. Timers

6.7.1.2. Conversores AD/DA

6.7.1.3. Portas de Comunicação

6.8. MIPS

6.8.1. Milhões de Instruções Por Segundo

6.8.2. É uma unidade de desempenho do microprocessador

6.9. FLOPS

6.9.1. Instruções com Ponto Flutuante Por Segundo

6.9.2. É também uma unidade de desempenho do microprocessador. Indica a capacidade de trabalhar com números decimais

6.10. BIOS

6.10.1. Basic Input/Output System

6.10.2. É o conjunto mínimo de instruções necessárias para a inicialização do computador

7. Arquiteturas Harvard e Von Neuman

7.1. Arquitetura Von Neuman

7.1.1. Quando um sistema de processamento de dados (processadores e microcontroladores) possui uma única área de memória na qual ficam armazenados os dados (variáveis) e o programa a ser executado (software), dizemos que esse sistema segue a arquitetura de Von Neuman (pronuncia-se “fon noiman”).

7.1.2. Conforme pode ser observado na Figura acima, não existe separação entre dados e programa, uma vez que há uma única área de memória. Dessa forma, o processador deve executar uma única ação por vez: ou acessa os dados ou executa uma instrução

7.1.3. Von Neuman

7.2. Arquitetura Harvard

7.2.1. os dados (variáveis) ficam armazenados em uma área de memória e o programa a ser executado (software) fica armazenado em outra área de memória

7.2.2. Na arquitetura Harvard observamos dois barramentos distintos: um para acessar a memória de dados e outro para acessar a memória de programas.

7.2.3. Dessa forma, o processador pode buscar e executar uma instrução ao mesmo tempo em que acessa a memória de dados para ler ou para gravar algum valor

7.2.4. Harvard

7.2.5. Barramentos Separados

7.2.5.1. Data Bus

7.2.5.2. Programm Bus

7.2.5.3. Devido à separação entre dados e programa, um processador da arquitetura Harvard executará um programa em menor tempo do que um processador da arquitetura Von Neuman de mesmo clock.

7.2.5.4. Comparativo

7.3. Resumindo

7.3.1. Na realidade, a característica mais marcante da arquitetura de von Neumann é a forma como a CPU acessa os dados e as instruções.

7.3.2. Nesta arquitetura, as instruções e os dados são buscados em tempos distintos. Em oposição, arquiteturas como a de Harvard possibilitam que a CPU busque as instruções e os dados ao mesmo tempo. Isto provoca um ganho substancial de performance

7.3.3. Contudo, provoca também um aumento significativo nos custos de produção. Por esta razão, a Arquitetura de Harvard é muito pouco utilizada.