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Hardware

Ciência da Computação do A-Level · Topic 3 · ⁨Tópico 3⁩

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22:38

Computadores & Componentes

Abra qualquer computador — além da caixa, além dos chips, até chegar ao silício — e você encontrará chaves (switches). Não milhares. Bilhões. E cada uma delas faz…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas⁩

3.1

Computers and their components · ⁨Computadores e seus componentes⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Candidates should be able to: Notes and guidance
Show understanding of the need for input, output, primary memory and secondary (including removable) storage
Show understanding of embedded systems Including: benefits and drawbacks of embedded systems
Describe the principal operations of hardware devices Including: Laser printer, 3D printer, microphone, speakers, magnetic hard disk, solid state (flash) memory, optical disc reader/writer, touchscreen, virtual reality headset
Show understanding of the use of buffers
Explain the differences between Random Access Memory (RAM) and Read Only Memory (ROM) Including their use in a range of devices and systems
Explain the differences between Static RAM (SRAM) and Dynamic RAM (DRAM) Including the use of SRAM and DRAM in a range of devices and systems and the reasons for using one instead of the other depending on the device and its use
Explain the difference between Programmable ROM (PROM), Erasable Programmable ROM (EPROM) and Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM)
Show an understanding of monitoring and control systems Including: • difference between monitoring and control • use of sensors (including temperature, pressure, infra-red, sound) and actuators • importance of feedback
Português
Os candidatos devem ser capazes de: Notas e orientações
Demonstrar compreensão da necessidade de entrada, saída, memória primária e armazenamento secundário (incluindo removível)
Demonstrar compreensão de sistemas embutidos Incluindo: benefícios e desvantagens dos sistemas embutidos
Descrever as principais operações de dispositivos de hardware Incluindo: Impressora a laser, impressora 3D, microfone, alto-falantes, disco rígido magnético, memória de estado sólido (flash), leitor/gravador de disco óptico, tela sensível ao toque, óculos de realidade virtual
Demonstrar compreensão do uso de buffers
Explicar as diferenças entre Memória de Acesso Aleatório (RAM) e Memória Somente Leitura (ROM) Incluindo seu uso em uma variedade de dispositivos e sistemas
Explicar as diferenças entre Memória RAM Estática (SRAM) e Memória RAM Dinâmica (DRAM) Incluindo o uso de SRAM e DRAM em uma variedade de dispositivos e sistemas e os motivos para usar um em vez do outro dependendo do dispositivo e de seu uso
Explicar a diferença entre ROM Programmável (PROM), ROM Programmável Apagável (EPROM) e ROM Programmável Apagavel Electricamente (EEPROM)
Demonstrar compreensão de sistemas de monitoramento e controle Incluindo: • diferença entre monitoramento e controle • uso de sensores (incluindo temperatura, pressão, infravermelho, som) e atuadores • importância do feedback

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English

A general-purpose computer has four building blocks:

  • input devices 输入设备 — get data in (keyboard, mouse, microphone, scanner, sensors).
  • output devices 输出设备 — give results out (monitor, speakers, printer, actuators).
  • primary memory 主存储器 — fast memory the processor 处理器 (CPU) reaches directly (RAM and ROM). Holds the running program and its data.
  • secondary storage 辅助存储器 — slower, larger, keeps programs and data when not in use (hard disk, SSD, optical disc, USB stick).

The syllabus asks why each is needed. Input devices are needed because the computer can only work on data and instructions that have been entered. Output devices are needed to present the results in a form people can use. Primary memory is needed because the processor can only execute instructions and use data that are held in memory it can address directly, and it must reach them fast. Secondary storage is needed because primary memory is volatile and small: programs and data must survive the power being switched off, in a larger and cheaper store, and removable storage lets data be moved between computers or kept as a backup.

Português

Um computador de uso geral tem quatro blocos construtivos:

  • dispositivos de entrada 输入设备 — inserem dados (teclado, mouse, microfone, scanner, sensores).
  • dispositivos de saída 输出设备 — apresentam resultados (monitor, alto-falantes, impressora, atuadores).
  • memória principal 主存储器 — memória rápida que o processador 处理器 (CPU) acessa diretamente (RAM e ROM). Mantém o programa em execução e seus dados.
  • armazenamento secundário 辅助存储器 — mais lento, maior, mantém programas e dados quando não estão em uso (disco rígido, SSD, disco óptico, pen drive).

O programa exige saber por que cada um é necessário. Dispositivos de entrada são necessários porque o computador só pode trabalhar com dados e instruções que foram inseridos. Dispositivos de saída são necessários para apresentar os resultados em uma forma utilizável pelas pessoas. A memória principal é necessária porque o processador só pode executar instruções e usar dados que estão armazenados na memória que ele pode endereçar diretamente, e deve acessá-los rapidamente. O armazenamento secundário é necessário porque a memória principal é volátil e pequena: programas e dados devem sobreviver à desligamento da energia, em um armazenamento maior e mais barato, e o armazenamento removível permite mover dados entre computadores ou mantê-los como backup.

Um teclado de computador QWERTY sem fio branco de tamanho completo sobre fundo branco
Um teclado: um dispositivo de entrada comum para digitar texto e comandos
Um mouse de computador sem fio moderno sobre fundo branco, com dois botões e uma roda de rolagem
Um mouse: um dispositivo de ponteiro de entrada
Um scanner de leito plano sobre fundo branco, com uma foto saindo pela frente após a digitalização
Um scanner de leito plano: um dispositivo de entrada que transforma uma página de papel em uma imagem digital
Um monitor de computador de ecrã plano prateado num suporte redondo, com o ecrã escuro
Um monitor: um dispositivo de saída comum que exibe a imagem do ecrã
Explore · ⁨Explorar⁩

Toque nos blocos de um sistema de computador

Explore os quatro blocos mais a CPU. Os dados fluem entrada → processamento → saída, enquanto a memória primária segura o programa em execução e o armazenamento secundário o mantém para depois.

Explore · ⁨Explorar⁩

Laboratório de roteamento de rede

Siga os dados de um dispositivo através do hardware de rede e protocolos.

3.1

Embedded systems · ⁨Sistemas embarcados⁩

English

An embedded system 嵌入式系统 is a computer built into another device to do one fixed job (washing machine, microwave, car engine unit, thermostat).

  • benefits: optimised for one task, so it is small, uses little power and is cheap to make in volume; reliable, because it runs one fixed program with few chances to go wrong; starts quickly and needs no user set-up; easy to use through a simple interface.
  • drawbacks: limited to its one task, so it cannot be upgraded to do more; hard to update (its firmware 固件 may need special tools or cannot be changed at all); difficult to troubleshoot, and usually the whole device must be replaced when it fails; if it is connected to a network it can be a security weakness, because its software is rarely patched.

A "describe the drawbacks" question wants each drawback as a full point: what the limitation is and what it means for the user, for example "the firmware cannot be updated, so a security fault found later cannot be fixed".

Português

Um sistema embarcado 嵌入式系统 é um computador construído dentro de outro dispositivo para realizar uma tarefa fixa (máquina de lavar, micro-ondas, unidade de motor do carro, termostato).

  • vantagens: optimizado para uma única tarefa, por isso é pequeno, consome pouca energia e é barato de fabricar em grande escala; fiável, porque executa um programa fixo com poucas oportunidades de erro; inicia rapidamente e não requer configuração pelo utilizador; fácil de usar através de uma interface simples.
  • desvantagens: limitado à sua única tarefa, por isso não pode ser atualizado para fazer mais coisas; difícil de atualizar (o seu firmware 固件 pode precisar de ferramentas especiais ou não pode ser alterado); difícil de diagnosticar e, geralmente, todo o dispositivo deve ser substituído quando falha; se estiver ligado a uma rede, pode ser uma fraqueza de segurança, porque o seu software raramente é corrigido.

Uma questão "descreva as desvantagens" pretende que cada desvantagem seja apresentada como um ponto completo: qual é a limitação e o que significa para o utilizador, por exemplo "o firmware não pode ser atualizado, por isso um defeito de segurança descoberto mais tarde não pode ser corrigido".

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
firmware/ˈfɜːmweə/ 固件 gù jiàn
3.1

Principal hardware devices · ⁨Dispositivos de hardware principais⁩

English

Laser printer

A laser printer 激光打印机 scans the page image onto a charged photosensitive drum 感光鼓. Toner 墨粉 sticks to the charged areas, transfers to the paper, and is melted on by a fuser. Fast, sharp, high-volume.

How it works, in the steps the mark scheme lists:

  1. The data for the page is sent to the printer's buffer.
  2. The drum is given a uniform electrostatic charge.
  3. A laser, reflected off a rotating mirror, scans the page image onto the drum, removing the charge where it strikes, so the charge left on the drum matches the image.
  4. Toner, a charged powder, is attracted to the charged parts of the drum only.
  5. The paper is given the opposite charge and rolled against the drum, so the toner transfers onto it.
  6. The fuser 定影器, a pair of heated rollers, melts the toner into the paper. The drum is then discharged and cleaned for the next page.

3D printer

A 3D printer 3D打印机 builds an object layer by layer: FDM melts plastic filament through a nozzle; stereolithography cures liquid resin with a UV laser. Used for prototypes and custom medical parts.

How it works:

  1. A model of the object is designed in CAD software (or scanned).
  2. Slicing software divides the model into thin horizontal layers and produces the instructions for each one.
  3. The printer builds the object one layer at a time: an FDM printer melts plastic filament 塑料丝 and lays it down through a moving nozzle; a resin printer cures liquid resin with a laser or UV light; a powder printer fuses powder with a laser.
  4. Each layer bonds to the layer below, and the platform (or nozzle) moves by one layer's thickness.
  5. When the last layer is done, any support material is removed. Uses include prototypes, custom medical parts such as prosthetics, and spare parts printed on demand.

Microphone and speakers

A microphone 麦克风 turns sound into an electrical signal (a diaphragm vibrates, changing capacitor 电容器 charge or coil position); the signal is digitised by an analogue-to-digital converter 模数转换器 (ADC). A speaker does the reverse — a varying signal drives a coil in a magnetic field, moving a cone to make sound.

How a microphone works: sound waves make a diaphragm 膜片 vibrate; in a dynamic microphone a coil attached to the diaphragm moves in a magnetic field, so a varying current is induced in it, and in a condenser microphone the diaphragm is one plate of a capacitor whose capacitance changes as it moves; the varying analogue signal is then sampled by an ADC and stored as digital data. A speaker runs the chain backwards: a digital-to-analogue converter 数模转换器 (DAC) produces a varying current, the current in the coil creates a changing magnetic field that pushes against the permanent magnet, the coil and cone move in and out, and the cone's movement makes pressure waves in the air.

Magnetic hard disk (HDD)

A hard disk 硬盘 stores data on spinning platters coated with magnetic material. Each platter has tracks 磁道 divided into sectors 扇区. A read/write head 读写头 floats just above and magnetises tiny regions (write) or senses them (read). Cheap per gigabyte, but slower than SSDs and has moving parts.

How it works: the platters spin at high speed (thousands of revolutions per minute); each surface is divided into concentric tracks and each track into sectors; read/write heads on actuator arms 磁头臂 move across the platters to the right track; to write, the head magnetises a tiny region with one of two polarities, representing 0 or 1; to read, it detects the polarity as the region passes beneath it. The delays, waiting for the arm to reach the track and for the sector to spin round, are why a hard disk is slower than an SSD.

Solid-state (flash) memory

A solid-state drive 固态硬盘 stores data as charge in transistors 晶体管, with no moving parts. Faster random access than HDDs, tougher, lower power, but dearer per gigabyte; each cell wears out after many writes.

How it works: each cell is a floating-gate transistor 浮栅晶体管; a charge trapped on the floating gate represents a bit and stays there when the power is off; a controller chip maps each address to a cell and spreads writes across the cells, because a cell survives only a limited number of writes.

Magnetic hard disk Solid-state drive
Moving parts platters and heads none
Speed slower: seek and rotation delays much faster random access
Cost per gigabyte lower higher
Robustness damaged by knocks; noisy; more power shock-resistant; silent; less power
Lifetime many rewrites; wears mechanically limited write cycles per cell

A "why a server uses hard disks rather than SSDs" question wants the left column: cheaper per gigabyte for very large capacities, a long life under constant rewriting, and easier data recovery.

Optical disc

A laser detects reflections from tiny pits on an optical disc 光盘 (CD, DVD, Blu-ray). The drive is an optical disc reader/writer: writing uses a stronger laser to change the surface's reflectivity.

How it works: the disc carries one long spiral track of pits 凹坑 and lands 平台 (the flat areas between them); the disc spins and a laser is focused on the track; light reflected from a land differs from light reflected at the edge of a pit, and a light sensor reads each change as a 1 and no change as a 0. Writing uses a stronger laser to change the reflectivity of a dye or alloy layer. A Blu-ray uses a blue laser with a shorter wavelength, so its pits are smaller and closer together, which is why it holds more data than a DVD.

Touchscreen

A touchscreen 触摸屏 senses contact. Resistive 电阻式: two conductive layers pressed together; works with anything but is less accurate. Capacitive 电容式: a finger disturbs a charge field; accurate, multi-touch, used in phones.

How it works: a resistive screen has two thin conductive layers separated by spacers; pressing pushes the top layer onto the bottom one, closing a circuit at that point, and the controller reads the voltage to find the coordinates. A capacitive screen has a glass layer coated with a transparent conductor that holds a charge; a finger touching it draws a tiny current, the current is measured at each corner, and the controller works out the touch position from the differences. Capacitive screens respond to a light touch and to several fingers at once, but not to a gloved finger or an ordinary stylus.

Virtual reality headset

A virtual reality 虚拟现实 (VR) headset has two small displays (one per eye) and motion sensors (accelerometer 加速度计, gyroscope 陀螺仪) that track head movement so the scene shifts as you look around.

How it works: each eye sees its own display through a lens, and the two images differ slightly, so the brain sees depth; sensors (accelerometer, gyroscope, sometimes cameras) report where the head is and which way it points; the computer re-renders the scene from that viewpoint many times a second, so turning the head turns the view; headphones give sound that matches the direction. Used for games, for training such as flight or surgery simulators, and for viewing designs before they are built.

Português

Impressora a laser

Uma impressora a laser 激光打印机 digitaliza a imagem da página num tambor fotosensível carregado. O toner 墨粉 adere às áreas carregadas, transfere-se para o papel e é fundido por um fixador. Rápida, nítida, alta capacidade.

Uma impressora a laser preta de mesa sobre fundo branco, com uma página impressa a sair pela parte superior
Uma impressora a laser: impressão rápida e nítida utilizando um tambor carregado e toner

Como funciona, nos passos listados no guia de correção:

  1. Os dados da página são enviados para o buffer da impressora.
  2. O tambor recebe uma carga eletrostática uniforme.
  3. Um laser, refletido por um espelho rotativo, digitaliza a imagem da página no tambor, removendo a carga onde atinge, de modo que a carga restante no tambor corresponde à imagem.
  4. O toner, um pó carregado, é atraído apenas para as partes carregadas do tambor.
  5. O papel recebe a carga oposta e rola contra o tambor, transferindo o toner para ele.
  6. O fixador 定影器, um par de rolos aquecidos, funde o toner no papel. O tambor é então descarregado e limpo para a próxima página.

Impressora 3D

Uma impressora 3D 3D打印机 constrói um objeto camada por camada: FDM derrete filamento plástico através de uma bocal; estereolitografia cura resina líquida com um laser UV. Usada para protótipos e peças médicas personalizadas.

Uma impressora 3D FDM preta de mesa com invólucro e painel frontal de vidro, com uma peça sendo impressa no interior, sobre fundo branco
Uma impressora 3D FDM constrói um objeto camada por camada fundindo filamento plástico

Como funciona:

  1. Um modelo do objeto é desenhado em software CAD (ou escaneado).
  2. Software de fatiamento divide o modelo em camadas horizontais finas e produz as instruções para cada uma.
  3. A impressora constrói o objeto camada a camada: uma impressora FDM derrete filamento plástico 塑料丝 e deposita-o através de um bocal móvel; uma impressora de resina cura resina líquida com um laser ou luz UV; uma impressora de pó funde pó com um laser.
  4. Cada camada une-se à camada inferior, e a plataforma (ou bocal) move-se na espessura de uma camada.
  5. Quando a última camada está pronta, qualquer material de suporte é removido. As utilizações incluem protótipos, peças médicas personalizadas como próteses, e peças sobressalentes impressas sob demanda.

Microfone e altifalantes

Um microfone 麦克风 converte som num sinal elétrico (um diafragma vibra, alterando a carga do capacitor 电容器 ou a posição da bobina); o sinal é digitalizado por um conversor analógico-digital 模数转换器 (ADC). Um altifalante faz o inverso — um sinal variável aciona uma bobina num campo magnético, movendo um cone para produzir som.

Um microfone de mesa USB preto apoiado na sua base, sobre fundo branco
Um microfone converte som num sinal elétrico
Corte transversal de um microfone: ondas sonoras atingem um diafragma ligado a uma bobina ao redor de um íman permanente, gerando uma corrente de saída
Dentro de um microfone: o som vibra o diafragma e a bobina para produzir uma corrente
Corte transversal de um alto-falante: corrente numa bobina ao redor de um núcleo de ferro próximo de um íman permanente move um cone de papel para producing ondas sonoras
No interior de um alto-falante: uma corrente variável na bobina move o cone para produzir som

Como funciona um microfone: ondas sonoras fazem um diafragma 膜片 vibrar; num microfone dinâmico, uma bobina ligada ao diafragma move-se num campo magnético, induzindo uma corrente variável nele, e num microfone condensador o diafragma é uma placa de um capacitor cuja capacitância muda conforme se move; o sinal analógico variável é depois amostrado por um ADC e armazenado como dados digitais. Um altifalante percorre a cadeia ao contrário: um conversor digital-analógico 数模转换器 (DAC) produz uma corrente variável, a corrente na bobina cria um campo magnético variável que empurra contra o íman permanente, a bobina e o cone movem-se para dentro e para fora, e o movimento do cone gera ondas de pressão no ar.

Disco rígido magnético (HDD)

Um disco rígido 硬盘 armazena dados em pratos girantes revestidos com material magnético. Cada prato tem trilhas 磁道 divididas em setores 扇区. Uma cabeça de leitura/escrita 读写头 flutua logo acima e magnetiza pequenas regiões (escrita) ou as deteta (leitura). Barato por gigabyte, mas mais lento que SSDs e possui peças móveis.

Uma unidade de disco rígido 3.5 polegadas aberta: um prato circular brilhante com o braço atuador e a cabeça de leitura/escrita repousando sobre ele
Um disco rígido aberto: o braço atuador transporta a cabeça de leitura/escrita sobre um prato
Um prato de disco rígido desenhado como círculos de trilha concêntricos, uma trilha destacada, dividido em setores
Trilhas e setores num prato de disco rígido

Como funciona: os pratos giram a alta velocidade (milhares de rotações por minuto); cada superfície é dividida em trilhas concêntricas e cada trilha em setores; cabeças de leitura/escrita em braços atuadores 磁头臂 movem-se pelos pratos até à trilha correta; para escrever, a cabeça magnetiza uma pequena região com uma das duas polaridades, representando 0 ou 1; para ler, detecta a polaridade à medida que a região passa por baixo dela. Os atrasos, esperando o braço alcançar a trilha e o setor girar, são por isso que um disco rígido é mais lento que um SSD.

Memória de estado sólido (flash)

Uma unidade de estado sólido 固态硬盘 armazena dados como carga em transistores 晶体管, sem peças móveis. Acesso aleatório mais rápido que HDDs, mais resistente, menor consumo de energia, mas mais caro por gigabyte; cada célula desgasta após muitas escritas.

A placa de circuito aberta de uma unidade de estado sólido sobre fundo branco: um grande chip de memória flash preto à esquerda, um chip controlador menor, muitos componentes minúsculos e um conector SATA plano ao longo da borda inferior — sem pratos ou peças móveis
No interior de um SSD: os dados são armazenados em chips de memória flash, sem peças móveis (compare com o disco rígido acima)

Como funciona: cada célula é um transistor de porta flutuante 浮栅晶体管; uma carga aprisionada na porta flutuante representa um bit e permanece lá quando a alimentação é desligada; um chip controlador mapeia cada endereço para uma célula e distribui as escritas pelas células, porque uma célula suporta apenas um número limitado de escritas.

Disco rígido magnético Unidade de estado sólido
Peças móveis pratos e cabeças nenhum
Velocidade mais lento: atrasos de busca e rotação acesso aleatório muito mais rápido
Custo por gigabyte menor maior
Robustez danificado por golpes; ruidoso; mais energia resistente a choques; silencioso; menos energia
Vida útil muitas reescritas; desgaste mecânico ciclos de escrita limitados por célula

Uma questão "por que um servidor usa discos rígidos em vez de SSDs" pretende a coluna da esquerda: mais barato por gigabyte para capacidades muito grandes, longa vida sob reescrita constante e recuperação de dados mais fácil.

Disco ótico

Um laser deteta reflexões de pequenas crateras num disco ótico 光盘 (CD, DVD, Blu-ray). A unidade é uma leitora/gravadora de discos óticos: a gravação utiliza um laser mais forte para alterar a refletividade da superfície.

Uma unidade de disco ótico externa sobre fundo branco, com a bandeja aberta e um disco colorido iridescente inserido
Uma unidade de disco ótico: um laser lê pequenas crateras num disco CD, DVD ou Blu-ray

Como funciona: o disco transporta uma longa trilha espiral de crateras 凹坑 e terras planas 平台 (as áreas planas entre elas); o disco gira e um laser é focado na trilha; a luz refletida de uma terra plana difere da luz refletida na borda de uma cratera, e um sensor de luz lê cada mudança como um 1 e nenhuma mudança como um 0. A gravação utiliza um laser mais forte para alterar a refletividade de uma camada de corante ou liga. Um Blu-ray utiliza um laser azul com comprimento de onda mais curto, por isso suas crateras são menores e mais próximas, o que explica por que armazena mais dados que um DVD.

Ecrã tátil

Um ecrã tátil 触摸屏 deteta contacto. Resistivo 电阻式: duas camadas condutoras pressionadas juntas; funciona com tudo mas é menos preciso. Capacitivo 电容式: um dedo perturba um campo de carga; preciso, multi-toque, usado em telemóveis.

Pessoas usando uma tela sensível ao toque de tablet e um laptop
Um ecrã tátil deteta onde um dedo toca o vidro

Como funciona: um ecrã resistivo tem duas camadas condutoras finas separadas por espaçadores; premir empurra a camada superior contra a inferior, fechando um circuito nesse ponto, e o controlador lê a tensão para encontrar as coordenadas. Um ecrã capacitivo tem uma camada de vidro revestida com um condutor transparente que retém uma carga; um dedo ao tocá-la desvia uma pequena corrente, a corrente é medida em cada canto, e o controlador calcula a posição do toque a partir das diferenças. Ecrãs capacitivos respondem a toques leves e a vários dedos ao mesmo tempo, mas não a um dedo enluvarado ou a uma caneta estilete comum.

Óculos de realidade virtual

Um headset de realidade virtual 虚拟现实 (VR) tem dois ecrãs pequenos (um para cada olho) e sensores de movimento (acelerómetro 加速度计, giroscópio 陀螺仪) que registam o movimento da cabeça para que a cena mude à medida que você olha à volta.

Um headset de realidade virtual branco com sua correia de cabeça e câmeras frontais, sobre fundo branco
Óculos de realidade virtual: duas pequenas telas e sensores de movimento rastreiam a cabeça

Como funciona: cada olho vê sua própria tela através de uma lente, e as duas imagens diferem ligeiramente, então o cérebro percebe profundidade; sensores (acelerômetro, giroscópio, às vezes câmeras) informam onde a cabeça está e para qual direção ela aponta; o computador re-renderiza a cena a partir daquele ponto de vista várias vezes por segundo, assim girar a cabeça gira a visão; fones de ouvido fornecem som que corresponde à direção. Usados para jogos, treinamento como simuladores de voo ou cirurgia, e para visualizar projetos antes de serem construídos.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
input devices/ˈɪnpʊt dɪˈvaɪsɪz/ 输入设备 shū rù shè bèi
microphone/ˈmaɪkrəfəʊn/ 麦克风 mài kè fēng
optical disc/ˈɒptɪkl dɪsk/ 光盘 guāng pán
volatile/ˈvɒlətaɪl/ 易失性 yì shī xìng
embedded system/emˈbedɪd ˈsɪstəm/ 嵌入式系统 qiàn rù shì xì tǒng
laser printer/ˈleɪzə ˈprɪntə/ 激光打印机 jī guāng dǎ yìn jī
drum/drʌm/ 感光鼓 gǎn guāng gǔ
toner/ˈtəʊnə/ 墨粉 mò fěn
fuser/ˈfjuːsə/ 定影器 dìng yǐng qì
3D printer/ˌθriː ˈdiː ˈprɪntə/ 3D打印机 3D dǎ yìn jī
filament/ˈfɪləmənt/ 塑料丝 sù liào sī
diaphragm/ˈdaɪəfræm/ 膜片 mó piàn
capacitor/kəˈpæsɪtə/ 电容器 diàn róng qì
analogue-to-digital converter/ˈænəlɒɡ tə ˈdɪdʒɪtl kənˈvɜːtə/ 模数转换器 mó shù zhuǎn huàn qì
digital-to-analogue converter/ˈdɪdʒɪtl tʊ ˈænəlɒɡ kənˈvɜːtə/ 数模转换器 shù mó zhuǎn huàn qì
tracks/træks/ 磁道 cí dào
sectors/ˈsektəz/ 扇区 shàn qū
read/write head/riːd raɪt hed/ 读写头 dú xiě tóu
actuator arms/ˈæktʃuːeɪtə ɑːmz/ 磁头臂 cí tóu bì
solid-state drive/ˈsɒlɪd steɪt draɪv/ 固态硬盘 gù tài yìng pán
transistors/trænˈzɪstəz/ 晶体管 jīng tǐ guǎn
floating-gate transistor/ˈfləʊtɪŋ ɡeɪt trænˈzɪstə/ 浮栅晶体管 fú zhà jīng tǐ guǎn
pits/pɪts/ 凹坑 āo kēng
lands/lændz/ 平台 píng tái
touchscreen/ˈtʌtʃskriːn/ 触摸屏 chù mō píng
resistive/rɪˈzɪstɪv/ 电阻式 diàn zǔ shì
capacitive/kəˈpæsɪtɪv/ 电容式 diàn róng shì
virtual reality/ˈvɜːtʃuːəl rɪˈælɪti/ 虚拟现实 xū nǐ xiàn shí
accelerometer/əkˌseləˈrɒmɪtə/ 加速度计 jiā sù dù jì
gyroscope/ˈdʒaɪrəskəʊp/ 陀螺仪 tuó luó yí
interrupt/ˈɪntərʌpt/ 中断 zhōng duàn
non-volatile/nɒn ˈvɒlətaɪl/ 非易失性 fēi yì shī xìng
3.1

Tampões

English

A buffer 缓冲 is memory that holds data temporarily while it moves between devices of different speeds. Example: the CPU writes a document to a printer buffer quickly, then is free to do other work while the printer prints from the buffer at its own pace. Buffers stop the fast device waiting for the slow one (also used in streaming, the keyboard, and disk access).

"State why a 3D printer needs a buffer": the computer sends the print data much faster than the printer can build the layers, so the data is held in the buffer until the printer is ready for it, and the processor is freed to do other work. When the buffer runs low the printer sends an interrupt 中断 to ask for more (topic 4). A video stream works the same way: the buffer fills ahead of playback so a short drop in the network speed does not stop the picture.

Português

Um buffer 缓冲 é memória que armazena dados temporariamente enquanto se movem entre dispositivos de velocidades diferentes. Exemplo: a CPU escreve um documento no buffer da impressora rapidamente, depois fica livre para fazer outro trabalho enquanto a impressora imprime do buffer em seu próprio ritmo. Buffers impedem que o dispositivo rápido aguarde o lento (também usado em streaming, teclado e acesso ao disco).

"Explique por que uma impressora 3D precisa de um buffer": o computador envia os dados de impressão muito mais rápido do que a impressora pode construir as camadas, então os dados são mantidos no buffer até que a impressora esteja pronta para recebê-los, e o processador é liberado para fazer outros trabalhos. Quando o buffer fica baixo, a impressora envia uma interrupção 中断 para pedir mais dados (tópico 4). Um fluxo de vídeo funciona da mesma forma: o buffer enche adiantado em relação à reprodução, para que uma pequena queda na velocidade da rede não pare a imagem.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
buffer/ˈbʌfə/ 缓冲 huǎn chōng
3.1

RAM and ROM · ⁨RAM e ROM⁩

English
  • RAM 随机存取存储器 (Random Access Memory) — volatile 易失性 (loses data without power). Holds the OS, running programs and their data; read and written constantly.
  • ROM 只读存储器 (Read-Only Memory) — non-volatile 非易失性 (keeps data without power). Usually written once; holds firmware needed at start-up (the BIOS / boot loader).

ROM starts the system; RAM then holds the active work.

RAM ROM
Volatile? yes: contents lost when the power is off no: contents kept without power
Read/write? read and written constantly read only in normal use
Holds the operating system, running programs and their data the firmware and bootstrap program that start the computer
Size large, and can usually be increased small and fixed
Typical use the main memory of a computer or phone the start-up code of a PC; the whole program of an embedded system such as a washing machine

More RAM lets a computer hold more programs and data at once, so it swaps less between memory and disk and runs faster; that is the answer to "explain why the computer with more RAM performs better".

The same memory split matters in a wearable device: its fixed program must remain available after power off, while its live readings change during use.

Português
  • RAM 随机存取存储器 (Random Access Memory) — volátil 易失性 (perde dados sem energia). Armazena o SO, programas em execução e seus dados; lida e escrita constantemente.
  • ROM 只读存储器 (Read-Only Memory) — não volátil 非易失性 (mantém dados sem energia). Geralmente gravada apenas uma vez; armazena firmware necessário na inicialização (o BIOS / boot loader).
RAM é volátil e leitura/escrita; ROM é não volátil e apenas leitura
RAM é volátil e leitura/escrita; ROM é não volátil e apenas leitura

A ROM inicia o sistema; a RAM então armazena o trabalho ativo.

RAM ROM
Volátil? sim: conteúdo perdido quando desliga não: conteúdo mantido sem energia
Leitura/escrita? lida e escrita constantemente apenas leitura no uso normal
Armazena o sistema operacional, programas em execução e seus dados o firmware e programa de inicialização que ligam o computador
Tamanho grande, e geralmente pode ser aumentado pequeno e fixo
Uso típico memória principal de um computador ou celular código de inicialização de um PC; o programa inteiro de um sistema embarcado como uma máquina de lavar

Mais RAM permite que um computador mantenha mais programas e dados ao mesmo tempo, trocando menos entre memória e disco e funcionando mais rápido; essa é a resposta para "explique por que o computador com mais RAM tem melhor desempenho".

Módulo de RAM (DIMM): um módulo de placa de circuito com espalhador de calor preto sobre os chips de memória e conector com borda dourada que se conecta a um slot na placa-mãe
Um módulo de RAM (DIMM) se conecta à placa-mãe como a memória principal rápida do computador

A mesma divisão de memória importa em um dispositivo vestível: seu programa fixo deve permanecer disponível após desligar, enquanto suas leituras vivas mudam durante o uso.

Monitor de frequência cardíaca usado no pulso de um corredor
Monitor de frequência cardíaca de pulso
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Laboratório de Dispositivos e Armazenamento

Classifique exemplos de computação pelo que eles fazem em um sistema.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
RAM/ræm/ 随机存取存储器 suí jī cún qǔ cún chǔ qì
ROM/rɒm/ 只读存储器 zhī dú cún chǔ qì
secondary storage/ˈsekəndəri ˈstɔːrɪdʒ/ 辅助存储器 fǔ zhù cún chǔ qì
hard disk/hɑːd dɪsk/ 硬盘 yìng pán
3.1

SRAM vs DRAM

English
  • SRAM 静态RAM (Static RAM) stores each bit in a flip-flop 触发器 of several transistors. Fast, but expensive and not dense. Used for CPU cache 高速缓存.
  • DRAM 动态RAM (Dynamic RAM) stores each bit as charge on a tiny capacitor. Cheaper and denser but slower, and must be refreshed 刷新 (rewritten) thousands of times a second. Used for main memory.

Use SRAM for small fast memory (cache); DRAM for large main memory.

SRAM DRAM
Each bit stored in a flip-flop of several transistors one capacitor and one transistor
Needs refreshing? no yes, thousands of times a second
Speed faster slower
Density and cost fewer bits per chip, more expensive more bits per chip, cheaper
Power uses less power when idle uses more, because of the refresh
Used for processor cache main memory, including in embedded systems

"Explain why the embedded system uses DRAM": it needs a large amount of memory at low cost in a small space, and its speed requirement is modest, so the cheaper, denser DRAM is the right choice; SRAM is kept for the small cache where speed matters most.

Português
  • SRAM 静态RAM (Static RAM) armazena cada bit em um flip-flop 触发器 de vários transistores. Rápido, mas caro e pouco denso. Usado para cache 高速缓存 da CPU.
  • DRAM 动态RAM (Dynamic RAM) armazena cada bit como carga em um capacitor minúsculo. Mais barato e denso, mas mais lento, e deve ser refreshed 刷新 (reescrito) milhares de vezes por segundo. Usado para memória principal.

Use SRAM para memória pequena e rápida (cache); DRAM para memória principal grande.

SRAM DRAM
Cada bit armazenado em um flip-flop de vários transistores um capacitor e um transistor
Precisa de refresh? não sim, milhares de vezes por segundo
Velocidade mais rápida mais lenta
Densidade e custo menos bits por chip, mais caro mais bits por chip, mais barato
Energia usa menos energia em repouso usa mais, devido ao refresh
Usado para cache do processador memória principal, incluindo em sistemas embarcados

"Explique por que o sistema embarcado usa DRAM": ele precisa de uma grande quantidade de memória a baixo custo em espaço reduzido, e seu requisito de velocidade é modesto, então o DRAM mais barato e denso é a escolha certa; a SRAM é mantida para o cache pequeno onde a velocidade importa mais.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
SRAM/ˈesræm/ 静态 jìng tài
DRAM/ˈdiːræm/ 动态 dòng tài
flip-flop/flɪp flɒp/ 触发器 chù fā qì
cache/kæʃ/ 高速缓存 gāo sù huǎn cún
refreshed/rɪˈfreʃt/ 刷新 shuā xīn
3.1

PROM, EPROM and EEPROM · ⁨PROM, EPROM e EEPROM⁩

English

ROM variants you can program after manufacture:

  • PROM (Programmable ROM) — written once (fuses burned by a programmer); cannot be changed.
  • EPROM (Erasable Programmable ROM) — erased by strong UV light through a window, then rewritten (whole chip at once).
  • EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) — erased and rewritten electrically, a byte at a time, in circuit. Flash memory is a derivative optimised for block erase.
PROM EPROM EEPROM
Written once, by the user with a programmer many times many times
Erased by cannot be erased ultraviolet light through a quartz window an electrical signal
Erases nothing the whole chip at once a byte or block at a time
Must be removed from the circuit to reprogram? not applicable yes no

"Give two differences between EPROM and EEPROM" wants two rows of this table, each stated for both types.

Português

Variações de ROM que você pode programar após a fabricação:

  • PROM (Programmable ROM) — escrito uma única vez (fusíveis queimados por um programador); não pode ser alterado.
  • EPROM (Erasable Programmable ROM) — apagado por luz UV forte através de uma janela, depois reescrito (todo o chip de uma vez).
  • EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) — apagado e reescrito eletricamente, byte por byte, no circuito. A memória Flash é um derivado otimizado para apagar blocos.
Chip EPROM preto com janela de quartzo circular expondo seu die de silício
Um chip EPROM com janela para apagamento ultravioleta
PROM EPROM EEPROM
Escrito uma vez, pelo usuário com um programador muitas vezes muitas vezes
Apagado por não pode ser apagado luz ultravioleta através de uma janela de quartzo um sinal elétrico
Apaga nada todo o chip de uma vez um byte ou bloco por vez
Deve ser removido do circuito para reprogramar? não aplicável sim não

"Dê duas diferenças entre EPROM e EEPROM" pede duas linhas desta tabela, declaradas para ambos os tipos.

3.1

Monitoring and control systems · ⁨Sistemas de monitoramento e controle⁩

English

Both read sensors; the difference is what they do next.

  • monitoring 监控 — collects and reports data but takes no action (a weather station logging readings).
  • control system 控制系统 — uses sensor data to decide and act through actuators, usually in a feedback loop (a thermostat turning a boiler on/off).

The three-mark "describe the differences" answer: a monitoring system only measures, records or displays the readings, and at most raises a warning; a control system compares each reading with a preset value 预设值 and, if it is outside the range, sends signals to actuators that change the physical process; the change is then measured again, so a control system contains feedback and a monitoring system does not. Whether a given system is one or the other is decided by that test: a bridge system that measures a vehicle's height and switches on a warning sign is monitoring, because nothing it does changes the vehicle; a system that lowers a barrier is control.

Worked example. Describe how an automated system opens a door when a person is within 2 metres and closes it when nobody is.

An infra-red or ultrasonic sensor measures the distance to anything in front of the door; the analogue reading is converted to digital by an ADC and sent to the processor; the processor compares the distance with the preset 2 metres; if it is less, the processor sends a signal to the actuator (a motor) to open the door; the sensor keeps measuring, and when no reading below 2 metres is received the processor signals the motor to close the door. The repeated measuring after each action is the feedback that stops the door opening and closing at the wrong times.

Sensors and actuators

A sensor 传感器 turns a physical quantity into a signal: temperature (a thermistor 热敏电阻 or thermocouple), pressure (strain gauge), infra-red, sound. Analogue signals need an ADC first. An actuator 执行器 does the reverse — turns a signal into an action (a motor, valve, heater, buzzer).

Feedback

In a control system the actuator changes the environment, which the sensors then re-measure — a feedback 反馈 loop. Without feedback the system cannot correct itself or know when to stop (a thermostat with no temperature feedback would heat forever).

Português

Ambos leem sensores; a diferença é o que fazem a seguir.

  • monitoramento 监控 — coleta e relata dados, mas não toma ação (uma estação meteorológica registrando leituras).
  • sistema de controle 控制系统 — usa dados dos sensores para decidir e agir através de atuadores, geralmente em um loop de feedback (um termostato ligando/desligando uma caldeira).

A resposta de três pontos "descreva as diferenças": um sistema de monitoramento apenas mede, registra ou exibe as leituras, e no máximo levanta um alerta; um sistema de controle compara cada leitura com um valor predefinido 预设值 e, se estiver fora da faixa, envia sinais para atuadores que alteram o processo físico; a mudança é então medida novamente, então um sistema de controle contém feedback e um sistema de monitoramento não. Se um dado sistema é um ou outro é decidido por esse teste: um sistema de ponte que mede a altura de um veículo e acende um sinal de aviso é monitoramento, porque nada que ele faz altera o veículo; um sistema que abaixa uma barreira é controle.

Exemplo resolvido. Descreva como um sistema automático abre uma porta quando uma pessoa está dentro de 2 metros e a fecha quando ninguém está presente.

Um sensor infravermelho ou ultrassônico mede a distância até qualquer objeto à frente da porta; a leitura analógica é convertida em digital por um ADC e enviada ao processador; o processador compara a distância com os 2 metros predefinidos; se for menor, o processador envia um sinal para o atuador (um motor) para abrir a porta; o sensor continua medindo, e quando nenhuma leitura abaixo de 2 metros é recebida, o processador sinaliza ao motor para fechar a porta. A medição repetida após cada ação é o feedback que impede que a porta abra e feche nos momentos errados.

Diagrama de fluxo: sensores enviam sinais através de um ADC para o processador, que ou relata um aviso para monitoramento ou envia sinais para atuadores em um loop de feedback para controle
Monitoramento relata dados; um sistema de controle age através de um loop de feedback

Sensores e atuadores

Um sensor 传感器 converte uma grandeza física em um sinal: temperatura (uma termistor 热敏电阻 ou termopar), pressão (strain gauge), infravermelho, som. Sinais analógicos precisam primeiro de um ADC. Um atuador 执行器 faz o inverso — converte um sinal em uma ação (motor, válvula, aquecedor, buzina).

Pequenas termistores de contas com duas patilhas de fio cada, sobre fundo branco
Uma termistor: um sensor de temperatura cuja resistência muda com o calor
Pequeno motor passo-a-passo metálico com eixo central e fios coloridos, sobre fundo escuro de estúdio
Um pequeno motor elétrico: um atuador que converte um sinal em movimento

Feedback

Em um sistema de controle, o atuador altera o ambiente, que os sensores então re-medem — um loop de feedback 反馈. Sem feedback, o sistema não pode se corrigir nem saber quando parar (um termostato sem feedback de temperatura aqueceria para sempre).

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O loop de controle de feedback

Gire ao redor do loop que um termostato ou piloto automático repete. Um sistema de controle não apenas lê o mundo — ele age, depois re-mede, corrigindo-se repetidamente.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
sensor/ˈsensə/ 传感器 chuán gǎn qì
output devices/ˈaʊtpʊt dɪˈvaɪsɪz/ 输出设备 shū chū shè bèi
actuator/ˈæktʃuːeɪtə/ 执行器 zhí xíng qì
primary memory/ˈpraɪməri ˈmeməri/ 主存储器 zhǔ cún chǔ qì
processor/ˈprəʊsesə/ 处理器 chǔ lǐ qì
monitoring/ˈmɒnɪtərɪŋ/ 监控 jiān kòng
control system/kənˈtrəʊl ˈsɪstəm/ 控制系统 kòng zhì xì tǒng
feedback/ˈfiːdbæk/ 反馈 fǎn kuì
preset value/ˈpriːset ˈvæljuː/ 预设值 yù shè zhí
thermistor/ˈθɜːmɪstə/ 热敏电阻 rè mǐn diàn zǔ
3.2

Logic gates · ⁨Portas lógicas⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩
English
Candidates should be able to: Notes and guidance
Use the following logic gate symbols: [NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR]
Understand and define the functions of: NOT, AND, OR, NAND, NOR and XOR (EOR) gates All gates except the NOT gate will have two inputs only.
Construct the truth table for each of the logic gates above
Construct a logic circuit From: • a problem statement • a logic expression • a truth table
Construct a truth table From: • a problem statement • a logic circuit • a logic expression
Construct a logic expression From: • a problem statement • a logic circuit • a truth table
Português
Os candidatos devem ser capazes de: Notas e orientações
Usar os seguintes símbolos de porta lógica: [NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR]
Compreender e definir as funções de: portas NOT, AND, OR, NAND, NOR e XOR (EOR) Todas as portas exceto a NOT terão apenas duas entradas.
Construir a tabela-verdade para cada uma das portas lógicas acima
Construir um circuito lógico A partir de: • um enunciado de problema • uma expressão lógica • uma tabela-verdade
Construir uma tabela-verdade A partir de: • um enunciado de problema • um circuito lógico • uma expressão lógica
Construir uma expressão lógica A partir de: • um enunciado de problema • um circuito lógico • uma tabela-verdade

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Fonte: Programa Cambridge International⁩

English
The half adder: XOR + AND add two bits

A logic gate 逻辑门 is a small circuit that does one Boolean 布尔 operation. Inputs and outputs are 0 (false, low) or 1 (true, high). Know the symbol, function and truth table 真值表 for each gate.

NOT (inverter)

A NOT A
0 1
1 0

AND — output 1 only if all inputs are 1

A B A AND B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

OR — output 1 if at least one input is 1

A B A OR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

NAND (NOT AND) — output 0 only when all inputs are 1

A B A NAND B
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

NOR (NOT OR) — output 1 only when all inputs are 0

A B A NOR B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

XOR (Exclusive OR, also called EOR) — output 1 if the inputs are different

A B A XOR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Português
O meio somador: XOR + AND soma dois bits

Uma porta lógica 逻辑门 é um pequeno circuito que realiza uma operação Booleana 布尔. Entradas e saídas são 0 (falso, baixo) ou 1 (verdadeiro, alto). Conheça o símbolo, função e tabela-verdade 真值表 para cada porta.

Os símbolos de circuito para portas NOT, AND, OR, NAND, NOR e XOR em uma grade dois por três
Os símbolos das seis portas lógicas

NOT (inversor)

A NÃO A
0 1
1 0

AND — saída 1 apenas se todos os inputs forem 1

A B A E B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

OR — saída 1 se pelo menos um input for 1

A B A OU B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

NAND (NÃO E) — saída 0 apenas quando todos os inputs forem 1

A B A NÃO E B
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

NOR (NÃO O) — saída 1 apenas quando todos os inputs forem 0

A B A NÃO O B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

XOR (OU Exclusivo, também chamado EOR) — saída 1 se os inputs forem diferentes

A B A XOR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
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Portas lógicas

Alterne as entradas e escolha uma porta. Cada porta tem sua própria regra — os blocos de construção de todo circuito digital.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
logic gate/ˈlɒdʒɪk ɡeɪt/ 逻辑门 luó jí mén
Boolean/ˈbuːlɪən/ 布尔 bù ěr
truth table/truːθ ˈteɪbl/ 真值表 zhēn zhí biǎo
3.2

Logic circuits · ⁨Circuitos lógicos⁩

English

A logic circuit 逻辑电路 is a network of gates that carries out a Boolean expression. You should be able to move between a problem statement, a logic expression, a truth table, and a circuit diagram.

The paper writes expressions in words, X = (A AND NOT B) OR (B AND C), and accepts the algebraic form $X = A\overline{B} + BC$ where a dot (or nothing) is AND, a plus is OR, and a bar is NOT. Use whichever the question uses.

From expression to circuit

Draw one gate per operator and wire them up. For $X = (A \text{ AND } B) \text{ OR } (\text{NOT } C)$: a NOT gate on $C$, an AND gate on $A$ and $B$, then an OR gate on the two results.

From circuit to expression

Work forwards from the inputs, labelling each gate's output, until you reach the final output.

Worked example. Write the expression for the circuit below, then complete its truth table.

Label the gate outputs: $P = A \text{ AND NOT } B$, $Q = B \text{ AND } C$, so $X = P \text{ OR } Q = (A \text{ AND NOT } B) \text{ OR } (B \text{ AND } C)$. Then give the truth table a column for each intermediate output, so every row can be checked one gate at a time:

A B C NOT B P Q X
0 0 0 1 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 1 1
1 0 0 1 1 0 1
1 0 1 1 1 0 1
1 1 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 1 1

Drawing a circuit from an expression is the same walk in reverse: start from the innermost brackets, draw one gate per operator, draw a NOT gate on the wire of any input that appears with NOT, keep the inputs on the left and the single output on the right, and label the output with its letter. Every line must end at a gate input or the output; a line that goes nowhere loses the mark.

From circuit to truth table

For $n$ inputs there are $2^{n}$ rows. List every input combination; for each, work out the internal gates then the output.

From truth table to expression (sum of products)

For each row that outputs 1, write an AND of the inputs (with NOT on any input that is 0 in that row); OR these together. Example: a table that is 1 only on $(A=0,B=1)$ and $(A=1,B=0)$ gives $\overline{A}B + A\overline{B}$, which is $A \text{ XOR } B$.

From a problem statement

Turn the English into a Boolean expression first: "A and B" → A AND B; "A or B or both" → A OR B; "exactly one of A and B" → A XOR B; "neither A nor B" → A NOR B; "not both" → A NAND B.

Worked example. A machine's alarm $X$ sounds when the guard is open ($A=1$) and either the motor is running ($B=1$) or the temperature is high ($C=1$). Write the Boolean expression, and give the rows where $X=1$. Turn the English into logic one clause at a time: "either B or C" is $B + C$, and "A and that" is $X = A\cdot(B + C)$. For the rows, $X=1$ needs $A=1$ and at least one of $B$, $C$ equal to 1 - so $(A,B,C) = (1,0,1)$, $(1,1,0)$ and $(1,1,1)$, three rows out of eight. Notice $A=0$ can never sound the alarm, whatever $B$ and $C$ do. Bracket the OR before ANDing it: $X = A\cdot B + C$ is a different circuit altogether, one that would sound the alarm on a high temperature even with the guard closed.

Português

Um circuito lógico 逻辑电路 é uma rede de portas que executa uma expressão Booleana. Você deve ser capaz de transitar entre um enunciado de problema, uma expressão lógica, uma tabela-verdade e um diagrama de circuito.

A prova escreve expressões em palavras, X = (A AND NOT B) OR (B AND C), e aceita a forma algébrica $X = A\overline{B} + BC$ onde um ponto (ou nada) é AND, um sinal de mais é OR, e uma barra é NOT. Use a que a questão utilizar.

De expressão para circuito

Desenhe uma porta por operador e ligue-os. Para $X = (A \text{ AND } B) \text{ OR } (\text{NOT } C)$: uma porta NOT em $C$, uma porta AND em $A$ e $B$, depois uma porta OR nos dois resultados.

Um circuito lógico: uma porta AND nas entradas A e B, uma porta NOT na entrada C, ambas alimentando uma porta OR que dá a saída X
Portas conectadas para executar uma expressão Booleana

De circuito para expressão

Trabalhe da esquerda para a direita a partir das entradas, rotulando a saída de cada porta, até chegar à saída final.

Exemplo resolvido. Escreva a expressão do circuito abaixo e complete sua tabela-verdade.

Um circuito lógico com entradas A, B e C. B passa por uma porta NOT; A e NOT B alimentam uma porta AND cuja saída é rotulada como P; B e C alimentam uma segunda porta AND cuja saída é rotulada como Q; P e Q alimentam uma porta OR cuja saída é X
Rotule todas as saídas intermediárias: aqui P é A AND NOT B e Q é B AND C, então X é P OR Q

Rotule as saídas das portas: $P = A \text{ AND NOT } B$, $Q = B \text{ AND } C$, então $X = P \text{ OR } Q = (A \text{ AND NOT } B) \text{ OR } (B \text{ AND } C)$. Em seguida, adicione uma coluna para cada saída intermediária na tabela-verdade, para que cada linha possa ser verificada porta por porta:

A B C NOT B P Q X
0 0 0 1 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 1 1
1 0 0 1 1 0 1
1 0 1 1 1 0 1
1 1 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 1 1

Desenhar um circuito a partir de uma expressão é o mesmo caminho ao contrário: comece pelos parênteses mais internos, desenhe uma porta por operador, desenhe uma porta NOT no fio de qualquer entrada que apareça com NOT, mantenha as entradas à esquerda e a única saída à direita, e rotule a saída com sua letra. Cada linha deve terminar em uma entrada de porta ou na saída; uma linha que não vai a lugar nenhum perde a pontuação.

De circuito para tabela-verdade

Para $n$ entradas, há $2^{n}$ linhas. Liste todas as combinações de entradas; para cada uma, calcule as portas internas e depois a saída.

De tabela-verdade para expressão (soma de produtos)

Para cada linha que tem saída 1, escreva um AND das entradas (com NOT em qualquer entrada que seja 0 naquela linha); OR essas expressões juntas. Exemplo: uma tabela que é 1 apenas nas linhas $(A=0,B=1)$ e $(A=1,B=0)$ resulta em $\overline{A}B + A\overline{B}$, que é $A \text{ XOR } B$.

De um enunciado de problema

Transforme o inglês em uma expressão Booleana primeiro: "A and B" → A AND B; "A or B or both" → A OR B; "exactly one of A and B" → A XOR B; "neither A nor B" → A NOR B; "not both" → A NAND B.

Exemplo resolvido. O alarme de uma máquina $X$ soa quando a barreira está aberta ($A=1$) e o motor está em funcionamento ($B=1$) ou a temperatura está alta ($C=1$). Escreva a expressão Booleana e indique as linhas onde $X=1$. Transforme o inglês em lógica uma cláusula por vez: "either B or C" é $B + C$, e "A and that" é $X = A\cdot(B + C)$. Para as linhas, $X=1$ precisa de $A=1$ e pelo menos um de $B$, $C$ igual a 1 — então $(A,B,C) = (1,0,1)$, $(1,1,0)$ e $(1,1,1)$, três linhas de oito. Note que $A=0$ nunca pode acionar o alarme, independentemente do que $B$ e $C$ façam. Parentetize o OR antes de fazer o AND dele: $X = A\cdot B + C$ é um circuito totalmente diferente, um que acionaria o alarme em temperatura alta mesmo com a barreira fechada.

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Somador parcial

Conecte XOR e AND aos mesmos dois inputs: XOR gera o bit de soma, AND gera o carry. Clique em A e B.

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Circuitos lógicos

portas combinam para formar circuitos

Cada porta tem uma regra fixa; conectá-las constrói todos os circuitos — comece com uma porta.

Vocabulary · ⁨Vocabulário⁩ Train · ⁨Treinar⁩
English · ⁨Inglês⁩ Chinese · ⁨Chinês⁩ Pinyin
logic circuit/ˈlɒdʒɪk ˈsɜːkɪt/ 逻辑电路 luó jí diàn lù
3.2

Definitions the examiner accepts · ⁨Definições aceitas pelo examinador⁩

English

A definition question is marked against fixed wording. Learn these exactly, and give one answer only.

Term Definition
embedded system a computer system with a dedicated function built into a larger device
buffer an area of memory that temporarily stores data while it is transferred between devices working at different speeds
RAM volatile memory that can be read from and written to, holding the programs and data in use
ROM non-volatile memory whose contents cannot be changed in normal use, holding the start-up instructions
SRAM static RAM that stores each bit in a flip-flop and needs no refreshing
DRAM dynamic RAM that stores each bit as a charge on a capacitor and must be refreshed continually
monitoring system a system that uses sensors to measure and report on a physical process without changing it
control system a system that uses sensor readings to decide on and carry out actions, through actuators, that change a physical process
sensor a device that measures a physical quantity and converts it into a signal for the computer
actuator a device that converts a signal from the computer into a physical action
feedback the output of a control system being measured and fed back as input so that the system can correct itself
logic gate an electronic circuit that performs a Boolean operation on one or more binary inputs to give one binary output
truth table a table listing every combination of inputs to a logic circuit with the output for each
Português

Uma questão de definição é avaliada contra wording fixo. Aprenda estas exatamente, e dê apenas uma resposta.

Termo Definição
sistema embarcado um sistema computacional com uma função dedicada integrada a um dispositivo maior
buffer uma área de memória que armazena temporariamente dados enquanto são transferidos entre dispositivos que operam em velocidades diferentes
RAM memória volátil que pode ser lida e escrita, mantendo os programas e dados em uso
ROM memória não volátil cujos conteúdos não podem ser alterados no uso normal, contendo as instruções de inicialização
SRAM RAM estática que armazena cada bit em um flip-flop e não precisa de refresh
DRAM RAM dinâmica que armazena cada bit como uma carga em um capacitor e deve ser atualizada continuamente
sistema de monitoramento um sistema que usa sensores para medir e relatar sobre um processo físico sem alterá-lo
sistema de controle um sistema que usa leituras de sensores para decidir e executar ações, através de atuadores, que alteram um processo físico
sensor um dispositivo que mede uma grandeza física e a converte em um sinal para o computador
atuador um dispositivo que converte um sinal do computador em uma ação física
feedback a saída de um sistema de controle sendo medida e retroalimentada como entrada para que o sistema possa se corrigir
porta lógica um circuito eletrônico que realiza uma operação Booleana sobre uma ou mais entradas binárias para gerar uma saída binária
tabela-verdade uma tabela que lista todas as combinações de entradas de um circuito lógico com a saída correspondente para cada uma
3.2

Exam tips · ⁨Dicas de prova⁩

English
  • Distinguish RAM (volatile, read/write) from ROM (non-volatile, holds the bootstrap); SRAM (cache, faster) from DRAM (main memory, needs refreshing).
  • For a logic circuit, build the Boolean expression gate by gate, then a truth table covering every input combination.
  • Learn the symbol, expression and truth table for each gate (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR).
  • Explain a buffer (a temporary store bridging two different speeds) and the role of an interrupt.

Common mistakes

  • Naming the device instead of describing its operation. "It uses a laser" earns nothing; the steps (charge the drum, laser removes charge, toner attracted, transferred, fused) earn the marks.
  • Saying a monitoring system "controls" something. If nothing changes the physical process, it is monitoring; add the actuator and the feedback and it becomes control.
  • Writing that RAM "stores files permanently" or that ROM "stores the user's data". RAM is volatile working memory; ROM holds the fixed start-up instructions.
  • A truth table with fewer than $2^{n}$ rows, or rows in a random order. Count in binary from 000 to 111 so no combination is missed.
  • Drawing two lines from one output of a gate to be safe, or leaving a wire that ends nowhere. Draw exactly the connections the expression needs.
Português
  • Diferencie RAM (volátil, leitura/escrita) de ROM (não volátil, mantém o bootstrap); SRAM (cache, mais rápida) de DRAM (memória principal, precisa de refresh).
  • Para um circuito lógico, construa a expressão Booleana porta por porta, depois uma tabela-verdade cobrindo todas as combinações de entradas.
  • Aprenda o símbolo, a expressão e a tabela-verdade de cada porta (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR).
  • Explique um buffer (um armazenamento temporário que liga duas velocidades diferentes) e o papel de uma interrupção.

Erros comuns

  • Nomear o dispositivo em vez de descrever sua operação. "Ele usa um laser" não dá pontos; os passos (carregar o tambor, o laser remove a carga, o toner é atraído, transferido, fundido) ganham os pontos.
  • Dizer que um sistema de monitoramento "controla" algo. Se nada altera o processo físico, é monitoramento; adicione o atuador e o feedback e vira controle.
  • Escrever que a RAM "armazena arquivos permanentemente" ou que a ROM "armazena os dados do usuário". A RAM é memória de trabalho volátil; a ROM contém as instruções fixas de inicialização.
  • Uma tabela-verdade com menos de $2^{n}$ linhas, ou linhas em ordem aleatória. Conte em binário de 000 a 111 para não perder nenhuma combinação.
  • Desenhar duas linhas saindo de uma única saída de uma porta por segurança, ou deixar um fio que termina em lugar nenhum. Desenhe exatamente as conexões que a expressão requer.

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