Представьте теплицу в три часа ночи. Никого нет. Воздух немного нагревается, и окно само собой приоткрывается. Час спустя оно закрывается…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
6.1
Automated systems · Автоматизированные системы
Syllabus · Программа
English
Candidates should be able to:
Notes and guidance
1 Describe how sensors, microprocessors and actuators can be used in collaboration to create automated systems
2 Describe the advantages and disadvantages of an automated system used for a given scenario
• Including scenarios from: – industry – transport – agriculture – weather – gaming – lighting – science
Русский
Кандидаты должны уметь:
Примечания и рекомендации
1 Опишите, как датчики, микропроцессоры и исполнительные механизмы могут использоваться совместно для создания автоматизированных систем
2 Опишите преимущества и недостатки автоматизированной системы, используемой в конкретной ситуации
• Включая сценарии из: – промышленности – транспорта – сельского хозяйства – метеорологии – игровых технологий – освещения – науки
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
An automated system 自动化系统 is a mix of software and hardware that senses and responds to data in its environment 环境, with no need for human intervention 人工干预. In other words, it works on its own.
Examples of automated systems:
a central heating 中央供暖 system;
a chemical process 化学过程 in a factory;
a greenhouse 温室 (for growing plants);
a car park barrier 停车场道闸.
Sensors, microprocessors and actuators
Three parts work together in an automated system.
Part
Job
sensor 传感器
measures a physical quantity (such as temperature or light) and sends the data
microprocessor 微处理器
compares the data with stored values and makes decisions
actuator 执行器
receives a signal and causes movement or action (such as opening a valve)
The cycle works like this:
The sensor sends data to the microprocessor.
The microprocessor compares this data with stored values 存储值 and makes a decision.
The microprocessor sends signals to the actuators to take action.
For example, in a greenhouse: a temperature sensor reads the heat; the microprocessor compares it with the wanted value; if it is too hot, the microprocessor signals an actuator to open a window.
The syllabus names many sensor types 传感器类型, each reading one physical quantity – for example an accelerometer 加速度计 (movement or tilt), a humidity 湿度 sensor (water in the air), and a proximity 接近 sensor (a nearby object):
Sensor
Measures
Typical use
temperature
heat
ovens, greenhouses, heating
light
brightness
automatic lights, cameras
pressure
force on a surface
alarm floor mats, touchscreens
infra-red / proximity
a nearby object
automatic doors, parking sensors
acoustic (sound)
sound level
noise monitors
humidity / moisture
water in air or soil
greenhouses, irrigation
gas
a gas being present
smoke and CO alarms
pH
acidity
pools, fish tanks
accelerometer
movement or tilt
phones, airbag triggers
magnetic field
magnetism
door contacts, compasses
flow / level
fluid flow or depth
pipes, tanks
To pick a sensor for a scenario, choose the one that reads the right physical quantity: a fish tank needs pH and temperature sensors; an automatic door needs an infra-red / proximity sensor.
Advantages and disadvantages
Automated systems are used in many situations, such as industry, transport, agriculture 农业 (farming), weather (gathering data), gaming and lighting.
Advantages
Disadvantages
work all day and night, without rest
cost a lot to buy and set up
faster and more consistent 一致的 than people
can break down and need expert repair
can work in places unsafe for people
may replace people's jobs
fewer human mistakes
cannot easily react to a situation they were not built for
Worked example. Describe how an automatic greenhouse holds the temperature at 25 °C. A temperature sensor continuously measures the temperature and sends its reading, converted to digital by an ADC, to the microprocessor. The microprocessor compares the reading with the stored value of 25 °C. If the temperature is above it, the microprocessor signals an actuator to open a window or switch on a fan; if it is below, it switches on a heater. The whole loop then repeats continuously. Two marks nearly always sit on the words "compares with a stored (pre-set) value" and "the process repeats" - a description that stops at "the sensor tells the computer" leaves them behind.
Русский
Автоматизированная система — это сочетание программного и аппаратного обеспечения, которое воспринимает и реагирует на данные в своей среде без необходимости человеческого вмешательства. Другими словами, она работает автономно.
Примеры автоматизированных систем:
система центрального отопления;
химический процесс на заводе;
теплица (для выращивания растений);
шлагбаум на парковке.
Датчики, микропроцессоры и исполнительные механизмы
Три части работают вместе в автоматизированной системе.
Часть
Функция
Датчик (sensor)
измеряет физическую величину (например, температуру или освещенность) и передает данные
Микропроцессор (microprocessor)
сравнивает данные с сохраненными значениями и принимает решения
Исполнительный механизм (actuator)
получает сигнал и вызывает движение или действие (например, открытие клапана)
Цикл работает следующим образом:
Датчик отправляет данные в микропроцессор.
Микропроцессор сравнивает эти данные с сохранёнными значениями и принимает решение.
Микропроцессор отправляет сигналы на исполнительные механизмы для выполнения действий.
Например, в теплице: датчик температуры измеряет тепло; микропроцессор сравнивает его с желаемым значением; если слишком жарко, микропроцессор подает сигнал исполнительному механизму открыть окно.
Датчик передает данные микропроцессору, который сравнивает показания со сохраненным значением и подает сигнал исполнительному механизму; цикл повторяется
Программа содержит множество типов датчиков, каждый из которых измеряет одну физическую величину — например, акселерометр (движение или наклон), датчик влажности (влага в воздухе) и датчик приближения (близкий объект):
Датчик
Измеряет
Типичное применение
температура
тепло
печи, теплицы, системы отопления
освещенность
яркость
автоматическое освещение, камеры
давление
сила, действующая на поверхность
сигнальные коврики, сенсорные экраны
инфракрасный / приближения
близкий объект
автоматические двери, парковочные радары
акустический (звуковой)
уровень звука
мониторы шума
влажность / влаги
вода в воздухе или почве
теплицы, орошение
газа
наличие газа
детекторы дыма и CO-извещатели
pH
кислотность
бассейны, аквариумы
акселерометр
движение или наклон
телефоны, триггеры подушек безопасности
магнитного поля
магнетизм
контактные дверные замки, компасы
потока / уровня
поток жидкости или глубина
трубы, резервуары
Чтобы выбрать датчик для конкретной задачи, выберите тот, который измеряет правильную физическую величину: аквариум требует датчиков pH и температуры; автоматическая дверь требует инфракрасного/датчика приближения.
Преимущества и недостатки
Автоматизированные системы используются во многих сферах, таких как промышленность, транспорт, сельское хозяйство (фермерство), метеорология (сбор данных), видеоигры и освещение.
Преимущества и недостатки автоматизированных системБеспилотник с камерой: может лететь самостоятельно по заданному маршруту для сбора данных
Преимущества
Недостатки
работают день и ночь без отдыха
стоят дорого при покупке и настройке
работают быстрее и более стабильно, чем люди
могут ломаться и требовать ремонта специалистами
могут работать в местах, опасных для людей
могут заменить рабочие места людей
меньше человеческих ошибок
не могут легко реагировать на ситуации, для которых они не были созданы
Разобранный пример. Опишите, как автоматизированная теплица поддерживает температуру на уровне 25 °C. Датчик температуры непрерывно измеряет температуру и отправляет свое показание, преобразованное в цифровой вид АЦП, в микропроцессор. Микропроцессор сравнивает показание со сохраненным значением 25 °C. Если температура выше этого значения, микропроцессор подает сигнал исполнительному механизму открыть окно или включить вентилятор; если ниже — включает обогреватель. Весь цикл затем повторяется непрерывно. Два балла почти всегда ставятся за фразы «сравнивает с сохраненным (запрограммированным) значением» и «процесс повторяется» — описание, останавливающееся на «датчик сообщает компьютеру», лишает их этих баллов.
Explore · Исследовать
An automated control loop · Автоматическая система управления
Tap round the loop. An automated system senses, compares against a target, then acts — and because the action changes what it senses, it keeps correcting itself with no human needed. · Нажмите по контуру петли. Автоматизированная система воспринимает, сравнивает с целевым значением и действует — и поскольку действие изменяет то, что она воспринимает, она постоянно корректирует себя без участия человека.
lack of independent decision-making/læk ɒv ˌɪndɪˈpendənt dɪˈsɪʒn ˈmeɪkɪŋ/
отсутствие независимого принятия решений
Artificial intelligence/ˌɑːtɪˈfɪʃl ɪnˈtelɪdʒəns/
Искусственный интеллект
simulation/ˌsɪmjʊˈleɪʃn/
симуляция
rules/ruːlz/
исключает
reason/ˈriːzn/
разум
draw conclusions/drɔː kənˈkluːʒnz/
делать выводы
approximate/əˈprɒksɪmət/
приближённый
definite/ˈdefɪnət/
определенный / конкретный
learn/lɜːn/
учиться
adapt/əˈdæpt/
адаптироваться
expert systems/ˈekspɜːt ˈsɪstəmz/
экспертные системы
natural language processing/ˈnætʃərəl ˈlæŋɡwɪdʒ ˈprəʊsesɪŋ/
обработка естественного языка
self-driving cars/self ˈdraɪvɪŋ kɑːz/
беспилотные автомобили
knowledge base/ˈnɒlɪdʒ beɪs/
база знаний
rule base/ruːl beɪs/
база правил
inference engine/ˈɪnfərəns ˈendʒɪn/
выводящий механизм
user interface/ˈjuːzə ˈɪntəfeɪs/
пользовательский интерфейс
Machine learning/məˈʃiːn ˈlɜːnɪŋ/
Машинное обучение
narrow AI/ˈnærəʊ ˌeɪ ˈaɪ/
узкий ИИ
general AI/ˈdʒenərəl ˌeɪ ˈaɪ/
общий ИИ
strong AI/strɒŋ ˌeɪ ˈaɪ/
сильный ИИ
central heating/ˈsentrəl ˈhiːtɪŋ/
центральное отопление
chemical process/ˈkemɪkl ˈprəʊses/
химический процесс
agriculture/ˈæɡrɪkʌltʃə/
сельское хозяйство
mechanical/mɪˈkænɪkl/
механическая
6.2
Robotics · Робототехника
Syllabus · Программа
English
Candidates should be able to:
Notes and guidance
1 Understand what is meant by robotics
• Robotics is a branch of computer science that incorporates the design, construction and operation of robots • Examples include factory equipment, domestic robots and drones
2 Describe the characteristics of a robot
• Including: – a mechanical structure or framework – electrical components, such as sensors, microprocessors and actuators – programmable
3 Understand the roles that robots can perform and describe the advantages and disadvantages of their use
• Robots can be used in areas including: – industry – transport – agriculture – medicine – domestic settings – entertainment
Русский
Кандидаты должны уметь:
Примечания и рекомендации
1 Понимание понятия робототехника
• Робототехника — это раздел информатики, охватывающий проектирование, создание и эксплуатацию роботов • Примеры: промышленное оборудование, бытовые роботы и дроны
2 Описание характеристик робота
• Включая: – механическую конструкцию или каркас – электрические компоненты, такие как датчики, микропроцессоры и исполнительные механизмы – программируемость
3 Понимание ролей, которые могут выполнять роботы, а также описание преимуществ и недостатков их использования
• Роботы могут применяться в таких областях, как: – промышленность – транспорт – сельское хозяйство – медицина – домашнее хозяйство – сфера развлечений
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Robotics 机器人技术 is the branch of technology that deals with the design, building and operation of robots 机器人.
A robot has these characteristics:
a physical structure 物理结构 (a mechanical 机械的 body, such as arms);
electrical components 电子元件 (motors, sensors and wiring);
programmable instructions 可编程指令 — it follows a program that can be changed.
What robots do
Robots can perform many roles, for example:
factory equipment 工厂设备 — building cars, welding, moving heavy parts;
domestic appliances 家用电器 — such as a robotic vacuum cleaner 吸尘器.
Advantages
Disadvantages
do dull or dangerous jobs
expensive to buy and maintain
work quickly and accurately
can replace human workers
do not get tired or bored
a robot has a lack of independent decision-making 缺乏独立决策 — it only does what it is programmed to do
A key limit of a robot is that it cannot think for itself. It cannot make its own choices when something unexpected happens.
Русский
Робототехника — это раздел технологий, занимающийся проектированием, созданием и управлением роботами.
Робот обладает следующими характеристиками:
физическая конструкция (механическое тело, например, руки);
электрические компоненты (двигатели, датчики и проводка);
программируемые инструкции — он следует программе, которую можно изменить.
Что делают роботы
Роботы могут выполнять многие роли, например:
заводское оборудование — сборка автомобилей, сварка, перемещение тяжелых деталей;
бытовая техника — например, роботизированный пылесос.
Промышленный роботизированный манипулятор. Он выполняет программу и может быть перепрограммирован для выполнения новой задачи.Робот-пылесос: домашний робот, который самостоятельно передвигается по полу для уборки
Преимущества
Недостатки
выполняют скучную или опасную работу
дороги в покупке и обслуживании
работают быстро и точно
могут заменить человеческих работников
не устают и не утомляются
у робота отсутствует самостоятельное принятие решений — он делает только то, что запрограммировано
Ключевое ограничение робота заключается в том, что он не может думать самостоятельно. Он не может принимать собственные решения при возникновении неожиданных ситуаций.
Classify concrete examples by the computing idea they demonstrate. · Классифицируйте конкретные примеры по вычислительной идее, которую они демонстрируют.
1 Understand what is meant by artificial intelligence (AI)
• AI is a branch of computer science dealing with the simulation of intelligent behaviours by computers
2 Describe the main characteristics of AI as the collection of data and the rules for using that data, the ability to reason, and it can include the ability to learn and adapt
3 Explain the basic operation and components of AI systems to simulate intelligent behaviour
• Limited to: – expert systems – machine learning • Expert systems have a knowledge base, a rule base, an inference engine and an interface • Machine learning is when a program has the ability to automatically adapt its own processes and/or data
Русский
Кандидаты должны уметь:
Примечания и рекомендации
1 Понимание понятия искусственный интеллект (ИИ)
• ИИ — это раздел информатики, занимающийся моделированием интеллектуального поведения компьютеров
2 Описание основных характеристик ИИ как совокупности данных и правил их использования, способности к рассуждению, а также возможности обучения и адаптации
3 Объяснение принципов работы и компонентов систем ИИ для имитации интеллектуального поведения
• Ограничено: – экспертные системы – машинное обучение • Экспертные системы имеют базу знаний, базу правил, логический выводчик и интерфейс • Машинное обучение — это способность программы автоматически адаптировать собственные процессы и/или данные
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Artificial intelligence 人工智能 (AI) is the simulation 模拟 of human intelligence by computer systems. This means a computer doing tasks that normally need human thinking.
Characteristics of AI
AI systems usually have these features:
they collect data and the rules 规则 for using that data;
they have the ability to reason 推理 (work things out using the rules);
they have the ability to draw conclusions 得出结论, which may be approximate 近似的 (a best guess) or definite 确定的 (certain);
they have the ability to learn 学习 from data;
they have the ability to adapt 适应 — to change their behaviour as they get new data.
Examples of AI
expert systems 专家系统 — software that gives advice like a human expert (for example, helping a doctor with a diagnosis);
natural language processing 自然语言处理 — understanding human speech or text;
self-driving cars 自动驾驶汽车.
Inside an expert system
An expert system stores human expertise and reasons from it. It has four parts:
a knowledge base 知识库 – the stored facts about the subject;
a rule base 规则库 – the "if… then…" rules a human expert would apply;
an inference engine 推理引擎 – applies the rules to the facts to reach a conclusion;
a user interface 用户界面 – asks the user questions and shows the result.
The interface collects facts from the user; the inference engine runs the rule base against the knowledge base; and the system outputs a diagnosis or a probability – as used to help a doctor diagnose an illness or to find a car fault.
Machine learning
Machine learning 机器学习 is a program that improves its own performance from experience, without being explicitly reprogrammed. It finds patterns in data and adapts: a search engine gets better at ranking results, a voice assistant recognises spoken commands more accurately, and a robot vacuum gradually learns the layout of a room.
Narrow, general and strong AI
Type
What it means
narrow AI 弱人工智能
can do only one task or a small set of tasks (for example, a chess program). All AI today is narrow AI.
general AI 通用人工智能
could do any task a human can do, switching between many different tasks.
strong AI 强人工智能
would think and be aware like a real human mind. This does not exist yet.
Русский
Искусственный интеллект (AI) — это симуляция человеческого интеллекта с помощью компьютерных систем. Это означает выполнение компьютером задач, которые обычно требуют человеческого мышления.
Характеристики ИИ
Системы ИИ обычно имеют следующие особенности:
они собирают данные и правила использования этих данных;
они обладают способностью к логическому выводу (вычислениям на основе правил);
они обладают способностью делать выводы, которые могут быть приближенными (наилучшая догадка) или определенными (точными);
они обладают способностью обучаться на основе данных;
они обладают способностью адаптироваться — изменять свое поведение по мере поступления новых данных.
Система ИИ собирает данные, применяет правила, действует, затем обучается и улучшает свои результаты
Примеры ИИ
экспертные системы — программное обеспечение, дающее советы, как человек-эксперт (например, помощь врачу в постановке диагноза);
обработка естественного языка — понимание человеческой речи или текста;
беспилотные автомобили.
Автономный автомобиль: датчики на машине позволяют компьютеру управлять рулем без водителя
Внутри экспертной системы
Экспертная система хранит человеческие знания и рассуждает на их основе. Она состоит из четырех частей:
база знаний – сохраненные факты по предметной области;
база правил – правила типа «если… то…», которые применил бы человек-эксперт;
выводящий движок – применяет правила к фактам для получения вывода;
пользовательский интерфейс – задает вопросы пользователю и отображает результат.
Интерфейс собирает факты от пользователя; выводящий движог обрабатывает базу правил через базу знаний; а система выдает диагноз или вероятность — как это используется для помощи врачу в постановке диагноза или поиска неисправности автомобиля.
Машинное обучение
Машинное обучение — это программа, которая улучшает свою работу на основе опыта, без явного переписывания кода. Она находит закономерности в данных и адаптируется: поисковая система лучше ранжирует результаты, голосовой помощник точнее распознает устные команды, а робот-пылесос постепенно изучает планировку комнаты.
Узкая, общая и сильная ИИ
Узкое ИИ выполняет одну задачу (все ИИ сегодня); общее ИИ могло бы выполнять любые задачи человека; сильное ИИ было бы самосознательным — ни один из этих типов пока не существует
Тип
Что означает
узкое ИИ
может выполнять только одну задачу или небольшой набор задач (например, шахматная программа). Все современное ИИ является узким ИИ.
общее ИИ
могло бы выполнять любую задачу, которую способен выполнить человек, переключаясь между многими различными задачами.
сильное ИИ
мыслело и обладало бы сознанием, как настоящий человеческий разум. Такого еще не существует.
Classify concrete examples by the computing idea they demonstrate. · Классифицируйте конкретные примеры по вычислительной идее, которую они демонстрируют.
Learn the control loop: a sensor measures a quantity → the microprocessor compares it with a stored value → an actuator takes action; then the loop repeats.
Do not confuse the parts: a sensor sends data in; an actuator causes movement out.
A robot follows programmable instructions and cannot make its own decisions when something unexpected happens.
AI simulates human thinking: it collects data and rules, reasons, draws conclusions, and can learn and adapt.
Know the AI levels: narrow (one task; all AI today), general (any human task), strong (self-aware; does not exist yet).
Русский
Изучите цикл управления: датчик измеряет величину → микропроцессор сравнивает её со значением в памяти → исполнительный механизм совершает действие; затем цикл повторяется.
Не путайте части: датчик передает данные внутрь; исполнительный механизм вызывает движение наружу.
Робот следует программируемым инструкциям и не может принимать самостоятельные решения при возникновении неожиданных ситуаций.
ИИ имитирует человеческое мышление: собирает данные и правила, рассуждает, делает выводы, а также может учиться и адаптироваться.
Знание уровней ИИ: узкое (одна задача; все ИИ сегодня), общее (любая задача человека), сильное (самосознательное; пока не существует).
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
