Как компьютер видит, слышит и отвечает

Где мы на карте

Мы уже знаем роли частей системы. Теперь приблизимся к её границе с физическим миром. Компьютер не видит и не слышит по-человечески: датчик измеряет явление и выдаёт данные, доступные программе.

Жизненный образ: экран повернулся

Вы поворачиваете телефон, и изображение меняет ориентацию. Телефон не «почувствовал неудобство». Датчики измерили движение и направление, программа получила числа, сравнила их с правилом и создала новый набор пикселей для экрана.

Противоречие

Камера получает свет, микрофон — колебания воздуха, сенсорный экран — изменение электрического поля. Программе нужны данные. Между событием и решением всегда находится измерение, а измерение может содержать шум, задержку и ошибку.

Точная модель

• Ввод переносит сигнал или данные в рассматриваемую систему.
• Датчик преобразует физическое явление в измеряемый сигнал.
• Отсчёт — значение измерения в определённый момент или месте.
• Вывод переносит результат из системы наружу.
• Исполнительное устройство преобразует управляющий сигнал в физическое действие: динамик создаёт колебания воздуха, мотор — движение.

Один компонент может менять роль относительно границы. Сенсорный экран выводит изображение и принимает касание. Сетевой адаптер выводит данные в сеть и получает данные из неё.

Граница образа

Говорить «камера — глаз» удобно, но неточно. Глаз является частью живой системы восприятия. Камера измеряет свет в ограниченном диапазоне, с определённым разрешением и настройками. Полученный файл — представление сцены, а не сама сцена.

Опорный сигнал

физическое явление → датчик → данные → программа → устройство вывода → новое явление
                              ↑
                    шум • задержка • ошибка

Разобранный пример: касание кнопки

1. Палец изменяет электрические свойства сенсорного слоя.
2. Контроллер вычисляет координаты, например x=412, y=728.
3. Операционная система передаёт событие приложению.
4. Приложение проверяет, попала ли точка внутрь границы кнопки.
5. Если да, программа меняет состояние.
6. Экран получает новые значения пикселей.

Координаты не являются пальцем, а прямоугольник кнопки не является действием. Это представления, связывающие физический ввод с правилом программы.

Предскажите до наблюдения

Если камера закрыта, может ли программа всё равно получить изображение? Да: она может открыть сохранённый файл или принять данные из сети. Название «вход» относится к границе выбранной системы, а не обязательно к датчику прямо сейчас.

Наблюдение

Откройте камеру и поочерёдно закройте объектив, уменьшите освещение и направьте его на яркую область. Запишите, что изменилось и что осталось предположением. Не делайте вывод о точном алгоритме камеры только по экрану.

Воспроизведите без подсказки

Нарисуйте три цепочки: свет → фотография, касание → новый экран, голос → воспроизведённый звук. В каждой назовите явление, датчик, данные, программу и выход.

Найдите и исправьте ошибку

«Микрофон записывает голос точно таким, какой он есть». Микрофон и последующая система создают ограниченное измерение. На результат влияют расстояние, шум, частота отсчётов, кодирование и обработка. Перепишите утверждение без обещания идеальной копии.

Перенос в новую ситуацию

Разберите автоматическую дверь. Что является явлением, датчиком, данными, правилом и выходом? Назовите опасный случай ложного измерения и защиту от него.

Изменение проекта: договор ввода и вывода

Для каждого действия помощника заполните строку:

Первая версия использует клавиатуру и экран. Камеру, микрофон и геолокацию добавляем только при доказанной необходимости и с понятным разрешением пользователя.

Задание

Обязательное. Постройте три цепочки и договор для трёх действий проекта. Для каждого ввода укажите хотя бы одну ошибку измерения или проверки.

На своих данных. Используйте вымышленные записи и покажите, как пустой заголовок отличается от отсутствующего ввода.

По желанию. Найдите устройство с исполнительным механизмом и объясните, какое физическое действие создаёт его выход.

Возврат через 1, 7 и 30 дней

• Завтра восстановите цепочку касания.
• Через семь дней разберите новый датчик и границу его точности.
• Через тридцать дней проверьте, не запросил ли проект лишний доступ к камере, микрофону или местоположению.

Следующий урок: процессор, оперативная память и хранилище