Одноплатный компьютер

Одноплатный компьютер ( SBC ) — это законченный компьютер , построенный на одной печатной плате , с микропроцессором (ами), памятью , вводом/выводом (I/O) и другими функциями, необходимыми для функционального компьютера. Одноплатные компьютеры обычно изготавливаются в качестве демонстрационных или опытно-конструкторских систем, образовательных систем или для использования в качестве встроенных компьютерных контроллеров . Многие типы домашних или портативных компьютеров объединяют все свои функции на одной печатной плате .

В отличие от настольного персонального компьютера , одноплатные компьютеры часто не используют слоты расширения для периферийных функций или расширения . Одноплатные компьютеры были построены с использованием широкого спектра микропроцессоров . Простые конструкции, например, созданные компьютерными любителями, часто используют статическую оперативную память и недорогие 32- или 64-разрядные процессоры, такие как ARM . Другие типы, такие как блейд-серверы , будут работать аналогично серверному компьютеру, только в более компактном формате.

Компьютер -на-модуле — это тип одноплатного компьютера, предназначенный для подключения к несущей плате, основной плате или объединительной плате для расширения системы. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

История

Первый настоящий одноплатный компьютер был основан на процессоре Intel C8080A Intel , в котором также использовалась первая СППЗУ — C1702A. Схема машины, получившей название «dyna-micro», была опубликована в журнале Radio-Electronics в мае 1976 года. Позже в том же году производство системы началось компанией E&L Instruments, производителем компьютеров из Дерби, штат Коннектикут , которая маркировала систему как «Mini Micro Designer 1», предназначенный для использования в качестве программируемого микроконтроллера для прототипирования электронных продуктов. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} MMD-1 прославился как пример микрокомпьютера в популярной серии инструкций 8080 того времени. ^{[ 6 ]}

Ранние SBC играли важную роль в ранней истории домашних компьютеров , таких как Acorn Electron и BBC Micro , также разработанные Acorn. Другие типичные ранние одноплатные компьютеры, такие как KIM-1, часто поставлялись без корпуса , который должен был быть добавлен владельцем. Другими ранними примерами являются Ferguson Big Board , Ampro Little Board, ^{[ 7 ]} и Наском . Многие домашние компьютеры 1980-х годов были одноплатными, а некоторые даже поощряли владельцев припаивать обновленные компоненты непосредственно к заранее отмеченным точкам на плате.

По мере того как ПК становились все более распространенными, доля SBC на рынке уменьшалась из-за их низкой расширяемости. Быстрое принятие стандартов IBM для периферийных устройств и стандартизация шины PCI в 1990-х годах сделали материнские платы, совместимые компоненты и периферийные устройства дешевыми и повсеместными, в то время как развитие мультимедийных платформ, таких как CD-ROM и карты Sound Blaster, начало быстро опережать темпы развития. скорость, с которой пользователям приходилось заменять свои персональные компьютеры. Эти две тенденции лишили стимулов одноплатные компьютеры и вместо этого способствовали распространению материнских плат , на которых обычно размещались центральный процессор и другие основные компоненты, с периферийными компонентами, такими как контроллеры жестких дисков и графические процессоры , и даже некоторыми основными компонентами, такими как оперативной памяти модули . расположен на дочерних платах .

В 2000-х годах компьютеры начали возвращаться к меньшему количеству плат. Поскольку новые стандарты, такие как USB, резко сократили разнообразие периферийных стандартов, которые должны были поддерживать материнские платы, достижения в производстве интегральных схем привели к появлению новых наборов микросхем, которые могли обеспечить функциональность многих дочерних плат, особенно ввода-вывода , в одном чипе. К концу десятилетия материнские платы для ПК предлагали встроенную поддержку дисковых накопителей, включая IDE , SATA , NVMe , RAID , встроенный графический процессор , Ethernet и традиционные устройства ввода-вывода, такие как последовательный и параллельный порты , USB и клавиатуру/мышь. поддерживать. Сменные «карты» сохранили свое значение в качестве высокопроизводительных компонентов, таких как физически большие и сложные графические сопроцессоры , высокопроизводительные RAID-контроллеры и специализированные карты ввода-вывода, такие как платы сбора данных и платы DSP .

2010-е годы ознаменовались быстрым и устойчивым ростом производства одноплатных компьютеров, во многом благодаря достижениям в технологиях производства интегральных схем, которые впервые позволили разместить большую часть или все основные компоненты материнской платы на одном кристалле интегральной схемы. . Одним из наиболее известных одноплатных компьютеров десятилетия был Raspberry Pi , построенный на базе специальной SoC Broadcom с драйверами с открытым исходным кодом . Первоначально предназначенный для образования, Raspberry Pi содержал ряд функций, таких как оптимизированная поддержка Linux и программируемые контакты GPIO , которые также были очень привлекательными для любителей , которые использовали Pi и другие аналогичные SBC для таких проектов, как домашняя автоматизация , видео эмуляция игр , потоковая передача мультимедиа и другие эксперименты. ^{[ 8 ]} В промышленности быстрый рост смартфонов и других небольших устройств побудил производителей оборудования перейти к более частому использованию SoC и уменьшению размера, расширяемости и сложности материнских плат, в то время как распространение Интернета вещей увеличило спрос на небольшие, дешевые компоненты, которые позволят нетрадиционным устройствам выходить в Интернет. Оба этих фактора резко увеличили производство одноплатных компьютеров на протяжении десятилетия.

К концу 2010-х и началу 2020-х годов многие устройства, включая смартфоны, планшетные компьютеры , ноутбуки и другие интеллектуальные устройства, оснащены одноплатными компьютерами, в которых используются усовершенствованные SoC ( системы на кристалле ). Хотя это значительно повысило производительность и энергоэффективность, это вызвало обеспокоенность по поводу того, что одноплатные компьютеры, особенно построенные на базе SoC, сложнее ремонтировать и они могут быть менее дружелюбны к попыткам отслеживать или изменять инструкции, запрограммированные в платы производителями. ^{[ 9 ]}

Приложения

Одноплатные компьютеры стали возможны благодаря увеличению плотности интегральных схем . Одноплатная конфигурация снижает общую стоимость системы за счет уменьшения количества необходимых печатных плат и устранения разъемов и схем драйверов шины, которые в противном случае использовались бы. Поместив все функции на одну плату, можно получить меньшую по размеру систему, например, как в ноутбуках. Разъемы являются частым источником проблем с надежностью, поэтому одноплатная система устраняет эти проблемы. ^{[ 10 ]}

Одноплатные компьютеры теперь обычно подразделяются на две различные архитектуры: без слотов и с поддержкой слотов.

Встроенные SBC — это устройства, обеспечивающие все необходимые операции ввода-вывода без возможности установки сменных карт. Приложениями обычно являются игры (игровые автоматы, видеопокер), киоски и автоматизация управления машинами . Встроенные SBC намного меньше, чем материнская плата типа ATX , используемая в ПК, и обеспечивают сочетание ввода-вывода, более ориентированное на промышленное приложение, например, встроенный цифровой и аналоговый ввод-вывод, встроенную загрузочную флэш-память (устраняя нужен дисковод ), нет видео и т.д.

Термин «одноплатный компьютер» теперь обычно применяется к архитектуре, в которой одноплатный компьютер подключается к объединительной панели для размещения карт ввода-вывода. В случае PC104 шина не является объединительной платой в традиционном смысле этого слова, а представляет собой серию штыревых разъемов, позволяющих объединять платы ввода-вывода друг в друга.

Одноплатные компьютеры чаще всего используются в промышленности, где они устанавливаются в стойку для управления процессами или встраиваются в другие устройства для обеспечения управления и взаимодействия. Они используются в глубоководных исследованиях на глубоководных зондах ALICE и в космическом пространстве, на ракетах Ariane и Pegasus и Space Shuttle . ^{[ 11 ]} Из-за очень высокого уровня интеграции, меньшего количества компонентов и уменьшенного количества разъемов SBC часто меньше, легче, более энергоэффективны и более надежны, чем сопоставимые многоплатные компьютеры. ^{[ 12 ]}

Основным преимуществом материнской платы ATX по сравнению с SBC является стоимость. Материнские платы производятся миллионами для потребительского и офисного рынков, что обеспечивает огромную экономию за счет масштаба . Одноплатные компьютеры занимают рыночную нишу и производятся реже и имеют более высокую стоимость. Материнские платы и SBC теперь предлагают одинаковый уровень интеграции функций, а это означает, что сбой материнской платы в любом стандарте потребует эквивалентной замены.

Типы, стандарты

Линейка одноплатных компьютеров включает Raspberry Pi , BeagleBoard и Nano Pi . ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}

В одной из распространенных разновидностей одноплатных компьютеров используются стандартизированные форм-факторы компьютеров, предназначенные для использования в корпусе объединительной платы . Некоторые из этих типов — CompactPCI , PXI , VMEbus , VXI и PICMG . SBC построены на основе различных внутренних структур обработки, включая архитектуру Intel , многопроцессорные архитектуры и системы обработки с низким энергопотреблением, такие как RISC и SPARC . В мире ПК Intel интеллектуальные схемы и схемы интерфейса/управления размещаются на съемной плате, которая затем вставляется в пассивную (или активную) объединительную плату. Результат аналогичен системе, построенной на материнской плате , за исключением того, что объединительная плата определяет конфигурацию слотов. Объединительные платы доступны с различными слотами ( ISA , PCI, PCI-X , PCI-Express и т. д.), обычно их всего 20 или меньше, что означает, что они помещаются в корпус для монтажа в 19-дюймовую стойку (шасси шириной 17 дюймов).

Некоторые одноплатные компьютеры имеют разъемы, которые позволяют собирать стопку печатных плат, каждая из которых содержит оборудование расширения, без традиционной объединительной платы. Примеры форм-факторов стекирования SBC включают PC/104 , PC/104- Plus , PCI-104 , EPIC и EBX; эти системы обычно доступны для использования во встроенных системах управления.

SBC стекового типа часто имеют память на сменных картах, таких как SIMM и DIMM . Печатные платы жесткого диска также не учитываются при определении того, является ли компьютер SBC или нет, по двум причинам: во-первых, потому что жесткий диск рассматривается как единое блочное запоминающее устройство, а во-вторых, потому что SBC может вообще не требовать жесткого диска, как в большинстве случаев. могут загружаться из своих сетевых подключений.

Форм-факторы

См. также

Ссылки

^ «Стратегия Фонда на 2016–2018 годы» (PDF) . Малина Пи . Фонд Raspberry Pi. стр. 3–5. Архивировано (PDF) из оригинала 9 июня 2016 года . Проверено 26 ноября 2016 г.
^ «SBC на базе COM: превосходная архитектура для встраиваемых систем малого форм-фактора» (PDF) . Diamond Systems Corp. Архивировано (PDF) оригиналом 29 декабря 2016 года . Проверено 27 декабря 2016 г.
^ «Внедрение высокопроизводительного встраиваемого вычислительного оборудования» (PDF) . Trenton Systems, Inc., 1 сентября 2016 г., стр. 13–15. Архивировано (PDF) из оригинала 26 ноября 2016 года . Проверено 26 ноября 2016 г.
^ «E&L Instruments | OpenCorporates» . opencorporates.com . Проверено 6 марта 2023 г.
^ «Мини-Микро Конструктор 1 (ММД1)» . www.decodesystems.com . Проверено 6 марта 2023 г.
^ «Информация Вирджинии» . www.bugbookcomputeruseum.com . Проверено 6 марта 2023 г.
^ «Доска Ампро» . Архивировано из оригинала 07 февраля 2020 г. Проверено 05 сентября 2020 г.
^ Коули, Кристиан (10 декабря 2019 г.). «19 удивительных применений Raspberry Pi» . МУО . Проверено 6 марта 2023 г.
^ «Что следует знать о праве на ремонт» . Wirecutter: обзоры для реального мира . 15 июля 2021 г. Проверено 6 марта 2023 г.
^ Винн Рош, Библия оборудования, пятое издание , Que, 1999 г. ISBN 0-7897-1743-3 стр. 50-51
^ «Одноплатная компьютерная периферия» . Ньюмикрос. Архивировано из оригинала 28 июня 2017 года . Проверено 7 июля 2017 г.
^ «Решение для печатной платы UHF RFID» . Магический ремень. Январь 2012. с. 4. Архивировано из оригинала 26 ноября 2016 года . Проверено 26 ноября 2016 г.
^ обновлено, последний раз Брайан Вестовер (27 мая 2021 г.). «Обзор Raspberry Pi 4 Model B» . Путеводитель Тома . Проверено 29 апреля 2023 г.
^ Менеджер по контенту (29 января 2023 г.). «Обзор BeagleBone Black» . ЭлектроникаХаки . Проверено 29 апреля 2023 г.
^ Олдерсон, Алекс. «FriendlyELEC представляет новый одноплатный компьютер NanoPi R6C за 89 долларов США» . Проверка ноутбука . Проверено 29 апреля 2023 г.

[raspi-foundation-1] «Стратегия Фонда на 2016–2018 годы» (PDF) . Малина Пи . Фонд Raspberry Pi. стр. 3–5. Архивировано (PDF) из оригинала 9 июня 2016 года . Проверено 26 ноября 2016 г.

[com-sbcs-2] «SBC на базе COM: превосходная архитектура для встраиваемых систем малого форм-фактора» (PDF) . Diamond Systems Corp. Архивировано (PDF) оригиналом 29 декабря 2016 года . Проверено 27 декабря 2016 г.

[3] «Внедрение высокопроизводительного встраиваемого вычислительного оборудования» (PDF) . Trenton Systems, Inc., 1 сентября 2016 г., стр. 13–15. Архивировано (PDF) из оригинала 26 ноября 2016 года . Проверено 26 ноября 2016 г.

[4] «E&L Instruments | OpenCorporates» . opencorporates.com . Проверено 6 марта 2023 г.

[5] «Мини-Микро Конструктор 1 (ММД1)» . www.decodesystems.com . Проверено 6 марта 2023 г.

[6] «Информация Вирджинии» . www.bugbookcomputeruseum.com . Проверено 6 марта 2023 г.

[7] «Доска Ампро» . Архивировано из оригинала 07 февраля 2020 г. Проверено 05 сентября 2020 г.

[8] Коули, Кристиан (10 декабря 2019 г.). «19 удивительных применений Raspberry Pi» . МУО . Проверено 6 марта 2023 г.

[9] «Что следует знать о праве на ремонт» . Wirecutter: обзоры для реального мира . 15 июля 2021 г. Проверено 6 марта 2023 г.

[10] Винн Рош, Библия оборудования, пятое издание , Que, 1999 г. ISBN 0-7897-1743-3 стр. 50-51

[11] «Одноплатная компьютерная периферия» . Ньюмикрос. Архивировано из оригинала 28 июня 2017 года . Проверено 7 июля 2017 г.

[magicstrap-comp-multiboard-components-12] «Решение для печатной платы UHF RFID» . Магический ремень. Январь 2012. с. 4. Архивировано из оригинала 26 ноября 2016 года . Проверено 26 ноября 2016 г.

[13] обновлено, последний раз Брайан Вестовер (27 мая 2021 г.). «Обзор Raspberry Pi 4 Model B» . Путеводитель Тома . Проверено 29 апреля 2023 г.

[14] Менеджер по контенту (29 января 2023 г.). «Обзор BeagleBone Black» . ЭлектроникаХаки . Проверено 29 апреля 2023 г.

[15] Олдерсон, Алекс. «FriendlyELEC представляет новый одноплатный компьютер NanoPi R6C за 89 долларов США» . Проверка ноутбука . Проверено 29 апреля 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

v т и Встраиваемые системы
General terms	ASIC Board support package Bootloader Consumer electronics Cross compiler Embedded database Embedded hypervisor Embedded OS Embedded software FPGA IoT Memory footprint Microcontroller Single-board computer Raspberry Pi SoC
Firmware and controls	Firmware Custom firmware Proprietary firmware Closed platform Crippleware Defective by Design Hacking of consumer electronics Homebrew (video games) iOS jailbreaking PlayStation 3 Jailbreak Rooting (Android) UEFI Vendor lock-in
Boot loaders	U-Boot Barebox
Software libraries	uClibc dietlibc Embedded GLIBC lwIP musl
Programming tools	Almquist shell BitBake Buildroot BusyBox OpenEmbedded Stand-alone shell Toybox Yocto Project
Operating systems	Linux on embedded systems Linux for mobile devices Light-weight Linux distribution Real-time operating system Windows IoT Win CE
Programming languages	Ada Assembly language CAPL Embedded C Embedded C++ Embedded Java MISRA C MicroPython
Lightweight browsers List of open-source hardware Open-source robotics