Одноплатный компьютер

Одноплатный компьютер (SBC, англ. single-board computer) — самодостаточный компьютер, собранный на одной печатной плате, на которой установлены микропроцессор или система на кристалле, оперативная память, флеш-накопитель или SSD, системы ввода-вывода и другие модули, необходимые для функционирования компьютера. Графика почти всегда встроенная. Одноплатные компьютеры изготавливаются в качестве полноценных ПК (например, неттопы), тонких клиентов, демонстрационных систем, систем для разработчиков или образования, или для использования в роли промышленных или встраиваемых компьютеров^{[источник не указан 955 дней]}.

Raspberry PI B+

Плата неттопа Gigabyte BRIX

В отличие от традиционных персональных компьютеров форм-фактора «desktop» (стандарты AT, ATX, и т. п.), одноплатные компьютеры часто не требуют установки каких-либо дополнительных периферийных плат. Некоторые одноплатные системы изготовлены в виде компактной платы с процессором и памятью, подключаемые к backplane для расширения возможностей, например, для увеличения количества доступных разъемов^{[источник не указан 955 дней]}.

Чаще всего эти решения должны быть защищены или очень компактны, поэтому все компоненты должны располагаться на одной плате^{[источник не указан 955 дней]}. Нередко одноплатные компьютеры промышленного назначения имеют полностью пассивное охлаждение, исполнены в герметичном корпусе из алюминиевого сплава, обладающего большим коэффициентом теплопроводности.

Такая экономия, с одной стороны, делает всё устройство более компактным и гораздо более дешевым за счет использования системы на кристалле (СнК, однокриста́льная систе́ма; англ. System-on-a-Chip, SoC), с другой стороны, расширение возможностей — смена процессора или памяти — затруднено, так как чаще всего эти компоненты напаяны на плату^{[источник не указан 955 дней]}.

История

Первый одноплатный компьютер был представлен в 1976 году, им стал «Dyna-Micro» (впоследствии переименован в MMD-1: «Mini-Micro Designer 1») от фирмы E&L Instruments — он был построен на основе процессора Intel 8080A и имел размер 140 мм x 305 мм x 254 мм^[1][2][3]. После него в XX веке было выпущено еще несколько популярных SBC — Nascom (1979), BBC Micro (1981), Ferguson Big Board II (1982) и пр., а в XXI веке — Raspberry Pi (2012), Banana Pi/Pro, Intel Edison/Galileo, Cubieboard, Beaglebone/Beagleboard и пр.^[4].

Применение

Одноплатные компьютеры часто используются в следующих сферах^[5][6]:

• образовательные учреждения;
• промышленное производство и автоматика;
• измерительная техника и приборостроение;
• системы автоматизации (умный дом);
• охранные системы;
• авиация;
• транспорт;
• торговля;
• развлечения;
• телекоммуникации;
• мобильные устройства;
• здравоохранение (медицинский мониторинг);
• сельское хозяйство (теплицы) и животноводство (слежение за животными).

Близкие понятия

Надмножества

Надмножеством SBC считаются «одноплатные устройства» (SBD, англ. single-board device) или, как их еще называют, «одноплатные архитектуры» (SBA, англ. single-board architecture) и «одноплатные системы» (SBS, англ. single-board system) — это устройства, чьи основные компоненты (память, порты ввода-вывода, микроконтроллер/микропроцессор) располагаются на одной плате. К ним относятся^{[7][8][9][10]}:

• собственно, SBC;
• «одноплатные микроконтроллеры» (SBM, англ. single-board microcontroller или англ. microcontroller board), такие как STM32F103C8T6, STM8L15X, TMS320C6457, Wiring V1.1, Adafruit HUZZAH ESP8266, Arduino/Genuino UNO Rev. 3, Arduino/Genuino MKR1000, Teensy LC и прочие;
• «одноплатные [устройства] c ППВМ» (англ. single-board with FPGA), такие как Papilio DUO, Alchitry Au, Alhambra II, MKR Vidor 4000, ORP SoC, ZPUino, CVA6 и прочие.

Подмножества

Подмножествами SBC считаются «одноплатные модули» (COM, англ. computer-on-module, дословно «компьютеры на модуле») и «системы на модуле» (SOM, англ. system-on-module) — они не являются полноценными компьютерами, но содержат все необходимое для встраивания в плату-носитель (англ. baseboard, дословно «основную плату») системы, создавая, таким образом, квази-SBC. Все первичные источники питания и пользовательские интерфейсы размещаются на основной плате^{[11][12][13][14][15][16]}.

Модульный подход хорош тем, что позволяет, при необходимости, заменить модуль, не затрагивая основную плату. При прочих равных, модули будут иметь большие размеры, чем SBC, так как они имеют соединитель для подключения к разъему платы-носителя^[11].

COM

Основная статья: Компьютер на модуле^[англ.]

Как правило, на такие платы устанавливаются только основные компоненты и интерфейсы^{[17][15][16][11][12]}:

1. ЦП с низким энергопотреблением;
2. чипсет;
3. BIOS;
4. память;
5. дополнительные контроллеры;
6. разъемы;
7. вторичные источники питания.

SOM

Основная статья: Система на модуле

В отличие от COM, они представляют собой полноценную подсистему, способную исполнять одну или несколько функций. Помимо основных компонентов и интерфейсов, на такие платы устанавливаются^{[15][16][17][13][14][12]}:

1. DSP;
2. преобразователи (ЦАП, АЦП и пр.);
3. порты промышленных интерфейсов (RS-232, RS-482, CAN, SPI и пр.);
4. часы реального времени;
5. оконечные каскады интерфейсов (Ethernet и пр.);
6. индикаторы, кнопки, разъемы и прочее.

Примеры

Примеры распространенных одноплатных компьютеров^{[18][19][20][21][22][23][7]}:

• ASUS Tinker Board;
• Banana Pi;
• BeagleBoard;
• BeagleBone Black;
• Calao Systems USB-A9G20-C01;
• Cubieboard;
• DragonBoard410c;
• Google Coral Dev Board;
• Gumstix Verdex Pro XL6P/Overo Earth;
• HardKernel Odroid C1/C2/C4/XU3/XU4/M;
• Intel Galileo/Edisson;
• I.MX6Q SABRE LITE;
• LattePanda;
• NanoPC-T3 Plus;
• NanoPi Duo2;
• OLINUXINO;
• Onion Omega 2+;
• Orange Pi;
• PANDABOARD ES;
• Parallella Board P1601;
• Pine A64;
• Radxa Rock Lite;
• Raspberry Pi 1/2/3/Zero/4/Pico/Zero 2/5;
• Repka Pi 3
• RIoTBOARD;
• Toradex Colibri T30;
• Udoo x86 Ultra;
• UP Squared;
• Variscite DARTMX8M-MINI;
• Xilinx Z-turn.

Примечания

1. Рякова Д. А., Корнилов Ю. В. История одноплатных компьютеров //Инновационные технологии в науке и образовании. — 2016. — №. 2. — С. 278—279.
2. Romin A. Locks and raspberries: a comparative study of single-board computers for access control. — 2016.
3. Ortmeyer C. Then and now: a brief history of single board computers //Electron. Des. Uncovered. — 2014. — Т. 6. — С. 1-11.
4. Ashwin Pajankar. Raspberry Pi Supercomputing and Scientific Programming. — Apress, 2017. — С. 3. — 171 с.
5. Лешуков Э. В., Танаева М. С. БИЗНЕС-МОДЕЛЬ" КУБИЧЕСКОГО СТАРТАПА" ОДНОПЛАТНОГО КОМПЬЮТЕРА MILESTONE //ИННОВАТИКА-2019. — 2019. — С. 494—498.
6. Добровольский Н. С. Применение одноплатных компьютеров в системах мониторинга параметров окружающей среды //Проблемы автоматики и управления. — 2015. — №. 1. — С. 171—174.
7. Álvarez J. L., Mozo J. D., Durán E. Analysis of Single Board Architectures Integrating Sensors Technologies //Sensors. — 2021. — Т. 21. — №. 18. — С. 6303.
8. K. Srujan Raju, Roman Senkerik, Satya Prasad Lanka, V. Rajagopal. Data Engineering and Communication Technology. — Singapore: Springer, 2020. — С. 681. — 963 с.
9. Kuka L. Vom Consumer zum Maker: der interdisziplinäre Einsatz von Single-Board Platinen im Schulwesen/eingereicht von Dipl.-Ing. Lisa Kuka : дис. — Universität Linz, 2019.
10. Klaus Dembowski. Mikrocontroller - Der Leitfaden für Maker: Schaltungstechnik und Programmierung für Raspberry, Arduino & Co.. — Heidelberg: dpunkt.verlag, 2014. — 396 с.
11. Computer-on-Module (COM) versus Single-Board Computer (SBC) Архивная копия от 31 марта 2022 на Wayback Machine // Winsystems, 19.11.2019
12. Страшун Юрий Павлович. Современное состояние разработок систем автоматизации и управления // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 7. Архивировано 1 апреля 2022 года.
13. Fernando Moreira, Hojjat Adeli, Irena Orovic, Luís Paulo Reis, Sandra Costanzo, Álvaro Rocha. Trends and Innovations in Information Systems and Technologies. Volume 2. — 2020. — С. 37—38. — 842 с.
14. Alexander Barkalov, Larysa Titarenko, Małgorzata Mazurkiewicz. Foundations of Embedded Systems. — Springer, 2019. — С. 32—33. — 167 с.
15. О. В. Шишов. Современные средства АСУ ТП. — Москва-Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. — С. 48—49. — 532 с.
16. О. В. Шишов. Современные технологии промышленной автоматизации. — Москва-Берлин: Директ-Медиа, 2015. — С. 18—19. — 368 с.
17. Cedric Aimal Edwin, Ghulam Abbas, Ghulam Hussain, Khalid Rahman, Wasim Ahmed Khan. Functional Reverse Engineering of Machine Tools. — CRC Press, 2019. — 350 с.
18. Schindler V. et al. The possibilities of using single-board computers for medical data transmission security //Przegląd Elektrotechniczny. — 2013. — Т. 89. — №. 6. — С. 56—60.
19. Ortmeyer C. A Brief History of Single Board Computers //A Premier Farnell Company, Electronic Design Uncovered, USA. — 2014. — №. 06. — С. 11.
20. Lencse G., Répás S. Benchmarking further single board computers for building a mini supercomputer for simulation of telecommunication systems //International Journal of Advances in Telecommunications, Electrotechnics, Signals and Systems. — 2016. — Т. 5. — №. 1. — С. 29-36.
21. Johnston S. J. et al. Commodity single board computer clusters and their applications //Future Generation Computer Systems. — 2018. — Т. 89. — С. 201—212.
22. Mishra A. Embedded Development Platforms To Design Prototypes Of Internet Of Things (Iot) Applications: A Study. //International Journal of Research in Advent Technology, Vol.7, No.4, April 2019
23. Prabhu G. R. D., Urban P. L. Elevating chemistry research with a modern electronics toolkit //Chemical Reviews. — 2020. — Т. 120. — №. 17. — С. 9482-9553.