Single-Board-Computer - Single-board computer

Der Raspberry Pi ist ein kostengünstiger Einplatinencomputer für den Informatikunterricht .

Ein Einplatinencomputer ( SBC ) ist ein vollständiger Computer, der auf einer einzelnen Leiterplatte aufgebaut ist , mit Mikroprozessor (en), Speicher , Ein-/Ausgabe (I/O) und anderen Merkmalen, die von einem funktionsfähigen Computer benötigt werden. Einplatinencomputer werden üblicherweise als Demonstrations- oder Entwicklungssysteme, für Bildungssysteme oder zur Verwendung als eingebettete Computercontroller hergestellt . Viele Arten von Heimcomputern oder tragbaren Computern integrieren alle ihre Funktionen auf einer einzigen Leiterplatte .

Im Gegensatz zu Desktop- PCs sind Single-Board-Computer oft nicht auf Erweiterungssteckplätze für Peripheriefunktionen oder Erweiterungen angewiesen . Einplatinencomputer wurden mit einer Vielzahl von Mikroprozessoren gebaut . Einfache Designs, wie sie von Computerbastlern gebaut wurden, verwenden oft statischen RAM und kostengünstige 8- oder 16-Bit-Prozessoren. Andere Typen, wie beispielsweise Blade-Server , funktionieren ähnlich wie ein Server- Computer, nur in einem kompakteren Format.

Ein Computer-on-Module ist eine Art von Einplatinencomputer, der zur Systemerweiterung in eine Trägerplatine, eine Grundplatine oder eine Rückwandplatine eingesteckt werden kann.

Geschichte

Einer der ersten 10 MMD-1, ein Prototyp, hergestellt von E&L Instruments im Jahr 1976. Der "dyna-micro"/"MMD-1" war der erste echte Einplatinencomputer der Welt. Das MMD-1 hatte alle Komponenten auf einer einzigen Leiterplatte , einschließlich Speicher, E/A, Benutzereingabegerät und Display. Außer Strom war nichts außerhalb des einzelnen Boards erforderlich, um das MMD-1 sowohl zu programmieren als auch auszuführen. Das ursprüngliche Design des MMD-1 wurde als "Dyna-Micro" bezeichnet, wurde jedoch bald in "MMD-1" umbenannt.

Der erste echte Single-Board-Computer (siehe Radio-Electronics- Ausgabe vom Mai 1976 ), genannt "Dyna-Micro", basierte auf dem Intel C 8080 A und verwendete auch Intels erstes EPROM , den C1702A. Der dyna-micro wurde 1976 von E&L Instruments aus Derby, Connecticut, als „ MMD-1 “ (Mini-Micro Designer 1) umbenannt und wurde als Beispielmikrocomputer in der sehr beliebten 8080 „ BugBook “-Serie berühmt die Zeit. SBCs spielten auch in der frühen Geschichte der Heimcomputer eine wichtige Rolle , beispielsweise im Acorn Electron und im BBC Micro . Andere typische frühe Einplatinencomputer wie der KIM-1 wurden oft ohne Gehäuse geliefert , das vom Besitzer hinzugefügt werden musste. Andere frühe Beispiele sind das Ferguson Big Board , das Ampro Little Board und das Nascom .

Mit zunehmender Verbreitung des PC-Marktes wurden weniger SBCs in Computern verwendet. Die Hauptkomponenten wurden auf einem Motherboard montiert , und Peripheriekomponenten wie Festplatten-Controller und Grafikprozessoren befanden sich auf Daughterboards . Die jüngste Verfügbarkeit von fortschrittlichen Chipsätzen, die die meisten I/O-Funktionen als eingebettete Komponenten bereitstellen, ermöglicht es Motherboard-Herstellern, Motherboards mit I/O anzubieten, die traditionell von Daughterboards bereitgestellt werden. Die meisten PC-Motherboards bieten jetzt On-Board-Unterstützung für Festplatten, einschließlich IDE , SATA , NVMe , RAID , integrierte GPU , Ethernet und traditionelle E/A wie serieller Anschluss und paralleler Anschluss , USB und Tastatur-/Mausunterstützung. Plug-in - Karten sind jetzt häufiger Hochleistungs - Grafikkarten (wirklich Grafik-Coprozessoren), High-End - RAID - Controller , und spezialisierten I / O - Karten wie die Datenerfassung und DSP (Digital Signal Processor) Boards.

Anwendungen

Ein Sockel 3 basierter 486 SBC mit Netzteil und Flatscreen

Einplatinencomputer wurden durch die Erhöhung der Dichte integrierter Schaltkreise möglich . Eine Konfiguration mit einer einzigen Platine reduziert die Gesamtkosten eines Systems, indem die Anzahl der erforderlichen Leiterplatten reduziert wird und die sonst verwendeten Verbinder und Bustreiberschaltungen eliminiert werden. Durch die Unterbringung aller Funktionen auf einer Platine kann ein kleineres Gesamtsystem, beispielsweise wie bei Notebook-Computern, erreicht werden. Steckverbinder sind eine häufige Quelle von Zuverlässigkeitsproblemen, daher beseitigt ein Einplatinensystem diese Probleme.

Einplatinencomputer werden heute allgemein über zwei verschiedene Architekturen hinweg definiert: keine Steckplätze und Steckplatzunterstützung.

Eingebettete SBCs sind Einheiten, die alle erforderlichen E/A ohne Bereitstellung von Steckkarten bereitstellen. Anwendungen sind in der Regel Spiele (Spielautomaten, Videopoker), Kiosk und Automatisierung der Maschinensteuerung . Eingebettete SBCs sind viel kleiner als das ATX-Motherboard, das in PCs zu finden ist, und bieten einen I/O-Mix, der besser auf eine industrielle Anwendung ausgerichtet ist, wie z Diskettenlaufwerk erforderlich ), kein Video usw.

Der Begriff "Einplatinencomputer" gilt nun allgemein für eine Architektur, bei der der Einplatinencomputer in eine Rückwandplatine eingesteckt ist , um E/A-Karten bereitzustellen. Im Fall von PC104 ist der Bus keine Rückwandplatine im herkömmlichen Sinne, sondern eine Reihe von Stiftanschlüssen , die das Stapeln von E/A-Platinen ermöglichen.

Einplatinencomputer werden am häufigsten in industriellen Situationen verwendet, wo sie im Rackmount- Format für die Prozesssteuerung verwendet oder in andere Geräte eingebettet werden, um Steuerung und Schnittstellen bereitzustellen. Sie werden bei der Tiefseeerkundung auf den ALICE-Tiefseesonden und im Weltraum, auf den Ariane- und Pegasus- Raketen und dem Space Shuttle eingesetzt . Aufgrund des sehr hohen Integrationsgrades, der reduzierten Komponenten- und Steckeranzahl sind SBCs oft kleiner, leichter, energieeffizienter und zuverlässiger als vergleichbare Mehrplatinencomputer.

Der Hauptvorteil eines ATX-Motherboards im Vergleich zu einem SBC sind die Kosten. Motherboards werden zu Millionen für den Verbraucher- und Büromarkt hergestellt, was enorme Skaleneffekte ermöglicht. Single-Board-Computer sind eine Marktnische und werden seltener und zu höheren Kosten hergestellt. Motherboards und SBCs bieten jetzt ein ähnliches Maß an Funktionsintegration, was bedeutet, dass ein Ausfall des Motherboards in beiden Standards einen gleichwertigen Austausch erfordert.

Typen, Normen

Eine übliche Variante von Einplatinencomputern verwendet standardisierte Computerformfaktoren, die zur Verwendung in einem Rückwandgehäuse bestimmt sind. Einige dieser Typen sind CompactPCI , PXI , VMEbus , VXI und PICMG . SBCs wurden um verschiedene interne Verarbeitungsstrukturen herum aufgebaut, einschließlich der Intel-Architektur, Mehrprozessorarchitekturen und Verarbeitungssystemen mit geringerer Leistung wie RISC und SPARC. In der PC-Welt von Intel sind die Intelligenz und die Schnittstellen-/Steuerschaltung auf einer Steckplatine untergebracht, die dann in eine passive (oder aktive) Backplane eingefügt wird. Das Endergebnis ist ähnlich wie bei einem System mit einem Motherboard , außer dass die Backplane die Steckplatzkonfiguration bestimmt. Backplanes sind mit einer Mischung von Steckplätzen (ISA, PCI, PCI-X, PCI-Express usw.) erhältlich, die normalerweise 20 oder weniger umfassen, was bedeutet, dass sie in ein 19-Zoll-Rackmount-Gehäuse (17 Zoll breites Chassis) passen.

Einige Einplatinencomputer verfügen über Anschlüsse, die es ermöglichen, einen Stapel von Leiterplatten, die jeweils Erweiterungshardware enthalten, ohne eine herkömmliche Rückwandplatine zusammenzubauen. Beispiele für Stacking-SBC-Formfaktoren umfassen PC/104 , PC/104- Plus , PCI-104 , EPIC und EBX; diese Systeme sind allgemein für die Verwendung in eingebetteten Steuerungssystemen verfügbar.

SBCs vom Stapeltyp verfügen oft über Speicher auf Steckkarten wie SIMMs und DIMMs . Festplattenplatinen werden aus zwei Gründen auch nicht für die Bestimmung, ob ein Computer ein SBC ist oder nicht, gezählt, zum einen, weil die HDD als eine einzelne Blockspeichereinheit angesehen wird, und zum anderen, weil der SBC möglicherweise wie die meisten keine Festplatte benötigt können von ihren Netzwerkverbindungen gebootet werden.

Formfaktoren

Siehe auch

Verweise