Поскольку человечество обрастает "умными" объектами, состоящими не только из обычных компьютеров и гаджетов, спрос на микроконтроллеры и микрокомпьютеры захватывает практически все отрасли, начиная от бытовой электроники и домашней техники и заканчивая здравоохранением и автомобилями. Что это такое - микрокомпьютеры? Давайте разберемся в этом вопросе на примере самой популярной модели - Raspberry Pi.
Что такое микрокомпьютеры?
Технически микрокомпьютер можно описать как комбинацию микропроцессора и периферийных устройств ввода-вывода, схем и памяти - только не на одном чипе.
Но для прояснения ситуации предлагаю начать с терминологии.
Микроконтроллер - это интегральная схема, предназначенная для управления конкретной операцией во встраиваемой системе. Эти микросхемы имеют встроенную оперативную память, ПЗУ и периферийные устройства. Микроконтроллеры называют одиночными микрокомпьютерами.
Микропроцессор - это компьютерный процессор на микрочипе, который содержит все или большинство функций центрального процессора. У микропроцессоров нет ОЗУ, ПЗУ или других периферийных устройств. Поэтому микропроцессоры не могут выполнять самостоятельные задачи. Напротив, такие системы, как микрокомпьютеры, содержащие микропроцессоры, могут быть запрограммированы на выполнение функций над данными путем записи в память микропроцессоров специальных инструкций.
История микрокомпьютеров
Термин "микрокомпьютер" появился в 1970-х годах. Появление микропроцессора Intel 4004 в 1971 году, а затем микропроцессоров Intel 8008 и Intel 8080 в 1972 и 1974 годах соответственно, проложило путь к созданию микрокомпьютера.
Первым микрокомпьютером стал Micral, выпущенный в 1973 году компанией Réalisation d'Études Électroniques (R2E). Основанный на Intel 8008, он стал первым “некомпьютерным” компьютером на базе микропроцессора. В 1974 году компания Micro Computer Machines Inc. (позже известная как MCM Computers) выпустила микрокомпьютер MCM/70 на базе Intel 8008.
Хотя микрокомпьютеры Micral и MCM/70 были выпущены позже, Altair 8800 часто считается первым успешным коммерческим микрокомпьютером. Выпущенный в 1974 году, он был разработан компанией Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS) и базировался на микропроцессоре Intel 8080. Он продавался по цене около 400 долларов в виде набора и 600 долларов в собранном виде .
По мере совершенствования микропроцессорных чипов росла и вычислительная мощность микрокомпьютеров. К 1980-м годам микрокомпьютеры стали использоваться не только для игр и компьютерного досуга, они нашли широкое применение в персональных компьютерах, на рабочих станциях и в научных кругах. В 1990-х годах микрокомпьютеры стали выпускаться в виде карманных персональных цифровых помощников (PDA), а позже появились в виде мобильных телефонов и портативных музыкальных плееров.
Но я уверен, что вы удивитесь, когда узнаете реальные размеры микрокомпьютеров тех времен.
На фото ниже изображен Altair 8800, его размеры составляли 43x46x18 см. Не слишком “микро” в сравнении с современными моделями, размерами не более 10 см, согласитесь. Но таков был путь к созданию того, о чем пойдет речь ниже.
Что такое Raspberry Pi?
Raspberry Pi - это название серии одноплатных компьютеров, созданных Raspberry Pi Foundation, британской благотворительной организацией, целью которой является обучение людей компьютерным технологиям и облегчение доступа к компьютерному образованию.
По сути это очень дешевый компьютер, работающий под управлением Linux, но он также имеет набор выводов GPIO (ввод/вывод общего назначения), позволяющих управлять электронными компонентами для физических вычислений и исследовать Интернет вещей (IoT). На плате Raspberry Pi расположены процессор, память, порты LAN, USB и micro HDMI, а также слот для карты памяти micro SD.
Raspberry Pi появился в 2012 году, и с тех пор было выпущено несколько его итераций и модификаций. Оригинальный Pi имел одноядерный процессор с частотой 700 МГц и всего 256 МБ оперативной памяти, а свежие модели оснащены четырехъядерным процессором с тактовой частотой более 1,5 ГГц и 4 ГБ оперативной памяти. Цена на Raspberry Pi всегда была ниже 100 долларов, особенно примечателен Pi Zero, который стоит порядка 5 долларов.
Конкуренты и аналоги Raspberry Pi
Raspberry Pi - не единственный на рынке. Существует около десятка серьезных конкурентов, некоторые из которых быстрее, дешевле и специализируются на определенных сценариях использования, таких как игры или искусственный интеллект.
Один из первых конкурентов Raspberry Pi назывался Banana Pi, но фруктовые названия не стали стандартом. Другие варианты включают в себя следующее:
- Asus Tinker Board
- Orange Pi
- Libre Computer Board
- Odroid
- Onion Omega
- NanoPi
Raspberry Pi VS Arduino
Raspberry Pi и Arduino - две популярные электронные платформы, которые помогли совершить революцию в том, как мы взаимодействуем с технологиями. Обе имеют свои сильные и слабые стороны и могут быть использованы для множества проектов.
Если Raspberry Pi - это микрокомпьютер, который работает под управлением операционной системы и может быть запрограммирован на различных языках, то Arduino - это микроконтроллер, который выполняет только программы, написанные на его языке.
Raspberry Pi обладает большей вычислительной мощностью, чем Arduino, что делает его более подходящим для выполнения сложных задач, таких как воспроизведение мультимедиа, просмотр веб-страниц и игры.
На нем также можно запускать такие программы, как Scratch - язык, позволяющий создавать интерактивные истории, игры и анимацию.
Кроме того, Raspberry Pi обладает встроенными беспроводными возможностями и может быть подключен к таким устройствам, как клавиатура, мышь и монитор. Однако Arduino больше подходит для управления физическими объектами и может быть использован для создания роботов, светодиодных массивов и других интерактивных проектов. С его помощью можно считывать и интерпретировать данные с датчиков и других устройств.
Кроме того, его гораздо проще программировать, чем Raspberry Pi, и он требует меньше настроек. В заключение следует отметить, что и Raspberry Pi, и Arduino имеют свои преимущества и могут быть использованы для различных проектов. В зависимости от задачи, та или иная может оказаться более подходящей, исходя из наших требований и конечной цели.
Особенности Raspberry Pi
Благодаря своей низкой стоимости и широкому спектру применения, неудивительно, что Raspberry Pi так популярна среди нашего поколения. Она предлагает широкий спектр функций и возможностей, что делает ее идеальным выбором для самых разных проектов. Среди основных характеристик Raspberry Pi можно выделить следующие:
- Малый форм-фактор: Небольшой размер позволяет нам получить очень высокую вычислительную мощность на ладони.
- Высокая производительность: есть модели оснащенные 64-битным четырехъядерным процессором ARM Cortex-A53 с частотой 1,4 ГГц и 1 ГБ оперативной памяти, что позволяет ему справляться с несколькими задачами одновременно и запускать требовательные программы.
- Возможности подключения благодаря множеству портов для присоединения к Интернету, Bluetooth, USB, внешним мониторам, клавиатурам, мышам и другим периферийным устройствам.
- Низкая стоимость. Это - один из самых доступных компьютеров на рынке, что делает его отличным выбором для экономных пользователей.
- Открытый исходный код. Платформа с открытым исходным кодом позволяет настраивать и создавать свои приложения и аппаратное обеспечение.
- Универсальность.Их можно использовать в самых разных проектах, от робототехники и домашней автоматизации до создания собственных медиацентров и игровых консолей.
- Программирование. Широкий выбор языков программирования и средств разработки облегчает освоение автоматизации.
- Широкий выбор аксессуаров сторонних производителей, позволяющих расширить возможности устройства.
Лучшие модели Raspberry Pi, доступные на рынке
Наиболее заметные и популярные модели Raspberry Pi, все из которых являются одноплатными компьютерами, включают в себя:
- Raspberry Pi Zero - это не только недорогая альтернатива полноразмерному компьютеру, но и невероятно мощное устройство! Процессор с частотой 1 ГГц, 512 МБ оперативной памяти, множество портов и интерфейсов - идеальное устройство для энтузиастов техники любого уровня. Беспроводное соединение открывает мир возможностей - от создания роботов до дистанционно управляемых автомобилей.
- Raspberry Pi 1. Если мы ищем доступную и универсальную платформу для творчества, то Raspberry Pi 1 - отличный выбор! Благодаря процессору на базе ARM и операционной системе на базе Linux мы можем открыть для себя мир программирования. Наличие портов USB, Ethernet, HDMI и аудио позволяет легко подключится к множеству различных устройств.
- Raspberry Pi 2 B оснащен четырехъядерным процессором ARM Cortex-A53 с частотой 1,2 ГГц, 1 ГБ оперативной памяти, встроенными Wi-Fi и Bluetooth, четырьмя портами USB и полноценным портом HDMI. Это одна из самых популярных недорогих и высокопроизводительных моделей, что делает ее отправной точкой для всех, кто интересуется компьютерным программированием и электроникой.
- Raspberry Pi 3. Благодаря четырехъядерному процессору ARM Cortex-A53 с тактовой частотой 1,2 ГГц, 1 Гб оперативной памяти, встроенным Wi-Fi и Bluetooth, четырем портам USB и полноценному порту HDMI эта модель идеально подходит для систем умного дома, робототехники или создания собственного медиацентра.
- Raspberry Pi 3 B+ - идеальный выбор для вычислительных потребностей! На борту 64-разрядный четырехъядерный процессор с частотой 1,4 ГГц, двухдиапазонная беспроводная локальная сеть, Bluetooth 4.2/BLE, более быстрый Ethernet и возможности PoE. Кроме того, благодаря четырем портам USB 2.0 и улучшенным системам управления питанием и терморегулирования мы сможем подключать более мощные внешние USB-устройства, более эффективно передавать мультимедиа и даже увеличить время работы.
- Raspberry Pi 4 B+ -это устройство оснащено 64-разрядным четырехъядерным процессором ARM Cortex-A72 с частотой 1,5 ГГц, до 4 Гб оперативной памяти, Bluetooth 5.0, двумя портами USB 3.0 и видеовыходом 4K.
- Raspberry Pi 400 - это компактный компьютер на базе четырехъядерного процессора и 4 ГБ оперативной памяти. Оснащен встроенной полноразмерной клавиатурой со встроенным трекпадом, портом HDMI и двумя портами USB. Raspberry Pi 400 идеально подходит как для студентов, так и для профессионалов, поскольку он представляет собой мощную, доступную и удобную платформу для кодирования, программирования, игр и многого другого.
Диапазон цен на Raspberry Pi
Raspberry Pi не бьет по карману, когда речь заходит о его приобретении для использования. Он выпускается в различных моделях, цена которых варьируется от 5$ до 100$. Самая базовая модель, Raspberry Pi Zero, - это крошечный компьютер, который обойдется нам всего в 5 долларов.
Raspberry Pi 4, которая обойдется примерно в 70$ за версию с 2 Гб памяти, является самой продвинутой и мощной моделью, с четырехъядерным процессором, расширяемой до 8 Гб оперативной памяти, а также поддержкой видео 4K с частотой 60 кадров в секунду.
Raspberry Pi 3 Model B+ - отличный вариант для тех, кому нужен мощный компьютер в рамках бюджета. Он стоит около 60$ и предлагает четырехъядерный процессор, 1 ГБ оперативной памяти и видеовыход 1080p.
В зависимости от наших потребностей, обязательно найдется модель Raspberry Pi, которая впишется в наш бюджет.
Применение Raspberry Pi
Независимо от того, являетесь ли вы опытным программистом или только начинаете, Raspberry Pi - это отличный инструмент для обучения и создания удивительных проектов. Перечислим часть возможных сфер для его применения:
- Образование. Raspberry Pi можно использовать в качестве инструмента для обучения программированию и кодированию. С ее помощью можно познакомить учащихся с основными понятиями информатики и развить навыки программирования и решения задач.
- Домашняя автоматизация. Это может включать в себя управление светом, вентиляторами и другими приборами.
- Медиацентр, позволяющий смотреть фильмы, слушать музыку и получать доступ к потоковым онлайн-сервисам.
- Робототехника. Можно создавать роботов, которые будут принимать решения на основе данных, полученных от датчиков и камер.
- Портативный компьютер для таких задач, как просмотр веб-страниц, редактирование документов и многое другое.
- Сеть. Raspberry Pi можно использовать для создания локальной вычислительной сети (LAN). Это может быть использовано для таких задач, как обмен файлами и удаленный доступ.