Оскільки людство обростає "розумними" об'єктами, що складаються не тільки зі звичайних комп'ютерів і гаджетів, попит на мікроконтролери та мікрокомп'ютери охоплює практично всі галузі, починаючи від побутової електроніки й побутової техніки і закінчуючи охороною здоров'я, автомобілями та воєнною промисловістю. Що це таке - мікрокомп'ютери? Давайте розберемося в цьому питанні на прикладі найпопулярнішої моделі - Raspberry Pi.
Що таке мікрокомп'ютери?
Технічно мікрокомп'ютер можна описати як комбінацію мікропроцесора і периферійних пристроїв введення-виведення, схем і пам'яті - тільки не на одному чіпі.
Але для прояснення ситуації пропоную почати з термінології.
Мікроконтролер - це інтегральна схема, призначена для управління конкретною операцією у вбудованій системі. Ці мікросхеми мають вбудовану оперативну пам'ять, ПЗП і периферійні пристрої. Мікроконтролери називають поодинокими мікрокомп'ютерами.
Мікропроцесор - це комп'ютерний процесор на мікрочипі, який містить усі або більшість функцій центрального процесора. У мікропроцесорів немає ОЗП, ПЗП або інших периферійних пристроїв. Тому мікропроцесори не можуть виконувати самостійні завдання. Навпаки, такі системи, як мікрокомп'ютери, що містять мікропроцесори, можуть бути запрограмовані на виконання функцій над даними шляхом запису в пам'ять мікропроцесорів спеціальних інструкцій.
Історія мікрокомп'ютерів
Термін "мікрокомп'ютер" з'явився в 1970-х роках. Поява мікропроцесора Intel 4004 1971 року, а потім мікропроцесорів Intel 8008 і Intel 8080 у 1972 і 1974 роках відповідно, проклала шлях до створення мікрокомп'ютера.
Першим мікрокомп'ютером став Micral, випущений 1973 року компанією Réalisation d'Études Électroniques (R2E). Заснований на Intel 8008, він став першим "некомп'ютерним" комп'ютером на базі мікропроцесора. 1974 року компанія Micro Computer Machines Inc. (пізніше відома як MCM Computers) випустила мікрокомп'ютер MCM/70 на базі Intel 8008.
Хоча мікрокомп'ютери Micral і MCM/70 були випущені пізніше, Altair 8800 часто вважається першим успішним комерційним мікрокомп'ютером. Випущений 1974 року, він був розроблений компанією Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS) і базувався на мікропроцесорі Intel 8080. Він продавався за ціною близько 400 доларів у вигляді набору і 600 доларів у зібраному вигляді.
У міру вдосконалення мікропроцесорних чипів зростала й обчислювальна потужність мікрокомп'ютерів. До 1980-х років мікрокомп'ютери стали використовуватися не тільки для ігор і комп'ютерного дозвілля, вони знайшли широке застосування в персональних комп'ютерах, на робочих станціях і в наукових колах. У 1990-х роках мікрокомп'ютери стали випускатися у вигляді кишенькових персональних цифрових помічників (PDA), а пізніше з'явилися у вигляді мобільних телефонів і портативних музичних плеєрів.
Але я впевнений, що ви здивуєтеся, коли дізнаєтеся реальні розміри мікрокомп'ютерів тих часів.
На фото нижче зображений Altair 8800, його розміри становили 43x46x18 см. Не надто "мікро" порівняно з сучасними моделями, розмірами не більше 10 см, погодьтеся. Але таким був шлях до створення того, про що піде мова нижче.
Що таке Raspberry Pi?
Raspberry Pi - це назва серії одноплатних комп'ютерів, створених Raspberry Pi Foundation, британською благодійною організацією, метою якої є навчання людей комп'ютерним технологіям і полегшення доступу до комп'ютерної освіти.
По суті це дуже дешевий комп'ютер, що працює під управлінням Linux, але він також має набір виводів GPIO (введення/виведення загального призначення), що дають змогу керувати електронними компонентами для фізичних обчислень і досліджувати Інтернет речей (IoT). На платі Raspberry Pi розташовані процесор, пам'ять, порти LAN, USB і micro HDMI, а також слот для карти пам'яті micro SD.
Raspberry Pi з'явився у 2012 році, і відтоді було випущено кілька його ітерацій і модифікацій. Оригінальний Pi мав одноядерний процесор з частотою 700 МГц і всього 256 МБ оперативної пам'яті, а свіжі моделі оснащені чотирьохядерним процесором з тактовою частотою понад 1,5 ГГц і 4 ГБ оперативної пам'яті. Ціна на Raspberry Pi завжди була нижче 100 доларів, особливо примітний Pi Zero, який коштує близько 5 доларів.
Конкуренти та аналоги Raspberry Pi
Raspberry Pi - не єдиний на ринку. Існує близько десятка серйозних конкурентів, деякі з яких швидші, дешевші та спеціалізуються на певних сценаріях використання, як-от ігри чи штучний інтелект.
Один із перших конкурентів Raspberry Pi називався Banana Pi, але фруктові назви не стали стандартом. Інші варіанти включають в себе наступне:
- Asus Tinker Board
- Orange Pi
- Libre Computer Board
- Odroid
- Onion Omega
- NanoPi
Raspberry Pi VS Arduino
Raspberry Pi і Arduino - дві популярні електронні платформи, які допомогли зробити революцію в тому, як ми взаємодіємо з технологіями. Обидві мають свої сильні та слабкі сторони і можуть бути використані для безлічі проектів.
Якщо Raspberry Pi - це мікрокомп'ютер, який працює під управлінням операційної системи і може бути запрограмований різними мовами, то Arduino - це мікроконтролер, який виконує тільки програми, написані його мовою.
Raspberry Pi має більшу обчислювальну потужність, ніж Arduino, що робить його більш придатним для виконання складних завдань, як-от відтворення мультимедіа, перегляд веб-сторінок та ігри.
На ньому також можна запускати такі програми, як Scratch - мова, що дає змогу створювати інтерактивні історії, ігри та анімацію.
Крім того, Raspberry Pi має вбудовані бездротові можливості і може бути підключений до таких пристроїв, як клавіатура, миша і монітор. Однак Arduino більше підходить для управління фізичними об'єктами і може бути використаний для створення роботів, світлодіодних масивів та інших інтерактивних проектів. З його допомогою можна зчитувати та інтерпретувати дані з датчиків та інших пристроїв.
Крім того, його набагато простіше програмувати, ніж Raspberry Pi, і він потребує менше налаштувань. Насамкінець слід зазначити, що і Raspberry Pi, і Arduino мають свої переваги та можуть бути використані для різних проектів. Залежно від завдання, та чи інша може виявитися більш підходящою, виходячи з наших вимог і кінцевої мети.
Особливості Raspberry Pi
Завдяки своїй низькій вартості та широкому спектру застосування, не дивно, що Raspberry Pi так популярна серед нашого покоління. Вона пропонує широкий спектр функцій і можливостей, що робить її ідеальним вибором для найрізноманітніших проектів. Серед основних характеристик Raspberry Pi можна виділити такі:
- Малий форм-фактор: Невеликий розмір дозволяє нам отримати дуже високу обчислювальну потужність на долоні.
- Висока продуктивність: є моделі оснащені 64-бітовим чотирьохядерним процесором ARM Cortex-A53 з частотою 1,4 ГГц і 1 ГБ оперативної пам'яті, що дає йому змогу впоратися з декількома завданнями одночасно та запускати вимогливі програми.
- Можливості підключення завдяки безлічі портів для приєднання до Інтернету, Bluetooth, USB, зовнішніх моніторів, клавіатур, мишей та інших периферійних пристроїв.
- Низька вартість. Це - один із найдоступніших комп'ютерів на ринку, що робить його чудовим вибором для економних користувачів.
- Відкритий вихідний код. Платформа з відкритим вихідним кодом дає змогу налаштовувати і створювати свої додатки та апаратне забезпечення.
- Їх можна використовувати в найрізноманітніших проектах, від робототехніки та домашньої автоматизації до створення власних медіацентрів та ігрових консолей.
- Програмування. Широкий вибір мов програмування та засобів розробки полегшує освоєння автоматизації.
- Широкий вибір аксесуарів сторонніх виробників, що дають змогу розширити можливості пристрою.
Найкращі моделі Raspberry Pi доступні на ринку
Найпомітніші та найпопулярніші моделі Raspberry Pi, всі з яких є одноплатними комп'ютерами, включають у себе:
- Raspberry Pi Zero - це не тільки недорога альтернатива повнорозмірному комп'ютеру, а й неймовірно потужний пристрій! Процесор із частотою 1 ГГц, 512 МБ оперативної пам'яті, безліч портів та інтерфейсів - ідеальний пристрій для ентузіастів техніки будь-якого рівня. Бездротове з'єднання відкриває світ можливостей - від створення роботів до дистанційно керованих автомобілів.
- Raspberry Pi 1. Якщо ми шукаємо доступну й універсальну платформу для творчості, то Raspberry Pi 1 - чудовий вибір! Завдяки процесору на базі ARM і операційній системі на базі Linux ми можемо відкрити для себе світ програмування. Наявність портів USB, Ethernet, HDMI та аудіо дає змогу легко під'єднатися до безлічі різних пристроїв.
- Raspberry Pi 2 B оснащений чотирьохядерним процесором ARM Cortex-A53 з частотою 1,2 ГГц, 1 ГБ оперативної пам'яті, вбудованими Wi-Fi і Bluetooth, чотирма портами USB і повноцінним портом HDMI. Це одна з найпопулярніших недорогих і високопродуктивних моделей, що робить її відправною точкою для всіх, хто цікавиться комп'ютерним програмуванням і електронікою.
- Raspberry Pi 3. Завдяки чотирьохядерному процесору ARM Cortex-A53 з тактовою частотою 1,2 ГГц, 1 Гб оперативної пам'яті, вбудованим Wi-Fi і Bluetooth, чотирьом портам USB і повноцінному порту HDMI ця модель ідеально підходить для систем розумного будинку, робототехніки або створення власного медіацентру.
- Raspberry Pi 3 B+ - ідеальний вибір для обчислювальних потреб! На борту 64-розрядний чотирьохядерний процесор із частотою 1,4 ГГц, дводіапазонна бездротова локальна мережа, Bluetooth 4.2/BLE, більш швидкий Ethernet і можливості PoE. Крім того, завдяки чотирьом портам USB 2.0 і поліпшеним системам керування живленням і терморегулювання ми зможемо під'єднати потужніші зовнішні USB-пристрої, ефективніше передавати мультимедіа та навіть збільшити час роботи!
- Raspberry Pi 4 B+ - цей пристрій оснащений 64-розрядним чотирьохядерним процесором ARM Cortex-A72 з частотою 1,5 ГГц, до 4 Гб оперативної пам'яті, Bluetooth 5.0, двома портами USB 3.0 і відеовиходом 4K.
- Raspberry Pi 400 - це компактний комп'ютер на базі чотирьохядерного процесора і 4 ГБ оперативної пам'яті. Оснащений вбудованою повнорозмірною клавіатурою з вбудованим трекпадом, портом HDMI і двома портами USB. Raspberry Pi 400 ідеально підходить як для студентів, так і для професіоналів, оскільки він являє собою потужну, доступну і зручну платформу для кодування, програмування, ігор і багато чого іншого.
Діапазон цін на Raspberry Pi
Raspberry Pi не б'є по кишені, коли мова заходить про його придбання для використання. Він випускається в різних моделях, ціна яких варіюється від 5$ до 100$. Найбазовіша модель, Raspberry Pi Zero, - це крихітний комп'ютер, який обійдеться нам всього в 5 доларів.
Raspberry Pi 4, яка обійдеться приблизно в 70$ за версію з 2 Гб пам'яті, є найпросунутішою і найпотужнішою моделлю, з чотирьохядерним процесором, оперативною пам'яттю, яка може бути розширена до 8 Гб, а також підтримкою відео 4K з частотою 60 кадрів на секунду.
Raspberry Pi 3 Model B+ - чудовий варіант для тих, кому потрібен потужний комп'ютер у рамках бюджету. Він коштує близько 60$ і пропонує чотирьохядерний процесор, 1 ГБ оперативної пам'яті та відеовихід 1080p.
Залежно від наших потреб, обов'язково знайдеться модель Raspberry Pi, яка впишеться в наш бюджет.
Застосування Raspberry Pi
Незалежно від того, чи є ви досвідченим програмістом, чи тільки починаєте, Raspberry Pi - це чудовий інструмент для навчання і створення дивовижних проектів. Перелічимо частину можливих сфер для його застосування:
- Освіта: Raspberry Pi можна використовувати як інструмент для навчання програмуванню та кодуванню. З її допомогою можна познайомити учнів з основними поняттями інформатики та розвинути навички програмування і розв'язання задач.
- Домашня автоматизація. Це може включати в себе управління світлом, вентиляторами та іншими приладами.
- Медіацентр, що дає змогу дивитися фільми, слухати музику та отримувати доступ до потокових онлайн-сервісів.
- Робототехніка. Можна створювати роботів, які будуть приймати рішення на основі даних, отриманих від датчиків і камер.
- Портативний комп'ютер для таких завдань, як перегляд веб-сторінок, редагування документів і багато іншого.
- Мережа. Raspberry Pi можна використовувати для створення локальної обчислювальної мережі (LAN). Це може бути використано для таких завдань, як обмін файлами та віддалений доступ.