Ordenador de placa única

El Raspberry Pi (primer modelo que se muestra) es un ordenador de una sola tabla de bajo costo utilizado a menudo para enseñar la ciencia de la computadora.

Una computadora de placa única (SBC) es una computadora completa construida en una sola placa de circuito, con microprocesador(es), memoria, entrada/salida (I/ O) y otras características requeridas de una computadora funcional. Las computadoras de placa única se fabrican comúnmente como sistemas de demostración o desarrollo, para sistemas educativos o para usar como controladores de computadora integrados. Muchos tipos de computadoras domésticas o computadoras portátiles integran todas sus funciones en una sola placa de circuito impreso.

A diferencia de una computadora personal de escritorio, las computadoras de placa única a menudo no dependen de las ranuras de expansión para funciones periféricas o expansión. Las computadoras de placa única se han construido utilizando una amplia gama de microprocesadores. Los diseños simples, como los creados por aficionados a la informática, a menudo utilizan RAM estática y procesadores de bajo costo de 32 o 64 bits como ARM. Otros tipos, como los servidores blade, funcionarían de manera similar a una computadora servidor, solo que en un formato más compacto.

Una computadora en módulo es un tipo de computadora de placa única hecha para conectarse a una placa portadora, placa base o backplane para la expansión del sistema.

Historia

Un MMD-1 temprano, el primer ordenador de tablero único del mundo, con la mayoría de los chips eliminados.

La primera computadora verdaderamente de placa única se basó en la Intel C8080A, y también utilizó la primera EPROM de Intel, la C1702A. Esquemas de la máquina, llamada "dyna-micro" fueron publicados en la revista Radio-Electronics en mayo de 1976. Más tarde ese año, E&L Instruments, un fabricante de computadoras con sede en Derby, Connecticut, comenzó la producción del sistema, que calificó el sistema como &# 34;Mini Micro Designer 1", con la intención de usarlo como un microcontrolador programable para crear prototipos de productos electrónicos. El MMD-1 se hizo famoso como microordenador de ejemplo en la popular serie de instrucciones 8080 de la época.

Los primeros SBC figuraron en gran medida en la historia temprana de las computadoras domésticas, como Acorn Electron y BBC Micro, también desarrollados por Acorn. Otras computadoras típicas de una sola placa como la KIM-1 a menudo se enviaban sin gabinete, que tenía que ser agregado por el propietario. Otros ejemplos tempranos son Ferguson Big Board, Ampro Little Board y Nascom. Muchas computadoras domésticas en la década de 1980 eran computadoras de placa única, y algunas incluso animaban a los propietarios a soldar los componentes actualizados directamente a los puntos premarcados en la placa.

A medida que la PC se hizo más frecuente, la cuota de mercado de los SBC disminuyó debido a su baja extensibilidad. La rápida adopción de los estándares de IBM para periféricos y la estandarización del bus PCI en la década de 1990 hizo que las placas base y los componentes y periféricos compatibles fueran baratos y omnipresentes, mientras que el desarrollo de plataformas multimedia como el CD-ROM y Las tarjetas Sound Blaster habían comenzado a superar rápidamente la velocidad a la que los usuarios necesitaban reemplazar sus computadoras personales. Estas dos tendencias desincentivaron las computadoras de placa única y, en cambio, alentaron la proliferación de placas base, que generalmente albergaban la CPU y otros componentes centrales, con componentes periféricos como controladores de unidades de disco duro y procesadores gráficos, e incluso algunos componentes centrales como módulos RAM, ubicado en placas hijas.

Las computadoras comenzaron a retroceder hacia menos tableros en la década de 2000. A medida que los nuevos estándares como USB redujeron drásticamente la variedad de estándares periféricos que se esperaba que admitieran las placas base, los avances en la fabricación de circuitos integrados proporcionaron nuevos conjuntos de chips que podían proporcionar la funcionalidad de muchas placas secundarias, particularmente E/S, en un solo chip. A finales de la década, las placas base de PC ofrecían soporte integrado para unidades de disco, incluidas IDE, SATA, NVMe, RAID, GPU integrada, Ethernet y E/S tradicionales, como puerto serie y puerto paralelo, USB y teclado/ratón. apoyo. Complemento "tarjetas" mantuvieron su importancia como componentes de alto rendimiento, como coprocesadores de gráficos complejos y físicamente grandes, controladores RAID de gama alta y tarjetas de E/S especializadas, como tarjetas de adquisición de datos y DSP.

La década de 2010 se caracterizó por un crecimiento rápido y sostenido de las computadoras de placa única, gracias en gran medida a los avances en las técnicas de producción de circuitos integrados que hicieron posible por primera vez incluir la mayoría o todos los componentes principales de una placa base en un solo troquel de circuito integrado. Una de las computadoras de placa única más conocidas de la década fue la Raspberry Pi, que se construyó alrededor de un SoC Broadcom personalizado con controladores de código abierto. Originalmente destinado a la educación, el Raspberry Pi contenía una serie de características, como compatibilidad optimizada con Linux y pines GPIO programables, que también eran muy atractivos para los aficionados, que usaban el Pi y otros SBC comparables, para proyectos como automatización del hogar, emulación de videojuegos, transmisión de medios y otros experimentos. En la industria, el rápido crecimiento de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos de pequeña escala alentó a los fabricantes de hardware a avanzar hacia un uso más frecuente de SoC y la reducción de las placas base en tamaño, extensibilidad y complejidad, mientras que la proliferación de Internet de las cosas aumentó. demanda de componentes pequeños y baratos que permitan el acceso a Internet de dispositivos no convencionales. Ambos factores aumentaron drásticamente la producción de computadoras de placa única a lo largo de la década.

A fines de la década de 2010 y principios de la de 2020, muchos dispositivos, incluidos teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras portátiles y otros dispositivos inteligentes, funcionan con computadoras de placa única que utilizan SoC avanzado.;s. Si bien esto ha aumentado considerablemente el rendimiento y la eficiencia energética, ha generado preocupaciones de que las computadoras de una sola placa, en particular las construidas alrededor de los SoC, son más difíciles de reparar y pueden ser menos amigables con los intentos de monitorear o modificar las instrucciones programadas en las placas. por los fabricantes.

Aplicaciones

Un socket 3 basado 486 SBC con alimentación y pantalla plana

Las computadoras de placa única fueron posibles gracias al aumento de la densidad de los circuitos integrados. Una configuración de placa única reduce el costo total de un sistema, al reducir la cantidad de placas de circuito requeridas y al eliminar los conectores y los circuitos de controlador de bus que de otro modo se usarían. Al poner todas las funciones en una placa, se puede obtener un sistema general más pequeño, por ejemplo, como en las computadoras portátiles. Los conectores son una fuente frecuente de problemas de confiabilidad, por lo que un sistema de placa única elimina estos problemas.

Las computadoras de placa única ahora se definen comúnmente en dos arquitecturas distintas: sin ranuras y con compatibilidad con ranuras.

Los SBC integrados son unidades que proporcionan todas las E/S requeridas sin provisiones para tarjetas enchufables. Las aplicaciones suelen ser juegos (máquinas tragamonedas, video póquer), quioscos y automatización de control de máquinas. Los SBC integrados son mucho más pequeños que la placa base tipo ATX que se encuentra en las PC y brindan una combinación de E/S más dirigida a una aplicación industrial, como E/S digitales y analógicas integradas, memoria flash de arranque integrada (eliminando la necesidad de una unidad de disco), sin vídeo, etc.

El término "Ordenador de placa única" ahora generalmente se aplica a una arquitectura en la que la computadora de placa única se conecta a un backplane para proporcionar tarjetas de E/S. En el caso de PC104, el bus no es un backplane en el sentido tradicional, sino una serie de conectores de pines que permiten apilar las tarjetas de E/S.

Las computadoras de placa única se usan más comúnmente en situaciones industriales donde se usan en formato de montaje en bastidor para el control de procesos o integradas dentro de otros dispositivos para proporcionar control e interfaz. Se utilizan en la exploración de aguas profundas en las sondas de aguas profundas ALICE y en el espacio exterior, en los cohetes Ariane y Pegasus y en el transbordador espacial. Debido a los niveles muy altos de integración, la cantidad reducida de componentes y la cantidad reducida de conectores, las SBC suelen ser más pequeñas, livianas, más eficientes en cuanto a energía y más confiables que las computadoras de varias placas comparables.

La principal ventaja de una placa base ATX en comparación con una SBC es el costo. Las placas base se fabrican por millones para los mercados de consumo y de oficina, lo que permite enormes economías de escala. Las computadoras de placa única son un nicho de mercado y se fabrican con menos frecuencia y a un costo más alto. Las placas base y los SBC ahora ofrecen niveles similares de integración de funciones, lo que significa que una falla de la placa base en cualquiera de los estándares requerirá un reemplazo equivalente

Tipos, estándares

Las gamas de computadoras de placa única incluyen Raspberry Pi, BeagleBoard y Nano Pi.

Una variedad común de computadora de placa única utiliza factores de forma de computadora estandarizados diseñados para usarse en un gabinete de backplane. Algunos de estos tipos son CompactPCI, PXI, VMEbus, VXI y PICMG. Los SBC se han creado en torno a varias estructuras de procesamiento interno, incluida la arquitectura Intel, las arquitecturas de multiprocesamiento y los sistemas de procesamiento de menor potencia como RISC y SPARC. En el mundo de las PC de Intel, los circuitos de inteligencia e interfaz/control se colocan en una placa enchufable que luego se inserta en un backplane pasivo (o activo). El resultado es similar a tener un sistema construido con una placa base, excepto que el backplane determina la configuración de la ranura. Los backplanes están disponibles con una combinación de ranuras (ISA, PCI, PCI-X, PCI-Express, etc.), por lo general con un total de 20 o menos, lo que significa que cabe en un 19" caja de montaje en rack (chasis de 17" de ancho).

Algunas computadoras de placa única tienen conectores que permiten ensamblar una pila de placas de circuito, cada una con hardware de expansión, sin un backplane tradicional. Los ejemplos de factores de forma SBC de apilamiento incluyen PC/104, PC/104-Plus, PCI-104, EPIC y EBX; estos sistemas están comúnmente disponibles para su uso en sistemas de control integrados.

Los SBC de tipo pila a menudo tienen memoria en tarjetas de conexión, como SIMM y DIMM. Las placas de circuito del disco duro tampoco se cuentan para determinar si una computadora es un SBC o no por dos razones, en primer lugar, porque el HDD se considera una unidad de almacenamiento de un solo bloque y, en segundo lugar, porque es posible que el SBC no requiera un disco duro como la mayoría. se pueden iniciar desde sus conexiones de red.

Factores de forma

• AdvancedTCA
• CompactPCI
• Compacto ampliado (ECX)
• Mini-ITX
• Multibus
• PC/104
• PICMG
• Pico-ITX
• PXI
• Qseven
• VMEbus
• VPX
• VXI
• 96Boards (CE, EE, EETV e IE)