Podział i zastosowanie komputerów jednopłytkowych

Komputer jednopłytkowy (SBC) to kompletny komputer zbudowany na pojedynczym PCB. Integruje on na niej procesor, pamięć, układy wejścia/wyjścia i inne funkcje, wymagane do działania komputera.

Charakterystyka komputera jednopłytkowego

W przeciwieństwie do komputerów osobistych, komputery jednopłytkowe często nie posiadają gniazd rozszerzeń, pozwalających na dodawanie funkcji peryferyjnych lub rozbudowę urządzenia.

Komputery jednopłytkowe buduje się obecnie przy użyciu szerokiej gamy mikroprocesorów. Proste projekty, takie jak te tworzone przez hobbystów, często używają statycznej pamięci RAM i tanich procesorów 8- lub 16-bitowych. Inne komputery wykorzystują jednostki 32- lub nawet 64-bitowe w zależności od wymagań konkretnej aplikacji. Często od zwykłego komputera odróżniają się one tylko kompaktowym formatem.

Komputer-na-module jest rodzajem komputera jednopłytkowego w postaci modułu, który podłączany jest do płyty bazowej w celu rozszerzenia systemu.

Aplikacje komputerów jednopłytkowych

Realna budowa komputerów jednopłytkowych stała się możliwa dzięki zwiększeniu gęstości układów scalonych. Konfiguracja jednopłytkowa zmniejsza całkowity koszt systemu, zmniejszając liczbę wymaganych płytek drukowanych oraz eliminując drogie złącza i złożone obwody cyfrowych magistrali. Umieszczając wszystkie funkcje na jednej płycie, można uzyskać mniejszy system, jak na przykład w notebookach.

Wbudowane kontrolery SBC są jednostkami zapewniającymi wszystkie wymagane wejścia/wyjścia. Aplikacje takich urządzeń to zazwyczaj automaty do gier, infokioski i systemy automatyki przemysłowej.

Komputery jednopłytkowe są zazwyczaj znacznie mniejsze niż np. płyta główna komputera w formacie ATX. Jednocześnie zapewnia też bardziej precyzyjne połączenie wejść i wyjść dla aplikacji przemysłowych. Systemy takie posiadają m. in. wbudowane cyfrowe i analogowe porty wejść i wyjść, wbudowane pamięci Flash (eliminujące potrzeba dysku) itp.

Komputery jednopłytkowe są najczęściej używane w systemach przemysłowych, gdzie są używane w formacie rackowym do kontroli procesów lub są wbudowane w inne urządzenia, aby zapewnić kontrolę i interfejs sterowania. Komputery takie są też używane do eksploracji podwodnych głębin oraz w przestrzeni kosmicznej np. w promie kosmicznym. Ze względu na bardzo wysoki poziom integracji, zmniejszoną liczbę elementów i zmniejszoną liczbę złączy, SBC są często mniejsze, lżejsze, bardziej wydajne energetycznie i bardziej niezawodne niż porównywalne komputery wielopłytowe.

Podział komputerów jednopłytkowych

Wiele komputerów jednopłytkowych na rynku wykorzystuje znormalizowane formaty kształtu komputera, przeznaczone do stosowania w dedykowanych obudowach. Wyróżniamy np. CompactPCI, PXI lub VMEbus.

Tego rodzaju komputery zbudowane są wokół różnych architektur, nie tylko typowej architektury Intela – x86. Stosuje się różne architektury wieloprocesorowe, czy wykorzystuje systemy przetwarzania o niższej mocy, takie jak RISC i SPARC.

Niektóre komputery jednopłytkowe posiadają złącza, które umożliwiają montaż dodatkowych płytek drukowanych, z których każda rozszerza możliwości samego komputera. Istnieje wiele standardów rozszerzeń. Przemysłowe systemy korzystają z PC/104, PC/104-Plus, PCI-104, EPIC i EBX; systemy bardziej amatorskie często definiują własne standardy, takie jak Raspberry Pi czy Arduino.

SBC często posiadają pamięć na dodatkowych PCB, w standardach takich jak SIMM czy DIMM. Płytki drukowane z dyskiem twardym czy kartami pamięci nie są również brane pod uwagę przy określaniu, czy komputer jest jednopłytkowy, czy też nie – po pierwsze dlatego, że dysk twardy jest traktowany jako jednostka pamięci, a po drugie, ponieważ SBC może nie wymagać dysku twardego w ogóle i oprogramowanie można uruchomić np. z sieci.

Na rynku dostępnych jest wiele standardów komputerów jednopłytkowych. Są to między innymi:

• AdvancedTCA

• CompactPCI

• Embedded Compact Extended (ECX)

• Mini-ITX

• PC/104

• PICMG

• Pico-ITX

• PXI

• Qseven

• VMEbus

• VPX

• VXI

• 96Boards (CE, EE, EETV i IE)