芯片上的棉花糖系統(tǒng)采用USB外形，但它實際上是一臺完整的計算機。" src="https://supp.iczoom.com/images/public/202302/1675223524397099466.jpg" width="290" height="193"/>

　　芯片上的棉花糖系統(tǒng)采用USB外形，但它實際上是一臺完整的計算機。

　　圖片由 FXITECH在1940年代，賓夕法尼亞大學(xué)建造了電子數(shù)值積分器和計算機，更廣為人知的是ENIAC。它是最早的電子通用計算機之一，它是一個怪物。它的重量約為30噸(27.2公噸)，有五十萬個硬連線連接和數(shù)千個真空管形成 電路 [資料來源： 艾弗里].

　　跳到幾十年前，回到 1970 年代和個人電腦的誕生。計算機工程師多年的辛勤工作使我們能夠從家庭辦公桌上利用計算機的強大功能。按照今天的標準，那些早期的個人電腦是原始的——最早的個人電腦只能將信息存儲在外部磁盤或磁帶上。

　　在 1980 年代，我們看到第一臺筆記本電腦上架。這些不是我們今天習(xí)慣于隨身攜帶的時尚便攜式計算機。它們笨重，沉重，功能有限。隨著時間的推移，這些設(shè)備將變得更強大，但更輕，更不笨重。

　　今天，您可以攜帶 智能手機 具有比ENIAC更多的計算能力。多年來，即使是臺式電腦也在萎縮。雖然您仍然可以找到專為高端應(yīng)用設(shè)計的塔式 PC，但許多計算機僅比手機略大。您甚至可以找到 USB 拇指驅(qū)動器外形規(guī)格的計算機。

　　在本文中，我們將介紹一件大事的小計算機。這些器件可能是電路板的大小，甚至更小。工程師如何在這么小的東西上裝滿一臺完整的計算機?

　　變小的大事

　　Raspberry Pi 計算機將基本計算所需的一切塞滿在單個電路板上。

　　圖片由 樹莓派基金會要了解如何 個人電腦 可以裝在小到一個 USB 堅持，我們需要看看計算機行業(yè)小型化的歷史。計算機和一般電子產(chǎn)品最重要的發(fā)展之一發(fā)生在1947年的實驗室中。

　　就在那時，John Bardeen，William Shockley和Walter Brattain創(chuàng)造了第一個晶體管。他們?yōu)樨悹枌嶒炇夜ぷ鳎恢痹谠囼炴N晶體，這是一種在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時使用的早期半導(dǎo)體材料。Brattain將一條細細的金條纏繞在一塊三角形塑料片的尖端，在尖端留下一個縫隙。他懸掛了塑料三角形，使其幾乎與鍺晶體接觸。

　　Brattain發(fā)現(xiàn)，如果他在金條的一側(cè)施加電壓，它將以放大電流的形式從另一側(cè)出來。雖然這種早期的晶體管不是電子設(shè)備的實用組件，但它為取代真空管鋪平了道路。由于真空管很大，會散發(fā)出大量熱量，這為計算機設(shè)計開辟了新的機會。

　　在幾年的時間里，工程師們改進了晶體管的設(shè)計。最終，他們能夠使晶體管小型化，以便它們可以安裝在一個小芯片上。 半導(dǎo)體材料 - 在某些方面充當導(dǎo)體，在其他方面充當絕緣體。

　　然后，在1965年，一個名叫戈登·摩爾(Gordon Moore)的人做了一個觀察，這將成為自我實現(xiàn)的預(yù)言。他指出，在一定時間內(nèi) - 取決于你問誰和什么時候，時間在18到24個月之間 - 技術(shù)和制造工藝的改進允許一平方英寸(6.5平方厘米)硅晶片上的分立元件數(shù)量增加一倍。他看到設(shè)計芯片的公司會找到新的方法來制造更小的組件，然后優(yōu)化制造工藝，以便在經(jīng)濟上更有意義地制造更強大的芯片。今天，我們稱這種觀察為摩爾定律。

　　解釋摩爾定律的一種方法是說計算機處理器的處理能力每 18 個月左右翻一番。另一種說法是，在任何18個月的時間跨度結(jié)束時，工程師將發(fā)現(xiàn)將晶體管塞到硅晶圓上的方法是開始時的兩倍。另一種說法是，處理器上分立元件的尺寸每18個月就會大大減小。

　　這意味著我們的計算機不僅變得越來越強大——比早期計算時代的建筑物大小的怪物要強大得多——而且它們也變得越來越小。如果你愿意為了尺寸而犧牲一些功能，你確實可以得到非常小的東西。

　　迷你電腦剖析

　　它們可能看起來像 USB 閃存驅(qū)動器，但這些記憶棒中的每一個都是一臺計算機。

　　圖片由 FXITECH每臺計算機都需要某些功能才能工作。首先，計算機需要電力。的基礎(chǔ) 計算機科學(xué) 是引導(dǎo)電子流過電路。我們依靠電源線和電池來生產(chǎn)普通PC。但迷你電腦可能沒有板載電池或插入電源線的地方。相反，它可以通過 USB 連接獲取電源。USB接口允許傳輸數(shù)據(jù)和電源。如果迷你電腦是USB記憶棒的形式，將計算機插入有源顯示器或USB集線器可以提供計算機運行所需的電源。

　　計算機需要 處理器.處理器的工作是獲取數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)執(zhí)行操作以獲得結(jié)果。該結(jié)果可以是任何東西，從在屏幕上顯示圖像到模擬復(fù)雜的物理。現(xiàn)代處理器可以有多個內(nèi)核，這意味著處理器可以同時處理多組操作。對于某些類型的計算機問題，這會減少處理時間。許多微型PC依賴于先進的精簡指令集計算機微處理器 基于 (ARM) 的處理器 - 它往往體積小，節(jié)能，比功能更強大的處理器散發(fā)更少的熱量。

　　計算機還需要內(nèi)存來存儲數(shù)據(jù)。處理器可以調(diào)用存儲在 記憶 并對其執(zhí)行操作。內(nèi)存分為兩大類。 只讀存儲器 (ROM) 是不可更改且非易失性的。這意味著您無法更改存儲在ROM中的內(nèi)容，即使計算機斷電，信息也不會消失。計算機中的ROM通常存儲系統(tǒng)級程序，如基本輸入/輸出系統(tǒng) (生物)，它提供計算機啟動所需的指令集。

　　計算機所依賴的另一種類型的內(nèi)存稱為 隨機存取存儲器 (RAM).計算機的RAM通過向一系列存儲單元施加少量電荷來存儲數(shù)據(jù)。RAM 中的信息僅在處理器需要時才存在 - RAM 可以根據(jù)處理器的需要重新利用。

　　迷你PC還需要一些存儲介質(zhì)，可以保存計算機操作系統(tǒng)等信息。 閃存 - 集成電路形式的非易失性存儲器 - 占用空間小，沒有移動部件。

　　要執(zhí)行的不僅僅是一組狹窄的任務(wù)，計算機需要一個操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的工作是充當其他程序的平臺，并將計算機的物理資源分配給這些程序。

　　最后，PC需要某種物理接口，允許您將其連接到其他設(shè)備，例如顯示器，鍵盤和其他外圍設(shè)備。一些迷你電腦依賴于 USB 連接。其他人可能會包含HDMI等標準。通過這些端口，計算機可以與其他設(shè)備通信。有些有多個端口 - 一個版本的Raspberry Pi計算機有兩個USB端口，一個以太網(wǎng)端口，RCA視頻輸出，音頻插孔和HDMI端口。

　　你找不到什么

　　要將整臺計算機塞到電路板或拇指驅(qū)動器中，您必須放棄一些功能。其中之一是冷卻系統(tǒng)。電路板或拇指驅(qū)動器無法容納風扇或水冷設(shè)備。這可能是一個問題——計算會產(chǎn)生熱量。這是因為計算依賴于電力，而我們利用電力的方法并不完美。我們總是以熱量的形式損失一些能量 - 電線和連接隨著電流流過它們而升溫。由于熱量過多，系統(tǒng)可能會崩潰 - 路徑擴展，連接中斷，計算機停止工作。

　　這就是大多數(shù)這些計算機使用基于 ARM 的處理器的原因之一?；?ARM 的處理器是小型移動設(shè)備的理想選擇。它們體積小，效率高。它們可能無法達到最先進的處理速度 中央處理器，但他們?nèi)匀豢梢园b一個數(shù)據(jù)處理的沖擊力。

　　其中許多小型 PC 還缺少 實時時鐘.RTC 是計算機上的計時設(shè)備，即使在您斷電后也會繼續(xù)運行。這就是為什么無論整個計算機是否打開，計算機的時鐘都會保持時間的原因。RTC 從專用電池獲取電源。但是，盡管工程師已經(jīng)減小了內(nèi)存和處理器等組件的尺寸，但電池技術(shù)并沒有跟上步伐。電池會給系統(tǒng)增加更多的體積和熱量，因此迷你PC可能不包括電池。

　　也許迷你PC最明顯的缺失元素是我們依賴從計算機輸入和接收數(shù)據(jù)的物理接口。這包括顯示器和界面，如鍵盤、鼠標、觸控板或觸摸屏。一些迷你電腦支持藍牙標準，允許您使用藍牙外圍設(shè)備。否則，您可能需要一個 USB 集線器將配件連接到迷你 PC。

　　一切盡在卡中

　　某些迷你電腦可能要求您在安全數(shù)字 (SD) 卡上提供操作系統(tǒng)，而不是包括板載存儲空間。

　　因為我們可以!

　　我們可以將計算機所有最重要的組件塞進一個小尺寸中，但為什么有人想這樣做呢?

　　一個原因是生產(chǎn)低成本的計算機。由于這些PC被精簡到擁有正常運行的計算機所需的最少組件，因此它們往往很便宜。有些，如Raspberry Pi，甚至沒有外殼或保護罩。較低的價格為通常買不起計算機的個人和組織提供了購買計算機的選擇。

　　便利性是另一個因素。這些計算機非常便攜。雖然它們可能沒有太多板載存儲，但將迷你 PC 與 Web 服務(wù)配對和 云存儲 選項可以使其成為可維修的機器。游戲玩家不會急于購買它們，任何需要使用資源匱乏軟件的人都想放棄它們，但對于簡單的計算任務(wù)，它們可能是完美的選擇。

　　一些迷你PC設(shè)計師設(shè)計他們的機器的目的是促進教育。隨著時間的推移，計算機變得更加復(fù)雜，操作系統(tǒng)也變得更加復(fù)雜。 操作系統(tǒng) 依賴于圖形用戶界面 (GUI) 有效地隱藏了圖形背后的所有處理。但是對于像Raspberry Pi這樣的PC，所有這些復(fù)雜性都消失了。

　　這意味著學(xué)生有機會了解編程如何從電路板上的物理層到編程語言的虛擬領(lǐng)域。Raspberry Pi和類似計算機的低成本使學(xué)校和其他學(xué)習(xí)機構(gòu)有機會為學(xué)生提供工作計算機。

　　小型化趨勢沒有停止的跡象。再過十年，你攜帶的手機可能會讓今天最快的家用PC感到羞恥。誰知道呢?也許到那時，所有的電腦都會小到可以放進你的口袋里。

　　作者手記

　　我一聽說樹莓派計算機背后的想法就喜歡上了它。一臺低成本、簡潔的機器，旨在鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)編程，非常棒。然后我了解到其他微型計算機，如FXI Technologies的棉花糖或速賣通的Rikomagic計算機。現(xiàn)在，我們可以在一塊小電路板上安裝數(shù)十個組件 - 包括WiFi和藍牙芯片 - 以及計算機的基本組件。我希望這意味著更多的人可以使用基本的電腦，我迫不及待地想看看接下來會發(fā)生什么。

　　來源

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　　樹莓派。“常見問題解答”(2012 年 7 月 1 日) http://www.raspberrypi.org/faqs

　　常見問題

　　迷你電腦有什么特點?

　　尺寸 - 迷你計算機比標準臺式計算機小得多。 處理能力 - 小型計算機的處理能力通常低于臺式計算機。 成本 - 迷你計算機通常比臺式計算機便宜。

　　迷你電腦是如何工作的?

　　微型計算機的工作方式與普通計算機類似，但規(guī)模較小。微型計算機的處理能力和內(nèi)存通常比普通計算機少，但仍然能夠執(zhí)行大多數(shù)基本任務(wù)。