Computer a scheda singola

Un computer a scheda singola ( SBC ) è un computer completo costruito su una scheda a circuito singolo, con microprocessore (i), memoria, input / output (I / O) e altre funzionalità richieste per un computer funzionale. I computer a scheda singola sono stati realizzati come sistemi dimostrativi o di sviluppo, per sistemi educativi o per l'uso come controller di computer integrati. Molti tipi di computer domestici o portatili integrano tutte le loro funzioni su un singolo circuito stampato.

A differenza di un personal computer desktop, i computer a scheda singola spesso non si basano su slot di espansione per funzioni periferiche o espansione. I computer a scheda singola sono stati realizzati utilizzando una vasta gamma di microprocessori. I progetti semplici, come quelli realizzati dagli appassionati di computer, spesso utilizzano RAM statica e processori a basso costo a 8 o 16 bit. Altri tipi, come i server blade, avrebbero prestazioni simili a un computer server, solo in un formato più compatto.

Un computer su modulo è un tipo di computer a scheda singola creato per essere collegato a una scheda di supporto, scheda base o backplane per l'espansione del sistema.

Storia

Il primo vero computer a scheda singola (vedi il numero di Radio-Elettronica del maggio 1976) chiamato "dyna-micro" era basato sull'Intel C8080A e utilizzava anche la prima EPROM di Intel, la C1702A. Il dyna-micro è stato rinominato da E&L Instruments di Derby, nel Connecticut, nel 1976 come "MMD-1" (Mini-Micro Designer 1) ed è stato reso famoso come esempio di microcomputer nella popolare serie 8080 "BugBook" di il tempo. Anche gli SBC hanno avuto un ruolo importante nella storia dei computer domestici, ad esempio Acorn Electron e BBC Micro. Altri tipici computer a scheda singola come il KIM-1 venivano spesso spediti senza custodia, che dovevano essere aggiunti dal proprietario. Altri esempi sono la Big Board di Ferguson e il Nascom.

Con l'aumentare della prevalenza del mercato dei PC, nei computer venivano utilizzati meno SBC. I componenti principali sono stati assemblati su una scheda madre e componenti periferici come porte seriali, controller di unità disco e processori grafici sono stati posizionati su schede madri. La recente disponibilità di chipset avanzati che forniscono la maggior parte delle funzionalità di I / O come componenti incorporati consente ai produttori di schede madri di offrire schede madri con I / O tradizionalmente fornite da schede madri. La maggior parte delle schede madri per PC ora offre supporto integrato per unità disco tra cui IDE e SATA con RAID, grafica, Ethernet e I / O tradizionali come porte seriali e parallele, USB e supporto tastiera / mouse. Le schede plug-in sono ora più comunemente schede grafiche ad alte prestazioni (in realtà coprocessori grafici), controller RAID di fascia alta e schede I / O specializzate come schede di acquisizione dati e DSP (Digital Signal Processor).

applicazioni

I computer a scheda singola sono stati resi possibili aumentando la densità dei circuiti integrati. Una configurazione a scheda singola riduce i costi complessivi di un sistema, riducendo il numero di schede a circuito stampato necessarie ed eliminando connettori e circuiti di driver del bus che verrebbero altrimenti utilizzati. Mettendo tutte le funzioni su una scheda, è possibile ottenere un sistema complessivo più piccolo, ad esempio, come nei computer portatili. I connettori sono una fonte frequente di problemi di affidabilità, quindi un sistema a scheda singola elimina questi problemi.

I computer a scheda singola sono ora comunemente definiti in due architetture distinte: nessuno slot e supporto slot.

Gli SBC incorporati sono unità che forniscono tutti gli I / O richiesti senza predisporre schede plug-in. Le applicazioni sono in genere giochi (slot machine, video poker), chioschi e automazione del controllo delle macchine. Gli SBC incorporati sono molto più piccoli della scheda madre di tipo ATX presente nei PC e forniscono un mix I / O più mirato a un'applicazione industriale, come I / O digitali e analogici integrati, memoria flash di avvio integrata (eliminando il necessità di un'unità disco), nessun video, ecc.

Il termine "computer a scheda singola" ora si applica generalmente a un'architettura in cui il computer a scheda singola è collegato a un backplane per fornire schede I / O. Nel caso di PC104, il bus non è un backplane nel senso tradizionale, ma è una serie di connettori a pin che consente di impilare le schede I / O.

I computer a scheda singola sono più comunemente utilizzati in situazioni industriali in cui sono utilizzati in formato rack per il controllo di processo o integrati in altri dispositivi per fornire controllo e interfaccia. Sono utilizzati nell'esplorazione di acque profonde sulle sonde di ALICE in acque profonde e nello spazio, sui razzi Ariane e Pegasus e sullo Space Shuttle. A causa degli altissimi livelli di integrazione, della riduzione dei conteggi dei componenti e della riduzione dei conteggi dei connettori, gli SBC sono spesso più piccoli, più leggeri, più efficienti dal punto di vista energetico e più affidabili dei computer multi-scheda comparabili.

Il vantaggio principale di una scheda madre ATX rispetto a un SBC è il costo. Le schede madri sono prodotte da milioni per i mercati dei consumatori e degli uffici, consentendo enormi economie di scala. I computer a scheda singola sono una nicchia di mercato e sono prodotti meno spesso e ad un costo più elevato. Schede madri e SBC ora offrono livelli simili di integrazione delle funzionalità, il che significa che un guasto della scheda madre in entrambi gli standard richiederà una sostituzione equivalente.

Tipi, standard

Una varietà comune di computer a scheda singola utilizza fattori di forma standardizzati destinati all'uso in un contenitore backplane. Alcuni di questi tipi sono CompactPCI, PXI, VMEbus, VXI e PICMG. Gli SBC sono stati costruiti attorno a varie strutture di elaborazione interne tra cui l'architettura Intel, le architetture multiprocessore e i sistemi di elaborazione a basso consumo come RISC e SPARC. Nel mondo dei PC Intel, i circuiti di intelligence e interfaccia / controllo sono collocati su una scheda plug-in che viene quindi inserita in un backplane passivo (o attivo). Il risultato finale è simile alla creazione di un sistema con una scheda madre, tranne per il fatto che il backplane determina la configurazione dello slot. I backplane sono disponibili con un mix di slot (ISA, PCI, PCIX, PCI-Express, ecc.), Di solito per un totale di 20 o meno, il che significa che si adatta a un alloggiamento montato su rack da 19 "(telaio largo 17").

Alcuni computer a scheda singola dispongono di connettori che consentono di assemblare una pila di schede di circuiti, ciascuna contenente hardware di espansione, senza un backplane tradizionale. Esempi di impilamento di fattori di forma SBC includono PC / 104, PC / 104- Plus , PCI-104, EPIC ed EBX; questi sistemi sono comunemente disponibili per l'uso in sistemi di controllo integrati.

Gli SBC di tipo stack spesso dispongono di memoria fornita su schede plug-in come SIMM e DIMM. Anche le schede dei circuiti del disco rigido non vengono conteggiate per determinare se un computer è un SBC o non per due motivi, in primo luogo perché l'HDD è considerato come un'unità di archiviazione a blocco singolo, e in secondo luogo perché l'SBC potrebbe non richiedere affatto un disco rigido come la maggior parte può essere avviato dalle loro connessioni di rete.

Fattori di forma

• AdvancedTCA
• CompactPCI
• Embedded Compact Extended (ECX)
• Mini-ITX
• multibus
• PC / 104
• PICMG
• Pico-ITX
• PXI
• Qseven
• VMEbus
• VPX
• VXI
• 96 Schede (CE, EE, EETV e IE)