- 已发布 2024年5月2日
- 最后修改 2024年5月2日
- 1 分钟
单板机是什么？单板机原理、单板机用途和单板机类型
单板机比起更复杂的对应物更简单、更坚固，更容易编程。了解更多有关它们的用途。
单板机在学校、实验室、家庭和电脑俱乐部中很常见。它们是学习编码和有用技术如机器人技术的廉价途径。紧凑、高效、极其可靠，这些计算机对于自动化、设备监控和控制、安全和监控、军事应用，以及工业中需要简单而坚固的单板的许多其他应用至关重要。
这些设备通常与背板一起使用，让单板机能够轻松连接到系统并以非常紧凑的方式排列。
以下将介绍它们是什么、它们如何工作以及如何选择其中的一款。
单板机是什么？
单板机是安装在一块单板上的计算机。在这种情况下，该板是一个电路板，而计算机是一系列组件 - 微处理器、内存和输入/输出。
单板机并非通过其功能区分于台式计算机或个人电脑，而是通过其设计。单板机将完整计算机的所有元素集成在一个电路板内。相比之下，台式计算机具有用于计算机基本组件的插槽的主板。在台式计算机上，处理器、内存、存储、输入输出设备和其他基本组件通过主板上的插座连接。而在单板设计上，所有部件都是独立的。
单板机也具有不同于台式计算机的功能。在台式计算机上，通过将外围设备插入主板插槽来增加功能通常是可行的。例如，高端显卡将插入主板上的特殊插槽。而在单板机上，这些所需的组件都是电路板的一部分。该设备已经可以直接使用。
单板机有各种不同容量规格。由于一些用于控制简单流程，与普通台式计算机相比，一些单板机在速度和性能上可能非常慢和有限。
在过去的10年里，单板机得到了健康发展。它们小巧、廉价，运行成本低，但这并不意味着它们的性能上就很逊色。一台 50 至 100 英镑的电脑所提供的用户体验大致相当于 15 年前的标准台式电脑。然而，现在很多型号都可以实现4K显示，这在过去是令人难以想象的。
单板机是如何工作的？
基本上，单板机的工作方式与台式PC相似。有主板、处理器、内存、电源系统、图形和声音芯片，以及用于连接路由器、USB设备、调制解调器、显示器、扬声器、鼠标和键盘等外围设备的各种连接器。数据存储通常采用可移动设备，如SD卡，通常还包含操作系统，尽管也有一些设备具有永久的内置存储。
出色的单板机
选择理想出色的单板机就像是在Windows、iOS或Android之间做选择一样 - 这在很大程度上取决于你愿意支付多少、你希望它有多强大以及你需要它做什么。甚至诸如物理尺寸、交货时间和设备的年龄等因素可能也会成为考量的因素。
购买单板机时需要考虑的因素
由于单板机在某些非常苛刻的环境条件下使用，确保所选的任何设计能够在预期的应力下提供可靠的服务至关重要。最低和最高操作温度、设备尺寸、插孔类型以及其他因素都将影响它是否适用于特定应用。
虽然就可扩展性而言，单板机本质上比多板设计不够灵活，但具有多个扩展插槽的单板机的选择正在迅速增加。此外，还有许多非常专业的设计可用，为空间有限的嵌入式应用提供了非常强大的解决方案。
单板机通常不具备台式计算机的高性能范围，但随着现代发展，它们变得非常强大。例如BeagleBoard、Raspberry Pi等选项也使其非常容易访问，使开发人员可以在一个非常小的电路板上获得整个计算机，这可以轻松扩展用于构建实用设备或仅进行实验。就像大多数电子产品一样，即使功能扩展，单板计算机的价格也会随着时间的推移而下降。
单板机用途
单板机经常应用于嵌入式应用中。嵌入式计算机无法进行扩展，并只包含其设计任务所需的输入和输出功能。例如，自动售货机可能会有一个内置的单板机来控制自动售货机的功能，但不会提供增加硬件以扩展功能的选项。
单板机通常插入背板中。背板允许将输入和输出设备连接到计算机。单板机经常用于机架系统中，这使得它们可以可靠而快速地集成到系统中。
虽然单板机在技术上可以执行一些办公任务，但它们通常不会以这种方式使用，因为可能存在无法支持一些主流办公软件套件的问题，特别是那些在价格范围较低的软件套件。然而，在工业中它们被广泛使用，无论是作为控制可编程机械的廉价方式还是运行基本服务器。
今天主要用途可能是在教育和实验中。由于价格便宜，整个班级都可以配备这些设备。它们可以用于学习编程，无论是Scratch还是更高级的语言，或者学习如机器人技术或3D打印等内容。它们也进入家庭，无论是用于小玩具还是设置家庭项目，如物联网应用或家庭网络。
工业和商业应用通常使用单板机进行安全或基本控制。由于其简单的性质，它们可以设计得坚固且足够小，以便易于快速更换。它们还可以用作大型工业机械的控制器。军方经常在专业平板电脑、无人机或监视系统控制中使用它们。
为什么单板机用于工业中
单板机具有执行大多数自动化任务所需的所有功能，并且有广泛可用的专业设计。与通常用于单板机的应用的典型台式电脑相比，这些计算机具有一些明显的优势。
单板机非常小。这使它们可以嵌入空间有限的设备中。这些计算机也非常高效，使它们在节能方面具有优势。除了这些优点外，单板机是自包含的，使它们在苛刻的环境条件下非常可靠。
尽管单板机通常比多板计算机的容量要小，但它们往往更昂贵。单板机是专业设备，这意味着它们的生产量不如标准的多板主板多。然而，这些计算机的可靠性使它们成为行业非常具有成本效益的解决方案。此外，由于它们是独立的，如果需要更换计算机，相对容易地将一个计算机换出另一个计算机。
各种背板选项使这些计算机的功能得到极大扩展，因此它们的设计并不会过度受限。事实上，通过某些类型的背板布置，单板机实际上可以在更紧凑的空间中提供比标准多板计算机更多的扩展容量。
单板机的类型
有许多类型的单板机可供选择。常见的类型是设计用于背板连接的单板机。这些设计适用于各种架构，包括Intel架构等。这些设计包括 PXI、VXI 和 CompactPCI 类型，都是广泛可用的。
如今有许多制造商采用这项技术，以下是市场上一些知名的品牌。
Intel单板机
Intel以其 CPU 而闻名，生产了一系列高性能单板机。由于可以安装 Windows 或 Linux，配备四核 GPU、专业外壳和完整的连接性，这些计算机确实可以替代台式PC，不过它们并不是为业余爱好者准备的，并且价格反映了质量。它们可以在办公室环境或甚至用于游戏。
Raspberry Pi
Raspberry Pi可能是广泛知名的单板机制造商，你可以在各种场所发现它们，从学校和学院到实验室和工业应用。它们价格也非常实惠，还有不断更新的新型号来跟上技术。Raspberry Pi的一个优势就是它们如此普及，用户通常无需花费太多时间就能学会如何使用它们，如果他们已经有过经验的话。老师和讲师也熟悉它们，这使它们成为课堂环境的理想选择。
Arduino
Arduino 与Raspberry Pi的方案相似，该公司生产价格实惠、小型且可扩展的单板机。然而，硬件和软件都是开源的，这有助于降低成本——它运行在 Xinu 操作系统上，并且可以使用 C 和 C++ 进行编程。操作系统可能会导致一些兼容性问题，如果它们打算与更主流的系统集成使用，但这些基本的机器往往不用于专业应用，它们非常适合用于学习编程、运行机械设备或者新颖应用。因此，它们非常适合孩子，但如果你掌握了相应的技能，也可以用这种廉价的方式运行专业机器。当你只需要支付20英镑时，你可以尽情地进行Arduino实验。
规格
单板机可以根据各种需求进行购买。其中一些配备了针对音频应用、网络应用、无线应用等的I/O接口。能够购买这些已经设置为特定用途的设备使它们更加方便。
尽管单板机通常通过所有组件都安装在一块板上来区分于多板计算机，但有些单板机配备了扩展插槽。这些扩展插槽包括流行的设计，如microSD、Mini PCI、PCI、ISA、PCI Express等。也可以根据设备配备的特定类型的端口来购买，例如CRT、DVI、HDMI、VGA等。
在基本方面，规格与购买台式电脑时所评估的规格非常相似。处理器时钟速度、前端总线速度、设备使用的处理器类型、支持的内存量以及其他考虑因素都在选择这些设备时考虑在内。由于许多单板机用于简单的应用程序，因此与台式机相比，购买功耗相对较低的单板计算机通常是一种可行的省钱方法。
