thumb|Raspberry Pi 5 – przykład współczesnego komputera jednopłytkowego Komputer jednopłytkowy (ang. single-board computer, SBC) – kompletny, funkcjonalny komputer zbudowany na pojedynczej płytce drukowanej, zawierający mikroprocesor (lub układ SoC), pamięć operacyjną (RAM), układy wejścia-wyjścia (I/O) oraz inne komponenty niezbędne do samodzielnej pracy systemu komputerowego.

W przeciwieństwie do klasycznych komputerów osobistych, w których płyta główna wymaga podłączenia zewnętrznych podzespołów (np. kart rozszerzeń, wymiennego modułu procesora czy modułów pamięci DIMM), komputer jednopłytkowy integruje wszystkie kluczowe obwody na stałe na jednym laminacie. Od jednopłytkowych zestawów rozwojowych opartych na mikrokontrolerach (takich jak Arduino) komputery jednopłytkowe różnią się z reguły większą mocą obliczeniową, architekturą zoptymalizowaną pod kątem procesorów aplikacyjnych oraz możliwością uruchamiania wielozadaniowych systemów operacyjnych ogólnego przeznaczenia (najczęściej opartych na jądrze Linux, BSD lub Windows).

Historia Początki (lata 70. XX wieku) Pierwsze komputery jednopłytkowe powstały na początku lat 70. XX wieku jako systemy inżynieryjne, prototypowe i demonstracyjne dla nowo wprowadzonych mikroprocesorów. W latach 1971–1972 firma Intel zaprezentowała moduły SIM4-01 (dla procesora Intel 4004) oraz SIM8-01 (dla Intel 8008), wyposażone w procesor, pamięć RAM, ROM oraz interfejs do podłączenia dalekopisu (TTY).

W 1976 roku przedsiębiorstwo E&L Instruments opracowało dyna-micro (później przemianowany na MMD-1, Mini-Micro Designer 1) oparty na procesorze Intel 8080, spopularyzowany przez serię podręczników akademickich Bugbook. W tym samym okresie zadebiutowały inne konstrukcje jednopłytkowe: (1974), KIM-1 firmy MOS Technology (1976), oparty na procesorze MOS 6502, Apple I (1976) – sprzedawany jako zmontowana pojedyncza płyta główna, do której użytkownik dołączał obudowę, zasilacz i monitor, Rockwell (1978).

Wiele wczesnych komputerów domowych (np. ZX81, ZX Spectrum, BBC Micro) posiadało konstrukcję płyty głównej spełniającą kryteria komputera jednopłytkowego, lecz sprzedawane były w obudowach ze zintegrowaną klawiaturą jako gotowe urządzenia konsumenckie.

Zastosowania przemysłowe (lata 80. i 90.) thumb|Przemysłowy komputer jednopłytkowy oparty na procesorze Intel 80486 Wraz z dominacją komputerów klasy IBM PC na rynku biurowym i konsumenckim, rozwój klasycznych SBC przesunął się do sektora automatyki, telekomunikacji oraz systemów wbudowanych. W 1992 roku powołano konsorcjum , które zdefiniowało standard miniaturowych, modułowych płytek przemysłowych łączonych w stosy bez użycia tradycyjnej płyty bazowej. W systemach pomiarowych i wojskowych zaczęto powszechnie stosować standardy magistralowe, takie jak oraz .

Nowoczesne komputery jednopłytkowe i ich popularyzacja (od 2008) Wzrost stopnia integracji układów scalonych oraz popularyzacja energooszczędnych procesorów o architekturze ARM doprowadziły do odrodzenia rynku miniaturowych SBC. W 2008 roku Texas Instruments oraz Digi-Key zaprezentowały płytkę , która zainicjowała rozwój otwartych konstrukcji deweloperskich.

Przełomem stała się premiera komputera Raspberry Pi w lutym 2012 roku, opracowanego przez Raspberry Pi Foundation z myślą o taniej edukacji informatycznej. Format zbliżony do karty kredytowej, relatywnie niska cena urządzenia oraz wyprowadzone piny GPIO doprowadziły do dynamicznego rozwoju ruchu twórców (ang. maker movement), elektroniki hobbystycznej oraz komercyjnych wdrożeń w Internecie rzeczy (IoT).

Budowa i charakterystyka Typowy współczesny komputer jednopłytkowy zawiera: Jednostkę centralną: najczęściej wielordzeniowy procesor w strukturze SoC, zawierający zintegrowany procesor graficzny (GPU) oraz kontrolery pamięci i wejścia-wyjścia; Pamięć operacyjną: pamięć DRAM (, LPDDR5) przylutowane bezpośrednio do płytki drukowanej; Pamięć masową: wbudowaną pamięć flash typu eMMC/UFS, gniazdo kart microSD lub złącze M.2 dla dysków SSD (NVMe/SATA); Interfejsy komunikacyjne: kontrolery przewodowe (Ethernet RJ-45) oraz moduły radiowe (Wi-Fi, Bluetooth); Złącza multimedialne i peryferyjne: wyjścia wideo (HDMI, DisplayPort), wejścia kamer (MIPI CSI) oraz gniazda USB; Piny rozszerzeń (GPIO): wyprowadzenia wejść/wyjść ogólnego przeznaczenia (GPIO), interfejsów I²C, SPI, UART oraz PWM, umożliwiające bezpośrednie podłączanie czujników, sterowników silników i innych układów elektronicznych; Układy zasilania (PMIC): zintegrowany kontroler zasilania, najczęściej zasilany przez port USB-C lub zewnętrzne złącze DC.

Architektury procesorów W konstrukcjach komputerów jednopłytkowych stosuje się różne architektury procesorów w zależności od docelowego przeznaczenia: ARM: Dominująca architektura we współczesnych miniaturowych komputerach konsumenckich, edukacyjnych i IoT (np. procesory Broadcom w Raspberry Pi, Allwinner, Rockchip, Amlogic). Cechuje się wysoką efektywnością energetyczną i niską emisją ciepła. x86 / x86-64: Stosowana głównie w komputerach przemysłowych, systemach brzegowych oraz zaawansowanych SBC (np. seria LattePanda, rozwiązania firm Advantech i Kontron z układami Intel Celeron, Atom lub Core). Zapewnia pełną zgodność binarną z oprogramowaniem i systemami operacyjnymi dla tradycyjnych komputerów osobistych. RISC-V: Otwarta architektura zestawu instrukcji zyskująca popularność w latach 20. XXI wieku (np. płytki VisionFive, Milk-V czy Banana Pi z procesorami RISC-V), rozwijana jako otwarta alternatywa dla rozwiązań komercyjnych.

Formaty i standardy przemysłowe Obok miniaturowych komputerów konsumenckich wyróżnia się wyspecjalizowane standardy sprzętowe:

Computer-on-Module (COM) / System-on-Module (SoM): Moduł w postaci zminiaturyzowanej płytki zawierającej procesor, pamięć RAM i pamięć masową, lecz pozbawiony pełnowymiarowych złączy peryferyjnych. Moduł taki łączy się ze specjalną płytą bazową (ang. carrier board), co pozwala na elastyczną wymianę jednostki obliczeniowej bez konieczności przeprojektowywania złączy urządzenia docelowego. Standardy SoM obejmują m.in. , oraz . Formaty przemysłowe i magistralowe: Standardy kasetowe i magistralowe przeznaczone do pracy w trudnych warunkach środowiskowych: , , , . Formaty płyt zintegrowanych: Znormalizowane formaty kompaktowych płyt głównych, m.in. Pico-ITX (100 × 72 mm), Nano-ITX (120 × 120 mm) oraz formaty opracowane przez konsorcjum .

Zastosowania Komputery jednopłytkowe są wykorzystywane m.in. w: systemach wbudowanych (automatyka przemysłowa, aparatura medyczna, pojazdy autonomiczne, awionika); urządzeniach Internetu rzeczy (IoT) i przemysłowych bramkach sieciowych (ang. edge gateways); robotyce oraz lokalnych systemach sztucznej inteligencji działających bezpośrednio na urządzeniu (ang. edge AI); edukacji informatycznej, prototypowaniu inżynierskim i elektronice hobbystycznej; urządzeniach samoobsługowych, bankomatach i kioskach multimedialnych; miniaturowych serwerach domowych (np. serwery NAS, platformy automatyki domowej wykorzystujące oprogramowanie Home Assistant)

Przykłady Do popularnych rodzin i modeli komputerów jednopłytkowych należą: Raspberry Pi, , , , , , Pine64, (płytki z procesorami x86), (rodzina modułów obliczeniowych SoM oraz zestawów deweloperskich zoptymalizowanych pod kątem przetwarzania sieci neuronowych).

Zobacz też System on chip System wbudowany Płyta główna Mikrokontroler

Przypisy