Una computadora de placa única ( SBC ) es una computadora completa construida sobre una sola placa de circuito , con microprocesador (es), memoria , entrada/salida (E/S) y otras características requeridas de una computadora funcional. Las computadoras de placa única se fabrican comúnmente como sistemas de demostración o desarrollo, para sistemas educativos o para su uso como controladores de computadora integrados . Muchos tipos de ordenadores domésticos o portátiles integran todas sus funciones en una única placa de circuito impreso .
A diferencia de una computadora personal de escritorio , las computadoras de placa única a menudo no dependen de ranuras de expansión para funciones periféricas o expansión . Se han construido ordenadores de placa única utilizando una amplia gama de microprocesadores . Los diseños simples, como los creados por aficionados a la informática, suelen utilizar RAM estática y procesadores de 32 o 64 bits de bajo costo como ARM . Otros tipos, como los servidores Blade , funcionarían de manera similar a una computadora servidor , solo que en un formato más compacto.
Una computadora en módulo es un tipo de computadora de placa única diseñada para conectarse a una placa portadora, placa base o placa posterior para la expansión del sistema. [2] [3]
La primera computadora verdadera de placa única se basó en la Intel C8080A , y también utilizó la primera EPROM de Intel , la C1702A. Los esquemas de la máquina, llamada "dyna-micro", se publicaron en la revista Radio-Electronics en mayo de 1976. Más tarde ese año, la producción del sistema comenzó por E&L Instruments, un fabricante de computadoras con sede en Derby, Connecticut, que calificó el sistema como el "Mini Micro Designer 1", destinado a su uso como microcontrolador programable para la creación de prototipos de productos electrónicos. [4] [5] El MMD-1 se hizo famoso como un microordenador de ejemplo en la popular serie de instrucciones 8080 de la época. [6]
Los primeros SBC figuraron en gran medida en la historia temprana de las computadoras domésticas , como Acorn Electron y BBC Micro , también desarrollados por Acorn. Otras computadoras típicas de placa única, como la KIM-1 , a menudo se enviaban sin carcasa , que el propietario debía agregar. Otros ejemplos tempranos son el Ferguson Big Board , el Ampro Little Board, [7] y el Nascom . Muchas computadoras domésticas en la década de 1980 eran computadoras de placa única, y algunas incluso animaban a los propietarios a soldar componentes mejorados directamente en puntos premarcados en la placa.
A medida que la PC se hizo más frecuente, la participación de mercado de los SBC disminuyó debido a su baja extensibilidad. La rápida adopción de los estándares de IBM para periféricos y la estandarización del bus PCI en la década de 1990 hizo que las placas base y los componentes y periféricos compatibles fueran baratos y ubicuos, mientras que el desarrollo de plataformas multimedia como el CD-ROM y las tarjetas Sound Blaster había comenzado a superar rápidamente el ritmo al que los usuarios necesitaban reemplazar sus computadoras personales. Estas dos tendencias desincentivaron las computadoras de placa única y, en cambio, alentaron la proliferación de placas base , que normalmente albergaban la CPU y otros componentes centrales, con componentes periféricos como controladores de unidades de disco duro y procesadores gráficos, e incluso algunos componentes centrales como módulos RAM . Ubicado en placas hijas .
Las computadoras comenzaron a utilizar menos placas en la década de 2000. A medida que nuevos estándares como USB redujeron drásticamente la variedad de estándares periféricos que se esperaba que las placas base soportaran, los avances en la fabricación de circuitos integrados proporcionaron nuevos conjuntos de chips que podían proporcionar la funcionalidad de muchas placas hijas, particularmente E/S , en un solo chip. A finales de la década, las placas base de PC ofrecían soporte integrado para unidades de disco, incluidas IDE , SATA , NVMe , RAID , GPU integrada , Ethernet y E/S tradicionales como puerto serie y puerto paralelo , USB y teclado/ratón. apoyo. Las "tarjetas" enchufables conservaron su importancia como componentes de alto rendimiento, como coprocesadores de gráficos complejos y físicamente grandes, controladores RAID de alta gama y tarjetas de E/S especializadas, como placas de adquisición de datos y DSP .
La década de 2010 se definió por un crecimiento rápido y sostenido de las computadoras de placa única, posible en gran medida gracias a los avances en las técnicas de producción de circuitos integrados que hicieron posible por primera vez incluir la mayoría o todos los componentes principales de una placa base en un solo circuito integrado. . Una de las computadoras de placa única más conocidas de la década fue la Raspberry Pi , que se construyó alrededor de un SoC Broadcom personalizado con controladores de código abierto . Originalmente pensada para la educación, la Raspberry Pi contenía una serie de características, como soporte optimizado para Linux y pines GPIO programables , que también eran muy atractivos para los aficionados , que usaban la Pi y otros SBC comparables, para proyectos como automatización del hogar , video. emulación de juegos , transmisión de medios y otros experimentos. [8] En la industria, el rápido crecimiento de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos de pequeña escala animó a los fabricantes de hardware a avanzar hacia un uso más frecuente de los SoC y la reducción de las placas base en tamaño, extensibilidad y complejidad, mientras que la proliferación del Internet de las Cosas aumentó la demanda. en busca de componentes pequeños y baratos que permitieran a dispositivos no convencionales acceder a Internet. Ambos factores aumentaron dramáticamente la producción de computadoras de placa única a lo largo de la década.
A finales de la década de 2010 y principios de la de 2020, muchos dispositivos, incluidos teléfonos inteligentes, tabletas , computadoras portátiles y otros dispositivos inteligentes, funcionan con computadoras de placa única que utilizan SoC avanzados. Si bien esto ha aumentado considerablemente el rendimiento y la eficiencia energética, ha generado preocupación de que las computadoras de placa única, particularmente aquellas construidas alrededor de SoC, sean más difíciles de reparar y puedan ser menos amigables con los intentos de monitorear o modificar las instrucciones programadas en las placas por los fabricantes. [9]
Las computadoras de placa única fueron posibles gracias al aumento de la densidad de los circuitos integrados . Una configuración de placa única reduce el costo general de un sistema, al reducir la cantidad de placas de circuito requeridas y al eliminar conectores y circuitos de controlador de bus que de otro modo se usarían. Al poner todas las funciones en una sola placa, se puede obtener un sistema global más pequeño, por ejemplo, como en los ordenadores portátiles. Los conectores son una fuente frecuente de problemas de confiabilidad, por lo que un sistema de placa única elimina estos problemas. [10]
Las computadoras de placa única ahora se definen comúnmente en dos arquitecturas distintas: sin ranuras y con soporte para ranuras.
Los SBC integrados son unidades que proporcionan todas las E/S necesarias sin necesidad de tarjetas enchufables. Las aplicaciones suelen ser juegos (máquinas tragamonedas, video póquer), quioscos y automatización del control de máquinas . Los SBC integrados son mucho más pequeños que las placas base tipo ATX que se encuentran en las PC y proporcionan una combinación de E/S más orientada a una aplicación industrial, como E/S digitales y analógicas integradas, memoria flash de arranque integrada (eliminando la necesidad de una unidad de disco ), sin vídeo, etc.
El término "computadora de placa única" ahora se aplica generalmente a una arquitectura en la que la computadora de placa única se conecta a una placa posterior para proporcionar tarjetas de E/S. En el caso de PC104 , el bus no es un backplane en el sentido tradicional, sino una serie de conectores de clavijas que permiten apilar placas de E/S.
Las computadoras de placa única se usan más comúnmente en situaciones industriales donde se usan en formato de montaje en bastidor para el control de procesos o integradas dentro de otros dispositivos para proporcionar control e interfaz. Se utilizan en la exploración de aguas profundas en las sondas de aguas profundas ALICE y en el espacio exterior, en los cohetes Ariane y Pegasus y en el transbordador espacial . [11] Debido a los niveles muy altos de integración, la cantidad reducida de componentes y la cantidad reducida de conectores, los SBC son a menudo más pequeños, más livianos, más eficientes energéticamente y más confiables que las computadoras de placa múltiple comparables. [12]
La principal ventaja de una placa base ATX en comparación con una SBC es el costo. Millones de placas base se fabrican para los mercados de consumo y de oficina, lo que permite enormes economías de escala . Las computadoras de placa única son un nicho de mercado y se fabrican con menos frecuencia y a un costo mayor. Las placas base y los SBC ahora ofrecen niveles similares de integración de funciones, lo que significa que una falla de la placa base en cualquiera de los estándares requerirá un reemplazo equivalente.
Las gamas de computadoras de placa única incluyen Raspberry Pi , BeagleBoard y Nano Pi . [13] [14] [15]
Una variedad común de computadora de placa única utiliza factores de forma de computadora estandarizados destinados a usarse en un gabinete de placa posterior . Algunos de estos tipos son CompactPCI , PXI , VMEbus , VXI y PICMG . Los SBC se han construido alrededor de varias estructuras de procesamiento interno, incluida la arquitectura Intel, arquitecturas de multiprocesamiento y sistemas de procesamiento de menor potencia como RISC y SPARC. En el mundo de las PC Intel, los circuitos de inteligencia y de interfaz/control se colocan en una placa enchufable que luego se inserta en una placa posterior pasiva (o activa). El resultado es similar a tener un sistema construido con una placa base , excepto que el backplane determina la configuración de la ranura. Los backplanes están disponibles con una combinación de ranuras (ISA, PCI, PCI-X, PCI-Express, etc.), generalmente con un total de 20 o menos, lo que significa que caben en un gabinete de montaje en rack de 19" (chasis de 17" de ancho).
Algunas computadoras de placa única tienen conectores que permiten ensamblar una pila de placas de circuito, cada una de las cuales contiene hardware de expansión, sin una placa posterior tradicional. Ejemplos de factores de forma SBC apilables incluyen PC/104 , PC/104- Plus , PCI-104 , EPIC y EBX ; Estos sistemas están comúnmente disponibles para su uso en sistemas de control integrados.
Los SBC de tipo pila suelen tener memoria proporcionada en tarjetas enchufables, como SIMM y DIMM . Las placas de circuito del disco duro tampoco se cuentan para determinar si una computadora es un SBC o no por dos razones: en primer lugar, porque el HDD se considera una unidad de almacenamiento de un solo bloque y, en segundo lugar, porque es posible que el SBC no requiera ningún disco duro como la mayoría. se pueden iniciar desde sus conexiones de red.
