Вы что-то слышали о миниатюрных компьютерах, помещающихся на ладони, и о том, что с их помощью можно создавать удивительные вещи. Вы загорелись желанием попробовать свои силы на данном поприще, и в вашей голове уже начал оформляться абсолютно безумный проект. Но с чего же начать? И какой микрокомпьютер выбрать новичку, никогда не имевшему дела с подобными девайсами? Сегодняшний материал поможет вам во всем разобраться.
Одноплатные компьютеры в вопросах и ответах
Не будем ходить вокруг да около, а сразу перейдем к сути. Ниже приведены базовые сведения о микрокомпьютерах в виде небольшого ЧаВО, составленного из вопросов, которые больше всего волнуют новичков.
- Что такое одноплатный компьютер?
Одноплатный компьютер, или SBC (Single-Board Computer), — миниатюрное электронно-вычислительное устройство, все компоненты которого собраны на единственной печатной плате. Для работы такого девайса не требуется подключения дополнительных контроллеров — он является полностью самодостаточным. При этом габариты одноплатного компьютера не намного больше размеров банковской карты.
- Зачем нужны SBC?
Микрокомпьютеры позволяют решать множество прикладных задач. На базе SBC вы можете собственными руками создать систему «умный дом», сконструировать ретроконсоль, сделать продвинутый маршрутизатор для дома или офиса, поднять мультимедийный или веб-сервер и многое, многое другое. По сравнению с готовыми решениями проекты на основе одноплатных компьютеров обходятся существенно дешевле. Бонусом же идут практически безграничные возможности кастомизации и масштабирования собранной системы.
- Я не инженер и не программист. Микрокомпьютеры не для меня?
Вовсе нет. Начнем с того, что на просторах сети вы без труда отыщете множество готовых программ и даже специализированных дистрибутивов операционных систем для SBC, «заточенных» под те или иные задачи. Конечно, вам придется разобраться с тем, как работает нужный софт, и научиться его настраивать, но уметь программировать вовсе не обязательно.
Что касается подключения дополнительных модулей, то для этих целей на плате распаяны стандартные порты, а также универсальный интерфейс GPIO (General-Purpose Input/Output — интерфейс ввода/вывода общего назначения), который может быть легко сконфигурирован под любые задачи и используется для подсоединения к микрокомпьютеру датчиков освещенности, температуры, звука, LED-индикаторов и даже более сложных компонентов вроде 3G/4G-модемов. Если же вам понадобится какой-либо специфический порт, вы всегда можете приобрести нужную плату расширения.
Сама по себе сборка функциональной системы оказывается не сложнее работы с детским конструктором, не требует пайки и других сложных манипуляций. Помимо этого, вы можете найти в продаже множество вспомогательных деталей (корпусов, радиаторов, кулеров, антенн и т. д.) для микрокомпьютеров, так что вам не придется осваивать 3D-печать или мучиться в тщетных попытках приладить к SBC несовместимые компоненты.
- Какой одноплатный компьютер выбрать?
Летом 2017 года на тематическом портале Linux Gizmos вышел подробный обзор 98 микрокомпьютеров. С тех пор минуло уже три года. За это время интерес к SBC со стороны энтузиастов лишь возрос, как многократно возросло и количество представленных на рынке устройств: поскольку подобные девайсы сравнительно дешевы в производстве, их выпуском стали заниматься буквально все кому не лень, начиная от крупных корпораций вроде Asus и заканчивая никому не известными стартапами.
Несмотря на столь впечатляющее многообразие, действительно заслуживающие внимания одноплатные компьютеры можно пересчитать по пальцам. Причина кроется не только (и не столько) в их технических характеристиках, но и в качестве прошивки, программного обеспечения, а также совместимости с периферией и различными приложениями.
Зачастую, стремясь сэкономить, новички приобретают noname-устройства и оказываются у разбитого корыта по той простой причине, что не могут найти ни стабильно работающей ОС под них, ни нужных драйверов, ни гайдов в интернете. В аналогичную ситуацию можно попасть и при покупке брендового, но малопопулярного микрокомпьютера: каким бы качественным ни был приобретенный вами девайс, если вокруг него так и не сложилось крепкое комьюнити, для начинающего разработчика он будет абсолютно бесполезен.
Именно по этой причине мы настоятельно рекомендуем отдавать предпочтение проверенным временем SBC и пускаться в эксперименты с необычными новинками, лишь набравшись опыта. И лучшим микрокомпьютером для новичков на сегодняшний день однозначно является Raspberry Pi.
Raspberry Pi — идеальный одноплатный компьютер для начинающих
Raspberry Pi, или, как его любовно называют фанаты, «малинка», по праву считается эталоном одноплатных компьютеров и практически идеальным выбором для тех, кто лишь начал приобщаться к удивительному миру SBC. Его появлением мы с вами обязаны программисту Дэвиду Брэбену, автору легендарного космического симулятора Elite. В мае 2011 года он представил первый концепт микрокомпьютера за $35, изначально предназначавшегося для обучения программированию в школах и вузах. Однако девайс, полноценный релиз которого состоялся спустя всего год, оказался настолько удачным, что снискал невероятную популярность в кругу программистов и конструкторов-энтузиастов по всему миру, выйдя далеко за рамки учебных проектов.
За время существования Raspberry Pi было выпущено 12 модификаций одноплатных компьютеров. И это первый довод за покупку «малинки»: устройства предыдущих поколений до сих пор можно найти в продаже по весьма привлекательным ценам, а их возможностей оказывается более чем достаточно для первых экспериментов с SBC, а также для проектов, нетребовательных к вычислительным мощностям. Наиболее же актуальной на сегодняшний день моделью является Raspberry Pi 4 Model B.
Основой этого малыша является SoC Broadcom BCM2711, включающий в себя 4 вычислительных ядра Cortex-A72 (ARM V8), работающих на частоте 1,5 ГГц, и графический процессор GPU VideoCore VI, частота которого составляет 500 МГц. Девайс доступен в трех модификациях, отличающихся объемом оперативной памяти (2, 4 и 8 ГБ) по рекомендуемой цене 35, 55 и 75 долларов США соответственно. В России цены на 4-гигабайтную модель стартуют в среднем от 6,5 тысячи рублей.
На плате распаяны 40 пинов GPIO, 4 порта USB (2 × USB 2.0 и 2 × USB 3.0), 4-контактный мини-джек 3,5 мм, пара комбинированных цифровых аудио/видеовыходов micro HDMI 2.0, последовательные интерфейсы для подключения камеры (MIPI CSI) и LCD-экрана (MIPI DSI), а также один слот для карт памяти microSD (собственного накопителя данных Raspberry Pi 4B не имеет). Для соединения с локальной сетью и интернетом предусмотрен гигабитный Ethernet-порт. Также микрокомпьютер поддерживает беспроводное подключение по стандартам Wi-Fi 802.11 b/g/n/ac и оснащен Bluetooth 5.0 с BLE. Такое обилие интерфейсов существенно упрощает работу с Raspberry Pi, делая устройство куда более универсальным по сравнению с множеством собратьев, что весьма важно, особенно для новичков. Это второй аргумент за покупку «малинки».
Что касается операционных систем, с которыми совместим Raspberry Pi, то их количество действительно впечатляет. Помимо фирменной Raspberry Pi OS, вы можете установить на микрокомпьютер готовый медиацентр OSMC на базе Kodi, RISC OS от Acorn Computers для процессоров на ARM-архитектуре, Windows 10 IoT (специальная версия Windows для проектов в сфере Интернета вещей), различные сборки Ubuntu (Lubuntu, Xubuntu, Kubuntu, Ubuntu Server), OpenWrt (ОС для создания продвинутых маршрутизаторов), систему управления NAS на основе Debian OpenMediaVault, о которой мы уже писали ранее , сборник эмуляторов игровых консолей прошлых поколений RetroPie, неофициальные сборки Android и множество других. Такое многообразие существенно упрощает разработку: вы без особого труда найдете подходящее решение под любую задачу.
За 9-летнюю историю вокруг Raspberry Pi сформировалось мощное сообщество, и это еще один весомый аргумент в пользу покупки данного SBC. На YouTube и тематических порталах вы найдете множество готовых проектов с перечнем всех необходимых комплектующих, ПО и описанием его настройки, каждый из которых послужит для вас отличным учебным пособием.
Еще одно весьма важное преимущество данного микрокомпьютера заключается в том, что производство Raspberry Pi ведется как на фабрике в Уэльсе (Великобритания), так и в Шэньчжэне (Китай). Таким образом, вы можете заказать оригинальный SBC не только на официальном сайте компании или в локальных компьютерных магазинах, но и на «народном» маркетплейсе AliExpress, при этом существенно дешевле. Для сравнения: если в России за флагманскую модификацию вам придется отдать около 9 тысяч рублей, то в Китае — всего 7 тысяч, а на сэкономленные деньги вы сможете приобрести вполне добротный набор «сделай сам», в который уже будут входить корпус, радиаторы для микрочипов, кулер, адаптер питания и сенсорный экран.
Выбираем карту памяти для одноплатного компьютера
Поскольку Raspberry Pi не имеет встроенного хранилища данных, при покупке такого малыша одним из ключевых аспектов становится правильный выбор карты памяти. И задача эта является отнюдь не такой тривиальной, как может показаться на первый взгляд, ведь microSD-карта будет играть роль системного накопителя, а значит, к ней будут предъявляться особые требования.
Первое, с чем необходимо определиться, — как именно вы собираетесь использовать данный девайс. Хотя микрокомпьютеры могут применяться во множестве самых разных сфер, глобально все возможные сценарии можно разделить на две обширные категории:
- Работа с файлами
Одноплатный компьютер используется в качестве NAS, мультимедийного сервера, торрент-сервера для скачивания и раздачи в режиме 24/7, персонального облака или выполняет функции DVR для домашней системы видеонаблюдения. В этом случае карта памяти будет испытывать огромные нагрузки, ведь данные на ней будут постоянно перезаписываться, а процессы чтения/записи зачастую идти параллельно, причем в несколько потоков. В такой ситуации лучшим выбором станет производительная microSD-карточка класса U1 или выше , способная работать в многопоточном режиме и обладающая расширенным ресурсом перезаписи.
- Работа с приложениями
Если вы хотите использовать одноплатный компьютер как основу для создания ретроконсоли, веб-сервера для тестирования сайтов и приложений или же в качестве мозга системы «умный дом», то вам, напротив, необходимо приобрести карту памяти, отличающуюся высокими устойчивыми показателями IOPS (количество операций ввода-вывода в секунду). В перечисленных сценариях нагрузка на карту сравнительно невысока, а данные перезаписываются достаточно редко: вы один раз загружаете необходимое программное обеспечение, а в дальнейшем происходит лишь считывание исполняемых файлов и необходимых библиотек. Изменениям же подвержены в основном файлы настроек и логи, которые по сравнению с мультимедийным контентом практически ничего не весят.
В первом случае наиболее оптимальным выбором станут карты памяти серии WD Purple QD101. Изначально созданные для цифровых камер видеонаблюдения, автомобильных и персональных видеорегистраторов, они превосходно подойдут для сценариев, предполагающих интенсивную перезапись информации.
Данная линейка microSD-карт включает в себя 6 моделей емкостью от 32 ГБ до 1 ТБ, так что вы сможете без труда подобрать наиболее оптимальный вариант в зависимости от поставленных задач. Каждая карта памяти соответствует скоростному классу U1 (V10), поддерживает работу в многопоточном режиме, а ее максимальная производительность достигает 80 МБ/с в операциях чтения и 50 МБ/с при записи данных.
Карты памяти WD Purple созданы на базе 96-слойной флеш-памяти 3D NAND BiCS четвертого поколения и могут похвастаться гарантированным рабочим ресурсом в 1000 циклов программирования/стирания. На практике это означает, что даже 32-гигабайтные модели выдерживают не менее 16 терабайт перезаписи, тогда как флагманская карточка на 1 ТБ обладает коэффициентом TBW уже в 512 терабайт. Столь высокая выносливость делает microSD-карты пурпурной серии практически идеальным решением для использования в составе систем видеонаблюдения, DLNA-серверов и в других аналогичных ситуациях.
Когда же на первый план выходит уровень производительности при работе с приложениями, следует отдавать предпочтение картам памяти класса A2. Изначально такие microSD-карточки создавались для смартфонов и планшетов на базе операционной системы Android, поддерживающих расширение системной памяти за счет съемных накопителей, поэтому при их разработке особое внимание уделялось такому показателю, как минимальное устойчивое количество операций ввода-вывода в секунду. Карты памяти класса A2 обладают гарантированной производительностью 4000 IOPS в операциях случайного чтения и 2000 IOPS — при записи файлов. Это означает, что даже в самых неблагоприятных условиях при максимальной нагрузке количество операций ввода-вывода в секунду не упадет ниже указанных значений. И именно такими показателями характеризуются SanDisk Extreme PRO.
Модельный ряд включает в себя 7 карт памяти на 32, 64, 128, 256, 400 и 512 ГБ, а также терабайтный флагман. Карточки серии отличаются рекордным быстродействием: вплоть до 170 МБ/с в операциях последовательного чтения и до 90 МБ/с при записи. Наряду с высокими показателями устойчивого IOPS, это существенно расширяет сферу их применения: SanDisk Extreme Pro могут с равным успехом использоваться в качестве системных накопителей в микрокомпьютерах, для расширения встроенной памяти мобильных девайсов, для профессиональной фотосъемки или записи видео в разрешении 4K UHD.
Что немаловажно, SanDisk Extreme Pro поддерживают работу с компактными карт-ридерами MobileMate с интерфейсом USB 3.0. Это позволяет не только без проблем переносить файлы между различными устройствами, но и подключать к одноплатному компьютеру дополнительные microSD-карты, используя свободные USB-порты.
Среди особенностей карт памяти WD Purple и SanDisk необходимо выделить устойчивость к воздействию негативных факторов внешней среды. Они способны исправно функционировать при экстремально низких (до -25 ºC) и экстремально высоких (до +85 ºC) температурах, выдерживают погружение в соленую или пресную воду на глубину до 1 метра и падение на бетонный пол с высоты до 5 метров, хорошо защищены от воздействия рентгеновского излучения и статических магнитных полей с силой индукции до 5000 Гс (в частности, это означает, что вы можете свободно проносить такие карточки через терминалы досмотра в аэропортах или через металлоискатели). Таким образом, вы можете быть на 100% уверены в сохранности данных даже в том случае, когда ваш проект предполагает наружный монтаж одноплатного компьютера (например, такая потребность может возникнуть при создании системы безопасности загородного дома).