Ordenador de placa única

Una computadora de placa única ( SBC , por sus siglas en inglés ) es una computadora completa construida en una sola placa de circuito impreso , con microprocesador (es), memoria , entrada/salida (E/S) y demás características necesarias para su funcionamiento. Las computadoras de placa única se suelen fabricar como sistemas de demostración o desarrollo, para sistemas educativos o como controladores de computadoras integradas . Muchos tipos de computadoras domésticas o portátiles integran todas sus funciones en una sola placa de circuito impreso .

A diferencia de un ordenador personal de sobremesa , los ordenadores de placa única no suelen depender de ranuras de expansión para periféricos o funciones adicionales . Estos ordenadores se han fabricado con una amplia gama de microprocesadores. Los diseños sencillos, como los construidos por aficionados a la informática, suelen utilizar memoria RAM estática y procesadores de 32 o 64 bits de bajo coste, como ARM . Otros tipos, como los servidores blade , ofrecen un rendimiento similar al de un servidor , pero en un formato más compacto.

Un módulo informático es un tipo de ordenador de placa única diseñado para conectarse a una placa base, placa portadora o placa posterior para la expansión del sistema. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Poco después de la llegada de los primeros microprocesadores al mercado, aparecieron los primeros ordenadores de placa única, como las placas de desarrollo SIM4-01 y SIM8-01 de Intel , lanzadas en 1971 y 1972 respectivamente. La placa SIM8-01 se basa en el Intel 8008 ^{[ 4 ]} y contiene una CPU, RAM, ROM y una interfaz de terminal TTY. Dispone de 1 KB de RAM en 32 chips P1101A y 2 KB de EPROM en ocho chips C1701. La SIM8-01 cuenta con capacidades de entrada y salida mediante un puerto serie para un terminal externo, y puede considerarse el primer ordenador de placa única propiamente dicho. Siguiendo un concepto similar con CPU/RAM/ROM y una interfaz de terminal, apareció el MYCRO-1 basado en Intel 8080 lanzado en diciembre de 1974, ^{[ 5 ]} y tanto el Intel SDK-80 como el Motorola MEK6800D1 de 1975. Una computadora de placa única más barata y posteriormente más popular, la KIM-1 basada en el MOS 6502 , se anunciaría más tarde en 1975 y se lanzaría en 1976.

Las primeras SBC tuvieron un papel fundamental en los inicios de la historia de las computadoras domésticas , como la Acorn Electron y la BBC Micro , también desarrolladas por Acorn. Otras computadoras de placa única típicas de la época, como la KIM-1, a menudo se enviaban sin carcasa , que el usuario debía añadir. Otros ejemplos tempranos son la Ferguson Big Board , la Ampro Little Board ^{[ 6 ]} y la Nascom . Muchas computadoras domésticas de la década de 1980 eran de placa única , y algunas incluso animaban a los usuarios a soldar componentes mejorados directamente a puntos premarcados en la placa.

A medida que el PC se popularizó, las SBC disminuyeron su cuota de mercado debido a su baja capacidad de ampliación. La rápida adopción de los estándares de IBM para periféricos y la estandarización del bus PCI en la década de 1990 hicieron que las placas base, los componentes compatibles y los periféricos fueran económicos y omnipresentes, mientras que el desarrollo de plataformas multimedia como el CD-ROM y las tarjetas Sound Blaster comenzó a superar rápidamente la necesidad de los usuarios de reemplazar sus ordenadores personales. Estas dos tendencias desincentivaron las computadoras de placa única y, en cambio, fomentaron la proliferación de placas base , que normalmente albergaban la CPU y otros componentes principales, con componentes periféricos como controladores de disco duro y procesadores gráficos , e incluso algunos componentes principales como módulos de RAM , ubicados en placas secundarias .

En la década del 2000, los ordenadores comenzaron a reducir el número de placas base. A medida que nuevos estándares como USB disminuyeron drásticamente la variedad de estándares de periféricos que se esperaba que las placas base soportaran, los avances en la fabricación de circuitos integrados proporcionaron nuevos conjuntos de chips que podían ofrecer la funcionalidad de muchas placas secundarias, en particular de E/S , en un solo chip. A finales de la década, las placas base de PC ofrecían soporte integrado para unidades de disco, incluyendo IDE , SATA , NVMe , RAID , GPU integrada , Ethernet y E/S tradicionales como puerto serie y puerto paralelo , USB y soporte para teclado/ratón. Las tarjetas enchufables mantuvieron su importancia como componentes de alto rendimiento, como los coprocesadores gráficos físicamente grandes y complejos, los controladores RAID de gama alta y las tarjetas de E/S especializadas como las de adquisición de datos y DSP .

La década de 2010 se caracterizó por un crecimiento rápido y sostenido de las computadoras de placa única, impulsado en gran medida por los avances en las técnicas de producción de circuitos integrados que permitieron, por primera vez, incluir la mayoría o la totalidad de los componentes principales de una placa base en un solo chip de circuito integrado . Una de las computadoras de placa única más conocidas de la década fue la Raspberry Pi , construida alrededor de un SoC Broadcom personalizado con controladores de código abierto . Originalmente concebida para la educación, la Raspberry Pi incluía una serie de características, como soporte optimizado para Linux y pines GPIO programables, que también resultaron muy atractivas para los aficionados , quienes la utilizaron, junto con otras SBC similares, para proyectos como domótica , emulación de videojuegos , transmisión de contenido multimedia y otros experimentos. ^{[ 7 ]} En la industria, el rápido crecimiento de los teléfonos inteligentes y otros dispositivos de pequeño tamaño impulsó a los fabricantes de hardware a utilizar con mayor frecuencia los SoC y a reducir el tamaño, la extensibilidad y la complejidad de las placas base, mientras que la proliferación del Internet de las Cosas aumentó la demanda de componentes pequeños y económicos que permitieran a los dispositivos no convencionales acceder a Internet. Ambos factores incrementaron drásticamente la producción de ordenadores 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 ( sistema en un chip ) avanzados. Si bien esto ha aumentado considerablemente el rendimiento y la eficiencia energética, ha generado preocupación debido a que las computadoras de placa única, en particular las basadas en SoC, son más difíciles de reparar y pueden ser menos compatibles con los intentos de monitorear o modificar las instrucciones programadas en las placas por los fabricantes. ^{[ 8 ]}

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 total de un sistema, al disminuir la cantidad de placas de circuito necesarias y al eliminar los conectores y los circuitos controladores de bus que de otro modo se utilizarían. Al colocar todas las funciones en una sola placa, se puede obtener un sistema general más pequeño, como por ejemplo, en las computadoras portátiles. Los conectores son una fuente frecuente de problemas de confiabilidad, por lo que un sistema de placa única elimina estos problemas. ^{[ 9 ]}

Actualmente, los ordenadores de placa única se definen comúnmente en dos arquitecturas distintas: sin ranuras y con soporte para ranuras.

Las SBC integradas son unidades que proporcionan todas las E/S necesarias sin espacio para tarjetas de expansión. Sus aplicaciones típicas incluyen juegos (máquinas tragamonedas, video póker), quioscos y automatización de control de maquinaria . Las SBC integradas son mucho más pequeñas que las placas base tipo ATX que se encuentran en las PC y ofrecen una combinación de E/S más orientada a aplicaciones industriales, como E/S digitales y analógicas integradas, memoria flash de arranque integrada (lo que elimina la necesidad de una unidad de disco ), ausencia de vídeo, etc.

Actualmente, el término ordenador de placa única se aplica generalmente a una arquitectura en la que el ordenador de placa única se conecta a un bus posterior para alojar las tarjetas de entrada/salida. En el caso del PC104 , el bus no es un bus posterior en el sentido tradicional, sino una serie de conectores de pines que permiten apilar las tarjetas de entrada/salida.

Las computadoras de placa única se utilizan con mayor frecuencia en entornos industriales, donde se emplean en formato de montaje en rack para el control de procesos o integradas en otros dispositivos para proporcionar control e interfaz. Se utilizan en la exploración de las profundidades marinas en las sondas ALICE y en el espacio exterior, en los cohetes Ariane y Pegasus y en el transbordador espacial . ^{[ 10 ]} Debido a los altos niveles de integración, la reducción en el número de componentes y la reducción en el número de conectores, las SBC suelen ser más pequeñas, ligeras, eficientes energéticamente y más fiables que las computadoras multiplaca comparables. ^{[ 11 ]}

La principal ventaja de una placa base ATX frente a una SBC es el precio. Las placas base se fabrican por millones para los mercados de consumo y oficina, lo que permite enormes economías de escala . Los ordenadores de placa única son un nicho de mercado y se fabrican con menos frecuencia y a un precio más elevado. Actualmente, tanto las placas base como las SBC ofrecen niveles similares de integración de funciones, lo que significa que un fallo en la placa base, independientemente del estándar, requerirá un reemplazo equivalente.

La gama de ordenadores de placa única incluye Raspberry Pi , BeagleBoard , LattePanda , Nano Pi , ODROID , Orange Pi , PINE64 y Banana Pi . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

Una variedad común de computadora de placa única utiliza formatos estandarizados diseñados para usarse en una carcasa de placa base . Algunos de estos tipos son CompactPCI , PXI , VMEbus , VXI y PICMG . Las SBC se han construido alrededor de varias estructuras de procesamiento interno, incluyendo la arquitectura Intel , arquitecturas de multiprocesamiento y sistemas de procesamiento de bajo consumo como RISC y SPARC . En el mundo de las PC Intel, la inteligencia y los circuitos de interfaz/control se colocan en una placa enchufable que luego se inserta en una placa base pasiva (o activa). El resultado es similar a tener un sistema construido con una placa base , excepto que la placa base determina la configuración de ranuras. Las placas base están disponibles con una combinación de ranuras ( ISA , PCI, PCI-X , PCI-Express , etc.), generalmente un total de 20 o menos, lo que significa que cabe en una carcasa de montaje en rack de 19" (chasis de 17" de ancho).

Algunas computadoras de placa única cuentan con conectores que permiten apilar varias placas de circuito, cada una con hardware de expansión, sin necesidad de una placa base tradicional. Algunos ejemplos de placas de placa única apilables son PC/104 , PC/104- Plus , PCI-104 , EPIC y EBX; estos sistemas se utilizan habitualmente en sistemas de control integrados.

Las SBC de tipo apilable suelen tener memoria proporcionada en tarjetas de expansión como SIMM y DIMM . Las placas de circuito del disco duro tampoco se tienen en cuenta para determinar si un ordenador es una SBC o no, por dos razones: primero, porque el disco duro se considera una unidad de almacenamiento de un solo bloque, y segundo, porque la SBC puede no requerir un disco duro en absoluto, ya que la mayoría puede arrancar desde sus conexiones de red.

• TCA avanzado
• PCI compacto
• Integrado Compacto Extendido (ECX)
• Mini-ITX
• Multibus
• PC/104
• PICMG
• Pico-ITX
• PXI
• Qseven
• VMEbus
• VPX
• VXI
• 96Tableros (CE, EE, EETV e IE)

• Computadora en el módulo
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