حاسوب أحادي اللوحة

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
يُعد جهاز Raspberry Pi (الطراز 2B الموضح) جهاز كمبيوتر أحادي اللوحة منخفض التكلفة يُستخدم غالبًا لتدريس علوم الكمبيوتر . [ 1 ]

الحاسوب أحادي اللوحة ( SBC ) هو حاسوب متكامل مبني على لوحة دوائر مطبوعة واحدة ، ويحتوي على معالج دقيق (أو أكثر)، وذاكرة ، ووحدات إدخال/إخراج ، وغيرها من الميزات اللازمة لتشغيل الحاسوب. تُصنع الحواسيب أحادية اللوحة عادةً كأنظمة تجريبية أو تطويرية، أو للأنظمة التعليمية، أو لاستخدامها كوحدات تحكم مدمجة . وتدمج العديد من أنواع الحواسيب المنزلية أو المحمولة جميع وظائفها على لوحة دوائر مطبوعة واحدة .

على عكس أجهزة الكمبيوتر الشخصية المكتبية ، لا تعتمد أجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة عادةً على فتحات توسعة للوظائف الطرفية أو التوسعات . وقد صُممت هذه الأجهزة باستخدام مجموعة واسعة من المعالجات الدقيقة. تستخدم التصاميم البسيطة، كتلك التي يصممها هواة الكمبيوتر، ذاكرة وصول عشوائي ثابتة (SRAM) ومعالجات منخفضة التكلفة 32 أو 64 بت مثل معالجات ARM . أما الأنواع الأخرى، مثل خوادم الشفرات ، فتؤدي وظائف مشابهة لخوادم الكمبيوتر ، ولكن بحجم أصغر.

الحاسوب المدمج هو نوع من الحواسيب أحادية اللوحة، مصمم للتوصيل بلوحة حاملة أو لوحة أساسية أو لوحة خلفية لتوسيع النظام. [ 2 ] [ 3 ]

تاريخ

إنتل SIM8-01، تاريخ الإصدار 1972

تحديات بناء التشكيلة المبكرة

ظهرت أولى الحواسيب أحادية اللوحة بعد فترة وجيزة من وصول المعالجات الدقيقة الأولى إلى السوق. في عامي 1971 و1972 على التوالي، أصدرت شركة إنتل لوحتي التطوير SIM4-01 وSIM8-01 . تعتمد لوحة SIM8-01 على معالج إنتل 8008 [ 4 ] وتحتوي على وحدة معالجة مركزية، وذاكرة وصول عشوائي، وذاكرة قراءة فقط، وواجهة طرفية TTY.

كانت نفس الواجهة شائعة في جهاز MYCRO-1 القائم على معالج Intel 8080 ، والذي تم إصداره في ديسمبر 1974، [ 5 ] وجهاز Intel SDK-80 وجهاز Motorola MEK6800D1، اللذين تم إصدارهما في عام 1975. وسيتم الإعلان لاحقًا في عام 1975 عن جهاز كمبيوتر أحادي اللوحة أرخص وأكثر شيوعًا، وهو KIM-1 القائم على معالج MOS 6502 ، وسيتم إصداره في عام 1976.

لعبت الحواسيب أحادية اللوحة دورًا بارزًا في بدايات تاريخ الحواسيب المنزلية ، مثل Acorn Electron و BBC Micro و Ferguson Big Board و Ampro Little Board [ 6 ] و Nascom . وكانت بعض الحواسيب أحادية اللوحة الأخرى، مثل KIM -1، تُشحن غالبًا بدون غلاف ، ما كان يتطلب من المستخدم تركيبه. وكانت العديد من الحواسيب المنزلية في ثمانينيات القرن الماضي أحادية اللوحة، بل إن بعضها كان يشجع المستخدمين على لحام المكونات المُحسّنة مباشرةً في نقاط مُحددة مسبقًا على اللوحة.

في تسعينيات القرن الماضي، ازداد انتشار الحواسيب الشخصية بفضل توحيد معيار ناقل PCI واعتماد معايير IBM للأجهزة الطرفية ، مما جعل اللوحات الأم والمكونات المتوافقة والأجهزة الطرفية رخيصة ومتوفرة بكثرة. كما بدأ تطور منصات الوسائط المتعددة، مثل أقراص CD-ROM وبطاقات Sound Blaster ، يتجاوز بسرعة وتيرة حاجة المستخدمين لاستبدال حواسيبهم الشخصية. وقد أدى هذان الاتجاهان إلى تثبيط الحواسيب أحادية اللوحة، وشجعا على انتشار اللوحات الأم ، التي كانت تضم عادةً وحدة المعالجة المركزية والمكونات الأساسية الأخرى، بينما كانت المكونات الطرفية، مثل وحدات تحكم محركات الأقراص الصلبة ومعالجات الرسومات ، وحتى بعض المكونات الأساسية مثل وحدات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، موجودة على لوحات فرعية .

بدأت أجهزة الكمبيوتر بالعودة إلى استخدام عدد أقل من اللوحات الأم في العقد الأول من الألفية الثانية. ومع ظهور معايير جديدة مثل USB التي قللت من تنوع معايير الأجهزة الطرفية التي كان يُتوقع من اللوحات الأم دعمها، أتاحت التطورات في تصنيع الدوائر المتكاملة شرائح جديدة قادرة على توفير وظائف العديد من اللوحات الفرعية، وخاصة منافذ الإدخال/الإخراج ، في شريحة واحدة. وبحلول نهاية العقد، أصبحت لوحات الكمبيوتر الشخصية تدعم محركات الأقراص المدمجة، بما في ذلك IDE و SATA و NVMe و RAID ، بالإضافة إلى وحدة معالجة الرسومات المدمجة وشبكة Ethernet ، ومنافذ الإدخال/الإخراج التقليدية مثل المنفذ التسلسلي والمنفذ المتوازي و USB ، فضلاً عن دعم لوحة المفاتيح والماوس.

شهدت الحواسيب أحادية اللوحة نموًا سريعًا خلال العقد الثاني من الألفية الثانية بفضل التطورات في إنتاج الدوائر المتكاملة التي سمحت بوضع معظم أو جميع مكونات اللوحة الأم على شريحة واحدة . صُمم جهاز Raspberry Pi ، المبني على معالج Broadcom SoC مخصص مع برامج تشغيل مفتوحة المصدر، في الأصل لأغراض تعليمية، ولكنه تضمن ميزات مثل دعم نظام Linux ودبابيس GPIO قابلة للبرمجة ، والتي استخدمها الهواة في مشاريع متنوعة، منها أتمتة المنازل ، ومحاكاة ألعاب الفيديو ، والبث المباشر. [ 7 ] أما في الصناعة، فقد دفع نمو الهواتف الذكية والأجهزة الصغيرة الأخرى المصنّعين إلى تبني معالجات SoC على نطاق أوسع وتصغير حجم اللوحات الأم، في حين أدى انتشار الأجهزة المتصلة بالإنترنت إلى زيادة الطلب على المكونات الصغيرة منخفضة التكلفة.

بحلول نهاية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وبداية العقد الثاني منه، أصبحت الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وغيرها من الأجهزة الذكية تستخدم بشكل شائع أجهزة كمبيوتر أحادية اللوحة مبنية حول أنظمة على رقاقة (SoCs). [ 8 ]

التطبيقات

جهاز كمبيوتر صغير 486 مزود بمقبس 3 مع مزود طاقة وشاشة مسطحة

أصبح تصنيع الحواسيب أحادية اللوحة ممكنًا بفضل زيادة كثافة الدوائر المتكاملة . يقلل تصميم اللوحة الواحدة من التكلفة الإجمالية للنظام، وذلك بتقليل عدد لوحات الدوائر المطلوبة، والاستغناء عن الموصلات ودوائر تشغيل ناقل البيانات التي كانت ستُستخدم لولا ذلك. بوضع جميع الوظائف على لوحة واحدة، يُمكن الحصول على نظام أصغر حجمًا، كما هو الحال في الحواسيب المحمولة على سبيل المثال. تُعد الموصلات مصدرًا شائعًا لمشاكل الموثوقية، لذا فإن نظام اللوحة الواحدة يُزيل هذه المشاكل. [ 9 ]

تُعرَّف أجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة الآن بشكل شائع من خلال بنيتين متميزتين: بدون فتحات ودعم الفتحات.

تُعدّ لوحات التحكم أحادية اللوحة المدمجة وحدات توفر جميع منافذ الإدخال/الإخراج المطلوبة دون الحاجة إلى بطاقات إضافية. تشمل تطبيقاتها عادةً الألعاب (ماكينات القمار، وألعاب الفيديو بوكر)، وأكشاك الخدمة الذاتية، وأنظمة التحكم الآلي . تتميز هذه اللوحات بصغر حجمها مقارنةً باللوحات الأم من نوع ATX الموجودة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية، كما أنها توفر مزيجًا من منافذ الإدخال/الإخراج مُصمم خصيصًا للتطبيقات الصناعية، مثل منافذ الإدخال/الإخراج الرقمية والتناظرية المدمجة، وذاكرة فلاش مدمجة قابلة للتشغيل (مما يُغني عن الحاجة إلى محرك أقراص )، وعدم وجود منفذ فيديو، وغيرها.

يُستخدم مصطلح "الحاسوب أحادي اللوحة" حاليًا بشكل عام للإشارة إلى بنية يتم فيها توصيل الحاسوب أحادي اللوحة بلوحة خلفية لتوفير منافذ الإدخال/الإخراج. في حالة PC104 ، لا تُعدّ ناقلة البيانات لوحة خلفية بالمعنى التقليدي، بل هي عبارة عن سلسلة من موصلات الدبابيس التي تسمح بتكديس لوحات الإدخال/الإخراج.

تُستخدم الحواسيب أحادية اللوحة بشكل شائع في التطبيقات الصناعية، حيث تُركّب في رفوف للتحكم في العمليات أو تُدمج ضمن أجهزة أخرى لتوفير التحكم والربط البيني. كما تُستخدم في استكشاف أعماق البحار على متن مسبارات أليس، وفي الفضاء الخارجي على متن صواريخ أريان وبيغاسوس ومكوك الفضاء . [ 10 ] وبفضل مستويات التكامل العالية جدًا، وانخفاض عدد المكونات والموصلات، غالبًا ما تكون الحواسيب أحادية اللوحة أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة وأكثر موثوقية من الحواسيب متعددة اللوحات المماثلة. [ 11 ]

تتمثل الميزة الرئيسية للوحة الأم ATX مقارنةً بالكمبيوتر أحادي اللوحة (SBC) في التكلفة. تُصنّع اللوحات الأم بالملايين لتلبية احتياجات المستهلكين والمكاتب، مما يتيح وفورات هائلة في الإنتاج . أما أجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة، فهي تُصنّع في سوق متخصصة، ويتم إنتاجها بوتيرة أقل وبتكلفة أعلى. توفر اللوحات الأم وأجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة الآن مستويات متقاربة من تكامل الميزات، مما يعني أن أي عطل في اللوحة الأم، بغض النظر عن المعيار، يتطلب استبدالها بلوحة مماثلة.

الأنواع والمعايير

تشمل أنواع الحواسيب أحادية اللوحة Raspberry Pi و BeagleBoard و LattePanda و Nano Pi و ODROID و Orange Pi و PINE64 و Banana Pi . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

يستخدم أحد أنواع الحواسيب أحادية اللوحة الشائعة أشكالًا قياسية مصممة للاستخدام في حاويات اللوحة الخلفية . من هذه الأنواع: CompactPCI و PXI و VMEbus و VXI و PICMG . بُنيت هذه الحواسيب حول هياكل معالجة داخلية متنوعة، بما في ذلك معمارية إنتل ، ومعماريات المعالجة المتعددة ، وأنظمة المعالجة منخفضة الطاقة مثل RISC و SPARC . في عالم حواسيب إنتل، توضع دوائر الذكاء والتحكم/الواجهة على لوحة قابلة للتوصيل، ثم تُدخل في لوحة خلفية سلبية (أو نشطة). والنتيجة مشابهة لنظام مُصمم بلوحة أم ، إلا أن اللوحة الخلفية هي التي تحدد تكوين الفتحات. تتوفر اللوحات الخلفية بمزيج من الفتحات ( ISA وPCI و PCI-X و PCI-Express ، إلخ)، عادةً ما يبلغ مجموعها 20 فتحة أو أقل، مما يعني أنها ستناسب حاوية تثبيت في رف قياس 19 بوصة (هيكل بعرض 17 بوصة).

تحتوي بعض الحواسيب أحادية اللوحة على موصلات تسمح بتجميع مجموعة من لوحات الدوائر، تحتوي كل منها على مكونات توسعة، دون الحاجة إلى لوحة خلفية تقليدية. ومن أمثلة أشكال الحواسيب أحادية اللوحة القابلة للتكديس: PC/104 وPC/104- Plus و PCI-104 و EPIC وEBX؛ وتتوفر هذه الأنظمة عادةً للاستخدام في أنظمة التحكم المدمجة.

غالبًا ما تحتوي الحواسيب أحادية اللوحة من نوع المكدس على ذاكرة مُدمجة في بطاقات التوصيل مثل SIMMs و DIMMs . كما لا تُؤخذ لوحات دوائر القرص الصلب في الاعتبار عند تحديد ما إذا كان الحاسوب أحادي اللوحة أم لا، وذلك لسببين: أولهما أن القرص الصلب يُعتبر وحدة تخزين كتلة واحدة، وثانيهما أن الحاسوب أحادي اللوحة قد لا يحتاج إلى قرص صلب على الإطلاق، حيث يمكن تشغيل معظمها من خلال اتصالات الشبكة الخاصة بها.

عوامل الشكل

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "استراتيجية المؤسسة 2016-2018" (ملف PDF) . راسبيري باي . مؤسسة راسبيري باي. الصفحات 3-5 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه في 26 نوفمبر 2016 . 
  2. ↑ "لوحات التحكم أحادية اللوحة القائمة على معالج COM: بنية فائقة لأنظمة مضمنة صغيرة الحجم" (ملف PDF) . شركة دايموند سيستمز. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 29 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 ديسمبر 2016 .
  3. ↑ "تنفيذ أجهزة الحوسبة المدمجة عالية الأداء" (ملف PDF) . شركة ترينتون سيستمز، 1 سبتمبر 2016، الصفحات 13-15 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 26 نوفمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 26 نوفمبر 2016 . 
  4. ↑ "Intel SIM8-01" . www.oldcomputermuseum.com . تاريخ الاسترجاع: 20 يوليو 2026 .
  5. ↑ "مجلة الإلكترونيات، ديسمبر 1974، صفحة 21" (ملف PDF) . www.worldradiohistory.com . تاريخ الاطلاع: 4 نوفمبر 2025 .
  6. ↑ "لوحة أمبرو الصغيرة" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 2020-02-07 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2020-09-05 .
  7. ↑ كاولي، كريستيان (10 ديسمبر 2019). "19 استخدامًا رائعًا لجهاز راسبيري باي" . MUO . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 مارس 2023 .
  8. ↑ "ما يجب أن تعرفه عن حق الإصلاح" . وايركتر: مراجعات من واقع الحياة . 15 يوليو 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 مارس 2023 .
  9. ↑ وين روش، الأجهزة الكتاب المقدس الطبعة الخامسة ، كيو، 1999 ISBN 0-7897-1743-3الصفحات 50-51
  10. ↑ "ملحقات الكمبيوتر أحادية اللوحة" . نيومايكروس. مؤرشف من الأصل في 28 يونيو 2017. تم الاطلاع عليه في 7 يوليو 2017 .
  11. ↑ "حل لوحة الدوائر المطبوعة بتقنية UHF RFID" . ماجيكستراب. يناير 2012. ص 4. مؤرشف من الأصل في 26 نوفمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 26 نوفمبر 2016 . 
  12. ↑ ويستوفر، برايان (27 مايو 2021). "مراجعة راسبيري باي 4 موديل B" . دليل توم . تم الاسترجاع في 29 أبريل 2023 .
  13. ↑ مدير المحتوى (29 يناير 2023). "مراجعة بيغل بون بلاك" . إلكترونيكس هاكس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 أبريل 2023 .
  14. ↑ ألديرسون، أليكس (15 مارس 2023). "فريندلي إلك تُطلق حاسوب نانو باي R6C الجديد أحادي اللوحة بسعر 89 دولارًا أمريكيًا" . نوت بوك تشيك . تاريخ الاسترجاع: 29 أبريل 2023 .
  15. ↑ "تقديم جهاز Banana Pi BPI-M5 Pro المزود بمعالج RK3576 SoC" . Boardor . ١٨ يناير ٢٠٢٥. تاريخ الاسترجاع : ١٨ يناير ٢٠٢٥ .