Comment fonctionnent les mini-ordinateurs

Dans les années 1940, l'Université de Pennsylvanie a construit l'Electronic Numerical Integrator and Computer, mieux connu sous le nom d'ENIAC. C'était l'un des premiers ordinateurs électroniques à usage général et c'était un monstre. Il pesait environ 30 tonnes (27,2 tonnes métriques), avec un demi-million de connexions câblées et des milliers de tubes à vide formant les circuits [source : Avery ].

Sautez quelques décennies avant les années 1970 et la naissance de l'ordinateur personnel. Des années de travail acharné de la part des ingénieurs informaticiens nous ont permis d'exploiter la puissance d'un ordinateur à partir d'un bureau à domicile. Ces premiers ordinateurs personnels étaient primitifs selon les normes d'aujourd'hui - les premiers ne pouvaient stocker des informations que sur des disques externes ou des bandes magnétiques.

Dans les années 1980, nous avons vu les premiers ordinateurs portables arriver dans les magasins. Ce n'étaient pas les ordinateurs portables élégants que nous avons l'habitude de trimballer aujourd'hui. Ils étaient maladroits, lourds et avaient des fonctionnalités limitées. Au fil du temps, ces appareils deviendraient plus puissants et pourtant plus légers et moins encombrants.

Aujourd'hui, vous pouvez transporter un smartphone avec plus de puissance de calcul que l'ENIAC. Même les PC de bureau ont diminué au fil des ans. Bien que vous puissiez toujours trouver des PC tour conçus pour des applications haut de gamme, de nombreux ordinateurs ne sont que légèrement plus grands qu'un téléphone portable. Et vous pouvez même trouver des ordinateurs sous la forme d'une clé USB.

Dans cet article, nous allons jeter un œil aux petits ordinateurs qui sont un gros problème. Ces dispositifs peuvent être de la taille d'une carte de circuit imprimé ou même plus petits. Comment les ingénieurs peuvent-ils emballer un ordinateur complet sur quelque chose d'aussi petit ?

1. Le gros problème de devenir plus petit
2. L'anatomie d'un mini PC
3. Ce que vous ne trouverez pas
4. Parce que nous pouvons!
5. Note de l'auteur

Pour comprendre comment un PC peut tenir sur quelque chose d'aussi petit qu'une clé USB , nous devons examiner l'histoire de la miniaturisation dans l'industrie informatique. L'un des développements les plus importants pour les ordinateurs - et l'électronique en général - s'est produit dans un laboratoire en 1947.

C'est alors que John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain ont créé le premier transistor. Ils travaillaient pour les laboratoires Bell et avaient expérimenté des cristaux de germanium, un des premiers matériaux semi-conducteurs utilisés vers la fin de la Seconde Guerre mondiale. Brattain enroula une fine bande d'or autour de la pointe d'un morceau de plastique triangulaire, laissant un espace juste à l'extrémité de la pointe. Il suspendit le triangle en plastique de manière à ce qu'il entre à peine en contact avec le cristal de germanium.

Brattain a découvert que s'il appliquait une tension d'un côté de la bande d'or, elle sortirait de l'autre côté sous la forme d'un courant amplifié. Bien que ce premier transistor ne soit pas un composant pratique pour les appareils électroniques, il a ouvert la voie au remplacement du tube à vide. Parce que les tubes à vide sont grands et dégagent beaucoup de chaleur, cela a ouvert de nouvelles opportunités pour les conceptions informatiques.

Au cours de plusieurs années, les ingénieurs ont affiné la conception du transistor. Finalement, ils ont pu miniaturiser les transistors afin qu'ils puissent tenir sur une petite puce de matériau semi -conducteur - qui agit à certains égards comme un conducteur et à d'autres comme un isolant.

Puis, en 1965, un homme du nom de Gordon Moore a fait une observation qui allait devenir une sorte de prophétie auto-réalisatrice. Il a noté qu'en l'espace d'un certain laps de temps -- selon à qui vous demandez et quand, la période varie entre 18 et 24 mois -- les améliorations de la technologie et des processus de fabrication permettent le nombre de composants discrets sur un pouce carré (6,5 centimètres carrés) de plaquette de silicium à doubler. Il a vu que les entreprises qui concevaient des puces trouveraient de nouvelles façons de créer des composants plus petits, puis d'optimiser le processus de fabrication afin qu'il soit plus logique financièrement de construire des puces plus puissantes. Aujourd'hui, nous appelons cette observation la loi de Moore.

Une façon d'interpréter la loi de Moore est de dire que les processeurs informatiques doublent leur puissance de traitement tous les 18 mois environ. Une autre façon est de dire qu'à la fin d'une période de 18 mois, les ingénieurs découvriront des moyens d'entasser deux fois plus de transistors sur une plaquette de silicium qu'au début. Une autre façon encore est de dire que la taille des composants discrets sur les processeurs diminue considérablement tous les 18 mois.

Cela signifie que non seulement nos ordinateurs deviennent plus puissants - bien plus puissants que les monstres de la taille d'un bâtiment des débuts de l'informatique - mais ils deviennent également plus petits. Et si vous êtes prêt à sacrifier quelques fonctionnalités pour des raisons de taille, vous pouvez vraiment devenir très petit.

Il existe certaines fonctionnalités dont chaque ordinateur a besoin pour fonctionner. Tout d'abord, les ordinateurs ont besoin d'énergie. La base même de l'informatique consiste à canaliser les électrons pour qu'ils circulent dans les circuits. Nous comptons sur des câbles d'alimentation et des batteries pour les PC normaux. Mais un mini PC peut ne pas avoir de batterie intégrée ou d'endroit pour brancher un cordon d'alimentation. Au lieu de cela, il peut être alimenté via une connexion USB. L'interface USB permet le transfert de données et d'alimentation. Si le mini PC se présente sous la forme d'une clé USB, le branchement de l'ordinateur sur un écran alimenté ou un concentrateur USB peut fournir l'alimentation dont l'ordinateur a besoin pour fonctionner.

Un ordinateur a besoin d'un processeur . Le travail du processeur est de prendre des données et d'effectuer des opérations sur les données pour obtenir un résultat. Ce résultat peut aller de l'affichage d'une image sur un écran à la simulation d'une physique complexe. Les processeurs modernes peuvent avoir plusieurs cœurs, ce qui signifie que le processeur peut travailler sur plusieurs ensembles d'opérations à la fois. Avec certains types de problèmes informatiques, cela diminue les délais de traitement. De nombreux mini-PC s'appuient sur des processeurs avancés basés sur des microprocesseurs informatiques à jeu d'instructions réduit (ARM) , qui ont tendance à être petits et économes en énergie, dégageant moins de chaleur que les processeurs plus puissants.

Un ordinateur a également besoin de mémoire pour stocker des données. Le processeur peut faire appel à des données stockées dans la mémoire et effectuer des opérations dessus. Il existe deux grandes catégories de mémoire. La mémoire morte (ROM) est inaltérable et non volatile. Cela signifie que vous ne pouvez pas modifier ce qui est stocké dans la ROM et que les informations ne disparaissent pas même si l'ordinateur perd de l'alimentation. La ROM d'un ordinateur stocke généralement des programmes au niveau du système, tels que le système d'entrée/sortie de base (BIOS) , qui fournit l'ensemble d'instructions dont un ordinateur a besoin pour démarrer.

L'autre type de mémoire sur lequel repose un ordinateur s'appelle la mémoire vive (RAM) . La RAM d'un ordinateur stocke les données en appliquant de petites charges électriques à une série de cellules de mémoire. Les informations contenues dans la RAM n'existent que tant que le processeur en a besoin - la RAM peut être réutilisée en fonction des besoins du processeur.

Le mini PC a également besoin d'un support de stockage pouvant contenir des informations telles que le système d'exploitation de l'ordinateur. La mémoire flash - mémoire non volatile qui se présente sous la forme d'un circuit intégré - prend peu de place et ne comporte aucune pièce mobile.

Pour faire plus qu'un ensemble limité de tâches, un ordinateur a besoin d'un système d'exploitation. Le travail du système d'exploitation est d'agir comme une plate-forme pour d'autres programmes et d'allouer les ressources physiques de l'ordinateur à ces programmes.

Enfin, le PC a besoin d'une sorte d'interface physique qui vous permet de le connecter à d'autres appareils tels que des écrans, des claviers et d'autres périphériques. Certains mini-PC reposent sur des connexions USB. D'autres peuvent intégrer des normes telles que HDMI. Grâce à ces ports, l'ordinateur peut communiquer avec d'autres appareils. Certains ont plusieurs ports - une version de l'ordinateur Raspberry Pi a deux ports USB, un port Ethernet, une sortie vidéo RCA, une prise audio et un port HDMI.

Pour entasser un ordinateur entier sur un circuit imprimé ou dans une clé USB, vous devez renoncer à quelques fonctionnalités. L'un d'eux est un système de refroidissement. Une carte de circuit imprimé ou une clé USB ne peut pas accueillir un ventilateur ou une plate-forme de refroidissement par eau. Et cela peut être un problème - l'informatique génère de la chaleur. C'est parce que l'informatique repose sur l'électricité et que nos méthodes d'exploitation de l'électricité ne sont pas parfaites. Nous perdons toujours de l'énergie sous forme de chaleur - les fils et les connexions chauffent lorsque l'électricité les traverse. Avec trop de chaleur, un système peut tomber en panne - les voies se dilatent, les connexions se rompent et l'ordinateur cesse de fonctionner.

C'est l'une des raisons pour lesquelles la plupart de ces ordinateurs utilisent des processeurs ARM. Un processeur basé sur ARM est idéal pour les petits appareils mobiles. Ils sont petits et efficaces. Ils ne sont peut-être pas à la hauteur des vitesses de traitement d'un processeur à la pointe de la technologie , mais ils peuvent tout de même emballer les données.

Beaucoup de ces petits PC ne disposent pas non plus d'une horloge en temps réel (RTC) . Le RTC est le dispositif de chronométrage de votre ordinateur qui continue de fonctionner même après la mise hors tension. C'est pourquoi l'horloge de votre ordinateur reste à l'heure, que tout l'ordinateur soit allumé ou non. Le RTC est alimenté par une batterie dédiée. Mais alors que les ingénieurs ont réduit la taille des composants comme la mémoire et les processeurs, la technologie des batteries n'a pas suivi le rythme. Une batterie ajouterait plus de volume et de chaleur au système, et donc un mini PC peut ne pas en inclure.

Les éléments manquants les plus évidents d'un mini PC sont peut-être les interfaces physiques sur lesquelles nous nous appuyons pour saisir et recevoir des données d'un ordinateur. Cela comprend un écran et une interface comme un clavier, une souris, un pavé tactile ou un écran tactile. Certains mini PC prennent en charge la norme Bluetooth, vous permettant d'utiliser des périphériques Bluetooth. Sinon, vous aurez peut-être besoin d'un concentrateur USB pour connecter vos accessoires à un mini PC.

Tout dans les cartes

Plutôt que d'inclure un espace de stockage intégré, certains mini PC peuvent nécessiter que vous fournissiez un système d'exploitation sur une carte Secure Digital (SD).

Nous pouvons entasser tous les composants les plus importants d'un ordinateur dans un petit facteur de forme, mais pourquoi quelqu'un voudrait-il faire cela ?

L'une des raisons est de produire des ordinateurs à faible coût. Parce que ces PC sont réduits au minimum de composants nécessaires pour avoir un ordinateur fonctionnel, ils ont tendance à être peu coûteux. Certains, comme le Raspberry Pi, n'ont même pas de boîtier ou de revêtement de protection. Les prix plus bas donnent aux personnes et aux organisations qui n'ont normalement pas les moyens d'acheter un ordinateur la possibilité d'en acheter un.

La commodité est un autre facteur. Ces ordinateurs sont extrêmement portables. Bien qu'ils n'aient pas beaucoup de stockage intégré, le couplage d'un mini PC avec des services Web et des options de stockage en nuage peut en faire une machine utilisable. Les joueurs ne se précipiteront pas pour les acheter, et quiconque a besoin d'utiliser des logiciels gourmands en ressources voudra les passer, mais pour des tâches informatiques simples, ils peuvent être le choix parfait.

Certains concepteurs de mini PC ont conçu leurs machines dans le but de promouvoir l'éducation. Au fil du temps, les ordinateurs sont devenus plus complexes et les systèmes d'exploitation sont plus sophistiqués. Les systèmes d'exploitation qui s'appuient sur une interface utilisateur graphique (GUI) masquent efficacement tout le traitement derrière les graphiques. Mais avec des PC comme le Raspberry Pi, toute cette complexité a disparu.

Cela signifie que les étudiants ont l'occasion d'apprendre comment la programmation fonctionne de la couche physique sur le circuit imprimé au domaine virtuel des langages de programmation. Le faible coût du Raspberry Pi et des ordinateurs similaires donne aux écoles et autres établissements d'enseignement la possibilité de fournir aux étudiants un ordinateur fonctionnel.

La tendance à la miniaturisation ne montre aucun signe d'arrêt. Dans une autre décennie, le téléphone que vous portez peut faire honte aux PC domestiques les plus rapides d'aujourd'hui. Et qui sait? Peut-être que d'ici là, tous les ordinateurs seront assez petits pour se glisser dans votre poche.

J'ai adoré l'idée derrière l'ordinateur Raspberry Pi dès que j'en ai entendu parler. Une machine peu coûteuse et sans fioritures conçue pour encourager les étudiants à apprendre la programmation est géniale. Ensuite, j'ai entendu parler d'autres petits ordinateurs comme Cotton Candy de FXI Technologies ou les ordinateurs Rikomagic d'Aliexpress. Nous pouvons maintenant installer des dizaines de composants, y compris des puces WiFi et Bluetooth, sur une petite carte de circuit imprimé avec les composants de base d'un ordinateur. J'espère que cela signifie que plus de gens auront accès à des ordinateurs de base et j'ai hâte de voir ce qui va suivre.

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Sources