미니 PC의 작동 원리

1940 년대에 펜실베이니아 대학교는 ENIAC로 더 잘 알려진 전자 수치 적분기 및 컴퓨터를 구축했습니다. 최초의 전자 범용 컴퓨터 중 하나였으며 괴물이었습니다. 무게는 약 30 톤 (27.2 미터 톤)으로 50 만 개의 유선 연결과 수천 개의 진공 튜브가 회로를 형성했습니다 [출처 : Avery ].

1970 년대와 개인용 컴퓨터의 탄생으로 수십 년을 건너 뛰십시오. 컴퓨터 엔지니어의 수년 간의 노력 덕분에 우리는 가정 책상에서 컴퓨터의 성능을 활용할 수있었습니다. 초기의 개인용 컴퓨터는 오늘날의 표준에 의해 원시적이었습니다. 최초의 컴퓨터는 외부 디스크 나 자기 테이프에만 정보를 저장할 수있었습니다.

1980 년대에 우리는 최초의 노트북 컴퓨터가 매장 진열대에 등장하는 것을 보았습니다. 오늘날 우리가 사용하던 세련된 휴대용 컴퓨터는 아니 었습니다. 투박하고 무겁고 기능이 제한적이었습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 장치는 더 강력 해지면서도 더 가볍고 번거롭지 않게 될 것입니다.

오늘날에는 ENIAC보다 더 많은 컴퓨팅 성능을 갖춘 스마트 폰 을 휴대 할 수 있습니다 . 데스크톱 PC조차도 수년에 걸쳐 축소되었습니다. 여전히 고급 애플리케이션 용으로 설계된 타워형 PC를 찾을 수 있지만 대부분의 컴퓨터는 휴대폰보다 약간 더 큽니다. USB 썸 드라이브의 폼 팩터에서도 컴퓨터를 찾을 수 있습니다.

이 기사에서는 중요한 작은 컴퓨터를 살펴볼 것입니다. 이러한 장치는 회로 기판의 크기이거나 더 작을 수 있습니다. 엔지니어는 어떻게 이렇게 작은 것에 전체 컴퓨터를 포장 할 수 있습니까?

내용

1. 작아지는 것에 대한 큰 거래
2. 미니 PC의 구조
3. 찾을 수없는 것
4. 우리가 할 수 있기 때문에!
5. 저자의 노트

PC 가 USB 스틱 과 같은 작은 것에 어떻게 들어갈 수 있는지 이해하려면 컴퓨터 산업에서 소형화의 역사를 살펴볼 필요가 있습니다. 컴퓨터 및 일반적으로 전자 제품의 가장 중요한 발전 중 하나는 1947 년 실험실에서 발생했습니다.

그때 John Bardeen, William Shockley 및 Walter Brattain이 첫 번째 트랜지스터를 만들었습니다. 그들은 Bell Laboratories에서 일했으며 제 2 차 세계 대전이 끝날 무렵에 사용 된 초기 반도체 재료 인 게르마늄 결정을 실험했습니다. Brattain은 삼각형 플라스틱 조각의 끝 부분을 얇은 금 조각으로 감쌌으며 끝 부분에 틈을 남겼습니다. 그는 플라스틱 삼각형을 매달아 게르마늄 결정과 거의 접촉하지 않도록했습니다.

Brattain은 금 스트립의 한쪽에 전압을 가하면 증폭 된 전류로 다른 쪽에서 나옵니다. 이 초기 트랜지스터는 전자 장치의 실용적인 부품은 아니었지만 진공관을 대체 할 수있는 길을 열었습니다. 진공관은 크고 열을 많이 발산하기 때문에 컴퓨터 설계에 새로운 기회가 열렸습니다.

몇 년 동안 엔지니어들은 트랜지스터의 설계를 개선했습니다. 결국 그들은 트랜지스터를 소형화하여 반도체 재료 의 작은 칩에 맞출 수있었습니다.이 칩은 어떤면에서는 도체 역할을하고 다른 방식에서는 절연체 역할을합니다.

그러다 1965 년에 고든 무어라는 사람이 자기 성취 예언이 될 관찰을했습니다. 그는 특정 기간 (누구에게 물어 보았는지에 따라 18 ~ 24 개월 사이의 기간) 내에 기술 및 제조 프로세스의 개선으로 평방 인치 (6.5 제곱 센티미터)의 실리콘 웨이퍼를 두 배로 늘립니다. 그는 칩을 설계 한 회사가 더 작은 부품을 만드는 새로운 방법을 찾은 다음 제조 공정을 최적화하여 더 강력한 칩을 만드는 것이 재정적으로 더 합리적이라는 것을 알았습니다. 오늘날 우리는이 관찰을 무어의 법칙이라고 부릅니다.

무어의 법칙을 해석하는 한 가지 방법은 컴퓨터 프로세서가 18 개월마다 처리 능력을 두 배로 늘린다 고 말하는 것입니다. 또 다른 방법은 18 개월의 기간이 끝날 때 엔지니어가 시작했을 때보 다 실리콘 웨이퍼에 두 배의 트랜지스터를 넣는 방법을 발견 할 것이라고 말하는 것입니다. 또 다른 방법은 프로세서의 개별 구성 요소의 크기가 18 개월마다 극적으로 작아진다는 것입니다.

이것은 우리 컴퓨터가 컴퓨팅 초기의 건물 크기의 괴물보다 훨씬 더 강력해질뿐만 아니라 더 작아지고 있음을 의미합니다. 그리고 크기를 위해 몇 가지 기능을 기꺼이 희생하려는 경우 실제로 매우 작아 질 수 있습니다.

모든 컴퓨터가 작동하기 위해 필요한 특정 기능이 있습니다. 첫째, 컴퓨터에는 전원이 필요합니다. 컴퓨팅의 기본은 전자를 회로를 통해 흐르게하는 것입니다. 일반 PC의 경우 전원 케이블과 배터리를 사용합니다. 그러나 미니 PC에는 온보드 배터리가 없거나 전원 코드를 꽂을 장소가 없을 수 있습니다. 대신 USB 연결을 통해 전원을 끌어 올 수 있습니다. USB 인터페이스를 통해 데이터 및 전원을 전송할 수 있습니다. 미니 PC가 USB 스틱 형태 인 경우 컴퓨터를 전원 디스플레이 또는 USB 허브에 연결하면 컴퓨터 작동에 필요한 전원을 공급할 수 있습니다.

컴퓨터에는 프로세서 가 필요합니다 . 프로세서의 역할은 데이터를 가져와 데이터에 대한 작업을 수행하여 결과를 얻는 것입니다. 그 결과는 화면에 이미지를 표시하는 것부터 복잡한 물리 시뮬레이션에 이르기까지 모든 것이 될 수 있습니다. 최신 프로세서에는 여러 코어가있을 수 있습니다. 즉, 프로세서가 한 번에 둘 이상의 작업 집합에서 작업 할 수 있습니다. 특정 유형의 컴퓨터 문제로 인해 처리 시간이 단축됩니다. 많은 미니 PC는 작고 에너지 효율적인 경향이있는 고급 ARM ( reduced-instruction-set) 컴퓨터 마이크로 프로세서 (ARM) 기반 프로세서 에 의존하여 더 강력한 프로세서보다 열을 덜 발산합니다.

컴퓨터에는 데이터를 저장하기위한 메모리도 필요합니다. 프로세서는 메모리에 저장된 데이터를 호출 하고 이에 대한 작업을 수행 할 수 있습니다. 기억에는 두 가지 주요 범주가 있습니다. ROM (읽기 전용 메모리) 은 변경할 수 없으며 비 휘발성입니다. 즉, ROM에 저장된 내용을 변경할 수 없으며 컴퓨터의 전원이 꺼져도 정보가 사라지지 않습니다. 컴퓨터의 ROM은 일반적으로 컴퓨터가 부팅하는 데 필요한 일련의 명령을 제공하는 BIOS ( Basic Input / Output System)와 같은 시스템 수준 프로그램을 저장합니다 .

컴퓨터가 사용하는 다른 유형의 메모리는 RAM (Random-Access Memory) 입니다. 컴퓨터의 RAM은 일련의 메모리 셀에 작은 전하를 가하여 데이터를 저장합니다. RAM 내의 정보는 프로세서가 필요로하는 한만 존재합니다. RAM은 프로세서의 필요에 따라 용도를 변경할 수 있습니다.

미니 PC에는 컴퓨터 운영 체제와 같은 정보를 저장할 수있는 저장 매체도 필요합니다. 플래시 메모리 ( 집적 회로 형태로 제공되는 비 휘발성 메모리)는 공간을 거의 차지하지 않고 움직이는 부품이 없습니다.

좁은 작업 세트 이상을 수행하려면 컴퓨터에 운영 체제가 필요합니다. 운영 체제의 역할은 다른 프로그램의 플랫폼 역할을하고 해당 프로그램에 컴퓨터의 물리적 리소스를 할당하는 것입니다.

마지막으로, PC에는 디스플레이, 키보드 및 기타 주변 장치와 같은 다른 장치에 연결할 수있는 일종의 물리적 인터페이스가 필요합니다. 일부 미니 PC는 USB 연결에 의존합니다. 다른 것들은 HDMI와 같은 표준을 통합 할 수 있습니다. 이 포트를 통해 컴퓨터는 다른 장치와 통신 할 수 있습니다. 일부에는 여러 포트가 있습니다. 한 버전의 Raspberry Pi 컴퓨터에는 두 개의 USB 포트, 이더넷 포트, RCA- 비디오 출력, 오디오 잭 및 HDMI 포트가 있습니다.

전체 컴퓨터를 회로 기판이나 썸 드라이브에 넣으려면 몇 가지 기능을 포기해야합니다. 그중 하나가 냉각 시스템입니다. 회로 기판 또는 썸 드라이브는 팬 또는 수냉 장치를 수용 할 수 없습니다. 그리고 그것은 문제가 될 수 있습니다. 컴퓨팅은 열을 발생시킵니다. 컴퓨팅은 전기에 의존하고 전기 를 활용하는 우리의 방법이 완벽하지 않기 때문입니다. 우리는 항상 열의 형태로 에너지를 잃습니다. 전선과 연결은 전기가 흐르면서 가열됩니다. 너무 많은 열로 인해 시스템이 고장날 수 있습니다. 경로가 확장되고 연결이 끊어지고 컴퓨터가 작동을 멈 춥니 다.

이것이 대부분의 컴퓨터가 ARM 기반 프로세서를 사용하는 이유 중 하나입니다. ARM 기반 프로세서는 소형 모바일 장치에 이상적입니다. 작고 효율적입니다. 그들은 최첨단 CPU 의 처리 속도까지 측정하지 못할 수도 있지만 여전히 데이터 크 런칭 펀치를 포장 할 수 있습니다.

이러한 소형 PC의 대부분은 실시간 클록 (RTC)이 없습니다 . RTC는 전원을 끈 후에도 계속 작동하는 컴퓨터의 시간 표시 장치입니다. 그렇기 때문에 전체 컴퓨터가 켜져 있든 없든 컴퓨터 시계가 시간을 유지합니다. RTC는 전용 배터리에서 전원을 가져옵니다. 그러나 엔지니어는 메모리 및 프로세서와 같은 구성 요소의 크기를 줄 였지만 배터리 기술은 속도를 유지하지 못했습니다. 배터리는 시스템에 더 많은 부피와 열을 추가하므로 미니 PC에는 배터리가 없을 수 있습니다.

아마도 미니 PC에서 가장 명백한 누락 요소는 컴퓨터에서 데이터를 입력하고 수신하는 데 사용하는 물리적 인터페이스 일 것입니다. 여기에는 키보드, 마우스, 트랙 패드 또는 터치 스크린과 같은 디스플레이 및 인터페이스가 포함됩니다. 일부 미니 PC는 Bluetooth 표준을 지원하므로 Bluetooth 주변 장치를 사용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 액세서리를 미니 PC에 연결하기 위해 USB 허브가 필요할 수 있습니다.

모든 카드

온보드 저장 공간을 포함하는 대신 일부 미니 PC에서는 SD (Secure Digital) 카드에 운영 체제를 제공해야 할 수 있습니다.

우리는 컴퓨터의 가장 중요한 모든 구성 요소를 소형 폼 팩터에 넣을 수 있지만 왜 그렇게하고 싶어할까요?

한 가지 이유는 저비용 컴퓨터를 생산하는 것입니다. 이러한 PC는 컴퓨터가 작동하는 데 필요한 최소한의 구성 요소 만 사용하므로 가격이 저렴한 경향이 있습니다. Raspberry Pi와 같은 일부는 케이스 또는 보호 덮개가 없습니다. 낮은 가격은 일반적으로 컴퓨터를 살 여유가 없었던 사람과 조직에 컴퓨터를 구입할 수있는 옵션을 제공합니다.

편의성은 또 다른 요소입니다. 이 컴퓨터는 휴대 성이 매우 뛰어납니다. 온보드 스토리지가 많지 않을 수 있지만 미니 PC를 웹 서비스 및 클라우드 스토리지 옵션 과 페어링하면 서비스 가능한 시스템이 될 수 있습니다. 게이머는 구매를 서두르지 않을 것이며 리소스를 많이 사용하는 소프트웨어를 사용해야하는 사람은 누구나 소프트웨어를 넘기고 싶어 할 것이지만 간단한 컴퓨팅 작업에는 완벽한 선택 일 수 있습니다.

일부 미니 PC 디자이너는 교육 촉진을 목표로 기계를 설계했습니다. 시간이 지남에 따라 컴퓨터는 더욱 복잡해지고 운영 체제는 더욱 정교 해졌습니다. 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)에 의존하는 운영 체제 는 그래픽 뒤에있는 모든 처리를 효과적으로 숨 깁니다. 그러나 Raspberry Pi와 같은 PC에서는 이러한 복잡성이 모두 사라졌습니다.

즉, 학생들은 회로 기판의 물리적 계층에서 프로그래밍 언어의 가상 영역에 이르기까지 프로그래밍이 어떻게 작동하는지 배울 수있는 기회를 갖게됩니다. Raspberry Pi 및 유사한 컴퓨터의 저렴한 비용은 학교 및 기타 교육 기관에 학생들에게 작동하는 컴퓨터를 제공 할 수있는 기회를 제공합니다.

소형화 추세는 멈출 기미가 보이지 않습니다. 앞으로 10 년 동안 휴대 전화는 오늘날 가장 빠른 가정용 PC를 수치스럽게 만들 수 있습니다. 그리고 누가 압니까? 그때 쯤이면 모든 컴퓨터가 주머니에 들어갈만큼 작아 질 것입니다.

Raspberry Pi 컴퓨터에 대한 아이디어를 듣 자마자 마음에 들었습니다. 학생들이 프로그래밍을 배우도록 장려하도록 설계된 저가형 노 프릴 머신은 훌륭합니다. 그런 다음 FXI Technologies의 Cotton Candy 또는 Aliexpress의 Rikomagic 컴퓨터와 같은 다른 작은 컴퓨터에 대해 배웠습니다. 이제 우리는 컴퓨터의 기본 구성 요소와 함께 작은 회로 기판에 WiFi 및 Bluetooth 칩을 포함한 수십 개의 구성 요소를 넣을 수 있습니다. 나는 이것이 더 많은 사람들이 기본 컴퓨터에 액세스 할 수 있고 다음에 무엇이 올지 기다릴 수 없다는 것을 의미하기를 바랍니다.

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