Cách hoạt động của PC mini

Vào những năm 1940, Đại học Pennsylvania đã chế tạo Máy tính và Máy tính tích hợp số điện tử, được biết đến nhiều hơn với tên gọi ENIAC. Nó là một trong những máy tính điện tử, đa dụng sớm nhất và nó là một con quái vật. Nó nặng khoảng 30 tấn (27,2 tấn), với nửa triệu kết nối được quấn cứng và hàng nghìn ống chân không tạo thành các mạch [nguồn: Avery ].

Bước qua vài thập kỷ tới những năm 1970 và sự ra đời của máy tính cá nhân. Nhiều năm làm việc chăm chỉ của các kỹ sư máy tính đã cho phép chúng tôi khai thác sức mạnh của máy tính từ bàn làm việc tại nhà. Những máy tính cá nhân ban đầu đó là nguyên thủy theo tiêu chuẩn ngày nay - loại máy tính sớm nhất chỉ có thể lưu trữ thông tin trên đĩa ngoài hoặc băng từ.

Vào những năm 1980, chúng ta đã chứng kiến ​​những chiếc máy tính xách tay đầu tiên lên kệ tại các cửa hàng. Đây không phải là những chiếc máy tính di động, kiểu dáng đẹp mà chúng ta thường sử dụng ngày nay. Chúng cồng kềnh, nặng nề và có chức năng hạn chế. Theo thời gian, các thiết bị này sẽ trở nên mạnh mẽ hơn nhưng nhẹ hơn và ít cồng kềnh hơn.

Ngày nay, bạn có thể mang theo một chiếc điện thoại thông minh có khả năng tính toán mạnh hơn ENIAC. Ngay cả máy tính để bàn cũng bị thu hẹp trong những năm qua. Trong khi bạn vẫn có thể tìm thấy các máy tính dạng tháp được thiết kế cho các ứng dụng cao cấp, nhiều máy tính chỉ lớn hơn một chút so với điện thoại di động. Và bạn thậm chí có thể tìm thấy máy tính ở dạng ổ USB.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các máy tính nhỏ nhưng lại là một vấn đề lớn. Các thiết bị này có thể có kích thước bằng bảng mạch hoặc thậm chí nhỏ hơn. Làm thế nào các kỹ sư có thể đóng gói một máy tính đầy đủ trên một thứ nhỏ như vậy?

1. Thỏa thuận lớn về việc thu nhỏ hơn
2. Giải phẫu của một máy tính mini
3. Những gì bạn sẽ không tìm thấy
4. Bởi vì chúng ta có thể!
5. Ghi chú của tác giả

Để hiểu làm thế nào mà một chiếc PC có thể vừa với một thứ nhỏ như một chiếc USB , chúng ta cần xem xét lịch sử thu nhỏ trong ngành công nghiệp máy tính. Một trong những phát triển quan trọng nhất đối với máy tính - và điện tử nói chung - đã xảy ra trong một phòng thí nghiệm vào năm 1947.

Đó là khi John Bardeen, William Shockley và Walter Brattain tạo ra bóng bán dẫn đầu tiên. Họ làm việc cho Phòng thí nghiệm Bell và đã thử nghiệm với tinh thể gecmani, một vật liệu bán dẫn ban đầu được sử dụng gần cuối Thế chiến II. Brattain quấn một dải vàng mỏng xung quanh điểm của miếng nhựa hình tam giác, để lại một khoảng trống ngay đầu điểm. Ông treo hình tam giác bằng nhựa để nó vừa đủ tiếp xúc với tinh thể gecmani.

Brattain phát hiện ra rằng nếu ông đặt một điện áp vào một mặt của dải vàng, nó sẽ phát ra mặt còn lại dưới dạng dòng điện khuếch đại. Mặc dù bóng bán dẫn ban đầu này không phải là một thành phần thiết thực cho các thiết bị điện tử, nhưng nó đã mở đường cho việc thay thế ống chân không. Bởi vì các ống chân không lớn và tỏa ra rất nhiều nhiệt, điều này đã mở ra cơ hội mới cho các thiết kế máy tính.

Trong vài năm, các kỹ sư đã cải tiến thiết kế của bóng bán dẫn. Cuối cùng, họ đã có thể thu nhỏ các bóng bán dẫn để chúng có thể phù hợp với một chip nhỏ bằng vật liệu bán dẫn - theo một số cách hoạt động như một chất dẫn điện và theo những cách khác như một chất cách điện.

Sau đó, vào năm 1965, một người tên là Gordon Moore đã đưa ra một quan sát có thể trở thành một lời tiên tri tự ứng nghiệm. Ông lưu ý rằng trong khoảng thời gian nhất định - tùy thuộc vào người bạn yêu cầu và thời gian, khoảng thời gian dao động từ 18 đến 24 tháng - những cải tiến trong công nghệ và quy trình sản xuất cho phép số lượng các thành phần rời rạc trên một inch vuông (6,5 cm vuông) của wafer silicon tăng gấp đôi. Ông thấy rằng các công ty thiết kế chip sẽ tìm ra những cách mới để tạo ra các thành phần nhỏ hơn và sau đó tối ưu hóa quy trình sản xuất sao cho hợp lý hơn về mặt tài chính để chế tạo chip mạnh hơn. Ngày nay, chúng ta gọi quan sát này là Định luật Moore.

Một cách để giải thích Định luật Moore là nói rằng các bộ xử lý máy tính sẽ tăng gấp đôi sức mạnh xử lý sau mỗi 18 tháng hoặc lâu hơn. Một cách khác là nói rằng vào cuối bất kỳ khoảng thời gian 18 tháng nào, các kỹ sư sẽ khám phá ra những cách để nhét số lượng bóng bán dẫn lên một tấm silicon nhiều gấp đôi so với khi họ bắt đầu. Tuy nhiên, một cách khác là nói rằng kích thước của các thành phần rời rạc trên bộ vi xử lý sẽ nhỏ hơn đáng kể sau mỗi 18 tháng.

Điều này có nghĩa là không chỉ máy tính của chúng ta ngày càng mạnh hơn - mạnh hơn nhiều so với những con quái vật có kích thước như tòa nhà từ những ngày đầu của máy tính - mà chúng còn ngày càng nhỏ hơn. Và nếu bạn sẵn sàng hy sinh một vài tính năng vì lợi ích của kích thước, bạn có thể nhận được rất nhỏ.

Có một số tính năng nhất định mà mỗi máy tính cần để hoạt động. Đầu tiên, máy tính cần nguồn. Cơ sở của tính toán là trong việc phân luồng các điện tử để di chuyển qua các mạch. Chúng tôi dựa vào cáp nguồn và pin cho PC thông thường. Tuy nhiên, PC mini có thể không có pin trên bo mạch hoặc không có nơi để cắm dây nguồn. Thay vào đó, nó có thể lấy điện thông qua kết nối USB. Giao diện USB cho phép truyền dữ liệu và nguồn điện. Nếu PC mini ở dạng thanh USB, việc cắm máy tính vào màn hình được cấp nguồn hoặc bộ chia USB có thể cung cấp năng lượng mà máy tính yêu cầu để hoạt động.

Một máy tính cần một bộ xử lý . Công việc của bộ xử lý là lấy dữ liệu và thực hiện các thao tác trên dữ liệu để có được kết quả. Kết quả đó có thể là bất cứ điều gì từ hiển thị hình ảnh trên màn hình đến mô phỏng vật lý phức tạp. Các bộ vi xử lý hiện đại có thể có nhiều lõi, có nghĩa là bộ xử lý có thể hoạt động trên nhiều nhóm hoạt động cùng một lúc. Với một số loại sự cố máy tính, điều này làm giảm thời gian xử lý. Nhiều PC mini sử dụng bộ vi xử lý dựa trên bộ vi xử lý máy tính (ARM) nâng cao - có xu hướng nhỏ và tiết kiệm năng lượng, tỏa nhiệt ít hơn các bộ vi xử lý mạnh hơn.

Máy tính cũng cần có bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu. Bộ xử lý có thể gọi dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ và thực hiện các hoạt động trên đó. Có hai loại bộ nhớ chính. Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) là không thể thay đổi và không thay đổi. Điều đó có nghĩa là bạn không thể thay đổi những gì được lưu trữ trong ROM và thông tin không mất đi ngay cả khi máy tính bị mất nguồn. ROM trong máy tính thường lưu trữ các chương trình cấp hệ thống như hệ thống đầu vào / đầu ra cơ bản (BIOS) , cung cấp tập hợp các lệnh mà máy tính cần để khởi động.

Loại bộ nhớ khác mà máy tính dựa vào được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) . RAM của máy tính lưu trữ dữ liệu bằng cách áp dụng các điện tích nhỏ vào một loạt ô nhớ. Thông tin bên trong RAM chỉ tồn tại miễn là bộ xử lý cần nó - RAM có thể được định vị lại tùy theo nhu cầu của bộ xử lý.

PC mini cũng cần một số phương tiện lưu trữ có thể chứa thông tin như hệ điều hành của máy tính. Bộ nhớ flash - bộ nhớ không linh hoạt có dạng mạch tích hợp - chiếm ít không gian và không có bộ phận chuyển động.

Để thực hiện nhiều hơn một nhóm tác vụ hẹp, máy tính cần có hệ điều hành. Công việc của hệ điều hành là hoạt động như một nền tảng cho các chương trình khác và phân bổ tài nguyên vật lý của máy tính cho các chương trình đó.

Cuối cùng, PC cần một số loại giao diện vật lý cho phép bạn kết nối nó với các thiết bị khác như màn hình, bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác. Một số PC mini sử dụng kết nối USB. Những người khác có thể kết hợp các tiêu chuẩn như HDMI. Thông qua các cổng này, máy tính có thể giao tiếp với các thiết bị khác. Một số có nhiều cổng - một phiên bản của máy tính Raspberry Pi có hai cổng USB, một cổng Ethernet, đầu ra video RCA, giắc cắm âm thanh và cổng HDMI.

Để nhồi nhét toàn bộ máy tính vào một bảng mạch hoặc trong ổ USB, bạn phải từ bỏ một vài tính năng. Một trong số đó là hệ thống làm mát. Bảng mạch hoặc ổ đĩa ngón tay cái không thể chứa quạt hoặc giàn làm mát bằng nước. Và đó có thể là một vấn đề - máy tính tạo ra nhiệt. Đó là bởi vì máy tính dựa vào điện và các phương pháp khai thác điện của chúng ta không hoàn hảo. Chúng ta luôn mất một số năng lượng dưới dạng nhiệt - dây dẫn và kết nối nóng lên khi dòng điện chạy qua chúng. Với quá nhiều nhiệt, một hệ thống có thể bị hỏng - các đường dẫn mở rộng, các kết nối bị đứt và máy tính ngừng hoạt động.

Đó là một lý do mà hầu hết các máy tính này sử dụng bộ vi xử lý dựa trên ARM. Bộ xử lý dựa trên ARM là lý tưởng cho các thiết bị di động nhỏ. Chúng nhỏ và hiệu quả. Chúng có thể không đo được tốc độ xử lý của một CPU tối tân , nhưng chúng vẫn có thể đóng gói một cú đấm dữ liệu khủng khiếp.

Nhiều PC nhỏ trong số này cũng thiếu đồng hồ thời gian thực (RTC) . RTC là thiết bị chấm công trên máy tính của bạn tiếp tục hoạt động ngay cả sau khi bạn tắt nguồn. Đó là lý do tại sao đồng hồ máy tính của bạn giữ thời gian cho dù toàn bộ máy tính có bật hay không. RTC lấy điện từ pin chuyên dụng. Nhưng trong khi các kỹ sư đã giảm kích thước của các thành phần như bộ nhớ và bộ xử lý, công nghệ pin vẫn không theo kịp. Pin sẽ tăng thêm khối lượng lớn và nhiệt cho hệ thống, do đó, một máy tính mini có thể không bao gồm pin.

Có lẽ yếu tố còn thiếu rõ ràng nhất của một PC mini là các giao diện vật lý mà chúng ta dựa vào để nhập và nhận dữ liệu từ máy tính. Điều này bao gồm một màn hình và giao diện như bàn phím, chuột, track pad hoặc màn hình cảm ứng. Một số PC mini hỗ trợ chuẩn Bluetooth, cho phép bạn sử dụng các thiết bị ngoại vi Bluetooth. Nếu không, bạn có thể cần một bộ chia USB để kết nối các phụ kiện của mình với một PC mini.

Tất cả trong thẻ

Thay vì bao gồm không gian lưu trữ trên bo mạch, một số PC mini có thể yêu cầu bạn cung cấp hệ điều hành trên thẻ Kỹ thuật số Bảo mật (SD).

Chúng ta có thể nhồi nhét tất cả các thành phần quan trọng nhất của máy tính vào một yếu tố hình thức nhỏ, nhưng tại sao mọi người lại muốn làm điều đó?

Một lý do là sản xuất máy tính giá rẻ. Vì những PC này được lược bỏ các thành phần tối thiểu cần thiết để có một máy tính hoạt động được, nên chúng có xu hướng không đắt. Một số, như Raspberry Pi, thậm chí không có vỏ hoặc lớp phủ bảo vệ. Giá thấp hơn cho phép những người và tổ chức thường không đủ tiền mua một chiếc máy tính.

Sự thuận tiện là một yếu tố khác. Những máy tính này cực kỳ di động. Mặc dù chúng có thể không có nhiều dung lượng lưu trữ trên bo mạch, nhưng việc ghép nối một PC mini với các dịch vụ Web và các tùy chọn lưu trữ đám mây có thể khiến nó trở thành một máy có thể sử dụng được. Các game thủ sẽ không đổ xô ra ngoài mua chúng và bất kỳ ai cần sử dụng phần mềm ngốn tài nguyên sẽ muốn chuyển chúng đi, nhưng đối với các tác vụ máy tính đơn giản, chúng có thể là sự lựa chọn hoàn hảo.

Một số nhà thiết kế máy tính mini đã thiết kế máy của họ với mục tiêu thúc đẩy giáo dục. Theo thời gian, máy tính ngày càng phức tạp và hệ điều hành ngày càng tinh vi hơn. Hệ điều hành dựa trên giao diện người dùng đồ họa (GUI) ẩn một cách hiệu quả tất cả các quá trình xử lý đằng sau đồ họa. Nhưng với những chiếc PC như Raspberry Pi, tất cả sự phức tạp đó không còn nữa.

Điều đó có nghĩa là sinh viên có cơ hội tìm hiểu cách thức hoạt động của lập trình từ lớp vật lý trên bảng mạch đến lĩnh vực ảo của ngôn ngữ lập trình. Chi phí thấp của Raspberry Pi và các máy tính tương tự giúp các trường học và các cơ sở học tập khác có cơ hội cung cấp cho sinh viên một máy tính làm việc.

Xu hướng thu nhỏ không có dấu hiệu dừng lại. Trong một thập kỷ nữa, chiếc điện thoại bạn mang theo có thể khiến những chiếc PC gia đình nhanh nhất hiện nay phải xấu hổ. Và ai biết? Có thể đến lúc đó tất cả các máy tính sẽ đủ nhỏ để nhét vào túi của bạn.

Tôi yêu thích ý tưởng đằng sau máy tính Raspberry Pi ngay khi tôi nghe về nó. Một chiếc máy giá rẻ, không rườm rà được thiết kế để khuyến khích sinh viên học lập trình là một điều tuyệt vời. Sau đó, tôi biết đến những chiếc máy tính nhỏ bé khác như Cotton Candy của FXI Technologies hay máy tính Rikomagic của Aliexpress. Giờ đây, chúng ta có thể lắp hàng chục thành phần - bao gồm cả chip WiFi và Bluetooth - trên một bảng mạch nhỏ cùng với các thành phần cơ bản của máy tính. Tôi hy vọng điều này có nghĩa là nhiều người sẽ có quyền truy cập vào các máy tính cơ bản và tôi không thể chờ đợi để xem điều gì xảy ra tiếp theo.

Những bài viết liên quan

Nguồn