بخش اول آموزش Raspberry Pi : معرفی و مقایسه انواع بردهای رزبری پای

بازگشت به آموزشگاه

مقدمه

احتمالا نام بردهای جدید و معروف رزبری پای ( Raspberry Pi ) را شنیده باشید. این بردها که نوعی مینی کامپیوتر یا کامپیوترهای تک بردی ( Single-Board Computer  ) می باشند ، ابتدا در انگلستان و برای اهداف آموزشی ساخته شد اما به سرعت کاربردهای تجاری و صنعتی نیز پیدا کرد. اولین سری از این بردها ، با نام Raspberry Pi 1 در فوریه سال 2012 و مبتنی بر هسته های پردازشی ARM11 ابداع شد ، اما سری های بعدی رزبری پای بر اساس هسته های ARM سری Cortex A ساخته شدند که قوی تر بوده و مصرف توان کمتری دارند. این بوردها به علت قابلیت نصب بسیاری از سیستم عامل ها و پشتیبانی از انواع زبان های برنامه نویسی سطح بالا ( نظیر جاوا ، سی پلاس پلاس ، پایتون ، سی شارپ و … ) جزو بوردهای کاربردی محسوب می شود. فروش این مینی کامپیوتر ها تاکنون بیش از 13 میلیون بوده است که بیشتر از کل فروش پلتفورم Commodore 64 بین سال های 1982 تا 1993 می باشد.


رزبری پای ( Raspberry PI ) چیست ؟

رزبری پای نام مجموعه ای از بوردهای پردازشی و نوعی از سیستم های نهفته ( Embedded System ) می باشد که ابتدا در انگلستان و با هدف آموزش پایه ای مبانی علوم کامپیوتر در مدارس و در دانشگاههای این کشور تولید شده و توسط بنیاد رزبری پای ( Raspberry Pi Foundation ) توسعه داده می شود. اما کاربرد رزبری پای تنها به موارد آموزشی محدود نمی شود و تا کنون پروژه های تجاری بسیاری با این دستگاه کار آمد به انجام رسیده است. طبق گزارش بنیاد رزبری پای ، فروش 5 میلیونی این بوردها تا قبل از فوریه 2015 و فروش 11 میلیونی آن ها تا نوامبر 2016 در سراسر جهان ، این بوردها را تبدیل به رایج ترین مینی کامپیوترهای جهان کرده است. جالب است بدانید Raspberry Pi zero اولین کامپیوتر در جهان با قیمت 5 دلار می باشد.


کاربردهای رزبری پای

رزبری پای یک کامپیوتر ارزان قیمت و هم اندازه یک کارت عابر بانک است که می تواند به مانیتور ها و تلویزیون متصل شود و همچنین می توان کیبورد و ماوس معمولی را نیز به آن متصل نمود. رزبری پای یک دستگاه کوچک با توانایی های بالاست که افراد علاقه مند به کامپیوتر ها از هر سنی می توانند از آن استفاده کنند و لذت ببرند. همچنین می توان از رزبری پای برای یادگیری چگونگی نوشتن یک برنامه برای کامپیوتر ها به زبان های مختلف مانند پایتون و اسکرچ استفاده نمود. رزبری پای می تواند هر کاری که یک کامپیوتر دسکتاپ می تواند انجام دهد از مرور صفحات وب و پخش آهنگ و فیلم های HD گرفته تا نرم افزار های صفحه گسترده ، پردازش متن و تصویر و اجرای بازی را برای شما انجام دهد.

اما رزبری پای قابلیت منحصر به فرد دیگری نیز دارد. رزبری پای می تواند به سادگی به دستگاه های الکترونیکی دیگر متصل شود و با آنها در تعامل باشد و به تبادل اطلاعات با آنها بپردازد. طراحان سیستم های دیجیتال از رزبری پای برای طراحی دستگاه های مختلفی از پروژه های کوچک گرفته تا پروژه های بزرگ استفاده می کنند. تیم سازنده رزبری پای امیدوارند کودکان و نوجوانان با استفاده از رزبری پای ، نحوه ی برنامه نویسی را بیاموزند و روش عملکرد کامپیوتر ها را درک کنند.

 

 


مزیت های رزبری پای

مهم ترین مزیت این بردها داشتن سخت افزار آماده می باشد که باعث می شود به محض خرید و بازکردن بسته بندی قابل استفاده می باشند. مزیت دیگر رزبری پای قابلیت نصب انواع سیستم عامل ها است و این به معنی داشتن محیط کاربری است که امکانات بسیاری همانند کامپیوترهای خانگی را میتوان با آن انجام داد. به زبان ساده تر میتوان گفت رزبری پای یک مینی کامپیوتر با قیمت بسیار پایین تر از یک کامپیوتر خانگی و با امکانات محدود تر از آن می باشد. که همین قیمت پایین در مقابل کارایی بالای این بردها باعث شده است که در بسیاری از پروژه ها از آن استفاده کرد. به طور کلی رزبری پای قابلیت ها و مزیت های زیر را دارد :

  • قیمت پایین نسبت به امکانات آن
  • دارای پردازنده های قدرتمند و چند هسته ای ARM
  • قابلیت نصب انواع سیستم عامل ها نظیر Windows ، Linux و Android و …
  • دارای نوعی سیستم عامل انحصاری به نام رزبین ( Raspbian ) که بر پایه لینوکس می باشد
  • دارای چیپست گرافیکی و قابلیت اتصال به انواع مانیتورها از طریق پورت HDMI
  • قابلیت اتصال به انواع ماوس ها ، کیبوردها و قابلیت ضبط و پخش صدا
  • داشتن پورت USB 2.0 و نیز درگاه حافظه جانبی SDcard
  • قابلیت اتصال به انواع شبکه های LAN توسط پورت Ethernet
  • اضافه شدن بلوتوث و وای فای داخلی در ورژن 3
  • دارای ورودی/خروجی های دیجیتال
  • مطالب آموزشی فراوان که در هر سطحی و به راحتی همه جا یافت می شود
  • و …


انواع بوردهای رزبری پای

بوردهای رزبری پای تاکنون 4 سری کلی به نام های Raspberry Pi Zero , Raspberry Pi 1 ، Raspberry Pi 2 و Raspberry Pi 3 داشته است که در شکل زیر انواع آن ها را مشاهده می کنید.


مقایسه فنی بین انواع بوردهای رزبری پای


رزبری پای 1 مدل B+

این مدل از رزبری پای نسخه تجدید نظر شده B در جولای سال 2014 می باشد. دارای پردازنده BCM2835 ساخت شرکت Broadcom با سرعت ۷۰۰ مگاهرتز است که در حالت توربو تا ۱ گیگاهرتز نیز قابل افزایش است. حافظه موقت این مینی کامپیوتر 512 مگابایت و از نوع SDRAM است. تعداد پایه های GPIO نسب به مدل B از 26 پایه به 40 پایه افزایش پیدا کرده است و تعداد پورت های USB از 2 پورت در مدل B به 4 پورت در مدل B+ افزایش یافته است. همچنین خروجی صدا در این مدل از طریق مداری برای گرفتن نویز نسبت به مدل قبلی بهبود یافته است. این مدل از رزبری پای از نظر گرافیکی شبیه به Xbox1 و از نظر پردازشی شبیه به کامپیوترهای پنتیوم 2 می باشد.

مشخصات فنی رزبری پای 1 مدل B+

 


رزبری پای 1 مدل A+

این مدل ، نسخه کم هزینه تر نسبت به مدل B+ می باشد و در نوامبر سال 2014 جایگزین نسخه A شده است. دارای پردازنده مشابه با مدل B+ می باشد اما از نظر پورت های USB و Ethernet با آن تفاوت دارد به طوری که دارای یک پورت USB می باشد و درگاه اترنت ندارد. همچنین ابعاد این برد کوچک تر از مدل B+ آن می باشد. این تغییرات باعث کاهش هزینه ساخت آن شده است. بقیه اتصالات آن کاملا مشابه مدل B+ بوده و میتوان آن را جایگزین یکدیگر دانست.

 


رزبری پای زیرو

رزبری پای زیرو کوچک ترین و باریک ترین برد رزبری پای است و ابعاد کوچک آن بزرگترین مزیت آن محسوب می شود. این برد تنها 65 میلیمتر طول، 30 میلیمتر عرض و 5 میلیمتر ضخامت دارد. این برد برای صرفه جویی در فضا از کانکتورهای مینی پشتیبانی می کند و با استفاده از 40 پین GPIO که روی آن قرار دارد میتوانید اتصالات مورد نیاز خود را برقرار کنید. پین های GPIO روی این برد مانند پین های موجود در مدل های قبل است ، اما از آن جایی که که در فضای کوچک تری قرار گرفته اند، باید اتصالات مورد نیاز خود را به آن لحیم کنید. اگر مایل به استفاده از پورت HDMI مینی با یک کابل استاندارد HDMI  هستید به یک آداپتور نیاز داشته خواهید داشت. این مدل همانند مدل A+ فاقد پورت اترنت است که باعث می شود برای پروژه هایی که نیاز به اتصال به اینترنت را دارند مناسب نباشد. البته شما می توانید با استفاده از پورت USB و دانگل وای فای این مشکل را حل کنید اما فراموش نکنید که به یک آداپتور/کابل میکرو USB به USB نیاز خواهید داشت.

رزبری پای زیرو دارای مشخصات و ویژگی های زیر می باشد :

  • پردازنده تک هسته ای Broadcom BCM2835 بر مبنای ARM1176JZF-S با فرکانس یک گیگاهرتز که 40% از رزبری پای 1 سریع تر است.
  • حافظه رم : 512 مگابایت از نوع LPDDR2 SDRAM
  • یک درگاه کارت میکرو SD
  • سوکت مینی HDMI برای خروجی ویدیو 1080p60
  • خروجی صدا Mini-HDMI, stereo audio through PWM on GPIO
  • سوکت های میکرو USB برای داده و تغذیه
  • 40 پین GPIO یکسان با مدل های A+ و B+
  • CSI camera connector (v1.3 only)
  • ابعاد : 5x65x30 میلیمتر
  • وزن : 9 گرم
  • اندازه ی رزبری پای زیرو تنها نصف اندازه ی مدل A+ است.
  • مصرف برق این مدل 160mA و مشابه با رزبری پای A+ است.

 


رزبری پای Zero مدل W

این مدل همان مدل زیرو معمولی می باشد که امکانات ارتباطی نظیر بلوتوث و وای فای به آن اضافه شده است.

رزبری پای زیرو مدل W دارای مشخصات و ویژگی های زیر می باشد :


رزبری پای 2 مدل B

رزبری پای ۲ از نظر ظاهری، ابعاد و قیمت تشابهات زیادی با مدل B+ نسل اول دارد با این تفاوت که این مدل ۴ پورت USB  را به همراه پین های GPIO بیشتر در اختیار کاربر قرار می دهد و درگاه کارت حافظه میکرو SD را هم جایگزین درگاه حافظه SD کرده است. پردازنده نیز در این نمونه ی جدید ارتقا یافته و جایگاه CPU تک هسته ای و ۷۰۰ مگاهرتزی ارائه شده در اولین مدل رزبری پای، به یک پردازشگر چهار هسته ای ۹۰۰ مگاهرتزی واگذار گشته که از معماری ARMv7 بهره مند است. سیستم عامل رزبیان که نسخه ای از دبیان است و برای اولین نسل از کامپیوترهای مینیاتوری رزبری پای توسعه داده شده بود برای نسل جدید این محصول نیز قابل استفاده خواهد بود ولی با توجه به بهره مندی رزبری پای ۲ از پردازنده ای مبتنی بر معماری ARMV7 کاربران قادر خواهند بود توزیع های دیگری از لینوکس همانند اوبونتو و نیز توزیع های ویندوز نظیر ویندوز 10 را هم بر روی آن اجرا نمایند. رزبری پای جدید دو برابر نسخه ی پیشین خود یعنی ۱ گیگابایت حافظه ی رم دارد و البته ناگفته نماند که برای نسل دوم هنوز مدلی تحت عنوان A معرفی نشده و کاربران کماکان قادر خواهند بود مدل A نسل اول را خریداری نمایند. با ظهور رزبری پای 3 که از پردازنده چهار هسته ای 1.2 گیگاهرتزی BCM2837 بهره می برد ، نسخه جدیدی از رزبری پای 2 به همراه این پردازنده جدید ارائه شد که این نسخه با سیستم عامل رزبین نسخه های قدیمی تر از اکتبر 2016 کار نمی کند.

مشخصات فنی رزبری پای 2 مدل B :

  • پردازنده : BCM2836 ARM Cortex A7، چهار هسته ای و فرکانس 900 مگاهرتز ( در V1.1 )
  • پردازنده : BCM2837 ARM Cortex A53، چهار هسته ای و فرکانس 1.2 گیگاهرتز ( در V1.2 )
  • پردازشگر گرافیکی: Broadcom VideoCore IV با توان پردازشی 250 مگاهرتز
  • حافظه ی رم: 1 گیگابایت (بخشی از این حافظه با پردازشگر گرافیکی به اشتراک گذاشته شده است)
  • تعداد پورت های USB: چهار عدد
  • ورودی ویدئو: کانکتور MIPI از نوع ۱۵ پین
  • خروجی ویدئو: HDMI و composite video (PAL and NTSC) و جک هدفون ۳.۵ میلی متری
  • خروجی صدا: آنالوگ از طریق جک ۳.۵ میلی متری و دیجیتال از طریق پورت HDMI
  • فضای ذخیره سازی: از طریق درگاه و کارت حافظه میکرو SD
  • اتصال دستگاه و ابزارهای جانبی: ۱۷ پین GPIO
  • میزان مصرف انرژی: ۸۰۰ میلی آمپر
  • تامین انرژی: از طریق آداپتور ۵ ولت و اتصال به وسیله پورت میکرو USB
  • ابعاد: ۸۵.۶ میلی متر در ۵۶.۵ میلی متر
  • وزن: ۴۵ گرم
  • سازگاری کامل با رزبری پای 1

رزبری پای ۲ همچنین به گرافیک VideoCore IV ساخت Broadcom مجهز شده که درون چیپ جاسازی شده‌ است. این مساله به معنای قدرت گرافیکی بسیار غنی‌تر رزبری پای ۲ در قیاس با نسل پیشین خواهد بود. این سیستم روی یک چیپ از کامپوننت‌های مورد نیاز برای ارتباط USB2.0 و HDMI نیز برخوردار است که به موجب آن، کاربر قادر خواهد بود Raspberry Pi 2 را به دستگاه‌های خارجی و تلویزیون‌های HD متصل کند. رزبری پای ۲ از یک اسلات  MicroSD، اترنت 10/100 مگابیت بر ثانیه، توان 800 میلی‌آمپر (۴ وات)، و اندازه‌ی 85.6 میلی‌متر در 56.5 میلی‌متر برخوردار است. همچنین قدرت پردازشی در این برد نسبت به برد پیشین 6 برابر شده است.


رزبری پای 3 مدل B

بنیاد رزبری پای در چهارمین سالگرد تاسیس خود از نسخه جدید رزبری پای 3 مدل B رونمایی کرد. رزبری پای 3 همه ویژگی های رزبری پای 2 را دارد، علاوه بر اینکه سرعت پردازنده آن به 1.2GHz ارتقا یافته و بلوتوث و وایفای یکپارچه هم به آن اضافه شده است. پردازنده Broadcom BCM2837 که به طور اختصاصی برای رزبری پای 3 طراحی شده است، از چهار هسته پردازشی ARM Cortex-A53 با فرکانس 1.2GHz بهره می برد. همچنین این پردازنده دارای 32 کیلوبایت کش سطح 1 و 512 کیلوبایت کش سطح 2 و پردازنده گرافیکی VideoCore IV می باشد.

مشخصات فنی رزبری پای 3 مدل B :

در رزبری پای 3 علاوه بر بهبود پردازنده مرکزی ، پردازش گرافیکی از تک هسته ای با فرکانس 250 مگاهرتز به دو هسته ای با فرکانس 400 مگاهرتز افزایش پیدا کرده است. رزبری پای 3 از تصویر برداری با فرمت H.264 و نرخ 60 فریم در ثانیه و کیفیت 1080p پشتیبانی می کند. قطعه جدید Broadcom BCM43438 امکان اتصال وایرلس از طریق فرکانس 2.4GHz 802.11n و بلوتوث را فراهم می کند. (برای دیدن این قطعه باید دقت کنید و احتمالا به ذره بین احتیاج دارید). این قطعه به صورت هوشمندانه ای روی برد جا داده شده تا هزینه های تولید آن کاهش پیدا کند. نیازی نیست هیچ آنتن خارجی به رزبری پای متصل کنید. قطعه رادیویی رزبری پای به یک آنتن تراشه ای که روی برد لحیم شده متصل شده است. بدین ترتیب سایز رزبری پای به حداقل ممکن رسیده است. بر خلاف ظاهر و اندازه این آنتن، شما می توانید در حد بسیار مناسبی سیگنال ها را دریافت کنید؛ حتی از پشت دیوار. همانند رزبری پای 2، رزبری پای 3 نیز از GPIO چهل پین استاندارد بهره می برد. همه سخت افزارهایی که قبلا از طریق GPIO متصل می شدند، اکنون نیز بدون هیچ تغییری قابل استفاده هستند. رزبری پای 3 همانند نسخه های قدیمی تر آن تراشه SMSC LAN9514 استفاده می کند.


مقایسه عملکردی انواع رزبری پای

امکان انجام محاسبات بصورت موازی چهار هسته ای در رزبری پای 2 و 3 تفاوت زیادی را بین این دو مدل و سایر مدل ها در تست SysBench ایجاد کرده است. هرچند محاسبات single-threaded بهبود زیادی پیدا کرده است، اما عمده تفاوت در پردازش های موازی است.

پین های GPIO در رزبری پای عمدتا در پایتون استفاده می شوند؛ اما این مسئله سبب می شود به CPU فشار بیشتری وارد شود. در این تست عملکرد CPU در استفاده از GPIO بررسی شده. مشاهده می کنید که رزبری پای 3 به مراتب بهتر از نسخه های قدیمی تر عمل می کند.

عملکرد نرم افزار (یا بهتر بگوییم بازی) کلاسیک twitch shooter به نام QAKE III Arena معیار بسیار خوبی برای سنجش و مقایسه CPU در رزبری پای است. حالت استاندارد timedemo با رزولوشن 1280×1024، هندسه بالا (high geometric)، جزئیات صحنه ماکزیموم، کیفیت زمینه 32 بیت و trilinear filter برای بدست آمدن این نتایج استفاده شده است.

تست Whetstone که توسط B.A. Wichman در سال 1970 طراحی شده است معیاری برای سنجش سرعت کامپیوتر می باشد. این بنچمارک روی عملکرد floating-point تمرکز می کند. برخلاف سن آن، این تست شهود خوبی از میزان سرعت کامپیوتر ارائه می کند.

برخلاف Whetstone، تست Dhrystone روی عملکرد اعداد صحیح تمرکز می کند. این تست در سال 1980 توسط Reinhold P Weicker طراحی شده است. این بنچمارک در کنار Whetstone معیار خوبی برای مقایسه تراشه های مختلف می باشد.

طبیعتا برای داشتن بازدهی و سرعت بیشتر باید بهای آن را هم بپردازید! رزبری پای 3 بیشترین میزان توان را مصرف می کند. افرادی که به دنبال مصرف کم انرژی هستند، باید نسخه A+ یا زیرو (Zero) را در نظر بگیرند.

همچنین آمار و ارغام نشان می دهد که رزبری پای 3 از محبوبیت و فروش بیشتری نسبت به مدل های دیگر برخوردار بوده است به طوری که 30 درصد از کل فروش بنیاد رزبری پای را به خود اختصاص داده است.


برای رفتن به بخش بعدی روی تصویر زیر کلیک کنید


در صورتی که این مطلب مورد پسندتان واقع شد لایک و اشتراک گذاری فراموش نشود

11+

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بازگشت به آموزشگاه