Einplatinencomputer

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Einplatinencomputer LC80 vom Kombinat Mikroelektronik Erfurt

Ein Einplatinencomputer, oft engl. Single Board Computer (SBC), ist ein Computersystem, bei dem sämtliche zum Betrieb nötigen elektronischen Komponenten auf einer einzigen Leiterplatte zusammengefasst sind.

Einplatinencomputer werden in der Industrie vorwiegend in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) eingesetzt. Sie können dort in vielen Bereichen festverdrahtete Steuerungen vorteilhaft ersetzen, da Änderungen der Steuerungsabläufe in den meisten Fällen durch einfachen Austausch des Programms realisiert werden können. Gleichzeitig sind sie wesentlich billiger als speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und können daher wirtschaftlich in Bereichen eingesetzt werden, für die eine große SPS überdimensioniert wäre.

Einplatinencomputer wie der KIM-1, der Microprofessor I und der Apple I bildeten ab Mitte der 1970er Jahre eine der Vorstufen der späteren Heim- und Personal Computer. Sie wurden oft von Computerenthusiasten und Hackern gebaut und verwendet, später ging ihre Verbreitung bei Privatnutzern stark zurück. Konstruktiv gesehen können auch die meisten Heimcomputer der 1980er wie der Sinclair ZX81, der Commodore 64 oder der Atari ST als Einplatinencomputer angesehen werden, wurden jedoch in der Regel nicht so bezeichnet.

Seit etwa 2012 haben Einplatinencomputer wieder zunehmend Verbreitung im Privatbereich gefunden, etwa der Raspberry Pi mit 3 Millionen verkauften Exemplaren (Stand Juni 2014). Sie werden zum Beispiel als preisgünstiges Mediacenter, Heim-Server, als Schulrechner oder als Experimentiergerät mit Linux- oder Android-Betriebssystem eingesetzt.

Aufbau[Bearbeiten]

Ein Einplatinencomputer besteht mindestens aus dem eigentlichen Prozessor, einem Taktgenerator, einer Reset-Logik, einem Festspeicher (ROM) für das Programm und Ein- bzw. Ausgabebaugruppen. Mit dieser Ausstattung lassen sich bereits einfache Ablaufsteuerungen realisieren. Für komplexere Aufgaben werden weitere Komponenten erforderlich, vornehmlich RAM, um Zwischenergebnisse ablegen oder Unterprogramme ausführen zu können, und EEPROM- und/oder Flash-Speicher für veränderliche Parameter, die einen Stromausfall überstehen müssen.

Sehr häufig werden Einplatinencomputer mit Überwachungsschaltungen (Brown Out Detection, Watchdog) versehen, die den Rechner im Falle eines unerwarteten Fehlers im Programm oder in der Stromversorgung in einen definierten Ausgangszustand zurücksetzen.

Weiterhin können Einplatinencomputer mit Analog-Digital-Wandlern, Zählerbausteinen, Kommunikationsschnittstellen und anderen speziellen Schaltungen an die jeweilige Anwendung angepasst werden.

Geschichte[Bearbeiten]

Der KIM-1, ein populäres Entwicklungs- und Lehrsystem, 1975.

Einplatinencomputer kamen Ende der 1970er Jahre mit der zunehmenden Verbreitung von Mikroprozessoren auf den Markt. Sie deckten zunächst den Bedarf an preiswerten Entwicklungssystemen ab, waren aber von Beginn an auch dafür konzipiert, in Produktivumgebungen eingesetzt zu werden.

Mit der fortschreitenden Entwicklung der Mikrocontroller, die neben dem eigentlichen Prozessorkern immer mehr Funktionen in einem Chip vereinigten, erweiterte sich auch das Anwendungsspektrum. Heute stecken die Abkömmlinge der Einplatinen-Computer in Waschmaschinen, Automatikgetrieben, Fernbedienungen, Heizungssteuerungen und unzähligen anderen Geräten des täglichen und industriellen Bedarfs. Dabei entwickelten sich die kleinen Rechner sowohl zu immer größerer Leistungsfähigkeit, auch mit 16-Bit- und 32-Bit-Prozessoren, als auch in Richtung winziger Minimalsysteme mit nur wenigen, einfachen Funktionen (BASIC-Briefmarke).

Varianten[Bearbeiten]

Sehr viele Heimcomputer, wie z. B der C64 oder der ZX 81, sind aus konstruktiver Sicht ebenfalls Einplatinencomputer mit integrierter Videoausgabe, ergänzt durch Tastatur, weitere Bedienungselemente, Anschlüsse für Peripheriegeräte und meistens irgendeine Form von Massenspeicher – ohne diese Erweiterungen sind sie jedoch nicht sinnvoll einsetzbar.

6502-Einplatinenrechner[Bearbeiten]

MOS 6502-Prozessor

In der frühen Computerentwicklung waren diese Einplatinenrechner sehr verbreitet. So zum Beispiel die Modelle Apple I, KIM-1 und AIM-65, alle auf Basis des 6502-Mikroprozessors. Ein Bausatz auf Basis der 6502-CPU wurde im Mai 1980 vom Elektor-Verlag als Junior-Computer vorgestellt und entwickelte sich mit mehreren tausend Exemplaren in Europa zu einem beliebten Selbstbaucomputer. Entwickelt wurde der Junior-Computer bei Elektor von Loys Nachtmann, der später als Redakteur zur Zeitschrift Chip wechselte.

SC/MP-Einplatinenrechner[Bearbeiten]

Ein früher Selbstbaucomputer wurde vom Elektor-Verlag im Juni 1977 (G 3078EX) auf der Basis des SC/MP (Typ I) veröffentlicht. Ein weiterer Bausatz wurde seitens des Elektronikherstellers und Lehrmaterialanbieters Christiani-Verlag aus Konstanz als SC/MP-Lehrcomputer 1978 auf den Markt gebracht.

Z80-Einplatinenrechner[Bearbeiten]

Als einer der ersten in Deutschland verfügbaren Einplatinenrechner kam 1977 der Nascom 1 auf Basis der Z80-CPU auf den Markt. Die ersten Computer des englischen Herstellers Sinclair Research, der Sinclair ZX80 und der ZX81 sowie die ZX Spectrum-Serie, waren ebenfalls Einplatinenrechner. Auf der Basis von Z80-kompatiblen CPUs wurden weitere Einplatinencomputer (sog. SBC) realisiert, so u. a. der NDR-Klein-Computer aus dem Jahre 1984 von Rolf-Dieter Klein, sowie der Euro-Z80 (Elektor-Verlag) aus dem Jahre 1989. Auch der Z80-EMUF (Einplatinen-Mikrocomputer für universelle Festwertprogramm-Anwendung) ist ein verbreiteter Einplatinentyp im Selbstbau gewesen. Da Zilogs Z80 Prozessor auch heute noch verfügbar ist, werden aktuell wieder neue Systeme mit Taktraten von 20 MHz entwickelt.

Heutige Einplatinenrechner[Bearbeiten]

Der britische Raspberry Pi mit ARM-Prozessor, von dem bis November 2013 rund 2 Millionen Stück verkauft wurden.

Bis in die 1990er-Jahre wurden 8-Bit-Einplatinencomputer, z. B. mit Intel-8085-Prozessor, Intel MCS-51-Mikrocontrollern und ihren Nachfolgern, zu Mess-Steuer-Regel-Zwecken (MSR) eingesetzt. Heute werden Einplatinenrechner mit leistungsfähigeren Microcontrollern bestückt und decken den unterschiedlichen Bedarf für Haushalts-, Industrie-, Automobil- und Militärzwecke als Eingebettetes System ab. Der Trend geht dazu, immer mehr Funktionen (Standardschnittstellen, A/D-Wandler, usw.) des Einplatinencomputers direkt auf demselben Chip wie die CPU zu integrieren. Dadurch kann bei steigender Funktionalität der Stückpreis dieser Rechner gesenkt werden.

Zu den bekannten aktuellen Einplatinenrechnern für Endnutzer zählen Arduino, BeagleBoard, Cubieboard, Ethernut, PandaBoard, Raspberry Pi, Tinkerforge, Banana Pi, ODROID, NanoPC und HummingBoard. Solche Rechner werden etwa als Musik-Streaming-Client, Media Center, Thin Client oder Server, als Steuerungsplatine in einem Quadrocopter, als Wetterstation, UKW-Radiosender oder als Steuereinheit für dedizierte Bitcoin-Mining-Hardware verwendet.[1]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Single-board computers – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Blog von Peter Piksa, Wie mein Raspberry Pi meinen Sonnenstrom zu Bitcoins macht. Abgerufen am 4. Oktober 2013.