嵌入式計算機系統無處不在。如果你去過一家超級市場，並且注意到牆上有售貨亭機，那麼這些售貨亭很有可能由嵌入式計算機供電。本文將介紹有關嵌入式pc和計算機所需的一切知識。
什麼是嵌入式計算機？
嵌入式計算機是一種專用計算機系統，通常被描述為較大機器或系統中的單個系統。嵌入式計算機用於執行特定的應用程式以執行預定的功能。嵌入式計算系統與普通的消費者級台式計算機具有許多相同的部分。這些部分包括cpu，gpu，ram和儲存裝置。但是，主要區別在於嵌入式系統利用工業級元件，這些元件可使系統承受惡劣的工作條件。
嵌入式pc隨處可見。它們用於車輛，互動式資訊亭機，工廠自動化生產線，安全和監視系統以及許多其他裝置中。那麼，什麼是嵌入式計算機，它們如何工作以及嵌入式計算機的一些示例？我們將在以下各節中回答所有這些問題。
嵌入式計算機主要有兩種型別，即soc（片上系統）嵌入式pc，其中cpu，gpu，晶元組和i / o構建在單個矽基板上。另一方面，插槽式嵌入式計算機是將諸如帶有專用pch和gpu的cpu等元件安裝到主機板上以提高效能。
對於簡單的入門級工作負載，soc往往功耗較低。儘管如此，soc和socket pc都是為特定工業工作負載而設計的，例如工業自動化和控制，自動駕駛汽車，物聯網閘道器，醫學影像，自助服務終端機，智慧型自動售貨機和數字標牌。
通常，嵌入式計算機的設計和製造要嚴格，因為它們通常部署在惡劣的環境中，例如室外數字標牌和雜物重的工廠車間。因此，他們必須能夠應對這種挑戰性環境中的部署。因此，大多數堅固耐用的嵌入式pc的設計和製造都可以承受頻繁的衝擊，振動，灰塵，濕度和極端溫度。
嵌入式計算機可以部署在室內，在室溫環境中以及在極端溫度條件下的室外環境中使用，例如溫度達到-40⁰c的低溫環境以及在高溫下達到85⁰c的高溫環境。
嵌入式計算機的主要元件是什麼？
嵌入式pc使用以下元件製成：
1、cpu（處理器）
嵌入式計算機的主要元件是cpu，通常稱為處理器。cpu負責執行計算機的計算任務。選擇解決方案時，應考慮所需的處理能力。如果希望系統執行入門級工作負載，則可以選擇低功耗，高效的soc解決方案，例如intel®celeron®j1900，它具有執行簡單工作負載的功能。但是，如果您希望系統執行複雜的工業工作負載，則應選擇一種插槽解決方案，因為通常可以使用功能強大的intel®core®i3，i5和i7處理器對其進行配置。也就是說，無論您選擇使用soc解決方案還是套接字解決方案，兩者都可以被被動冷卻，從而建立了乙個堅固的系統，可以在具有挑戰性的環境中進行部署。
另外，值得注意的是，oem廠商通常會跳過處理器，因為他們想降低嵌入式pc的成本。但是，為系統供電不足會導致效能下降，從而減慢組織的工作流程。因此應始終使用適當的cpu配置系統。
2、助力邊緣的效能加速器
可以將某些效能加速器新增到嵌入式計算機中，以加速人工智慧（ai），機器學習（ml）和深度學習（dl）工作負載。
a.gpu（圖形處理單元）
可以將gpu新增到嵌入式pc中，以加快某些應用程式的效能。例如，gpu能夠加速人工智慧和機器學習工作負載，因為它們能夠處理和處理比cpu大得多的資料塊。此外，gpu在執行ai工作負載時比cpu效率高得多，因為它們具有比cpu多得多的核心，可以執行平行計算，而cpu非常適合順序計算。gpu非常適合自動駕駛汽車，醫學成像，基於視覺的質量保證以及其他各種圖形密集型任務。此外，由於部署在邊緣的嵌入式解決方案靠近資料生成源，因此部署在邊緣的嵌入式解決方案可以低延遲實時處理關鍵任務資料。
b. vpu（視覺處理單元）
此外，可以將vpu新增到嵌入式計算機中，以加速機器視覺，機器學習，面部和物件識別，ai應用程式以及高階影象處理應用程式。vpu通過承擔通常由處理器執行的工作負載並在視覺處理單元（vpu）本身上執行工作，而同時使用的功耗要少於gpu來執行同一任務所需的功耗。邊緣計算和更多的機器智慧型推動了對近資料效能加速器的需求。
c. fpga（現場可程式設計門陣列）
fpga（現場可程式設計門陣列）是可以根據需要進行程式設計的積體電路。由於fpga具有加速ai，ml（機器學習）和dl（深度學習）工作負載的能力，因此通常被新增到嵌入式計算機中。而且，它們提供的效能優於gpu，從而顯著加速了組織的整個ai工作流程，而功耗卻低於gpu。由於fpga具有針對各種市場的可程式設計特性，因此在計算系統中特別受益。
d. nvme計算儲存裝置（csd）
此外，可以將nvme計算儲存新增到嵌入式系統中，以加速某些工作負載。通過計算儲存，可以在儲存裝置級別處理資料。這減少了必須在儲存裝置和計算平面之間傳輸的資料量。這樣，通過消除儲存到處理器的瓶頸，csd可以顯著增加資料密集型工作負載，而不是計算密集型。
3、ram –系統記憶體
ram也是大多數嵌入式計算機的重要組成部分。ram（隨機訪問儲存器的縮寫）用於儲存系統需要快速訪問的資料。將資料載入到ram後，計算機可以從中快速檢索所需的資訊。使用ram是因為它比ssd和其他儲存裝置要快得多。通常，新增到裝置的ram越多，它就會變得越快，響應越快。另外，新增到系統的ram越多，同時執行多個應用程式時系統的效能越好。
具有更多ram的裝置速度更快，因為它們可以更快地訪問資訊，因此花費更少的時間來嘗試從硬碟驅動器或固態驅動器中查詢資訊。也就是說，ram是易失性的記憶體型別，這意味著它在每次關閉系統時都會重置，從而清除曾經載入到其上的資料。這是ssd + hdd和ram記憶體之間的主要區別。ssd和hdd提供長期的資料儲存，而ram提供短期的資料儲存。
4、儲存
嵌入式系統中常見的第三個元件是儲存。嵌入式系統必須能夠儲存資料。因此，通常使用hdd（硬碟驅動器），ssd（固態驅動器）或m.2 nvme ssd對其進行配置。nvme ssd是配置嵌入式計算機的最快型別的儲存裝置，可提供高達3500 mb / s的資料讀取速度和高達2500 mb / s的讀取速度。
也就是說，系統仍可以配置有ssd和hdd。常規ssd比nvme選件便宜，並且往往具有更大的儲存量，這使它們成為某些組織的有吸引力的選擇。而且，ssd比傳統的hdd快得多，因為它們將資料儲存在nand晶元上，這使它們的讀寫資料比傳統的硬碟快得多。
但是，某些客戶仍在使用硬碟驅動器，因為它們以誘人的**提供了大量的資料儲存。因此，對於希望在嵌入式裝置上儲存大量資料的組織，硬碟仍然有意義，因為它們是最便宜的裝置儲存形式。因此，需要最大資料儲存量的組織只能通過使用硬碟驅動器來實現此目的。ssd的尺寸已經增加；但是，硬碟仍以最具競爭力的**提供最大的儲存容量。
5、i / o埠
嵌入式計算機具有豐富的i / o埠，允許系統連線到新技術，舊技術，其他裝置和感測器以及網際網路。特別是對於工業4.0，許多嵌入式計算機可以管理和合併來自舊裝置和數字裝置的工作負載，以提高運營效率。
嵌入式系統上常見的i / o埠包括：
usb type-a埠
雙rj45 lan埠
序列com埠
音訊輸出/音訊輸入埠
hdmi，dp和dvi埠
gpio（通用輸入/輸出）埠
6、冷卻液
嵌入式系統可以使用低功耗處理器和功能強大的處理器進行配置。也就是說，無論您選擇低功耗處理器還是高效能處理器，嵌入式pc都會通過使用散熱器進行被動冷卻。散熱器將熱量從內部發熱元件散布到外殼上，從而將熱量散發到pc周圍的環境中。堅固耐用的嵌入式pc的外部隔層具有鰭片，這些鰭片增加了裝置的表面積，從而增強了系統的散熱能力。
也就是說，如果您需要一台能夠處理諸如ai，推理分析或深度學習之類的複雜工作負載的pc，則可能必須配置乙個包含gpu的系統。gpu之所以出色，是因為它們可以加速這些工作負載。但是，它們會產生大量熱量。因此，沒有某種型別的主動冷卻功能就無法冷卻gpu，通常必須對其進行主動風冷以使其正常執行。
因此，配置有gpu的系統並非完全無風扇。cpu可能仍會無風扇冷卻，但是gpu將需要主動風冷，這意味著系統將不會完全無風扇。也就是說，帶有gpu的系統仍然經過嚴格設計，可以與完全無風扇的系統部署在某些相同的環境中。
嵌入式計算機示例及應用
嵌入式計算機在日常裝置，辦公用品，汽車，工業，醫療和農業中無處不在。從計算器到 相機 電梯，交通訊號燈，工廠控制器和核電站控制系統，幾乎所有現代裝置中都存在物理嵌入式系統。這些是什麼？它們如何運作？嵌入式計算機有哪些應用程式？嵌入式計算機可以廣義地定義為使用計算機硬體和軟體執行特定功能的任何計算機，...
嵌入式計算機與常規台式計算機的區別
儘管工業級嵌入式計算機與消費級台式pc共享許多元件，例如處理器 cpu 圖形處理單元 gpu ram記憶體和儲存裝置 ssd和hdd 但是嵌入式計算解決方案仍使用工業級版本經過測試和驗證，可以在充滿挑戰的環境中可靠執行。此外，在構建工業級選件時要牢記韌性，使它們能夠在工業環境中更好地生存，在工業環境...
計算機系統
一陰一陽之為道。早在幾千年我國古人就知道天地萬物皆由正反兩個東西組成的。自從人類進入電氣時代，隨著電子元件的快速發展，各種裝置隨之誕生了。一些元件 例如閘流體 可以根據電壓的高低變化自行導 通或者關斷。如果是高電壓導通，就規定是1 低電壓導通規定是0，那麼眾多的這些元件組成的乙個整體就可以0 和1來...