シングルボードコンピュータガイド

シングルボードコンピュータ（SBC）は、学校、研究室、家庭、コンピュータクラブなどで一般的に使用されています。これらは、コーディングやロボット工学などの学習に適した手頃な価格の方法です。コンパクトで効率的、かつ非常に信頼性があり、これらのコンピュータは自動化、機器の監視と制御、セキュリティおよび監視、軍事アプリケーションなど、単純で頑丈なボードが必要な産業のさまざまな用途に重要です。

これらのデバイスは通常、バックプレーンと組み合わせて使用され、これによりシングルボードコンピュータをシステムに簡単に接続し、非常にコンパクトな配置で使用できます。

以下では、これらのSBCが何であるか、どのように動作するか、そしてどのように選ぶかについて見ていきます。

シングルボードコンピュータは、一つの基板に搭載されたコンピュータです。この場合、基板は回路基板であり、コンピュータはマイクロプロセッサ、メモリ、および入出力などのさまざまなコンポーネントから構成されています。

シングルボードコンピュータは、できることではなく、その設計によってデスクトップコンピュータやパーソナルコンピュータと区別されます。シングルボードコンピュータは、完全なコンピュータのすべての要素が一つの回路基板に含まれている特徴を持っています。対照的に、デスクトップコンピュータは、コンピュータの重要なコンポーネントに対するスロットがあるマザーボードを備えています。デスクトップコンピュータでは、プロセッサ、メモリ、ストレージ、入出力デバイス、および他の基本的なコンポーネントは、マザーボード上のソケットを介して接続されます。シングルボードデザインでは、すべてが自己完結しています。

シングルボードコンピュータは、デスクトップコンピュータとは異なる能力を持っています。デスクトップコンピュータでは、マザーボードに機能を追加するには、通常、周辺機器をマザーボードのスロットに差し込むことで行われます。たとえば、高性能なビデオカードは、マザーボードの特定のスロットに挿入されます。シングルボードコンピュータでは、これらのコンポーネントも含め、すべてが回路基板の一部となっています。そのデバイスはそのまま使用できる状態です。

シングルボードコンピュータは非常に異なっており、それらの一部は単純なプロセスを制御するために使用されるため、平均的なデスクトップコンピュータと比較して非常に遅く制限されています。

過去10年間で、シングルボードコンピュータは大きな成長を遂げています。小型で手頃な価格、稼働コストも安いですが、それは性能において劣っているわけではありません。7,000円～２万円程度の機械は、おおよそ15年前の標準的なデスクトップPCと同等のユーザーエクスペリエンスを提供します。そして以前には考えられませんでしたが、多くのモデルで4Kディスプレイが使用できるようになりました。

基本的に、シングルボードコンピュータはデスクトップPCとほぼ同じ方法で動作します。マザーボード、プロセッサ、RAM、電源システム、グラフィックスおよびサウンドチップ、およびルータ、USBデバイス、モデム、モニター、スピーカー、マウス、キーボードなどの周辺機器への様々なコネクタがあります。データストレージは通常、SDカードなどの取り外し可能なデバイスの形で行われ、通常はオペレーティングシステムも含まれていますが、一部には最初から組み込まれたストレージもある場合があります。

シングルボードコンピュータは、組み込みアプリケーションで頻繁に使用されています。組み込まれたコンピュータは拡張できず、それが設計されたタスクに必要な入出力機能のみを実行します。たとえば、自動販売機には自動販売機の機能を制御するための組み込みのシングルボードコンピュータが搭載されているかもしれませんが、そのコンピュータに機能を拡張するためのハードウェアを追加する手段はありません。

シングルボードコンピュータはよくバックプレーンに挿入されます。バックプレーンは入出力デバイスをコンピュータに接続できるようにします。シングルボードコンピュータはラックシステムでよく使用され、これによりシステムの信頼性が高いかつ迅速な統合が可能です。

技術的にはシングルボードコンピュータはオフィスの業務をいくつか実行できるかもしれませんが、主流のオフィスソフトウェアのサポートに問題があるため、そのような方法で使用されることはあまりありません。しかし、工業用途では、単なるプログラマブルな機械を制御する手段として安価に使用されることもありますし、基本的なサーバーを実行するためにも使用されています。

おそらく現在の主な用途は教育と実験です。安価なため、クラス全体にこれらのデバイスを提供することができます。プログラムを学ぶために使用されることがあり、それがScratchであろうともっと高度な言語であろうとも、またはロボット工学や3Dプリントなどを学ぶために使用されることもあります。また、家庭にも浸透しており、単なる興味やIoTアプリケーション、ホームネットワーキングのようなプロジェクトをセットアップするために使用されています。

産業やビジネスアプリケーションでは、セキュリティや基本的なコントローラにシングルボードが使用されることがよくあります。シンプルな性質のため、頑丈に設計され、かつ簡単かつ迅速に交換できるようになっています。また、大型産業機械のコントローラとしても使用されることがあります。その他にも、専門のタブレットコンピュータ、ドローン、または監視システムの制御に頻繁に使用されます。

シングルボードコンピュータは、ほとんどの自動化タスクを実行するために必要な機能を備えており、専門の設計にも広く利用できます。これらのコンピュータは、通常シングルボードコンピュータが使用されるアプリケーションに対して、典型的なデスクトップコンピュータを使用する場合よりもいくつかの重要な利点があります。

シングルボードコンピュータは非常に小型です。これにより、スペースが限られているデバイスに埋め込むことができます。SBCは非常に効率的であり、これにより省電力で優れた性能を発揮します。これらの利点に加えて、シングルボードコンピュータは自己完結しており、厳しい環境条件下でも信頼性があります。

シングルボードコンピュータは通常、マルチボードコンピュータよりも容量が少ないにも関わらず、価格が高いことがあります。シングルボードコンピュータは特殊な機器であり、標準のマルチボードマザーボードと同じ量で製造されていないためです。しかし、これらのコンピュータの信頼性は、産業において非常に費用対効果の高いソリューションとなっています。さらに、自己完結しているため、コンピュータを交換する必要がある場合には比較的簡単に交換できます。

さまざまなバックプレーンのオプションにより、これらのコンピュータはその能力を拡張することができ、その設計に過度に制限されることはありません。実際、特定のタイプのバックプレーン配置では、シングルボードコンピュータは通常のマルチボードコンピュータよりもさらに拡張された容量を提供し、かつはるかにコンパクトなスペースで行うことができます。

シングルボードコンピュータはさまざまなニーズに対応することができます。一部のデバイスには、オーディオアプリケーション、ネットワーキングアプリケーション、ワイヤレスアプリケーションなどに適したI/Oインターフェースが付属しています。これらのデバイスを既にこれらの用途を目的として購入できます。

シングルボードコンピュータは、一般的にすべてのコンポーネントが1つのボードに搭載されているという点でマルチボードコンピュータと区別されますが、一部には拡張スロットが付属しているものもあります。これらの拡張スロットには、microSD、Mini PCI、PCI、ISA、PCI Expressなどが含まれます。また、CRT、DVI、HDMI、VGAなど使用するポートの特定のタイプに基づいて購入することもできます。

基本的な要件に関しては、デスクトップコンピュータを購入する場合に評価するであろう仕様と非常に類似しています。プロセッサのクロック速度、フロントサイドバスのクロック速度、デバイスで使用されているプロセッサのタイプ、サポートされるメモリの量などは、これらのデバイスを選択する際に考慮されます。これらのデバイスは多くが単純なアプリケーションで使用されるため、デスクトップに比べて比較的低い消費電力のシングルボードコンピュータを購入することは、費用対効果を高める手段となります。