آموزش رزبری‌پای

رزبری پای یا Raspberry Pi یک کامپیوتر تک برد (Single-board computer) در اندازه یک کارت بانکی است که بنیاد رزبری پای آن را ساخته است تا آموزش علوم رایانه را در مدرسه‌ها تشویق کند.

رزبری و به طور کلی single board computers یک مینی کامپیوتر هستند که بیشتر قابلیت‌های یک رایانه خانگی را دارا هستند. البته باید به این نکته توجه داشت که همانند رایانه‌های خانگی سرعت و قدرت این مینی رایانه‌ها نیز به طور مستقیم به سرعت RAM,CPU و غیره وابسته است. رزبری پای Raspberry Pi توسط گروهی در لابراتوار کامپیوتری دانشگاه کمبریج ظهور یافت و هدف آن بازگشت به برنامه‌نویسی کامپیوترهای ارزان‌ قیمت دوران کودکی بود. نکته مهم قبل از ادامه نوشته دقت کنید Raspberry Pi را بعضی جاها رسپری پای و بیشتر رزبری پای تلفظ می‌کنند که ما به تبعیت از ویکی‌پدیا رزبری‌پای تلفظ می‌کنیم.

مؤسسه Raspberry

در چند سال تلاش برای طراحی نمونه‌های نخست، ابن‌آپتون به همراه همکاران قدیمی خود، پیت‌لوماس از شرکت طراحی سخت‌افزار Norcott Technologies و دیوید‌برابن نویسنده BBC Micro Game Elite، مؤسسه Raspberry را تشکیل دادند.

ایده اصلی Raspberry Pi

ایده اصلی Raspberry Pi ایجاد وسیله‌ای مقرون‌ به‌صرفه بود که فقط شامل مفاهیم پایه است، به همراه یک محیط برنامه‌نویسی و اتصالات سخت‌افزاری که برای پروژه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تاریخچه ساخت رزبری پای

ایده‌ای که پشت یه کامپیوتر کوچک و ارزان برای بچه‌ها بود از سال ۲۰۰۶ استارت خورد زمانی که Eben Upton و Rob Mullins و Jack Lang و Alan Mycroft که در دانشگاه کمبیریج درس می‌خواندند از این موضوع ناراحت شدند که هر سال تعداد و مهارت دانش آموزان که رشته علوم رایانه را انتخاب می‌کردند کاهش می‌یافت در حالی که در دهه ی ۱۹۹۰ این رشته را انتخاب می‌کردند یک برنامه‌نویس تفریحی ولی همه فن حریف بودند. یه چیزی درمورد بچه‌ها که با کامپیوتر سر و کله می‌زدند تغییر کرده بود! بیشتر کلاس ها توجه ویژه‌ای به نرم‌افزار‌های از قبیل Word و Excel یا نوشتن برنامه های وب داشتند.

کامپیوتر های جدید خانگی و بازی‌های رایانه‌ای که جایگزین سیستم هایی مثل Amigas ، BBC Micros ، Spectrum ZX و Commodore 64 که بچه های قدیمی برنامه نویسی را  روی این سیستم ها یادگرفته بودن ، شده بودند. اما این گروه انگلیسی فکر می‌کرد که می‌تونه کاری انجام بده در موقعی که کامپیوتر‌ها گرون بودند و پدر و مادر‌ها اجازه دستکاری و برنامه‌نویسی روی اون‌ها رو نمی دادن و تصمیم بر این شد که سیستمی مثل دستگاه‌های قدیمی که بتوند مثل محیط های برنامه‌نویسی بوت بشه بسازن.
در سال های ۲۰۰۸ چیپ های موبایل فراوان شدند و قدرت حسابی هم پیدا کردند و شرایط رو مهیا کردند تا یه محیط مختص برنامه نویسی بسازند! این گروه در طی سال های بعد توانستتند اولین سری این برد‌ها رو بسازند و در شرکت‌ها برای فروش ثبت کنند و در طی یک سال ۱ میلیون از آنها رو فروختند. اکنون اون‌ها به وسیله‌ی افراد و موسساتی که ممکن هست خیلی از اون ها دور باشند حمایت می‌شوند.

ویژگی های مثبت رزبری

برد رزبری‌پای کوچک انعطاف پذیری بالایی دارد. آنچه که رزبری پای را از دیگر برد ها متمایز می‌کنند کاربران فراوان از سراسر دنیا هست که پروژه‌های مختلف را انجام داده‌اند و در اختیاز همگان قرار داده‌اند.

• استفاده از رزبری به عنوان سرور تا پرینتر‌های‌ سه‌بعدی
• روی ربات یا توی ماشین‌های الکتریکی
• بیرون خانه یا داخل خانه
• وجود زبان‌های برنامه نویسی گرافیکی برای بچه‌ها

مدل نوع B و A

سه سال بعد، Raspberry Pi با مدل B و سپس مدل A که حافظه‌ای با ظرفیت کم‌تر ولی ارزان‌تر داشت، به سمت تولید انبوه قدم گذاشتند و البته الان نسخه های 2، 3 و 4 وارد بازار شدن و شاید موقعی که شما این مقاله را مطالعه می‌کنید مدل‌های بالاتری نیز وارد بازار شده باشن.

سیستم عامل‌های برد رزبری‌پای

رزبری به صورت پیش فرض توانایی اجرای سیستم عامل‌های مختلف لینوکس و اندروید را دارا است و معدودی توانسته‌اند ویندوز 8 را نیز روی این برد راه اندازی کنند. و البته ویندوز 10 را مایکروسافت مخصوص رزبری پای ارائه کرده است. تفاوتی خاصی بین لینوکس‌های مخصوص این برد‌ها و رایانه‌ها وجود ندارد و می‌توان گفت بسیاری از برنامه‌های شما به راحتی روی این مینی رایانه‌ها اجرا می‌شود.

سیستم عامل Wheezy Raspbian

رزبری پای نسخه‌ای تغییریافته از لینوکس را اجرا می‌کند که Raspbian نام دارد. Wheezy Raspbian گزینه مناسبی برای افرادی است که تازه استفاده از این وسیله را شروع کرده‌اند. این برد به شما امکان می دهد که به سرعت تغییر حالت دهد. کافی هست که sd کارت را فرمت کنید. یک سیستم عامل جدید و یا برنامه جدید نصب کنید یا خودتان برنامه را بنویسید.

مقایسه رزبری با کامپیوتر‌های خانگی

همانند کامپیوتر خانگی شما رزبری پای به یک پورت شبکه،  پورت USB ،  پورت HDMI، خروجی صدا مجهز است. آنچکه این مینی کامپیوتر را نسبت به کامپیوتر های خانگی متمایز می‌کند وجود ورودی و خروجی‌های دیجیتال GPIO و قابل کنترل مانند میکروکنترلر‌ها است همچنین پورت‌های ارتباطی مختلفی مانند UART و I2C نیز در این برد‌ها تعبیه شده است. یک تفاوت این برد با کامپیوتر شخصی این است که کامپیوتر شخصی شما به طور پیش فرض از روی هارد دیسک بوت می‌شود درحالی که همین عمل را رزبری از روی یک SD کارت انجام می‌دهد.
این مینی کامپیوتر‌ها یک پلتفرم و یا بهتره گفته بشه بسترکاری هستند همانند رایانه‌های شخصی که کاربرد اون هارو شخص استفاده کننده مشخص می‌کند. شما می‌توانید از آن به عنوان رایانه شخصی – وسیله بازی – کنترل کننده ربات – بخش کننده فیلم و غیره استفاده کنید این یک رایانه شخصی برای شما هست. شاید به نظر بیاید که بیشتر کاربرد این برد‌ها در رباتیک و … باشد در حالی که این درست نیست.

مصرف توان Raspberry Pi

در بعضی کاربردها شما توانایی استفاده از دستگاه‌های رایانه خانگی را به دلیل مصرف بالای توان الکتریکی نداشته باشید درحالی که رزبری به راحتی با 5 ولت و 1 آمپر راه اندازی می‌شود. این رایانه با کمک یک کابل میکرو USB تغذیه می‌شود.

پورت‌های ارتباط با رزبری پای

رزبری پای قادر است به کمک یک کابل اچ دی ام آی(HDMI)، خروجی تصویری با دقت ویدیوی اچ‌دی(HD) و بتازگی 4K و صدایی استریو داشته باشد.

چند درگاه یو اس بی(USB) نیز برای آن در نظر گرفته شده است که می‌توان از آن برای ارتباطات مختلف استفاده کرد. از خروجی‌های USB برای صفحه کلید، ماوس و کلیه دستگاه‌های که از USB پشتیبانی می‌کنند استفاده کرد. به کمک هاب USB می‌توان تعداد پورت‌ها را بیشتر کرد.

رزبری‌پای شبکه اترنت و وای‌فای نیز دارد که به کمک آن می‌توان به شبکه‌های محلی و یا اینترنت متصل شد.

کاربرد رزبری پای

• رزبری پای با سرعت و قدرت پردازشی بالا، مناسب برای کار‌های رباتیک و و مصارف مشابه و خاص است.
• بازی‌های شما را اجرا می‌کنه در حالی که مراقب است تا دمای اتاق شما از حدی بالا تر نرود!
• نزدیک به چند میلیون نفر اون رو در روبات هاشون بکار بردند.
• گلخانه شما را نظارت و اتوماسیون می‌کنه.
• پرداز تصویر انجام میده.

شاید بهترین تعریف برای این بردها ترکیب شدن رایانه با میکروکنترلر باشد! و توانایی‌های این دو را در کنار هم می آورد به همان راحتی که شما از رایانه خانگی برای برنامه‌های گرافیکی و تحت وب استفاده می‌کنید و یا از میکروکنترلر خود برای کنترل دمای محیط استفاده می کنید رزبری‌پای  این دو عمل را بسادگی در کنار هم انجام می‌ده.

• کاربرد در روباتیک
• کاربرد در اجرای پروژه‌های پژوهشی
• کاربرد در اتوماسیون صنعتی و خانگی
• کاربرد در ساخت نمونه بردها قبل از تولید عمده
• و ده ها کاربرد دیگری که شما برنامه‌نویسی می‌کنید.

خب تا الان با کلیت داستان بردهای رزبری‌پای و فلسفه وجودی آن‌ها آشنا شدیم و بریم به سمت مشخصات فنی این بردها. در ادامه مشخصات چند نمونه از بردها آورده شده اشت. علت اینکه مدل‌های قدیمی را هم در ادامه گذاشتیم، برای درک پیشرفت آن در نسخه‌های جدید است.

مشخصات Raspberry Pi 2

مشخصات فنی رسپبری پای ۲ مدل B عبارتند از

•  حافظه ی رم: ۱ گیگابایت (بخشی از این حافظه با پردازشگر گرافیکی به اشتراک گذاشته شده است)
•  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
• • پردازشگر گرافیکی: Broadcom VideoCore IV با توان پردازشی ۲۵۰ مگاهرتز
• • پردازنده: ARM Cortex A7، چهار هسته ای و ۹۰۰ مگاهرتزی
•  فضای ذخیره سازی: از طریق درگاه و کارت حافظه میکرو SD
•  ورودی ویدئو: کانکتور MIPI از نوع ۱۵ پین
• برد مجتمع: Broadcom BCM2836
•  تعداد پورت های USB: چهار عدد

مشخصات فنی Raspberry Pi 3 مدل B

• مجهز به HDMI
• 802.11n Wi-Fi
• یک گیگابایت رم
• سوکت MicroSD
• (Bluetooth (BT 4.1
• مجهز به چهار پورت USB2
• ورودی 5 ولت DC – ۲٫۵ آمپر
• سرعت اتصال اترنت 100Mbps
• خروجی صوتی: جک ۳٫۵ میلی‌متری
• پردازنده‌ی ARM Cortex A53 Quad-Core-64bit-1.2Ghz
• خروجی ویدئو: (HDMI rev 1.3 & 1.4Composite RCA (PAL and NTSC
• سرعت پردازنده‌ی گرافیکی ۴۰۰ مگاهرتز، Dual Core VideoCore IV GPU
• پشتیبانی از 1080p video at 60fps با استفاده از فرمت H.264، بالاتر از 30fps
• سیستم‌عامل: سیستم‌عامل از کارت MicroSD بارگذاری شده و یک نسخه از سیستم‌عامل لینوکس یا ویندوز 10 را اجرا می‌کند.

مشخصات رزبری پای نسخه 4

منبع:  میکرودیزاینرالکترونیک