計(jì)算機(jī)有過各種形狀和大小。在其誕生之初，“計(jì)算機(jī)”是一臺巨大的機(jī)器，塞滿了整個(gè)房間，而且只能在世界的幾個(gè)地方找到它。今天，我們擁有從智能手機(jī)到超級計(jì)算機(jī)以及介于兩者之間的所有能稱得上“計(jì)算機(jī)”的產(chǎn)品。
而在其中，有一種叫做“單片機(jī)電腦”的產(chǎn)品近年非常流行。顧名思義，它是只有一塊印刷電路板的計(jì)算機(jī)。這些電路板非常簡單，沒有機(jī)箱，也沒有外接設(shè)備，只有主板和大量的連接端口。它非常適合業(yè)余愛好者以及一些專業(yè)人士。而在其中，又以樹莓派廣為人知。這里，我們就從它的誕生和作用出發(fā)，讓你對樹莓派有一個(gè)完整的了解。
第一款樹莓派于2012年發(fā)布，它的出現(xiàn)是為了填補(bǔ)80年到90年代家用電腦革命逝去后留下的空白。20世紀(jì)80年代推出過幾款重要的家用電腦，包括Commodore 64、Sinclair ZX Spectrum和BBC Micro。這些機(jī)器催生了一場革命，將計(jì)算機(jī)帶入了普通家庭。因此，那幾十年，許多小孩都是在電腦周圍長大的，這反過來又引發(fā)了在大學(xué)申請計(jì)算機(jī)相關(guān)課程人數(shù)的增加。然而，當(dāng)家用電腦逐漸被PC（個(gè)人電腦）取代后，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的人數(shù)就減少了。
樹莓派的創(chuàng)始人埃本·厄普頓在家用電腦革命時(shí)還是一個(gè)小孩，長大后他決定試試能否通過引進(jìn)一種低成本、功能強(qiáng)大、靈活的電腦來扭轉(zhuǎn)家用電腦下降的趨勢。于是樹莓派誕生了，最早的樹莓派于2012年2月發(fā)布，它使用了來自博通的基于Arm的處理器，單核ARMv6 CPU時(shí)鐘頻率為700MHz，博通的VideoCore Ⅳ GPU運(yùn)行頻率為250MHz。并且只有256MB的內(nèi)存，但很快升級到512MB。還有兩個(gè)USB 2.0端口（用于連接鍵盤和鼠標(biāo)）和一個(gè)HDMI端口可以將樹莓派連接到顯示器，使用了標(biāo)準(zhǔn)的micro-USB為其充電。但它可以運(yùn)行多種操作系統(tǒng)，包括被稱為樹莓派OS的官方Linux發(fā)行版。
對于那些想要學(xué)習(xí)編程和軟件開發(fā)的人來說，樹莓派支持多種編程語言，包括C、C++、Rust、Go-lang和Javascript等。而其中，Python相當(dāng)于樹莓派的半官方語言，因?yàn)榇蟛糠值氖褂梦臋n都是在介紹如何利用Python來控制電路板。
樹莓派不同于其它普通計(jì)算機(jī)（智能手機(jī)、筆記本電腦、臺式機(jī)等），因?yàn)樗丝梢杂脕砜刂齐娮与娐返囊_，這些引腳被稱為通用輸入輸出（GPIO）引腳。最早的樹莓派上有26個(gè)引腳，后來所有的型號都增加到40個(gè)引腳，這些引腳允許電路板于其它硬件互動，比如從簡單的LED到復(fù)雜的電機(jī)甚至機(jī)器人等。它不僅可以控制這些外部設(shè)備，還可以從它們那里讀取數(shù)據(jù)。這意味著它還可以使用外接設(shè)備的傳感器，比如攝像頭和溫度傳感器等，然后根據(jù)收到的數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。
樹莓派每個(gè)型號都有不同的變種，這些型號使用“A、B、B+”等后綴加以區(qū)分，這些似乎是對BBC Micro的致敬，因?yàn)锽BC Micro也用相似的方法來命名不同的型號。值得一提的是，BBC Micro是由Acorn公司開發(fā)的，而Acorn公司最終演變成了Arm公司，所以樹莓派采用基于Arm的處理器并非偶然。
最早的樹莓派是“B型”，隨后又推出了更簡單（端口更少）、更便宜的“A型”。到了2014年，樹莓派系列包括A型、A+型、B型和B+型，每一款的復(fù)雜程度都不相同，但保持了一致的性能水平。
第一代樹莓派的成功，讓負(fù)責(zé)開發(fā)它的非營利組織——樹莓派基金會發(fā)布了后續(xù)產(chǎn)品——樹莓派2。樹莓派2是在1的基礎(chǔ)上進(jìn)行了巨大的升級，CPU單核ARMv6升級到了時(shí)鐘頻率為900MHz的四核ARMv7，另外內(nèi)存也提升到了1GB。
2016年，樹莓派基金會發(fā)布了樹莓派3B，實(shí)現(xiàn)了向64位的飛躍。新機(jī)型包括一個(gè)運(yùn)行在1.2GHz的64位四核ARMv8處理器，以及支持802.11n Wi-Fi、藍(lán)牙連接，并且可以從USB端口（而不是內(nèi)置的micro-SD卡插槽）啟動。2018年3月14日，樹莓派3B+推出了更快的1.4GHz處理器、更快的以太網(wǎng)和雙頻Wi-Fi，并且樹莓派基金會承諾至少在2026年1月以前仍會生產(chǎn)1、2、3代的樹莓派。
目前最新的型號為樹莓派4，它于2019年6月發(fā)布，相對于樹莓派3有顯著的改進(jìn)。
與樹莓派3相比，樹莓派包含了幾個(gè)重要的改進(jìn)。首先，處理器從基于Cortex-A53的博通BCM2837升級到了更新的博通BCM2711。它采用了1.5GHz 64位四核ARM Cortex-72架構(gòu)。新處理器還包括一個(gè)更好的GPU，博通VideoCore Ⅵ，時(shí)鐘頻率為500MHz。這意味著，樹莓派要比3快很多。內(nèi)存也進(jìn)行了升級，由1GB、2GB和4GB版本改進(jìn)為2GB、4GB和8GB。
樹莓派4還首次使用了USB-3.0接口，以太網(wǎng)接口則升級到真正的千兆以太網(wǎng)連接。電源接口也由USB-C取代了micro-USB，并且有兩個(gè)HDMI接口（都是micro-HDMI），可以同時(shí)連接兩個(gè)4K顯示器。
簡而言之，樹莓派4相對于3來說：速度更快、內(nèi)存更大、以太網(wǎng)連接更好，還支持4K視頻！
樹莓派的命名規(guī)律很簡單，從樹莓派1到樹莓派2再到3和4。但這個(gè)家族還有另一個(gè)成員，樹莓派Zero。它和樹莓派的其它型號有很大不同，但價(jià)格更加低廉。
樹莓派Zero的外觀設(shè)計(jì)與其它型號不同，相對于其它類似于信用卡大小的型號來說，它的尺寸更小，只有65mm*30mm。并且GPIO引腳沒有填充，但可以自己焊接。不支持有線以太網(wǎng)連接，也沒有USB-A端口，只有一個(gè)micro-USB接口。另外，處理能力與樹莓派1接近，沒有后期四核樹莓派型號那么亮眼。但是，它的性價(jià)比非常高，售價(jià)僅為幾十塊錢。
另一個(gè)深受業(yè)余愛好者喜歡的單片機(jī)是Arduino。和樹莓派一樣，它也有很多型號。Arduino是一塊微控制器版，允許你編寫軟件（使用Arduino IDE），并將其上傳到電路板上以控制外部電路。這意味著它也可以控制任何外接設(shè)備，從LED到電機(jī)或繼電器。
這兩者之間最大的區(qū)別是，Arduino使用的是微控制器，而不是一個(gè)完全成熟的CPU，這意味著Arduino以更低的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，大概在16MHz到80MHz之間，并且只有很小的內(nèi)存（2KB到32KB）。它不能運(yùn)行像Linux這樣現(xiàn)代操作系統(tǒng)，而只能通過Arduino IDE直接運(yùn)行在上面編程的軟件。不過，它的優(yōu)點(diǎn)是功耗很小，并且啟動速度很快。非常適用于需要極低功耗、啟動快速和良好的可靠性的項(xiàng)目。
雖然一些Arduino的主板上也有內(nèi)置Wi-Fi，但如果你想要做更復(fù)雜的任務(wù)則樹莓派要更好一些。由于它運(yùn)行的是Linux，所以可以使用從數(shù)據(jù)庫或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器到Docker或Kubernetes的眾多技術(shù)。
樹莓派的用法可以說幾乎是無限的，從學(xué)習(xí)用Python編寫計(jì)算機(jī)程序到追蹤飛機(jī)航線，其作用非常廣泛。但概括來說，主要有三大類。
一般計(jì)算：這包括將樹莓派當(dāng)作臺式機(jī)使用，你可以上網(wǎng)和使用社交媒體，以及娛樂媒體，包括看視頻和聽音樂等。甚至還可以用它來玩游戲，比如在樹莓派上免費(fèi)的Minecraft原始版本?？偨Y(jié)來說，它也能勝任普通臺式機(jī)或者筆記本上能完成的工作。
編程與硬件學(xué)習(xí)：樹莓派是學(xué)習(xí)編程的好工具。你可以用它來學(xué)習(xí)C、C++、Python、Rust、Go、Javascript等語言。此外，你還可以用Python讓樹莓派與LED、警報(bào)器、開關(guān)、傳感器、電機(jī)、繼電器等硬件進(jìn)行交互。它提供了一個(gè)專用的攝像頭連接器，可以與兼容的攝像頭一起使用，讓你可以探索到更多的東西，包括圖像識別和機(jī)器學(xué)習(xí)。
控制外接設(shè)備：樹莓派可以與很多有趣的外接設(shè)備配合使用，包括3D打印機(jī)、相機(jī)和ADS-B接收器等。使用樹莓派來控制和監(jiān)控外接設(shè)備意味著你不必一直開著電腦，沒有噪音，功耗也更低。
樹莓派最基礎(chǔ)的是一塊電路板，但要讓它運(yùn)行起來，還需要一些額外的東西。
一張microSD卡：至少16GB容量。
一個(gè)電源適配器：需要一個(gè)5V的充電器，并且如果是樹莓派4，還需一根USB-C口的充電線，其它型號則是micro-USB線。需要注意的是，對于樹莓派Zero、1、2來說，它的額定功率至少要2A，而樹莓派3至少2.5A，樹莓派4則需要3A。
帶HDMI的顯示器：樹莓派可以在無顯示器的情況下運(yùn)行，但對于初學(xué)者來說，使用顯示器是必不可少的。
HDMI線：為了連接顯示器，但根據(jù)不同的型號，接口不同，比如樹莓派Zero和4用的是microHDMI接口。
USB鍵盤和鼠標(biāo)
網(wǎng)線：樹莓派1、2需要網(wǎng)線進(jìn)行連接，但樹莓派Zero、3、4都支持無線連接，視型號而定。
在給樹莓派開機(jī)之前，你需要將樹莓派OS復(fù)制到microSD卡上，最簡單的方法是使用樹莓派鏡像，可以在官網(wǎng)上下載。
將microSD卡插入電腦并啟動樹莓派鏡像文件，選擇需要安裝的系統(tǒng)和你要安裝的SD卡，點(diǎn)擊“寫入”并等待。
將寫好的microSD卡插入到樹莓派中，然后打開電源。這時(shí)可以看到紅色LED燈亮起，然后可以在屏幕的左上角看到一個(gè)樹莓圖案，幾秒鐘后就可以進(jìn)入到桌面。
由于是第一次啟動，你將看到歡迎界面和引導(dǎo)程序，它將引導(dǎo)你完成以下設(shè)置：選擇國家、語言和時(shí)區(qū)，然后設(shè)置密碼、連接網(wǎng)絡(luò)。
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