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嵌入式計算機系統無(wú)處不在。如果你去過(guò)一家超級市場(chǎng)，并且注意到墻上有售貨亭機，那么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(guān)嵌入式PC和計算機所需的一切知識。

什么是嵌入式計算機？

嵌入式計算機是一種專(zhuān)用計算機系統，通常被描述為較大機器或系統中的單個(gè)系統。嵌入式計算機用于運行特定的應用程序以執行預定的功能。嵌入式計算系統與普通的消費者級臺式計算機具有許多相同的部分。這些部分包括CPU，GPU，RAM和存儲設備。但是，主要區別在于嵌入式系統利用工業(yè)級組件，這些組件可使系統承受惡劣的工作條件。

嵌入式PC隨處可見(jiàn)。它們用于車(chē)輛，交互式信息亭機，工廠(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，安全和監視系統以及許多其他設備中。那么，什么是嵌入式計算機，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(wèn)題。

嵌入式計算機主要有兩種類(lèi)型，即SoC（片上系統）嵌入式PC，其中CPU，GPU，芯片組和I ／ O構建在單個(gè)硅基板上。另一方面，插槽式嵌入式計算機是將諸如帶有專(zhuān)用PCH和GPU的CPU等組件安裝到主板上以提高性能。

對于簡(jiǎn)單的入門(mén)級工作負載，SoC往往功耗較低。盡管如此，SoC和Socket PC都是為特定工業(yè)工作負載而設計的，例如工業(yè)自動(dòng)化和控制，自動(dòng)駕駛汽車(chē)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，醫學(xué)影像，自助服務(wù)終端機，智能自動(dòng)售貨機和數字標牌。

通常，嵌入式計算機的設計和制造要嚴格，因為它們通常部署在惡劣的環(huán)境中，例如室外數字標牌和雜物重的工廠(chǎng)車(chē)間。因此，他們必須能夠應對這種挑戰性環(huán)境中的部署。因此，大多數堅固耐用的嵌入式PC的設計和制造都可以承受頻繁的沖擊，振動(dòng)，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(huán)境中以及在極端溫度條件下的室外環(huán)境中使用，例如溫度達到－40?C的低溫環(huán)境以及在高溫下達到85?C的高溫環(huán)境。

嵌入式計算機的主要組件是什么？

嵌入式PC使用以下組件制成：

1、CPU（處理器）

嵌入式計算機的主要組件是CPU，通常稱(chēng)為處理器。CPU負責執行計算機的計算任務(wù)。選擇解決方案時(shí)，應考慮所需的處理能力。如果希望系統執行入門(mén)級工作負載，則可以選擇低功耗，的SoC解決方案，例如Intel?Celeron?J1900，它具有執行簡(jiǎn)單工作負載的功能。但是，如果您希望系統執行復雜的工業(yè)工作負載，則應選擇一種插槽解決方案，因為通?？梢允褂霉δ軓姶蟮腎ntel?Core?i3，i5和i7處理器對其進(jìn)行配置。也就是說(shuō)，無(wú)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(dòng)冷卻，從而創(chuàng )建了一個(gè)堅固的系統，可以在具有挑戰性的環(huán)境中進(jìn)行部署。

另外，值得注意的是，OEM廠(chǎng)商通常會(huì )跳過(guò)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(huì )導致性能下降，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、助力邊緣的性能加速器

可以將某些性能加速器添加到嵌入式計算機中，以加速人工智能（AI），機器學(xué)習（ML）和深度學(xué)習（DL）工作負載。

A．GPU（圖形處理單元）

可以將GPU添加到嵌入式PC中，以加快某些應用程序的性能。例如，GPU能夠加速人工智能和機器學(xué)習工作負載，因為它們能夠處理和處理比CPU大得多的數據塊。此外，GPU在執行AI工作負載時(shí)比CPU效率高得多，因為它們具有比CPU多得多的內核，可以執行并行計算，而CPU非常適合順序計算。GPU非常適合自動(dòng)駕駛汽車(chē)，醫學(xué)成像，基于視覺(jué)的質(zhì)量保證以及其他各種圖形密集型任務(wù)。此外，由于部署在邊緣的嵌入式解決方案靠近數據生成源，因此部署在邊緣的嵌入式解決方案可以低延遲實(shí)時(shí)處理關(guān)鍵任務(wù)數據。

B． VPU（視覺(jué)處理單元）

此外，可以將VPU添加到嵌入式計算機中，以加速機器視覺(jué)，機器學(xué)習，面部和對象識別，AI應用程序以及高端圖像處理應用程序。VPU通過(guò)承擔通常由處理器執行的工作負載并在視覺(jué)處理單元（VPU）本身上執行工作，而同時(shí)使用的功耗要少于GPU來(lái)執行同一任務(wù)所需的功耗。邊緣計算和更多的機器智能推動(dòng)了對近數據性能加速器的需求。

C． FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)陣列）

FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)陣列）是可以根據需要進(jìn)行編程的集成電路。由于FPGA具有加速AI，ML（機器學(xué)習）和DL（深度學(xué)習）工作負載的能力，因此通常被添加到嵌入式計算機中。而且，它們提供的性能優(yōu)于GPU，從而顯著(zhù)加速了組織的整個(gè)AI工作流程，而功耗卻低于GPU。由于FPGA具有針對各種市場(chǎng)的可編程特性，因此在計算系統中特別受益。

D． NVMe計算存儲設備（CSD）

此外，可以將NVMe計算存儲添加到嵌入式系統中，以加速某些工作負載。通過(guò)計算存儲，可以在存儲設備級別處理數據。這減少了必須在存儲設備和計算平面之間傳輸的數據量。這樣，通過(guò)消除存儲到處理器的瓶頸，CSD可以顯著(zhù)增加數據密集型工作負載，而不是計算密集型。

3、RAM –系統內存

RAM也是大多數嵌入式計算機的重要組成部分。RAM（隨機存取存儲器的縮寫(xiě)）用于存儲系統需要快速訪(fǎng)問(wèn)的數據。將數據加載到RAM后，計算機可以從中快速檢索所需的信息。使用RAM是因為它比SSD和其他存儲設備要快得多。通常，添加到設備的RAM越多，它就會(huì )變得越快，響應越快。另外，添加到系統的RAM越多，同時(shí)運行多個(gè)應用程序時(shí)系統的性能越好。

具有更多RAM的設備速度更快，因為它們可以更快地訪(fǎng)問(wèn)信息，因此花費更少的時(shí)間來(lái)嘗試從硬盤(pán)驅動(dòng)器或固態(tài)驅動(dòng)器中查找信息。也就是說(shuō)，RAM是易失性的內存類(lèi)型，這意味著(zhù)它在每次關(guān)閉系統時(shí)都會(huì )重置，從而清除曾經(jīng)加載到其上的數據。這是SSD ＋ HDD和RAM內存之間的主要區別。SSD和HDD提供長(cháng)期的數據存儲，而RAM提供短期的數據存儲。

4、儲存

嵌入式系統中常見(jiàn)的第三個(gè)組件是存儲。嵌入式系統必須能夠存儲數據。因此，通常使用HDD（硬盤(pán)驅動(dòng)器），SSD（固態(tài)驅動(dòng)器）或M．2 NVMe SSD對其進(jìn)行配置。NVMe SSD是配置嵌入式計算機的快類(lèi)型的存儲設備，可提供高達3500 MB ／ s的數據讀取速度和高達2500 MB ／ s的讀取速度。

也就是說(shuō)，系統仍可以配置有SSD和HDD。常規SSD比NVMe選件便宜，并且往往具有更大的存儲量，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，因為它們將數據存儲在NAND芯片上，這使它們的讀寫(xiě)數據比傳統的硬盤(pán)快得多。

但是，某些客戶(hù)仍在使用硬盤(pán)驅動(dòng)器，因為它們以誘人的價(jià)格提供了大量的數據存儲。因此，對于希望在嵌入式設備上存儲大量數據的組織，硬盤(pán)仍然有意義，因為它們是的設備存儲形式。因此，需要數據存儲量的組織只能通過(guò)使用硬盤(pán)驅動(dòng)器來(lái)實(shí)現此目的。SSD的尺寸已經(jīng)增加；但是，硬盤(pán)仍以競爭力的價(jià)格提供的存儲容量。

5、I ／ O端口

嵌入式計算機具有豐富的I ／ O端口，允許系統連接到新技術(shù)，舊技術(shù)，其他設備和傳感器以及互聯(lián)網(wǎng)。特別是對于工業(yè)4.0，許多嵌入式計算機可以管理和合并來(lái)自舊設備和數字設備的工作負載，以提高運營(yíng)效率。

嵌入式系統上常見(jiàn)的I ／ O端口包括：

USB Type－A端口

雙RJ45 LAN端口

串行COM端口

音頻輸出／音頻輸入端口

HDMI，DP和DVI端口

GPIO（通用輸入／輸出）端口

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(jìn)行配置。也就是說(shuō)，無(wú)論您選擇低功耗處理器還是高性能處理器，嵌入式PC都會(huì )通過(guò)使用散熱器進(jìn)行被動(dòng)冷卻。散熱器將熱量從內部發(fā)熱組件散布到外殼上，從而將熱量散發(fā)到PC周?chē)沫h(huán)境中。堅固耐用的嵌入式PC的外部隔層具有鰭片，這些鰭片增加了設備的表面積，從而增強了系統的散熱能力。

也就是說(shuō)，如果您需要一臺能夠處理諸如AI，推理分析或深度學(xué)習之類(lèi)的復雜工作負載的PC，則可能必須配置一個(gè)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(huì )產(chǎn)生大量熱量。因此，沒(méi)有某種類(lèi)型的主動(dòng)冷卻功能就無(wú)法冷卻GPU，通常必須對其進(jìn)行主動(dòng)風(fēng)冷以使其正常運行。

因此，配置有GPU的系統并非完全無(wú)風(fēng)扇。CPU可能仍會(huì )無(wú)風(fēng)扇冷卻，但是GPU將需要主動(dòng)風(fēng)冷，這意味著(zhù)系統將不會(huì )完全無(wú)風(fēng)扇。也就是說(shuō)，帶有GPU的系統仍然經(jīng)過(guò)嚴格設計，可以與完全無(wú)風(fēng)扇的系統部署在某些相同的環(huán)境中。