رزبری پای (Raspberry Pi) چیست؟

رزبری پای چیست؟ در اولین مطلب از سری آموزشی کاربردهای Raspberry Pi و نحوه پیکربندی و استفاده از آن، ابتدا بیشتر با خود این وسیله آشنا می‌شویم.

رزبری پای نامی است که روی یک مجموعه متشکل از چندین کامپیوتر تک بورد، قرار داده شده است. این کامپیوترهای کوچک در کشور انگلستان و به دست بنیاد Raspberry Pi توسعه پیدا کردند. هدف اولیه، استفاده از این کامپیوترهای کوچک برای افزایش سواد دانش آموزان در حوزه علوم کامپیوتر در مدارس انگلستان بود، اما امروز شاهد استفاده از رزبری پای در سرتاسر دنیا، برای بی‌شمار هدف مختلف هستیم.

کمی از تاریخچه رزبری پای

حتی اولین مدلی که این بنیاد عرضه کرد، بسیار بیشتر از آن چه تصور می‌شد به محبوبیت دست پیدا کرد و خارج از بازار اولیه در نظر گرفته شده به فروش رسید. از همان زمان عرضه اولین مدل، افراد، گروه‌ها و شرکت‌های مختلفی خارج از بحث آموزشی و در حوزه‌هایی همچون روباتیک از رزبری پای استفاده کردند. این وسیله فاقد دستگاه‌های جانبی همچون ماوس و کیبورد بوده و کیسی برای آن وجود ندارد. با این حال، در برخی مجموعه‌‌ها که به صورت رسمی یا غیر رسمی توسعه پیدا کرده‌اند، برخی لوازم جانبی نیز گنجانده شده‌اند.

سازمان پشت Raspberry Pi از دو بازو تشکیل می‌شود. دو مدل ابتدایی این وسیله توسط بنیاد رزبری پای (Raspberry Pi Foundation) توسعه یافتند. بعد از عرضه مدل B، این بنیاد نام تجاری Raspberry Pi را به ثبت رساند و یک مدیر عامل برای شرکت در نظر گرفت تا توسعه سومین مدل یعنی +B تحت نظارت آن صورت بگیرد. اکنون شرکت Raspberry Pi Trading مسئول توسعه فناوری است و بنیاد، به عنوان یک خیریه در راستای افزایش سواد در حوزه علوم کامپیوتر در مدارس، فعالیت می‌کند.

بر اساس اعلام بنیاد، تا ابتدای سال 2015 نزدیک به 5 میلیون رزبری پای به فروش رسیده است، به همین دلیل باید آن را پرفروش‌ترین کامپیوتر انگلیسی دانست! تا انتهای سال 2016، این تعداد به 11 میلیون دستگاه رسید. دست یافتن به آمار فروش 12 و نیم میلیونی تا سومین ماه سال 2017 سبب شد رزبری پای در فهرست پرفروش‌ترین کامپیوترهای همه منظوره، در رده سوم قرار بگیرد. تا نیمه همین سال، تعداد دستگاه‌های فروخته شده به 15 میلیون رسید. یک سال بعد، رکورد فروش 19 میلیون دستگاه به ثبت رسید. گفتنی است بیشتر رزبری‌ پای‌ها، در کارخانه‌های سونی در کشور ولز ساخته می‌شوند.

آشنایی با نسل‌های مختلف رزبری پای

تاکنون چندین نسل از این وسیله عرضه شده است. تمامی مدل‌ها از یک تراشه (SoC) ساخت شرکت برادکام بهره می‌برند. در تراشه اصلی Raspberry Pi یک پردازنده مبتنی بر معماری ARM به همراه یک پردازشگر گرافیکی وجود دارد. در گوشی های هوشمند نیز مغز متفکر دستگاه یک SoC است که از پردازنده و پردازشگر گرافیکی تشکیل می‌شود.

در رزبری پای 3 مدل +B، سرعت پردازنده در محدود‌ه‌ای بین 700 مگاهرتز تا 1.4 گیگاهرتز قرار دارد. همچنین حافظه اصلی آنبورد نیز بین 256 مگابایت تا 11 گیگابایت متغیر است. به منظور سوار کردن سیستم عامل و فراهم کردن فضایی برای نصب اپلیکیشن‌ها در کنار ذخیره داده، درگاه کارت میکرو اس دی روی رزبری پای در نظر گرفته می‌شود. بسته به مدل خریداری شده، بین یک تا چهار درگاه یو اس بی در اختیار کاربر قرار می‌گیرد.

به منظور گرفتن خروجی روی نمایشگر، می‌توان از کامپوزیت ویدیو یا اچ دی ام آی بهره برد. دریافت صوت از طریق درگاه جک صوتی 3.5 میلی‌متری امکان‌پذیر خواهد بود. خروجی‌های سطح پایین‌تر از طریق پین‌های GPIO فراهم می‌شوند. GPIO به پین‌های همه منظوره ورودی / خروجی اشاره دارد که روی یک مدار یکپارچه برای دریافت و ارسال سیگنال‌ مورد استفاده قرار می‌گیرند. نحوه رفتار آن‌ها، همچون کار کردن به عنوان یک ورودی یا خروجی، به صورت ران تایم (حین اجرا بودن یک برنامه روی رزبری پای) توسط کاربر قابل تنظیم است.

در مدل‌های B رزبری پای 1 تا 3، پورت اترنت 8P8C در نظر گرفته شده است. با توجه به نیاز مبرم کاربران به منظور وصل کردن گجت ساخته شده با استفاده از رزبری پای به اینترنت، مدل‌های فاقد درگاه اترنت کمتر کاربرد دارند. در هر سه مدل رزبری پای 3 و همچنین مدل W رزبری پای 2 اتصال بی سیم به اینترنت از طریق قرار دادن کارت شبکه وایرلس دارای پشتیبانی از استاندارد Wi-Fi 802.11n فراهم شد. در این مدل‌ها، چیپ بلوتوث نیز وجود دارد.

اولین نسل Raspberry Pi یعنی رزبری پای 1 مدل B در سال 2012 عرضه شد. یک سال بعد، شاعد عرضه مدل ساده‌تر و ارزان‌تر A بودیم. در سال 2014، بوردی مجهز به طراحی بهبود یافته تحت عنوان مدل +B عرضه شد. این مدارها در حد و اندازه یک کار اعتباری بودند. مدل +A از سری رزبری پای 1 نیز در همان سال 2014 عرضه شد. عرضه دومین سری یعنی Raspberry Pi 2 که اصلی‌ترین تفاوت آن افزایش حافظه اصلی (RAM) بود، در سال 2015 اتفاق افتاد. در انتهای همین سال، برای افزایش فروش، اولین مدل سری Raspberry Pi Zero با درگا‌ه‌های ورودی و خروجی و همچین پین‌های GPIO کمتر، به قیمت 5 دلار عرضه شد.

اوایل سال 2017 شاهد عرضه Raspberry Pi Zero W بودیم. مجهز شدن آن به اتصال‌های وای فای و بلوتوث، خبر بسیار خوبی برای کاربران تلقی می‌شد. این محصول تنها 10 دلار قیمت داشت. اولین مدل سری بعدی یعنی رزبری پای 3 مدل B پیش از آن عرضه شده بود. استفاده از پردازنده‌ای چهار هسته‌ای با سرعت 1.2 گیگاهرتز، مجهز شدن به چیپ وای فای و بلوتوث و پشتیبانی از قابلیت بوت از طریق دستگاه‌های متصل به درگاه یو اس بی، از جمله مهم‌ترین مزیت‌های آن محسوب می‌شدند. دو سال بعد نوبت به عرضه مدل +B از همین سری رسید. افزایش سرعت هسته‌های پردازنده به 1.4 گیگاهرتز و پشتیبانی از گیگابایت اترنت مزایای آن به شمار می‌رفتند. این مرتبه علاوه بر قابلیت بوت کردن از طریق درگاه یو اس بی، امکان انجام این کار از طریق شبکه نیز میسر شد!

سخت افزار رزبری پای

رزبری پای از نظر سخت افزار، نسل به نسل بهبود پیدا کرد. به عنوان نمونه ظرفیت حافظه اصلی آن افزایش یافت یا نحوه پشتیبانی از دستگاه‌های ورودی و خروجی وضعیت بهتری به خود گرفت. در این بوردها، آداپتور اترنت از داخل به یک درگاه یو اس بی اضافی متصل است. درگاه‌های یو اس بی به صورت مستقیم به تراشه وصل می‌شوند.

تراشه

در اولین نسل، تراشه BCM2835 برادکام به کار رفت. درون آن، پردازنده 76JZF-S با سرعت 700 مگاهرتز وجود داشت. VideoCore IV نقش پردازشگر گرافیکی چیپست را ایفا می‌کرد. میزان حافظه سطح اول (L1) و سطح دوم (L2) کش پردازنده به ترتیب 16 کیلوبایت و 128 کیلوبایت بود. حافظه کش سطح دوم بیشتر در اختیار پردازشگر گرافیکی بود. در اولین نسل، تراشه زیر چیپ رم قرار داشت، به همین دلیل فقط گوشه‌هایی از آن قابل رویت بود. گفتنی است پردازنده به کار رفته در اولین نسل رزبری پای، همان تراشه‌ای است که در اولین گوشی آیفون (عرضه در سال 2007) به کار رفت، هر چند اپل از ورژنی با سرعت بیشتر استفاده کرده بود. همچنین در اولین گوشی آیفون، در کنار این پردازنده، یک پردازشگر گرافیکی قوی‌تر وجود داشت.

مدل V1.1 رزبری پای 2 از تراشه برادکام BCM2836 مجهز به پردازنده‌ای 32 بیتی و چهار هسته‌ای با سرعت 900 مگاهرتز استفاده می‌کرد. برخلاف هسته‌های ARM11 به کار رفته در نسل اول، این مرتبه از هسته‌های Cortex-A7 در پردازنده استفاده شده بود. دو برابر شدن سطح دوم حافظه کش و رسیدنش به 256 کیلوبایت نیز بهبودی مهم تلقی می‌شد. در مدل V1.2 رزبری پای 2 از تراشه BCM2837 مجهز به پردازنده‌ای 64 بیتی و چهار هسته‌ای از نوع Cortex-A53 با سرعت 1.2 گیگاهرتز استفاده شد. رزبری پای 3 مدل V1.1 از همین تراشه با سرعت پردازنده کمتر (900 مگاهرتز) قدرت گرفت. Raspberry Pi 3 از تراشه برادکام BCM2837B0 استفاده می‌کند. این تراشه از پردازنده‌ای 64 بیتی و چهار هسته‌ای با سرعت 1.4 کیگاهرتز بهره برده و ظرفیت سطح دوم حافظه کش در آن به 512 کیلوبایت رسید.

سیستم عامل رزبری پای

بنیاد رزبری پای، Raspbian را به عنوان توزیعی از لینوکس دبیان برای دانلود در اختیار کاربران قرار داد. نسخه‌ای از اوبونتو، ویندوز 10 ورژن IOT و RISC OS نیز بعدها برای استفاده روی رزبری پای‌ها عرضه شدند. بنیاد رزبری پای، Python و Scratch را به عنوان دو زبان برنامه نویسی اصلی کامپیوترهای کوچک خود معرفی کرد، هر چند پشتیبانی از سایر زبان‌های برنامه نویسی نیز در نظر گرفته شده است. کدهای سفت افزار پیش‌فرض، متن باز نبوده و در اختیار عموم قرار ندارد، هر چند نسخه‌ای غیر رسمی از آن به صورت اپن سورس موجود است.