Raspberry Pi¶

Raspberry Pi — это серия одноплатных компьютеров (single-board computers, SBC) и микроконтроллеров, разработанных британским фондом Raspberry Pi Foundation. Устройства предназначены для обучения основам программирования и компьютерной грамотности, а также для использования в любительских проектах, промышленной автоматизации и встраиваемых системах. Ключевой особенностью Raspberry Pi является сочетание низкой цены, компактных размеров и достаточной для многих задач производительности при полной функциональности компьютера на одной плате.

¶История

¶Предпосылки создания

К концу 2000-х годов наблюдалось снижение интереса молодёжи к изучению информатики и программирования. Сложные и дорогие персональные компьютеры, ориентированные на потребление контента, вытеснили простые и доступные учебные машины 1980-х годов (например, BBC Micro, Commodore 64). Эбен Аптон, Роберт Маллинс, Джек Лэнг и Алан Майкрофт, работавшие в лаборатории компьютерных наук Кембриджского университета, заметили, что студенты приходят на курсы с недостаточным уровнем подготовки. Для исправления ситуации они решили создать недорогой, программируемый компьютер, который мог бы вдохновить новое поколение на изучение технологий.

¶Разработка и запуск

Проект получил название Raspberry Pi (от «Raspberry» — малина, как дань традиции называть компьютеры в честь фруктов, и «Pi» — от Python, основного языка программирования). Первая модель, Raspberry Pi Model B, была выпущена в 2012 году. Устройство стоимостью около 35 долларов США мгновенно стало популярным: за первый день было продано более 100 000 единиц. Успех превзошёл все ожидания основателей, которые планировали выпустить всего несколько тысяч плат.

¶Развитие линейки

С 2012 года фонд Raspberry Pi Foundation выпустил несколько поколений устройств, каждое из которых отличалось повышенной производительностью, увеличенным объёмом оперативной памяти и новыми интерфейсами. В 2014 году вышла Raspberry Pi Model B+ с увеличенным количеством портов GPIO, а в 2015 году — Raspberry Pi 2, оснащённый четырёхъядерным процессором. Raspberry Pi 3 (2016 год) добавил встроенный модуль Wi-Fi и Bluetooth. Raspberry Pi 4 (2019 год) стал значительным шагом вперёд: он получил до 8 ГБ ОЗУ, два порта micro-HDMI для поддержки двух мониторов и порт USB-C для питания. В 2023 году была представлена Raspberry Pi 5, которая обеспечила двукратное увеличение производительности по сравнению с предшественником.

Параллельно с основной линейкой выпускались упрощённые и удешевлённые версии (Raspberry Pi Zero, Raspberry Pi Zero W) и микроконтроллерные платы (Raspberry Pi Pico).

¶Устройство и характеристики

¶Аппаратная платформа

Все модели Raspberry Pi построены на базе процессоров архитектуры ARM (Broadcom). Плата включает в себя:

• Центральный процессор (CPU) — однокристальная система (SoC) с интегрированным графическим ядром (GPU). Производительность процессора варьируется от одноядерного 700 МГц в первой модели до четырёхъядерного 2,4 ГГц в Raspberry Pi 5.
• Оперативная память (RAM) — от 256 МБ (Model A) до 16 ГБ (Raspberry Pi 5). Память распаяна на плате и не подлежит замене.
• Графический процессор (GPU) — VideoCore IV (в ранних моделях) или VideoCore VII (в Raspberry Pi 5). Обеспечивает аппаратное ускорение видео и вывод изображения через HDMI.
• Накопитель — отсутствует встроенный SSD или HDD. Загрузка операционной системы и хранение данных осуществляются с карты памяти microSD. Начиная с Raspberry Pi 3, поддерживается загрузка с USB-накопителя.

¶Порты и интерфейсы

Набор портов зависит от модели, но типичная конфигурация включает:

• GPIO (General-Purpose Input/Output) — 40-контактная колодка (начиная с Model B+), позволяющая подключать датчики, светодиоды, моторы и другие внешние устройства.
• HDMI — стандартный (в ранних моделях) или micro-HDMI (в Raspberry Pi 4/5).
• USB — от 1 (Model A) до 4 (Model B) портов USB 2.0/3.0.
• Ethernet — порт 10/100/1000 Мбит/с (на моделях B).
• Wi-Fi и Bluetooth — встроены начиная с Raspberry Pi 3 (802.11 b/g/n/ac, Bluetooth 5.0/5.2).
• CSI (Camera Serial Interface) — для подключения камеры.
• DSI (Display Serial Interface) — для подключения дисплея.
• Аудиовыход — 3,5 мм разъём (на некоторых моделях) или через HDMI.

¶Питание и энергопотребление

Raspberry Pi питается от источника постоянного тока через порт micro-USB (до Raspberry Pi 4) или USB-C (Raspberry Pi 4/5). Потребляемая мощность составляет от 1,5 Вт (Raspberry Pi Zero) до 15-25 Вт (Raspberry Pi 5 под нагрузкой). Для работы требуется стабилизированный блок питания напряжением 5 В.

¶Программное обеспечение

¶Операционные системы

Основной и официально поддерживаемой операционной системой для Raspberry Pi является Raspberry Pi OS (ранее Raspbian) — дистрибутив Linux на базе Debian, оптимизированный под архитектуру ARM. Он включает в себя предустановленный набор программ для обучения программированию (Python, Scratch, LibreOffice) и работы с GPIO.

Кроме того, на Raspberry Pi могут быть установлены:

• Ubuntu (официальная поддержка для Raspberry Pi 2 и новее).
• Windows 10/11 IoT Core — урезанная версия Windows для встраиваемых систем.
• LibreELEC / OSMC — медиацентры на базе Kodi.
• RetroPie — эмулятор ретро-игровых консолей.
• RISC OS — оригинальная операционная система для ARM.

¶Средства разработки

Главным языком программирования для Raspberry Pi является Python. В состав Raspberry Pi OS входит среда разработки Thonny и библиотеки для работы с GPIO (RPi.GPIO, gpiozero). Также поддерживаются C/C++, Java, JavaScript, Scratch и другие языки.

¶Применение

¶Образование

Основное назначение Raspberry Pi — обучение. Устройство широко используется в школах, кружках робототехники и университетах для изучения:

• Основ программирования (Python, Scratch).
• Электроники и схемотехники (подключение датчиков, светодиодов, моторов).
• Операционных систем и сетей.
• Робототехники (в сочетании с наборами типа LEGO Mindstorms или собственных конструкций).

¶Домашние и любительские проекты

Благодаря низкой цене и гибкости Raspberry Pi стал популярен среди энтузиастов для создания:

• Медиацентров (Kodi, Plex).
• Ретро-игровых консолей (RetroPie, Lakka).
• Серверов (веб-сервер, файловый сервер, VPN-сервер, сервер для умного дома).
• Систем домашней автоматизации (Home Assistant, OpenHAB).
• Метеостанций и устройств интернета вещей (IoT).
• Цифровых рамок и информационных панелей.

¶Промышленность и встраиваемые системы

Raspberry Pi находит применение в коммерческих продуктах и промышленности:

• Цифровые вывески и киоски (цифровые меню, информационные табло).
• Промышленные контроллеры (благодаря наличию GPIO и поддержке реального времени).
• Системы видеонаблюдения (MotionEyeOS).
• Тонкие клиенты и рабочие станции.
• Автоматизация производства (сбор данных с датчиков, управление станками).

¶Научные исследования

Raspberry Pi используется в научных проектах, где требуется недорогой и компактный компьютер:

• Астрономия (управление телескопами, обработка изображений).
• Биология (автоматизация лабораторных экспериментов, сбор данных с датчиков).
• Метеорология (создание автономных станций мониторинга).
• Космические проекты (например, отправка Raspberry Pi на МКС для образовательных экспериментов).

¶Модельный ряд

На момент 2024 года основными моделями являются:

¶Критика и ограничения

Несмотря на популярность, Raspberry Pi имеет ряд недостатков:

• Зависимость от карт памяти microSD — карты памяти имеют ограниченный ресурс по количеству циклов записи и могут выходить из строя при интенсивном использовании. Для критичных приложений рекомендуется загрузка с SSD через USB.
• Ограниченная производительность GPU — по сравнению с современными настольными компьютерами и игровыми консолями, графическая подсистема Raspberry Pi слаба и не подходит для современных игр или сложной обработки видео.
• Отсутствие встроенного накопителя — все данные хранятся на внешней карте памяти или USB-накопителе, что увеличивает задержки.
• Проблемы с поставками — в 2021-2023 годах наблюдался дефицит Raspberry Pi из-за глобального кризиса полупроводников, что привело к росту цен на вторичном рынке.
• Не является полноценной заменой ПК — для офисной работы, веб-сёрфинга и просмотра видео Raspberry Pi 4/5 достаточен, но для ресурсоёмких задач (видеомонтаж, 3D-моделирование, современные игры) он не подходит.

¶Интересные факты

• Название «Raspberry Pi» было выбрано как отсылка к традиции называть компьютеры в честь фруктов (яблоко, ананас, клубника) и к языку программирования Python (Pi).
• Первая партия Raspberry Pi была произведена в Китае, но с 2014 года часть устройств собирается в Великобритании (в Уэльсе).
• В 2012 году Raspberry Pi Foundation получил награду «Лучший британский инновационный продукт» от журнала «The Engineer».
• Raspberry Pi используется в качестве бортового компьютера на Международной космической станции (МКС) для образовательных экспериментов.
• В 2023 году было продано более 10 миллионов единиц Raspberry Pi 4, что сделало его самой популярной моделью в истории.

¶Источники

1. Официальный сайт Raspberry Pi Foundation (raspberrypi.com).
2. Документация Raspberry Pi OS и аппаратных спецификаций.
3. Статья «Raspberry Pi: история создания и развития» на сайте Habr.com.
4. Обзор Raspberry Pi 5 на портале Tom's Hardware.
5. Книга «Raspberry Pi User Guide» (Eben Upton, Gareth Halfacree).
6. Статистика продаж и модельный ряд на сайте Wikipedia (английская версия).