如果您曾經使用過 Raspberry Pi、Jetson Nano 或任何其他單板電腦 (SBC)，您就會知道這些緊湊型主機板的實用性。它們可以為物聯網設備供電、執行小型伺服器，甚至控制機器人。
但其背後究竟發生了什麼事？作為開發人員，了解 SBC 硬體的結構（從 CPU、GPU 到記憶體、介面和電源系統）將大有裨益，這樣我們才能為實際專案做出更好的設計決策。
這篇文章以一種開發人員和工程師可以立即應用的方式分解了SBC 的核心硬體模組。
🧠 CPU：計算的核心
CPU（中央處理單元）執行指令並為您的專案定義效能上限。
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架構：大多數 SBC 使用 ARM（低功耗、行動友善）或 x86（桌面相容性）。
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核心： 2-4 個核心很常見，但高階主機板最多可達 8 個。核心越多 = 多工處理能力越強。
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權衡：更快的時脈速度 = 更多的熱量。嵌入式設計必須平衡兩者。
如果您想要更廣泛的背景知識，那麼有關 CPU 的維基百科條目是一個不錯的入門讀物。
🎨 GPU：不僅僅是圖形
現代 SBC 通常配備 GPU，其功能不僅僅是渲染 UI。
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影片加速：使用硬體解碼器實現流暢的 1080p 甚至 4K 播放。
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運算能力： CUDA、OpenCL 或 Vulkan 支援 AI 和電腦視覺。
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顯示輸出： HDMI、DisplayPort 或 MIPI-DSI（取決於板類型）。
如果您正在開發自助服務終端應用程式、機器人視覺或邊緣 AI，那麼 GPU 與 CPU 一樣重要。
💾 內存和存儲：為處理器提供資料
如果沒有快速內存，您的 CPU 和 GPU 就會停滯。
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RAM： DDR3、DDR4 或 LPDDR4 最常見。頻寬會影響多工處理。
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儲存選項：
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eMMC （適用於作業系統映像）
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SD 卡（便宜但壽命有限）
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NVMe SSD （高速，適合繁重的 I/O 工作負載）
對於在 SBC 上執行資料庫或 AI 推理的開發人員來說，NVMe 可以改變遊戲規則。
⚡ 電源和熱管理
很多 DIY 專案就是因為這個原因失敗的。 SBC 對電壓品質和熱量非常敏感。
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電源 IC：處理 CPU、RAM 和周邊設備的穩壓電壓軌。
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冷卻：輕負載時使用被動散熱器，高性能主機板時使用風扇。
👉專業提示：務必檢查電源規格。功率不足的 SBC 就像一個有缺陷的程式——毫無預警地崩潰。
🔌 介面：連結現實世界
這是讓開發人員興奮的部分——如何連接感測器、顯示器和周邊設備。
高速I/O
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用於相機和儲存的 USB 3.x
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用於 GPU、SSD 或加速器的 PCIe 通道
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乙太網路（1GbE 標準，某些主機板 >2.5GbE）
顯示和音訊
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顯示器的 HDMI/DP
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用於嵌入式 LCD 的 MIPI-DSI
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I²S 或音訊插孔用於聲音
低速I/O
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用於感測器的 I²C
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用於顯示器或快速週邊裝置的 SPI
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用於除錯的 UART
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用於繼電器、LED、開關的 GPIO
這種靈活性就是為什麼 SBC 隨處可見的原因——從 DIY 專案到工廠自動化。
📡 網路與無線
大多數 SBC 都具備網路就緒功能。
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Wi-Fi 5/6 = 物聯網專案的無線主幹網
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藍牙 (BLE) = 低能耗設備配對
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4G/5G 模組= 可選，可透過擴充實現遠端部署
如果您的用例需要穩定性（例如工業自動化），請盡可能使用有線乙太網路。
🔧 擴充選項
SBC 並非鎖定係統。您通常可以擴展它們：
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HAT（頂部附加硬體）：在 Raspberry Pi 專案中很流行。
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Mini PCIe / M.2 插槽：新增 SSD、LTE 資料機或加速器。
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SoM + 載板設定：用於將原型擴展到生產，同時保持計算模組穩定。
這種模組化方法是 SBC 對新創公司和業餘愛好者都具有吸引力的原因。
🔒 安全性和可靠性
在生產環境中，您不能忽視系統安全。
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安全啟動：停止未經驗證的韌體。
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看門狗定時器：如果電路板凍結則自動重置。
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ECC 記憶體：防止靜默資料損壞。
在工業、醫療保健或金融 SBC 應用中，這些都是不可協商的。
🛠️ 為什麼它對開發人員如此重要
當我們在 SBC 上編寫程式碼時，我們通常會考慮作業系統映像、函式庫和框架。但硬體決定了我們能夠將應用程式推向多遠。
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選擇具有 NEON 擴充功能的 ARM SBC 可以加快多媒體處理速度。
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使用 NVMe 儲存可減少邊緣資料庫中的延遲。
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將 AI 推理卸載到 GPU 可避免 CPU 瓶頸。
對於規劃嵌入式產品的開發人員來說，像embedded-sbc.com這樣的資源提供了可用 SBC 及其在現實環境中的規格的實用概述。
✅ 關鍵重點
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CPU/GPU定義運算能力。
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記憶體和儲存控制資料吞吐量。
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介面讓 SBC 可以與外界互動。
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電源和熱設計對於穩定性至關重要。
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擴充性和安全性可確保您的部署面向未來。
了解這些建置模組可以將 SBC 從「黑盒子」轉變為您可以在下一個專案中充分利用的工具。
最後的想法
SBC 不僅僅是「迷你電腦」。它們是精心設計的平台，將 CPU、GPU、記憶體、介面和安全功能融為一體。透過了解架構，開發人員可以在選擇合適的主機板、避免瓶頸以及編寫充分利用硬體的軟體方面獲得優勢。
下次您拿起 Pi、Jetson 或定制工業板時，您將確切地知道這些規格為何重要，以及它們將如何影響您的專案的成功。
原文出處：https://dev.to/dora_001/sbc-hardware-architecture-what-developers-need-to-know-33mj
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