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嵌入式計算機系統無處不在。如果你去過一家超級市場，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用計算機系統，通常被描述為較大機器或系統中的單個系統。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。它們用于車輛，交互式信息亭機，工廠自動化生產線，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題。
嵌入式計算機主要有兩種類型，即SoC（片上系統）嵌入式PC，其中CPU，GPU，芯片組和I ／ O構建在單個硅基板上。另一方面，插槽式嵌入式計算機是將諸如帶有專用PCH和GPU的CPU等組件安裝到主板上以提高性能。
對于簡單的入門級工作負載，SoC往往功耗較低。盡管如此，SoC和Socket PC都是為特定工業工作負載而設計的，例如工業自動化和控制，自動駕駛汽車，物聯網網關，醫學影像，自助服務終端機，智能自動售貨機和數字標牌。
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境中，例如室外數字標牌和雜物重的工廠車間。因此，他們必須能夠應對這種挑戰性環境中的部署。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，灰塵，濕度和極端溫度。
嵌入式計算機可以部署在室內，在室溫環境中以及在極端溫度條件下的室外環境中使用，例如溫度達到－40?C的低溫環境以及在高溫下達到85?C的高溫環境。
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，通常稱為處理器。CPU負責執行計算機的計算任務。選擇解決方案時，應考慮所需的處理能力。如果希望系統執行入門級工作負載，則可以選擇低功耗，的SoC解決方案，例如Intel?Celeron?J1900，它具有執行簡單工作負載的功能。但是，如果您希望系統執行復雜的工業工作負載，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處理器對其進行配置。也就是說，無論您選擇使用SoC解決方案還是套接字解決方案，兩者都可以被被動冷卻，從而創建了一個堅固的系統，可以在具有挑戰性的環境中進行部署。
另外，值得注意的是，OEM廠商通常會跳過處理器，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），機器學習（ML）和深度學習（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非常適合自動駕駛汽車，醫學成像，基于視覺的質量保證以及其他各種圖形密集型任務。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時處理關鍵任務數據。
B． VPU（視覺處理單元）
此外，可以將VPU添加到嵌入式計算機中，以加速機器視覺，機器學習，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通過承擔通常由處理器執行的工作負載并在視覺處理單元（VPU）本身上執行工作，而同時使用的功耗要少于GPU來執行同一任務所需的功耗。邊緣計算和更多的機器智能推動了對近數據性能加速器的需求。
C． FPGA（現場可編程門陣列）
FPGA（現場可編程門陣列）是可以根據需要進行編程的集成電路。由于FPGA具有加速AI，ML（機器學習）和DL（深度學習）工作負載的能力，因此通常被添加到嵌入式計算機中。而且，它們提供的性能優于GPU，從而顯著加速了組織的整個AI工作流程，而功耗卻低于GPU。由于FPGA具有針對各種市場的可編程特性，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，通過消除存儲到處理器的瓶頸，CSD可以顯著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）用于存儲系統需要快速訪問的數據。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，它就會變得越快，響應越快。另外，添加到系統的RAM越多，同時運行多個應用程序時系統的性能越好。
具有更多RAM的設備速度更快，因為它們可以更快地訪問信息，因此花費更少的時間來嘗試從硬盤驅動器或固態驅動器中查找信息。也就是說，RAM是易失性的內存類型，這意味著它在每次關閉系統時都會重置，從而清除曾經加載到其上的數據。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
嵌入式系統中常見的第三個組件是存儲。嵌入式系統必須能夠存儲數據。因此，通常使用HDD（硬盤驅動器），SSD（固態驅動器）或M．2 NVMe SSD對其進行配置。NVMe SSD是配置嵌入式計算機的快類型的存儲設備，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，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，這使它們的讀寫數據比傳統的硬盤快得多。
但是，某些客戶仍在使用硬盤驅動器，因為它們以誘人的價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使用硬盤驅動器來實現此目的。SSD的尺寸已經增加；但是，硬盤仍以競爭力的價格提供的存儲容量。
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，舊技術，其他設備和傳感器以及互聯網。特別是對于工業4.0，許多嵌入式計算機可以管理和合并來自舊設備和數字設備的工作負載，以提高運營效率。
嵌入式系統上常見的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行配置。也就是說，無論您選擇低功耗處理器還是高性能處理器，嵌入式PC都會通過使用散熱器進行被動冷卻。散熱器將熱量從內部發熱組件散布到外殼上，從而將熱量散發到PC周圍的環境中。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，如果您需要一臺能夠處理諸如AI，推理分析或深度學習之類的復雜工作負載的PC，則可能必須配置一個包含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，它們會產生大量熱量。因此，沒有某種類型的主動冷卻功能就無法冷卻GPU，通常必須對其進行主動風冷以使其正常運行。
因此，配置有GPU的系統并非完全無風扇。CPU可能仍會無風扇冷卻，但是GPU將需要主動風冷，這意味著系統將不會完全無風扇。也就是說，帶有GPU的系統仍然經過嚴格設計，可以與完全無風扇的系統部署在某些相同的環境中。