Monoplaatarvuti

Monoplaatarvuti ehk plaatarvuti (inglise keeles single-board computer ehk SBC) on arvuti, mille kõik komponendid paiknevad ühel trükkplaadil. Sellel on olemas mikroprotsessor, arvutigraafika võimekus, sisend/väljund suhtlus, RAM ja muud funktsioonid sarnaselt tänaste personaalarvutitega. Plaatarvuti tähtis osa on ühe-kiibi-arvuti (SoC), mis tagab ühe integraallülitiga olulisemad arvuti funktsioonid (protsessori, ühendatavuse jm). Kuigi laienduspesi ei ole tavaliselt plaadil, siis mõned tootjad on täna ka need trükkplaadile mahutanud. 

Plaadil olevad ühendusliidesed võimaldavad suhtlust eri perifeeriaseadmetega: monitoride, USB-seadmete, kõlarite ning muuga. Tavaliselt kasutatakse oma andmete ja konfiguratsiooni salvestamiseks mikro-SD kaarti. Sisend/väljund loogikat saab teostada GPIO viikude kaudu. Toide antakse näiteks USB-kaabliga ja selle kaudu on tavaliselt võimalik ka andmevahetus arvutiga, mille külge kinnitatuna on võimalus laadida arvutile peale uusi programme.  Samuti on teatud plaatarvutite mudelitel olemas andmete edastuseks Wi-Fi ja Bluetooth võimekus. Ethernet ja stereoheli pesad võivad ka olla lisatud. 

Levinud operatsioonisüsteemid plaatarvutitel on Linux ja Android, mis mõlemad on vaba tarkvaralised ehk avatud lähtekoodiga. Nimetatud asjaolu tagab avatuma riist- ja tarkvara, mida saab muuta vastavalt tegevusele.  

 Ajalugu 
pisi|Maailma esimene plaatarvuti MMD-1.
Esimeseks plaatarvutiks saab lugeda masinat esialgse nimega “dyna-micro”, mille joonised avaldati ajakirjas Radio-Electronics aastal 1976. Samal aastal hakkas arvutitootja E&L Instruments seda looma ning pani sellele nimeks “Mini Micro Designer 1” (MMD-1). CPU kiirus oli 2 MHz, RAMi oli süsteemil 2 kB ning kasutajale 1 kuni 4 kB. Eesmärk oli luua programmeeritav mikrokontroller elektroonika toodete prototüüpimiseks.  Hiljem sai MMD-1 tuntuks kui esimene mikroarvuti, mis kasutas Intel 8080 arhitektuuri.    

Paljud 1980. aastate arvutid olid ehitatud kui plaatarvutid ning mõned tootjad julgustasid neile juurde jootma komponente. Samal kümnendil avaldus IBM PC tüüpi arvuti ning varsti liiguti eemale üheplaaditehnoloogiast ja selle populaarsus vähenes. Plaatarvutite puuduseks oli ebapiisav ühenduste võimekus. Lisaks mõjutas sellist liikumist monoplaatarvutitelt PC-tüüpi arvutitele PCI siini standardiks kujunemine ja kasutuselevõtt emaplaatidel seadmete ühendamiseks 1990. aastatel.

2000. aastate algul oli lisaks muudele ühendusstandarditele tekkinud ühtsem USB standard, mis vähendas perifeeriaseadmete ühendamiseks vajalike liideste arvu. Areng integrallülituste tootmises võimaldas uute võimsamate kiipide turule tulemist, mis järk-järgult lisasid väikesele ühe-kiibi-arvutile sarnase funktsionaalsuse nagu oli emaplaatidel. 2006. aastal ilmus trükkplaadil olev arvuti nimega Arduino, mis hiljem kujunes populaarseks platvormiks nutistu loomisel . 2012. aastal ilmus elektroonikamaailma plaatarvuti Raspberry Pi, mis oli ehitatud ümber Broadcom SoC-i. 12 aastat turul olnud Raspberry Pi seadmeid on müüdud 2024. aastaks 61 miljonit. 

Tänased odavamad mudelid on kuni paarkümmend eurot, keerulisemate süsteemide hinnad paarsada eurot. 

 Kasutus 

Plaatarvutite paindlikkuse, väiksuse ja odavuse tõttu rakendatakse neid erinevates valdkondades: arendus- ja õppetöös, nutistus, tööstuses, sõjanduses, turvasüsteemides, süvamere- ja kosmoseprojektides ning mujal. Nende kasutamine õppides või töötades arendab programmeerimisoskust ning on oluline sisend ka robootikale. Viimases kasutatakse neid näiteks arvutinägemise, juhtimis-, kontroll- ja jälgimismehhanismide loomiseks.  Ühe osana terviklikkust süsteemist on monoplaatarvuti võimeline sensorite abil keskkonnast saadud andmeid omandama, haldama ja analüüsima ning nende alusel otsustama või muutma midagi efektiivsemaks.  

NASA on testinud Maa-lähedase orbiidi kiirgustasemete juures radiatsiooni mõju plaatarvutitele, mis on oma suuruse ning arvutusjõudluse poolest atraktiivsed vahendid kosmosemissioonideks. Sagedane esinenud häire oli RAMi bitimuutus (ingl RAM bit flip) või süsteemitõrked.  Samas on võimalik monoplaatarvuteid kiirguse eest kaitsta ning seetõttu on need olnud üle kümne aasta kasutuses kosmoseprogrammides.   

Monoplaatarvuteid saab valida suuruse, ühenduste, miinimum- ja maksimumtemperatuuri ning teiste parameetrite alusel. Need võimaldavad luua süsteeme, mis taluvad ränki keskkonnamõjusid. Veel on plaatarvutid kasutusel manussüsteemides, kus hinnatakse nende töökindlust.  

 Standardid 
Plaatarvutite ühildatavust on võimalik tagada kasutades mõõtmeid ehk suurustegurit (ingl form factor). 
+Plaatarvutite suurusstandardidSuurustegurMõõtmed (mm)Pindala (mm2)EBX203x14629638Mini-ITX170x17028900EPIC165x114188103,5-tolline146x10214892Nano-ITX120x12014400PC10496x608640Pico-ITX100x727200Femto-ITX84x554620
Femto-ITX on umbes pangakaardi suurune. Suuremate plaatarvutite kõrval valmistatakse ka väiksemaid Pico või Nano versioone.

 Näiteid 
Raspberry Pi
pisi|150x150px|Alt vasakult paremale Raspberry Pi 1, Pi 5 (85 x 56 mm), Zero 2 ja Pico (51 x 21 mm) mudelid. Suurem klaviatuuriga süsteem on Pi 400.
Tõenäoliselt kõige tuntum plaatarvuti on 2012 loodud Raspberry Pi, mida võib kohata erinevates valdkondades. Need on suhteliselt odavad, madala voolutarbega ja suure kasutajatoega. Tugevale veebitoele aitavad kaasa lisaks ametlikele juhenditele kasutajad. Esimesel Pi-l oli ühetuumaline 700 MHz protsessor ja vaid 256 MB RAM-i, aga viimasel mudelil, Raspberry Pi 5-l, on 2,4 GHz neljatuumaline protsessor ning kuni 8 GB RAM-i. See on elujõuline plaatarvutite seeria, millest tuleb uusi mudeleid välja iga aasta.  

Arduino
pisi|150x150px|Plaatarvuti Arduino Uno (68,6 x 53,4 mm) SMD R3 ATmega328P mikrokontrolleriga, avaldatud aastal 2010. Aasta 2021 seisuga oli selle mudeli plaate müüdud kokku 10 miljonit. 
Teine tuntud monoplaatarvutite arendaja on Arduino, kes sarnaneb Raspberry Pi-le suuruse, hinna ja ühenduste poolest.  Arduino plaatarvutite kasutamine on eeskätt tuntud elektroonika õppijate ning entusiastide hulgas ning mõeldud pigem lihtsamateks arendustöödeks. Iseloomulik programmeerimistarkvara nende plaatidega töötamisel on eraldiseisev Arduino IDE . Samas on võimalik neid arvuteid kasutada ka suuremates süsteemides, kuigi need ei pruugi olla niivõrd ühildatavad kui näiteks Pi.      

Nvidia Jetson

Sihtotstarbelisem plaatarvuti on Nvidia Jetson, mida reklaamitakse kui jõudsat AI ülesannete – masinõpe, pilditöötlus- või tuvastussüsteemide – jooksutajat näiteks robotitele või droonidele mõeldud süsteemides. Lisaks on see arvuti disainitud süvaõppe teostamiseks. 
pisi|150x150px|Plaatarvuti Nvidia Jetson Nano 2 (69,6 x 45 mm).
Kirjeldatud plaatarvutite kõrval toodab neid ka Intel, BeagleBone ja teised.  

 Vaata ka 
 Raspberry Pi
 Arduino
 Nvidia Jetson
 Intel NUC

 Viited