计算机经历了各种形态和尺寸的变化。起初，计算机是一台占据整个房间的巨大机器，在世界上只有少数几个地方能够找到它。如今，我们拥有从智能手机到超级计算机的各种产品，它们都可以被称为“计算机”。

近年来，一种名为“单片机电脑”的产品变得非常流行。这类电脑只需要一块印刷电路板，没有机箱和外部设备，主要由主板和大量连接端口组成。这种产品非常适合专业爱好者及部分专业人士，其中最著名的莫过于树莓派。本文将从树莓派的诞生和用途出发，让你对其有一个全面的了解。

树莓派是什么

第一款树莓派于2012年发布，旨在填补20世纪80年代家用电脑革命后留下的空白。当时，Commodore 64、Sinclair ZX Spectrum和BBC Micro等家用电脑引领了一场变革，使计算机进入了普通家庭。然而，随着家用电脑逐渐被PC取代，学习计算机科学的人数有所下降。

树莓派的创始人埃本·厄普顿希望借助一种低成本、高性能且灵活的电脑来改变这一趋势。于是，树莓派应运而生。最初版本于2012年2月发布，搭载了博通公司的基于Arm的处理器，单核ARMv6 CPU时钟频率为700MHz，GPU时钟频率为250MHz，内存为256MB，随后迅速升级至512MB。树莓派配备两个USB 2.0端口和一个HDMI端口，可以通过标准的micro-USB接口充电。它支持多种操作系统，包括树莓派OS（基于Linux的官方发行版）。

树莓派不仅适合学习编程和软件开发，还配备了GPIO（通用输入输出）引脚，可以控制各种外部设备，如LED、电机和传感器。早期的树莓派有26个引脚，后来增加到40个。这些引脚使得树莓派能够与其他硬件互动，比如摄像头和温度传感器等，从而根据接收到的数据做出反应。

树莓派的型号

第一代树莓派的成功促使树莓派基金会发布了后续产品——树莓派2。树莓派2的CPU从单核ARMv6升级到了四核ARMv7，时钟频率达到900MHz，内存提升至1GB。2016年发布的树莓派3B，实现了向64位的飞跃，搭载了1.2GHz的64位四核ARMv8处理器，并增加了Wi-Fi和蓝牙功能。2018年推出的树莓派3B+进一步提升了处理器性能，提供了更快的以太网和双频Wi-Fi，并且树莓派基金会承诺至少在2026年1月前继续生产1、2、3代的产品。

目前最新的型号为树莓派4，它于2019年6月发布，相对于树莓派3有了显著改进。处理器从基于Cortex-A53的博通BCM2837升级到了更新的博通BCM2711，采用1.5GHz 64位四核ARM Cortex-72架构。新处理器还包括一个更好的GPU，即博通VideoCore VI，时钟频率为500MHz。内存也进行了升级，提供了2GB、4GB和8GB三种版本。树莓派4首次采用了USB-3.0接口，并配备了两个micro-HDMI接口，可以同时连接两个4K显示器。

树莓派4与树莓派3的区别

树莓派4相比树莓派3有几个重要改进。首先是处理器从基于Cortex-A53的博通BCM2837升级到了更新的博通BCM2711，采用1.5GHz 64位四核ARM Cortex-72架构。GPU也得到了升级，采用了博通VideoCore VI，时钟频率为500MHz。内存也进行了升级，提供了2GB、4GB和8GB三种版本。

树莓派4首次采用了USB-3.0接口，以太网接口升级为真正的千兆以太网连接。电源接口也由USB-C取代了micro-USB，并且有两个micro-HDMI接口，可以同时连接两个4K显示器。总的来说，树莓派4比树莓派3更快，内存更大，以太网连接更好，并且支持4K视频。

树莓派4与树莓派Zero的区别

树莓派Zero是树莓派家族中的另一个成员，与其它型号有很大的不同，但价格更为低廉。树莓派Zero的尺寸仅为65mm x 30mm，比其他型号小得多。它没有预填充的GPIO引脚，但用户可以自行焊接。树莓派Zero不支持有线以太网连接，也没有USB-A端口，只有一个micro-USB接口。尽管如此，它的性价比非常高，售价仅需几十元。

树莓派和Arduino的区别

另一个受到专业爱好者喜爱的单片机是Arduino。与树莓派一样，Arduino也有很多型号。Arduino是一种微控制器板，允许用户编写软件并通过Arduino IDE上传到电路板上以控制外部电路。这意味着它也可以控制各种外部设备，如LED、电机或继电器。

树莓派和Arduino之间的最大区别在于，Arduino使用的是微控制器，而不是完整的CPU。因此，Arduino以较低的时钟频率运行（大约在16MHz到80MHz之间），内存也很小（2KB到32KB）。它无法运行现代操作系统，只能通过Arduino IDE直接运行编程的软件。尽管如此，Arduino的优点在于功耗低，启动速度快，非常适合需要极低功耗、快速启动和高可靠性的项目。

相比之下，树莓派可以运行Linux，因此可以使用各种现代技术，如数据库、网络服务器、Docker和Kubernetes等。虽然一些Arduino主板也内置了Wi-Fi，但若要执行更复杂的任务，树莓派更为合适。

树莓派的应用领域

树莓派的用途几乎无限，从学习Python编程到追踪飞机航线，其应用范围广泛。概括起来，主要有以下三类：

普通计算

树莓派可以作为台式机使用，上网、使用社交媒体和娱乐媒体（如观看视频和听音乐）都很方便。甚至还可以用它玩一些游戏，如免费的Minecraft原始版本。总之，树莓派可以完成普通台式机或笔记本电脑上的大多数工作。

编程与硬件学习

树莓派是学习编程的理想工具。用户可以用它学习C、C++、Python、Rust、Go和JavaScript等语言。此外，用户还可以利用Python与LED、报警器、开关、传感器、电机和继电器等硬件互动。树莓派提供了一个摄像头接口，可以与兼容的摄像头一起使用，从而进行图像识别和机器学习等探索。

控制外部设备

树莓派可以与各种有趣的外部设备配合使用，如3D打印机、相机和ADS-B接收器等。使用树莓派来控制和监控外部设备意味着无需一直开启电脑，没有噪音，功耗也更低。

如何入门树莓派

树莓派最基本的是电路板，但要使其正常运行，还需要一些额外的配件：

• microSD卡：至少16GB容量。
• 电源适配器：需要一个5V的充电器，树莓派4需要USB-C接口的充电线，其他型号则需要micro-USB线。需要注意的是，树莓派Zero、1、2需要至少2A的电量，树莓派3需要至少2.5A，而树莓派4则需要3A。
• 带HDMI的显示器：树莓派可以在无显示器的情况下运行，但对于初学者来说，使用显示器是必不可少的。
• HDMI线：用于连接显示器，但根据不同的型号，接口不同，如树莓派Zero和4使用micro-HDMI接口。
• USB键盘和鼠标
• 网线：树莓派1、2需要网线连接，但树莓派Zero、3、4都支持无线连接，具体取决于型号。

在给树莓派开机之前，需要将树莓派OS复制到microSD卡上。最简单的方法是使用树莓派镜像，可以在官网上下载。将microSD卡插入电脑并启动树莓派镜像文件，选择需要安装的系统和SD卡，点击“写入”并等待完成。

将写好的microSD卡插入树莓派中，然后打开电源。可以看到红色LED灯亮起，屏幕上会出现一个树莓图案，几秒钟后就可以进入桌面。由于这是第一次启动，会看到欢迎界面和引导程序，引导你完成国家、语言和时区的选择，以及密码设置和网络连接等配置。