Raspberry Pi 3 B+ и Raspberry Pi 4 B : в чем отличия?

Преимущественные отличия Raspberry Pi 4 B от предшественницы Raspberry Pi 3 B+

На первый взгляд, внешний вид платы и её размеры остались без изменений. При визуальном осмотре, сразу можно заметить казалось бы несущественные нововведения в типе и расположении внешних разъёмов. Ранее устанавливаемый разъём питания microUSB заменён на современный USB Type-C, пропускающий больший ток. Место полноразмерного гнезда HDMI принадлежит двум аналогичным разъёмам стандарта micro-HDMI. Да-да, теперь новая "малинка" способна выводить картинку на два экрана! Микросхема памяти RAM "переехала" с нижней на верхнюю сторону платы. В линейке USB портов появились два голубеньких гнезда стандарта USB 3.0 с почти десятикратным увеличением скорости, способные эффективно работать с внешними дисками. Интерфейсные порты Ethernet и USB зеркально поменялись местами.

Если заглянуть во внутрь Raspberry Pi4, можно увидеть обновление и в её аппаратной части. Новая однокристальная система привнесла увеличение производительности Raspberry Pi, повысив тактовую частоту до 1.5 ГГц. До двух гигабайт расширен объём доступной памяти (кроме 2ГБ версии, выпускаются модели на 1ГБ и 4ГБ) нового стандарта LPDDR4. При максимальной загруженности платформы, прирост эффективности может достигать до 50 процентов в сравнении с Raspberry Pi 3.

Модель Raspberry Pi 4 B оснащена аппаратным декодером H.265/HEVC и H.264/AVC. Его цель — снять нагрузку с центрального процессора при обработке стриминговых видеопотоков и воспроизведении видеофайлов. В качестве примера, можно выделить медиаплеер Kodi, задействующий аппаратный декодер при помощи собственных библиотек (плагинов).

Подключение двух мониторов к Raspberry Pi 4

Один из незначительных недостатков предыдущих компьютеров Raspberry Pi заключался в наличии лишь одного HDMI-выхода, позволяющего выводить данные только на один экран. Возможность Raspberry Pi 4 в подключении двух мониторов станет для кого-то очень удобным и практичным решением, и поможет более эффективно использовать систему в условиях многозадачности.

В Raspberry Pi 4 установлено два порта micro HDMI, каждый из которых может подключаться к отдельному монитору или телевизору и работать с разрешением до Ultra HD 4K (3840 x 2160). Если имеется несколько мониторов 4K, у пользователя есть выбор: запустить каждый экран с частотой 30 Гц или включить в меню настроек режим 4K с частотой 60Гц для одного монитора, подключенного к порту HDMI 0. При этом, второй монитор будет работать в максимальном разрешении 1080p. Допустима одновременная настройка двух экранов в разрешении до Full HD (1920 х 1080) с частотой 60 Гц.

Подробная информация о конфигурировании портов HDMI находится на страничке Raspberry Pi.

Программное обеспечение и операционная система

Любая версия операционной системы, будь то Raspbian, PiDora (Fedora remix), OSMC, Retropie, Lakka, RecalBox, RISC OS или другие варианты, загружается в платформу с помощью предустановленного на карту памяти образа ОС. Для этих целей подойдут карты формата micro-SD с объёмом свободного пространства не менее 8ГБ (рекомендуется от 32ГБ) большинства производителей. Подобрать совместимый вариант помогут многочисленные обзоры, опубликованные в Интернете. Данный способ установки ОС и запуска Raspberry Pi примечателен тем, что в случае неверной настройки системы неопытными пользователями, приведшей в итоге к непредсказуемым результатам, всегда можно вернуться к началу путём повторной перезаписи образа на флешку. Сам же процесс установки предельно прост и выполняется всего за несколько шагов — форматирование карты памяти в формате Linux, запись на неё образа ОС, установка SD карты в слот Raspberry Pi, включение питания. Далее, операционная система загрузиться в автоматическом режиме, и на экране дисплея или телевизора появиться графическая оболочка, полностью готовая к работе.

Для тех, кто только впервые изучает возможности Raspberry, сообщество разработчиков ОС рекомендуют поближе познакомиться с NOOBS — программой, включающей дистрибутивы операционных систем с простым и понятным способом установки каждой. Начинать стоит с Raspbian Buster, новой сборки официальной операционной системы для Raspberry Pi 4, основанной на свободно распространяемом пакете Debian/Linux с открытым кодом.

В оболочке Raspbian уже предустановленно некоторое программное обеспечением для образования, программирования и общего пользования: Python, Scratch, Sonic Pi, Java, Mathematica, Minecraft Pi, LibreELEC Kodi и многое другое. Получить подробную информацию о каждой программе, включая примеры их использования, можно обратившись к официальной страничке сообщества Raspberry.

Кроме всего перечисленного, одноплатник четвёртого поколения поддерживает базовую версию официальной операционной системы Windows 10 Core IoT, которая содержит первоклассные инструменты для разработчиков и применяется в создании инновационных сетевых решений в сфере "Интернета вещей".

Питание, охлаждение системы при нагреве

В следствие появившихся мощных и быстродейственных нововведений, увеличилось общее энергопотребление системы. Теперь она требует подключение источника внешнего питания, выдающего силу тока не менее 3 ампер. Можно использовать и старый оригинальный блок питания от Raspberry Pi 3 B+ на 2.5 ампера при условии, что подключаемая через USB-порты периферия в общей сумме будет потреблять не более 500 миллиампер. Питание Raspberry Pi возможно и через соответствующие контакты в линейке GPIO-разъёма.

В режиме бездействия, запущенный Raspberry Pi 4 потребляет 3.4 Ватт энергии, что на 17 процентов больше, чем у последней 3 B+. Под нагрузкой, показатель мощности возрастает до 7.6 Ватт, и центральный чип может нагреваться до 75-81 градусов. Большинство систем охлаждения современных компьютеров самостоятельно снижают рабочую частоту процессора, чтобы избежать возможных повреждений. Похожая схема реализована и в Raspberry Pi. При достижении температурного порога примерно в 80 градусов, рабочая частота снизиться с 1.5 ГГц до 1 ГГц. Не стоит пренебрегать  дополнительным пассивным охлаждением в виде радиатора, а при установке "малинки" в корпус - активным охлаждением при помощи вентилятора.

GPIO-пины Распберри Пи 4

Одна из по-настоящему мощных способностей Raspberry Pi 4 кроется в возможности коммуникации с внешними периферийными устройствами через контакты общего назначения ввода-вывода (GPIO), расположенных в двухрядной линейке 40-пиновой разъёма, принятый стандарт которого остаётся без изменений еще со второго поколения платформы. Чаще всего, к выводам подключаются готовые решения в виде дополнительных модулей расширения, наделяющих плату Raspberry Pi новым полезным функционалом. Например, платы для работы со звуком класса HiFi, платы по обучению работе с GPIO, модули для подключения жестких дисков различных физических стандартов, платы со схемами заряда внешних литиевых аккумуляторов и USB-хабы, GPS навигация, добавление порта VGA на Rasperry Pi и многие другие.

Разработчикам собственных проектов под управлением Rasperry Pi, открытый доступ к контактам GPIO предлагает подключение модулей с реле, модулей с наборами всевозможных датчиков и дисплеев наподобие популярного Pioneer600, модулей управления моторами и разноразмерные дисплеи. Сочетание Raspberry Pi с недавней новинкой GameHAT сделает возможным воплощением мечты любителей ретроигровых мобильных платформ, собранных собственными руками. Конечно, приведённый перечень далеко не полон. Ассортимент выпускаемых расширений богат на выбор, из которого каждый покупатель сможет подобрать требуемый компонент для своего проекта. Мало того, для платформы Raspberry Pi существуют платы прототипирования, всевозможные переходники и адаптеры под различные микроконтроллерные платы, расширители портов и популярных интерфейсов, на основе которых любой энтузиаст в силах собрать собственного робота или полезные в быту устройства.

Из множества языков программирования, поддерживаемых Raspberry Pi, следует выделить уже предустановленный визуальный инструмент Scratch, отлично подходящий для обучения основным навыкам программирования и взаимодействия с микроконтроллерной частью платы. С помощью виртуального редактора Scratch можно создавать интерактивный анимации или игры, а также управлять GPIO-пинами. Простые примеры управлением Raspberry Pi на языке Scratch расположены на этой странице.

Rasperry Pi дружит с намного более универсальным языком программирования Python, сервисные библиотеки которого предварительно скомпилированы и интегрированы в Raspbian. Информацию по установке языка с примерами программирования на Python, включая управление контактами GPIO найдёте здесь.

Использование GPIO-пинов будет интересным для любителей Ардуино-подобных микроконтроллерных систем. Цифровая логика "малинки" работает на 3.3-вольтовом напряжении. Любой вывод GPIO программно устанавливается на ввод или вывод логической информации. В альтернативном режиме, большинство контактов Распберри Пай 4 могут быть перенастроены на популярные интерфейсы, такие как I2C, SPI или UART. Функциональное переназначение контактов будет полезно, если требуются дополнительные выводы шины какого-то определённого интерфейса. Или же в том случае, когда пользователь изготавливает собственный проект, надстраиваемый поверх Raspberry Pi, и базовое расположение интерфейсов не позволяет ему выполнить корректную разводку контактов печатной платы.

С самой первой версии "малинки", контакты GPIO исключительно цифровые и не позволяют считывать информацию от аналоговых датчиков или от похожих модулей. Аналоговых входов у Raspberry Pi попросту нет. В проектах, требующих обработку аналогового сигнала, разработчикам придётся прибегнуть к помощи внешних схем аналого-цифрового преобразования (АЦП).

Благодаря более быстрому процессору, максимальная скорость переключения контактов GPIO в положения "включен" или "выключен" достигает 50.8 кГц против 16.1 кГц у предшественницы Pi 3 B+.

Специальные функции, Rasberry Pi 4 распиновка:

Разгон Raspberry Pi 4, оверклокинг

Разгон аппаратной части платформы подразумевает процесс увеличения тактовой частоты вычислительного и/или графического процессора путём изменения напряжения и кое-каких настроек в программном обеспечении с целью увеличения скорости работы устройства. Стоит помнить, что разгон небезопасен, приводит к повышенному тепловыделению и уменьшению рабочего ресурса платы.

По неофициальным данным, новая "малинка" показала стабильную работу при верхней планке частот 1.75 ГГц для центрального процессора и 600 МГц для графического процессора. Максимальный прирост производительности в разных задачах достигал 20 процентов.

Совершенство платформы Raspberry Pi

Несмотря на то, что при запуске Raspberry Pi 4 имеется ряд несущественных проблем в некоторой несовместимости существующих приложений, которые разработчики обещают устранить в новых версиях операционной системы, Pi 4 стоит на голову выше своих предшественников и всех других недорогих одноплатных компьютеров на рынке. Главный вопрос не в том, что Pi 4 может сделать для вас, а что вы можете сделать с ней?