今天，可以非常便宜地購買許多 OEM（原始設備制造商）電子產品，并且可以由業余愛好者完成先進電路的開發。在當今市場上，有幾種高質量的單板（開源）微控制器和計算機可以幫助設計這些電路。兩種比較流行的單板電子產品是 Arduino 和 Raspberry-Pi。Arduino 是一種單板微控制器，可幫助構建多學科電子項目。Raspberry-Pi 是一種單板信用卡大小的計算機，旨在培養學生的計算機科學技能。憑借電子和編程方面的一些背景知識，這些電路板可用于為有用的家庭項目供電。例如，樹莓派可以用作媒體中心，咖啡機控制器或云服務器。Arduino 可用于構建節日燈控制器、安全系統、迷你游戲控制器以及其他有用且有趣的項目。

這些迷你電路板有很多好處。它們有助于使用電子設備簡化任務，并且小巧緊湊，因此可以隱藏在視線之外并易于運輸。他們還幫助業主教授電路和編程的工作原理。但是電路板是怎么走到這一步的呢？硬件容量的進步和開源電子產品的趨勢都為小型、強大且用戶友好的計算機和微控制器（如 Raspberry Pi）開辟了道路。

電子技術的進步

大約從 20 世紀中葉開始，工程師使用真空管來構建可編程邏輯電路。這些計算機會占用整個房間，而只執行一些簡單的計算。然后雙極晶體管的發明永遠改變了電路。

發現通過基極、集電極、發射極的設置，可以改變電流來控制電路的功能。簡而言之，這些晶體管充當電流的開關。晶體管能夠簡化并減小電路的尺寸。這使得生產用于電子產品的電路變得更加便宜和簡單。

在上圖中，八個功能強大的 IC 被放置在信用卡大小的電路板上。被挑出的 IC 是板上最大的。通常，由于這些更大的芯片需要進行計算，因此它們需要更多的晶體管——這反過來又需要更多的硅空間。這些板上有很多 IC 略微可見。晶體管的發明，加上自對準門的實現，使信用卡大小的電路板在現代成為可能。

在晶體管革命之后出現了集成電路。集成電路（IC）只有在晶體管發明之后才有可能。多個晶體管可以放置在稱為自對準柵極的配置中。這種自對準柵極是一種現象，其中 MOSFET 晶體管使用柵極來屏蔽芯片增益區和源區的摻雜。這些柵極降低了抑制 MOSFET 正常運行的電容。

自對準門通過使晶體管變得更小更快，從而提高了計算機能力。多個自對準門組成單個集成芯片，以執行用戶所需的功能。自對準柵極和 MOSFET 晶體管的發明將計算時代推向了一個新的水平。

自從 IC 和晶體管的發展以來，出現了一種被歸類為摩爾定律的趨勢，以英特爾聯合創始人戈登摩爾的名字命名。每 18 個月，集成電路上的晶體管數量就會翻一番（Mooreslaw.org）。直到過去幾年，摩爾定律一直成立，晶體管和功率的增加使電子部件的成本保持停滯，同時提高計算能力。這一趨勢也使得提高小型 IC 的計算能力成為可能。

電子電路的生產成本已經降低。制造商的計算能力成倍增加，這使得智能手機的計算能力是十年前生產的筆記本電腦的四倍。在鎮上的許多商店都可以找到迷你電子產品。

然而，當今銷售的許多電子產品的問題在于，它們是針對特定目的進行預編程或設計的。電路由開發者申請專利，不利于開放開發的場景，或使用Arduino或Raspberry Pi等工具。

開源運動

自由、公開地傳播思想并不是一個新概念。幾個世紀以來，食譜一直免費分發。多年來，亨利福特一直在其他制造商之間交換汽車創意。然而，當計算機和電子產品變得更加流行時，硬件和軟件并未向公眾開放。

從 1980 年代開始，許多人開始對硬件和軟件的分發方式感到失望。這是促使軟件開發人員采取行動的催化劑。許多軟件開發人員，包括 Richard Stallman，都看到人們需要相互合作才能繼續推進計算機的發展。Stallman 通過建立 GNU/Linux 項目將后來被稱為“開源”的運動推向了未來。

GNU 項目是免費的，因為您可以出于任何目的運行程序，修改程序以滿足您的需要，重新分發副本，無需付費或收費，并且您可以自由分發程序的修改版本（斯托曼）。從這個機構開始，該運動導致了有關“自由”軟件的重要發展。

GNU 項目幫助產生了 Linux 軟件包。Linux 現在是自由軟件模式下自由分發的類 Unix 操作系統。在 1990 年代后期，Netscape 的源代碼根據自由軟件運動發布。由于發布了 Netscape 的源代碼這一區別，該運動變成了“開源”運動。

隨著電子產品和編程變得越來越普遍，情況開始發生變化。開源運動開始生產免版稅的硬件和軟件，使在家開發項目變得容易。現在可以在學習如何編程的同時學習電子產品的工作原理。隨著電子產品重要性的增加，推動了更快、更便宜和更大容量的硬件以及開放的硬件/軟件運動——使日常用戶可以開發電子項目。

某些源代碼現在公開自由地分發。Firefox 和 Thunderbird 是 Netscape 的衍生產品，時至今日仍然是開源軟件。這允許任何人在沒有法律影響的情況下分析和修改代碼。代碼也可以自由和公開地分發，這使得它很容易在教育機會中使用。

Raspberry-Pi 和 Arduino 等編程電路也使用開源代碼和操作系統——對于 Raspberry-Pi，建議使用專門為 Pi 開發的開源操作系統 Rasperian。該開源項目允許用戶自由共享可用于對這些設備進行編程的軟件。這有助于對有興趣學習更多關于電路和計算機編程的個人進行教育，這是 Raspberry-Pi 和 Arduino 的基本基礎。

結論：

從真空管開始，到晶體管的發明，計算機系統取得了長足的進步。隨著 IC 的發明及其晶體管的實現，我們已經能夠遵循摩爾定律構建更快的電路。這為開發更小的電路鋪平了道路。許多當今最有用的計算機和電路都是信用卡大小。能夠以更便宜的方式生產更小的電子產品使許多人可以使用硬件。隨著負擔得起的硬件的涌入，需要對硬件進行編程。只要電路還在使用，軟件就一直在開發中。但是，就可用性而言，曾經有一段時間該軟件及其用途走上了錯誤的道路。軟件通常不是每個人都可以使用，如果是，它具有相關的法律影響。Richard Stallman 通過讓所有人都可以使用 GNU/Linux 來推動開源運動。這是開源運動的開始，從那時起，許多可用軟件的來源都被自由使用和分發。所有這些結合在一起，促進了 Raspberry-Pi 和 Arduino 等電路板的可用性。

參考書目

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斯托曼，理查德。“GNU 操作系統。”關于 GNU 項目 - GNU 項目。自由軟件基金會，2013 年 4 月 19 日。Web。2013 年 6 月 21 日。

編輯：hfy