1.現代計算機技術的兩大分支

　　電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是存放在特殊的機房中實現數值計算的大型昂貴設備。

　　直到20世紀70年代，微處理器的出現，計算機才出現了歷史性的變化。將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對對象體系的智能化控制。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統。

　　嵌入式系統誕生于微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這是理解嵌入式系統的基本出發(fā)點。

　　由于嵌入式計算機系統要嵌入到對象體系中，實現的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發(fā)展方向。

　　早期，人們勉為其難地將通用計算機系統進行改裝，在大型設備中實現嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元等），無法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發(fā)展方向完全不同，必須獨立地發(fā)展通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發(fā)展的兩大分支。嵌入式計算機系統的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支并行發(fā)展時代。通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專業(yè)化分工發(fā)展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發(fā)展。這兩大分支的技術要求和技術發(fā)展方向如圖1-1所示。

　　通用計算機系統

　　計算機專業(yè)領域集中精力發(fā)展通用計算機系統的軟、硬件技術，不必兼顧嵌入式應用要求。通用微處理器迅速從80286、80386、80486、奔騰到酷睿系列；操作系統也朝著提高資源

　　利用率、增強計算機系統性能的方向迅速發(fā)展，使通用計算機系統進入到盡善盡美階段。

　　嵌入式計算機系統

　　發(fā)展目標是單芯片化。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業(yè)人土，接過起源于計算機領域的嵌入式系統，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統的歷史任務，迅速地將傳統的電子系統發(fā)展到智能化的現代電子系統時代。

　　因此，現代計算機技術發(fā)展的兩大分支的意義在于；一是形成了計算機發(fā)展的專業(yè)化分工；二是將發(fā)展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域；三是使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。

　　2.始于微型機時代的嵌入式應用

　　嵌入式計算機的真正發(fā)展是在微處理器問世之后。1971年11月， Intel公司成功地把算術運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器 Intel 4004，其后各廠家陸續(xù)推出了許多8位、16位的微處理器，包括 Intel 8080/8085、8086， Motorola的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以這些微處理器作為核心所構成的系統，廣泛地應用于儀器儀表、醫(yī)療設備、機器人、家用電器等領域。微處理器的廣泛應用形成了一個廣闊的嵌入式應用市場，計算機廠家開始大量的以插件方式向用戶提供OEM產品，再由用戶根據自己的需要選擇一套適合的CPU板、存儲器板以及各式I/O插件板，從而構成專用的嵌入式計算機系統，并將其嵌入到自己的系統設備中。

　　從靈活兼容考慮，出現了系列化、模塊化的單板機。流行的單板機有Intel公司的iSBC系列、 Zilog公司的MCB等。后來人們可以不必從選擇芯片開始來設計一臺專用的嵌入式計算機，只要選擇各功能模塊，就能夠組建一臺專用計算機系統。用戶和開發(fā)者都希望從不同的廠家選購適合的OEM產品，插入外購或自制的機箱中就形成新的系統，這樣就希望插件是互相兼容的，也就導致了工業(yè)控制微機系統總線的誕生。1976年Intel公司推出 Multibus，1983年擴展為帶寬達40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog設計的簡單STD總線廣泛應用于小型嵌入式系統。

　　20世紀80年代可以說是各種總線層出不窮、群雄并起的時代。隨著微電子工藝水平的提高，集成電路制造商開始把嵌入式應用中所需要的微處理器、I/O接口、A/D轉換、D/A轉換、串行接口以及RAM、ROM等部件統統集成到一個VLSI中，從而制造出面向I/O設計的微控制器，即單片機，成為嵌入式計算機系統異軍突起的一支新秀。其后發(fā)展的DSP產品則進一步提升了嵌入式計算機系統的技術水平，并迅速地滲入到消費電子、醫(yī)用電子、智能控制、通信電子、儀器儀表、交通運輸等各種領域。

　　20世紀90年代，在分布控制、柔性制造、數字化通信、信息家電等巨大需求的牽引下嵌入式系統進一步加速發(fā)展。面向實時信號處理算法的DSP產品向著高速、高精度、低功耗方向發(fā)展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引導著微控制器向32位高速智能化發(fā)展。在應用方面，掌上電腦、便攜式計算機、機頂盒技術相對成熟，發(fā)展也較為迅速。特別是掌上電腦，1997年在美國市場上掌上電腦不過四五個品牌，而1998年年底，各式各樣的掌上電腦如雨后春筍般紛紛涌現出來。此外，諾基亞（NoKia）推出了智能電話，西門子 （ Siemens）推出了機頂盒，美國慧智（Wyse）推出了智能終端，美國國家半導體公司（NS）推出了WebPad，裝載在汽車上的小型計算機，不但可以控制汽車內的各種設備（如音響等），還可以與GPS連接，從而自動操控汽車，21世紀無疑是一個網絡的時代，使嵌入式計算機系統應用到各類網絡中去也必然是嵌入式系統發(fā)展的重要方向，在發(fā)展?jié)摿薮蟮摹靶畔⒓译姟敝校度胧较到y與人工智能、模式識別等技術的結合，將開發(fā)出各種更具人性化、智能化的實際系統。伴隨網絡技術、網格計算的發(fā)展，以嵌入式移動設備為中心的“無所不在的計算”將成為現實。

　　縱觀嵌入式系統在過去發(fā)展的40多年中，主要經歷了以下4個階段。

　　第1階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統。嵌入式系統雖然起源于微型計算機時代，然而微型計算機的體積、價位、可靠性都無法滿足特定的嵌入式應用要求，因此，嵌入式系統必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路，將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統獨立發(fā)展的單片機時代。單片機就是一個典型的嵌入式系統，這類系統大部分應用于一些專業(yè)性強的工業(yè)控制系統中，一般沒有操作系統的支持，軟件通過匯編語言編寫。這一階段系統的主要特點是：系統結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統使用簡單、價格低，以前在國內工業(yè)領域應用較為普遍，但是現在已經遠不能適應高效的、需要大容量存儲的現代工業(yè)控制和新興信息家電等領域的需求。

　　第2階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統為核心的嵌入式系統。其主要特點是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統開銷小，效率高；操作系統達到一定的兼容性和擴展性；應用軟件較專業(yè)化，用戶界面不夠友好

　　第3階段是以嵌入式操作系統為標志的嵌入式系統。其主要特點是：嵌入式操作系統能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統內核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理，支持多任務，支持網絡應用，具備圖形窗口和用戶界面：具有大量的應用程序接口和API，開發(fā)應用程序較簡單；嵌入式應用軟件豐富。

　　第4階段是以 Internet為標志的嵌入式系統。這是一個正在迅速發(fā)展的階段。目前，大多數嵌入式系統還孤立于 Internet之外，但隨著 Internet的發(fā)展以及 Intemet技術與信息家電、工業(yè)控制技術結合日益密切，嵌入式設備與 Internet的結合將代表嵌入式系統的未來。