2、嵌入式计算：原理、应用与优势

嵌入式计算：原理、应用与优势

1. 嵌入式计算系统概述

嵌入式计算机系统，简单来说，是包含可编程计算机但并非通用计算机的设备。例如，个人电脑本身不属于嵌入式计算系统，不过它常被用于构建此类系统。而像传真机、由微处理器构建的时钟等则属于嵌入式计算系统。

嵌入式计算系统设计在众多产品设计领域都非常实用。汽车、手机，甚至家用电器都广泛使用微处理器。不同领域的设计师需要能够识别微处理器的应用场景，设计支持所需任务的硬件平台及输入输出设备，并实现执行所需处理的软件。计算机工程如同机械设计或热力学一样，是一门可应用于多个不同领域的基础学科。

然而，嵌入式计算系统设计并非孤立存在。在设计过程中，会遇到许多非计算机工程方面的挑战，比如机械或模拟电气问题。这里主要关注嵌入式计算机本身，着重探讨能使最终产品实现所需功能的硬件和软件。

2. 计算机嵌入的历史与发展

计算机从早期就开始嵌入各种应用中。例如，20世纪40年代末至50年代初，麻省理工学院设计的“旋风”计算机，它是首个支持实时操作的计算机，最初用于控制飞机模拟器。尽管它体积巨大（包含4000多个真空管），但其从组件到系统的整体设计都符合实时嵌入式计算的需求。从计算机时代伊始，人们就已认识到计算机替代机械或人工控制器的实用性，比如在20世纪40年代末就有人提议用计算机控制化学过程。

微处理器是单芯片中央处理器（CPU）。自20世纪70年代起，超大规模集成电路（VLSI）技术使完整的CPU能够集成在单个芯片上，但最初的CPU功能非常简单。第一款微处理器英特尔4004是为计算器这一嵌入式应用而设计的。该计算器并非通用计算机，仅提供基本算术功能。英特尔的泰德·霍夫意识到，经过适当编程的通