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标  题: 嵌入式计算机系统的展望
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年07月15日12:48:03 星期天), 站内信件

嵌入式计算机系统的展望 

　　　　　　　　　　　　　中国计算机学会微机专业委员会主任 中国科学院院
士沈绪榜

　　从使用角度来说，计算机可分为两类：一类是独立使用的计算机系统，如个人
计算机、工作站等；一类是嵌入式计算机系统，它是作为其他系统的组成部分使用
的。不管是哪一种计算机系统，要能够迅速地向前发展，都必须满足五个简单而又
基本的条件：一是经济性，计算机要很便宜，让更多的人能买得起；二是小型化，
人们携带起来方便；三是可靠性，能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下
运行；四是高速度，能够迅速地完成数据计算或数据传输；五是智能性，使人们用
起来更习惯，对人们更有使用价值。不过，对不少应用来说，嵌入式计算机系统对
这些基本条件的要求往往是更苛刻的。这可以从一些嵌入式系统的成功与失败的例
子清楚地看出来。所以，这里就从这五个基本条件出发，展望一下嵌入式系统发展
的未来。

　　就经济性来说，个人计算机的普及要算是一个典型的成功例子。可惜的是，
Xerox的管理人员于70年代初实施其无纸办公室的计划时，虽然首先开发了个人计
算机，但他们认为这种计算机对一般人来说可能是太贵了，因而没有制造与发展个
人计算机。自动付款机系统要算是一个典型的失败例子。它要求超市中的每件商品
都有一个存贮商品价钱的芯片。当商品小推车经过记账出口时，一个无线电信号使
芯片传出它的价钱信息以自动记账。当信用卡"扫过"时，就给出清单，这样记账时
就不用排队了。这个系统未得到使用，就是因为芯片的价钱还是太贵了。芯片技术
能降低电子产品成本的速度，就连当代电子学革命之父，2000年诺贝尔物理奖获得
者杰克·基尔比也没有想到，他在1959年发明的芯片技术，会将电子产品的成本降
低到了百万分之一的地步。芯片技术的这种神奇的作用，恐怕就是摩尔预言神奇般
灵验的主要原因之一吧！难怪尽管发展芯片技术的耗资是惊人的巨大，发达国家还
是力争在芯片技术的竞争中要永远保持领先的地位，以便能主宰世界信息技术的发
展。

　　就小型化来说，需要人们携带的电子产品，如心脏启博器，小型化要求就非常
明显了。电子产品的小型化程度也是受芯片技术的发展水平限制的。尽管到2015年
微米技术将达到它的物理极限，但仍然有许多应用还有待芯片技术的进一步微型化
，使其功能密度的进一步提高。为此，MEMS技术、系统芯片技术得到了发展。不仅
如此，人们还在致力于纳米技术与生物技术研究，以期能使芯片技术有可能达到更
高的微型化程度。例如，日本人的研究目标是"制造出能进入管道内进行检修的微
型机械，能进入血管内进行手术的微型机器人，生产微型机器人，生产微型机械部
件的超小型化工厂，确保日本在未来微机械加工领域的领导地位，在基础研究方面
实现纳米技术的Ogata计划"。由于嵌入式系统是针对特定应用对象设计的，利用这
一情况，嵌入式微处理器的设计一般都具有结构多样性与应用灵活性的两大特点。
为了微型化，低功耗也是一个重要的性能指标。

　　就可靠性来说，对于常规条件下使用的家电产品等，现在的芯片技术已使产品
的可靠性达到了非常令人满意的程度。但对太空、人体等特殊环境下使用的产品的
长寿命要求，仍然不是一项容易实现的指标，还有待于芯片技术的进一步发展与完
善。

　　就高速度来说， 应用对它的要求似乎没有止境，许多人工智能应用就是受到
了计算速度的限制。对互联网来说，很多应用还是受到传输速度的限制，加密解密
就是一个很重要的例子。也许人们常常提到的量子计算技术才能解决这个高性能要
求的问题。

　　就智能性来说，现代的芯片计算机可以进行逻辑、符号和语言处理等这些被认
为是大脑左半球的功能，而且达到了人类自己都感到惊奇的程度。但如何实现与有
生命的组织一样灵活而精细的信息处理能力，如发现缺陷、识别和改正错误之类的
生物功能等问题，目前尚未找到有效的途径。更不用说，各种生命形式中的自律性
、自组织、自更新和自发展等最典型的生物功能如何在当前的芯片计算机中实现了
。硅基芯片是人类智慧的结晶，它正在不断地实现各种人类自身功能的延伸。模糊
推理芯片确实使智能家电得到了大力发展，神经网络芯片则在模拟人类的学习功能
上迈进了一大步。芯片是智能化的支柱，人们不仅利用它研制智能的机器，改造客
观的世界，而且也在利用它研制嵌入到人体内的产品，修补人体的缺陷，增进自身
的健康。

　　综上所述，嵌入式系统的发展主要体现在芯片技术的进步上，以及在芯片技术
限制下的算法与软件的进步上。今天正在开发的嵌入式系统，到底哪些明天定会取
得应用上的成功，这是很难预料的。因为这不仅要取决于技术的因素，还要取决于
社会的因素。虽然预测未来是困难的，但不管怎样，展望未来，明天的嵌入式系统
将会比今天的更便宜、更小巧、更可靠、更高效而且更智能化，因为这毕竟是它赖
以发展并为人类所最能接受的简单而基本的条件。所以从技术上来看，沿着这五个
简单而基本的条件努力，恐怕是势在必行不可忽视的。

 

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