嵌入式個人計算機是一種安裝在用戶套用或設備內的具有硬體及軟體的智慧型部件, 其規模小到晶片級( 例如各種單片機、微程式控制器) , 中到插板級( 例如各種基於某種標準匯流排的單板計算機), 大到機箱級( 例如基於標準匯流排的計算機系統或多處理機系統) , 其位數一般為8/ 16/32 位。
基本介紹
- 中文名：嵌入式個人計算機
- 外文名：Embedded personal computer
- 實質：一種計算機的存在形式
- 套用範圍：工業控制、消費電子、商業終端等
- 嵌入式系統：以套用為中心的專用計算機系統
- 套用學科：計算機科學、儀器科學、控制科學
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基本信息
隨著科學技術的飛躍發展,計算機幾乎隨處可見。嵌入式個人計算機就是一種套用範圍最廣的計算機系統。這種計算機是一種安裝在用戶套用或設備內的具有硬體及軟體的智慧型部件,其規模小到晶片級(例如各種單片機、微程式控制器),中到插板級(例如各種基於某種標準匯流排的單板計算機),大到機箱級(例如基於標準匯流排的計算機系統或多處理機系統),其位數一般為8/16/32位。
今天,嵌入式個人計算機已大量套用於儀器儀表、自控設備、通訊設備、數控設備、計算機工業、工業機器人等現代工業中。由於它具有適宜不同要求的靈活的硬、軟體配置,從而使傳統工業發生了日新月異的革命性變化。另一方面,嵌入式個人計算機在軍事領域也得到廣泛套用,正在現代武器裝備、雷達、軍事電子對抗等領域發揮舉足輕重的核心作用,極大地提高了軍事應變能力及對敵方的打擊力度。可以說,嵌入式個人計算機已成為現代社會生活中必不可少的部件,是一種無處不在的計算機系統。
嵌入式計算機套用軟體一般具有較強專用性,需由嵌入式計算機的用戶自己開發。而內嵌計算機的產品開發周期往往要求短,質量要求高,以滿足搶占市場、提高產品生命力的需要。這些都積極地推動著嵌人式計算機軟體開發工具的迅速發展,形成了適應於不同規模的嵌人式套用需求的軟體開發工具市場。
嵌入式系統
特點
嵌入式系統一般指非PC系統，有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或器材。嵌入式系統集套用軟體與硬體於一體，類似於PC中BIOS的工作方式，具有軟體代碼小、高度自動化、回響速度快等特點，特別適合於要求實時性和多任務的體系。該系統通常是面向特定套用，將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體套用相結合的產物。所以系統的硬體和軟體都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗餘，力爭在同樣的矽片面積上實現更高的性能，這樣才能在具體的套用中對處理器的選擇更具有競爭力。嵌入式系統和具體套用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。嵌入式系統中的軟體一般都固化在存儲器晶片或單片機本身中，而不是存貯於磁碟等載體中。嵌入式本身不具備自主開發能力，即使設計完成以後用戶通常也是不能對其中的程式功能進行修改，必須有一套開發工具和環境才能進行開發。
充分利用嵌入式個人計算機系統技術的特點，套用於虛擬儀器、網路設備、軍事裝備等設計中。在軟體結構方面出現了各種各樣的商業用實時嵌入式作業系統。
未來發展
從使用角度來說，計算機可分為兩類：一類是獨立使用的計算機系統，如個人計算機、工作站等；一類是嵌入式個人計算機系統，它是作為其他系統的組成部分使用的。不管是哪一種計算機系統，要能夠迅速地向前發展，都必須滿足五個簡單而又基本的條件：一是經濟性，計算機要很便宜，讓更多的人能買得起；二是小型化，人們攜帶起來方便；三是可靠性，能夠在一般環境條件下或者是苛刻的環境條件下運行；四是高速度，能夠迅速地完成數據計算或數據傳輸；五是智慧型性，使人們用起來更習慣，對人們更有使用價值。不過，對不少套用來說，嵌入式個人計算機系統對這些基本條件的要求往往是更苛刻的。這可以從一些嵌入式系統的成功與失敗的例子清楚地看出來。所以，這裡就從這五個基本條件出發，展望一下嵌入式系統發展的未來。
嵌入式系統的發展主要體現在晶片技術的進步上，以及在晶片技術限制下的算法與軟體的進步上。今天正在開發的嵌入式系統，到底哪些明天定會取得套用上的成功，這是很難預料的。因為這不僅要取決於技術的因素，還要取決於社會的因素。雖然預測未來是困難的，但不管怎樣，展望未來，明天的嵌入式系統將會比今天的更便宜、更小巧、更可靠、更高效而且更智慧型化，因為這畢竟是它賴以發展並為人類所最能接受的簡單而基本的條件。所以從技術上來看，沿著這五個簡單而基本的條件努力，恐怕是勢在必行和不可忽視的。
發展方向
從某種意義上來看，引導嵌入式個人計算機發展的永遠是其普及重要性所帶來的市場需求。嵌入式個人計算機進一步發展的可能性也有兩個方面：一是更加微型化；二是更加智慧型化。
更加微型化
從國防建設來說，微型化是嵌入式個人計算機能進一步普及、滿足未來五維戰爭(海、陸、空、天、電子)模式的直接需要。從國民經濟來說，只有微型化，才能使嵌入式個人計算機更加價廉物美，具有更強的競爭力。
更加智慧型化
科學工作者正在把生命作為一種智慧型計算機來理解,第三次產業革命的物質機器,估計將是全面具有類人智慧型的機器；人腦的基本成份的95%是水,人體是由氫,氧,碳,氮,鈣和一些鹽類,再加一些微量元素,如鐵,鎂等基本元素的原子級的巧妙構造而來的。人們正在從生物技術,機器人技術,神經元計算技術與生命技術等多方面進行探索,希望能在原子與分子級上進行設計來實現人們所希望的類生物智慧型的產品,使人類從資訊時代進入智慧型時代。
未來技術
嵌入個人式計算機的基礎技術可以從設計技術與製造技術兩個方面來討論。設計的基礎技術包括軟體設計的基礎技術與晶片設計的基礎技術。製造的基礎技術當前主要還是矽晶片技術。
軟體設計的基礎技術
軟體設計的基礎技術之一就是計算機的接口技術。今天的WIMP(windows,icons,menus,and pointing devices)接口是容易學習和使用的，但它不是用戶接口發展的終點。新出現的用戶接口技術SILK(speech,image,language,and knowledge capabilities)包含了語音、圖像與知識三個方面發展。
語音和語言技術
儘管現在沒有一個語言翻譯電話，語音技術正在迅速的成熟，將成為計算機的一個實際輸入手段。聲音識別系統正在用於安全系統，聲音郵電系統，以及其它套用中。英語命令的自然語言處理將是未來用戶接口的一個部分。人們希望有在建立文檔的同時能夠閱讀文檔，按照人們的命令編輯文檔，以及根據文檔內容使文檔檔案化的程式。
圖像顯示技術
未來的計算機圖示將不是靜止的平面的圖像，而是將包括三維模型、動畫視頻剪輯。虛擬現實的用戶接口將建立一個幻覺，使用戶沉浸於計算機內的一個世界中，也就是建立一個包含情景與控制改變這些情景的環境。
知識技術
知識將是未來用戶接口中的最重要的內容。知識技術的進步將使工程師能夠設計一個自我維護的系統。知識技術的進步，將使用戶接口更加友好與寬容。知識技術的進步，將解密許多模糊的命令，並校正一般的錯誤，更為重要的是知識技術將使軟體代理對用戶真正是服務型的。
智慧型代理技術
現在我們是與計算機一起工作，人們希望將來是計算機獨立的為我們工作。計算機的服務正在向真正的智慧型代理(Truly intelligentagents)方向發展。代理是一個用於管理而不是操作的軟體程式，智慧型軟體代理能夠提出問題與回響命令，關注其用戶的工作模式，像導遊與教練那樣來服務。未來的代理將是更好的能與人類助手競爭的真正的智慧型代理。
晶片設計的基礎技術
今後的嵌入式個人計算機的硬體設計主要是系統晶片的設計。系統晶片的設計是面向套用領域的最佳化設計。晶片設計中的一些最創新的工作不是在處理器中應包含些什麼，而是根據套用領域的需要，如何將它們放在一起。
今天正在開發的嵌入式個人計算機，到底哪些明天定會取得套用上的成功，這是很難預料的。因為這不僅要取決於技術的因素，還要取決於社會的因素。雖然預測未來是困難的，但不管怎樣，展望未來，明天的嵌入式個人計算機將會比今天的更便宜，更小巧，更可靠，更高效而且更智慧型化。嵌入式個人計算機賴以發展並為人類所最能接受的簡單而基本的條件，只有通過系統晶片的設計才能解決。
藍色基因計算機的設計
就面向套用領域的最佳化設計來說，不僅是嵌入式個人計算機是要面向套用領域最佳化設計的，而且今後的高性能計算機也是要面向套用領域最佳化設計的。一個最典型的例子就是IBM的藍色基因計算機。它是用來研究人類蛋白質分子的摺疊方式的。它由100萬個，每個的運算速度為10億次的小而簡單的處理器組成，沒有耗電的caches存儲器，具有自修復能力。
晶片製造的基礎技術
不能簡單的假定：明天的計算機就是今天PC機的更小的功能更強的新版本。生活在模擬世界中的人類，現在是通過顯示器，鍵盤與滑鼠來訪問人類創造的計算機生存的那個數字世界的。新的晶片製造技術：感測器技術，顯示器技術，存儲器技術等，將會把計算機推向一個全新的發展方向。
晶片製造技術的現狀晶片加工設備正在從200毫米矽圓片加工設備向300毫米矽圓片加工設備過渡。人們估計，採用300毫米矽圓片將比200毫米矽圓片降低晶片成本30%。晶片特徵線寬，目前0.18~0.25mm晶片已進入批量生產階段，估計2002年將達到0.13um，半導體設備廠商正在積極進行努力，研發100nm技術的加工設備。
感測器技術
未來的幾十年中，感測器技術的套用將使計算機進入人類生活的這個模擬世界。嵌入式個人計算機下一個要突破的晶片技術將是使數字器件能監視模擬世界的便宜的感測器。溫度感測器，光感測器，運動感測器，以及其它感測器已經使得計算機能夠跟蹤許多真實世界的活動與情況。隨著這些技術的成熟，更複雜的器件將像眼睛，耳朵以及其它感覺器官那樣，為計算機網路服務。
