嵌入式系统结构详解：专用计算机系统的特点与发展

嵌入式系统结构是信息技术领域中的一个重要组成部分，它在当今社会中扮演着关键角色。本篇内容主要探讨了嵌入式系统的概念、设计原则、发展历程以及它与通用计算机的区别。 首先，课程《典型嵌入式系统结构》由徐端全教授提供，旨在帮助学生理解嵌入式系统的特性和应用。课程建立在计算机基础知识之上，如计算机的基本定义，它是能够按照指令处理数据的电子设备，由硬件和软件两大部分构成。其中，中央处理器（CPU）是核心组件，负责执行指令；存储器则用于存储程序和数据；外部设备包括输入输出设备，它们与系统交互以完成特定任务。 计算机技术的发展历程被提及，从早期的电子管计算机、晶体管计算机到集成电路计算机，再到大规模集成电路和现在的通用计算机，展示了计算机技术的演进。然而，通用计算机的设计目标在于多功能性和灵活性，而嵌入式系统则更注重功能专一化，以满足特定应用的需求，如数据采集、自动化控制等。 嵌入式系统的定义强调其是以应用为中心，结合计算机技术，通过软硬件剪裁来适应严苛的性能、可靠性和成本限制。其特点包括应用针对性强、扩展能力较低、采用专用处理器、可能没有操作系统、实时性要求高、成本控制严格、软件固化和采用交叉开发模式，以及在体积、功耗、环境适应性等方面的特殊要求。此外，由于嵌入式系统的标准化程度相对较低，设计时需要充分考虑定制化需求。 对比通用计算机，嵌入式系统的重点在于提高特定功能的性能和控制能力，而非单一的计算速度或存储容量。最早的嵌入式系统可以追溯到麻省理工学院的阿波罗导航计算机和1961年的民兵I型导弹上的自动导航控制计算机，这些例子展示了嵌入式系统的起源和早期应用。 随着技术进步，嵌入式系统不仅应用于数量庞大的设备中，而且在性能提升和改造现实世界方面发挥着重要作用，远超通用计算机。嵌入式系统是将计算机技术融入到日常设备中，实现了设备性能的飞跃，成为现代社会不可或缺的一部分。