嵌入式系统历史与现代特征《嵌入式系统原理》

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1、10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理嵌入式系统原理 第一章嵌入式系统历史与现代特征10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理主要内容 1.1、嵌入式产品世界 1.2、嵌入式系统与相关领域的历史 1.3、危机与发展特征 1.4 、嵌入式系统定义10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理1.嵌入式产品世界从现实世界 获取信息year数据存储同产品交互MainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDAlog (people per computer)10/3/20

2、07Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理1 51 31 465 1 5 1 18Mote Layou t1 29Condition-Based MaintenanceIntel Researchu环境监测u房屋测量u航空应用10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理1.2 相关历史计算机器计算理论系统论信息论控制论计算机自动化通讯融合：嵌入式系统手脚眼耳智力10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理公元前3000年的古埃及人用结 绳来记录

3、土地面积和收获的谷物。进制计数法有许多种，人们最 常用的是十进制，而古代玛雅人则 使用二十进制。计计算溯源计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理公元前2000年的美索不达米亚人用 泥板计数，这块泥板上的楔形文字代表 25。最古老的计计算工具：算筹 我国春秋时期出现的算筹是世界上最古老的计算工具。计算的时候摆成纵式和 横式两种数字，按照纵横相间的原则表示任何自然数，从而进行加、减、乘、除 、开方以及其它的代数计算。负数出现后，算筹分红黑两种，红筹表示正数，黑 筹表示负数。这种运算工具和运算方法，在当时世界上是独一无二的。 据汉书律历 志记载：算筹

4、是圆形竹棍，它 长23.86厘米、 横截面直径是 0.23厘米。到公 元六、七世纪的 隋朝，算筹长度 缩短，圆棍改成 方的或扁的。根 据文献记载，算 筹除竹筹外，还 有木筹、铁筹、 玉筹和牙筹。 计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理中国人发发明算盘盘 随着计算技术的发展，在求解一些更复杂的数学 问题时 ，算筹显得越来越不方便了。于是在大约 六、七百年前，中国人发明了算盘，它结合了十 进制计数法和一整套计算口诀并一直沿用至今， 被许多人看作是最早的数字计算机。算筹与圆圆周率 算筹为人类文明做出过巨大贡献，我国古代著名的 数学家祖冲之，就是借助算筹

5、计算出圆周率的值介于 3.1415926和3.1415927之间；中国古代的天文学家也 运用算筹，总结出了精密的天文历法。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理达芬奇 欧洲文艺复兴时期的伟人达芬奇是一位旷世奇才， 他在科学方面的造诣丝毫不亚于其艺术成就，他很 早就提出过计算工具的设想。后人在达芬奇的手稿 中，发现了关于机械式计算工具设计方案的记录。后人根据达芬奇的手稿仿制出了机械式计算器。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理冈冈特计计算尺 1621年，英国人冈特发明计算尺，这是世 界上最早的模拟计

6、算工具。17世纪的文献 详细记载 了冈特发明这种计算工具的过程 。希克尔德的创创意 德国科学家希克尔德被许多人认为 是世界上真正的第一台计算机的发 明人，后人在他的手稿中发现了他 对计算机的设计草图和详尽的文字 描述，并在1960年根据其方案成功 仿制了一台机械式计算机。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理帕斯卡加法机 1642年，法国数学家、物理学家和 思想家帕斯卡发明加法机，这是人 类历史上第一台机械式计算机，其 原理对后来的计算机械产生了持久 的影响。 帕斯卡从加法机的成功中得出结论：人的某些思维过程与机械 过程没有差别，因此可以设想用机

7、械模拟人的思维活动。莱布尼兹兹乘法机 1673年，德国数学家莱布尼兹发明乘法机， 这是第一台可以运行完整的四则运算的计算 机。莱布尼兹同时还提出了“可以用机械代替 人进行繁琐重复的计算工作”的伟大思想， 这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机。莱布尼兹因独立发明微积分而与牛顿齐名，并被不列颠百科全书列为“西 方文明最伟大的人之一”。 据记载，莱布尼兹曾把自己的乘法机复制品送给康熙皇帝。17世纪纪中期-19世纪纪中期 先驱驱的探索：机械式计计算机计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理八卦 莱布尼兹认为 ，中国的八卦是最早的二进制计数法 。在八卦图的启

8、迪下，莱布尼兹系统地提出了二进 制运算法则。17世纪纪中期-19世纪纪中期 先驱驱的探索：机械式计计算机计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理巴贝贝奇差分机1822年，英国数学家 巴贝奇发明差分机， 专门用于航海和天文 计算。这是最早采用寄存器 来存储数据的计算机 ，体现了早期程序设 计思想的萌芽。 第一台差分机从设计 到制造完成，花费了 整整十年。它可以处 理3个5位数，计算精 度达到6位小数。 巴贝奇分析机采用了三个具有现代意义的装置 ：保存数据的寄存器（齿轮式装置）；从寄存 器取出数据进行运算的装置，并且机器的乘法 以累次加法来实现；控制操

9、作顺序、选择所需 处理的数据以及输出结果的装置。17世纪纪中期-19世纪纪中期 先驱驱的探索：机械式计计算机计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理19世纪纪后期 从机械到电电的飞跃飞跃赫尔曼霍勒斯博 士发明穿孔卡片，这 是电脑软 件的雏形。赫尔曼霍勒斯制表机 1888年，美国人赫尔曼霍勒斯发明了制表机，它采 用穿孔卡片进行数据处理，并用电气控制技术取代 了纯机械装置。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理1890年，美国人口普查全部采用了霍勒斯 制表机。在1900年美国人口普查中，由于采用 了制表机

10、，全部统计处 理工作只用了1年零7 个月时间。从CTR到IBM 霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911 年该公司并入CTR（计算制表记录）公 司，这就是著名的IBM公司的前身。1924 年，托马斯沃森一世把CTR更名为IBM 。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理二极管 1904年，英国人弗莱明发明真 空电子二极管。电子管的诞 生，是人类电子文明的起点。三极管 1906年，美国人德弗 雷斯特发明电子三极 管，并在研究中发现 ，三极管可以通过级 联使放大倍数大增， 这使得三极管的实用 价值大大提高，从而 促成了无线电通信技 术的迅速发展。三

11、极管的 发明最初居然 被指控为商业 诈骗，并被法 官判定为一个“ 毫无价值的玻 璃管”。10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理朱斯的Z系列计计算机 1938年，德国科学家朱斯制造 出Z-1计算机，这是第一台采 用二进制的计算机。在接下来 的四年中，朱斯先后研制出采 用继电器的Z-2、Z-3和Z-4。Z-3使用了2600个继电器 ，它在1944年美军对柏 林进行的空袭中被炸毁 。第一台“巨人”有1500个电子管，5个处理 器并行工作，每个处理器每秒处理5000个字母 。二战期间共有10台“巨人”在英军服役，平均 每小时破译11份德军情报。“巨人”计计算机 19

12、43年，英国科学家研制成功第一台“巨人” 计算机，专门用于破译德军密码。“巨人”算 不上真正的数字电子计算机，但在继电器计 算机与现代电子计算机之间起到了桥梁作用 。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理艾肯研制MARK-1的灵 感来自一个世纪以前巴贝 奇留下的思想精华。MARK-1外壳用钢和玻璃制成，长15米，高2.4米，自重31.5吨 ，使用了15万个元件和800公里电线 ，每分钟进 行200次运算。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理逻辑逻辑 代数 早在1847和1854年，英国数学家布尔发

13、表了两部重要 著作逻辑的数学分析和思维规律的研究， 创立了逻辑代数。逻辑代数系统采用二进制，是现 代电子计算机的数学和逻辑基础。计计算机三原则则 1939年，阿塔纳索夫提出计算机三原则；采用二进 制进行运算；采用电子技术来实现控制和运算；采 用把计算功能和存储功能相分离的结构。1939年，阿 塔纳索夫还设计 并试制数字电子计算机的样机“ABC 机”，但未能完工。阿塔纳索夫关于电子计算机的设计方案启发了 ENIAC开发小组的莫克利，并直接影响到ENIAC的 诞生。1972年美国法院判决ENIAC的专利权无效， 阿塔纳索夫拥有作为第一个电子计算机方案提出者 的优先权。计算与计算机10/3/2007

14、Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理图图林机： 现代通用数字计算机的数学模型 1936年，24岁的英国数学家图林发表著名论文论 可计算数及其在密码问题 的应用，提出了“理想计 算机”，后人称之为“图林机”。图林通过数学证明得 出理论上存在“通用图林机”，这为可计算性的概念 提供了严格的数学定义，图林机成为现代通用数字 计算机的数学模型，它证明通用数字计算机是可以制 造出来的。 图林发表于1940年的另一篇著名论文计算机能思考吗？，对计 算机的人工智能进行了探索，并设计了著名的“图林测验”。1954年 图林英年早逝，年仅42岁。计算与计算机10/3/2007Lecture2:

15、嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理维纳维纳 的现现代计计算机设计设计 五原则则 1940年，美国科学家维纳阐 述了自己对现代计算机 的五点设计原则：数字式而不是模拟式；以电子元 件构成并尽量减少机械装置；采用二进制而不是十进 制；内部存放计算表；内部存储数据。维纳在1948年完成了著作控制论，这不仅使维纳成为控制论 的创始人，而且对计算机后来的发展和人工智能的研究产生了深刻 的影响。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理现现代电电子计计算机之父 19441945年间，美籍匈牙利科学家冯诺伊曼在第一台现代计算机 ENIAC尚未问世时注意到其弱点

16、，并提出一个新机型EDVAC的设计方案 ，其中提到了两个设想：采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现 代计算机至关重要，也使冯诺伊曼成为“现代电子计算机之父”，冯诺 伊曼机体系延续至今。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理计计算机开关电电路 1938年，信息论的创始人、美国科学家仙农发表论 文继电器和开关电路的符号分析，首次阐述了 如何将布尔代数运用于逻辑电 路，奠定了现代电子 计算机开关电路的理论基础。计算与计算机10/3/2007Lecture2:嵌入式系统历史与现代特征嵌入式系统原理ENIAC 1946年2月15日，世界上第一台通用数字电 子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务 的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特 、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程 师埃克特当时年仅24岁。ENIAC：长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10件 普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000