從嵌入式系統(tǒng)看現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命

從嵌入式系統(tǒng)看現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命從嵌入式系統(tǒng)看現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命人類近代史上有兩次重大的產(chǎn)業(yè)革命：一次是18世紀的由蒸汽機推動的第1次產(chǎn)業(yè)革命，另一次是當前人們正面臨著始于20世紀中期，由集成電路開啟的現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命?，F(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命是一場智力革命，以普遍的智能化工具代替人的腦力勞動。嵌入式系統(tǒng)成為智能化工具的歸一化智力內(nèi)核。現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命構建的知識平臺，將資本經(jīng)濟推向知識經(jīng)濟時代。知識平臺的廣泛使用必將對人類社會經(jīng)濟、生活方式產(chǎn)生極其重大的影響。關鍵詞

產(chǎn)業(yè)革命

嵌入式系統(tǒng)

知識經(jīng)濟

知識平臺

時空量子化

智力平臺

智力嵌入現(xiàn)代計算機是微處理器技術基礎上的數(shù)字計算機，現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命是一場空前的智力革命，它將人類獨有的知識行為能力（智力）集成到工具中，使人類工具普遍智能化，從而替代人類的腦力勞動。在這場重要的智力革命中，嵌入式系統(tǒng)承擔了智能化工具中歸一化的智力內(nèi)核的作用。1

人類近代史上的兩次產(chǎn)業(yè)革命人類近代史上有兩次重大的產(chǎn)業(yè)革命：一次是人們熟知的18世紀由蒸汽機推動的第1次產(chǎn)業(yè)革命，本質(zhì)上是動力機械的革命；第2次產(chǎn)業(yè)革命則是20世紀中期開始的現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命，本質(zhì)上是人類社會的智力革命，影響到社會生活的各個方面。如今人們已深深地陷入其中，卻無人提及計算機產(chǎn)業(yè)革命的口號，真乃“不識廬山真面目，只緣身在此山中”。1.1

兩次產(chǎn)業(yè)革命的描述人們在研究現(xiàn)代文明史、經(jīng)濟史、社會發(fā)展史時，都會著重地談到18世紀的產(chǎn)業(yè)革命；而對于現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命，許多著名學者都從不同的角度深刻地感受它的存在與重大影響。未來學者阿爾文·托夫勒用“第3次浪潮”來描述人類的第2次產(chǎn)業(yè)革命。20年前，在《第三次浪潮》一書中，提出了人類社會發(fā)展史上“兩大變化”、“三次浪潮”的重大社會發(fā)展史觀：“到目前為止，人類經(jīng)歷了兩次重大的變化浪潮，每一次都抹殺了早期的文化與文明，以前人不能想象的生活方式取而代之”?！耙蝗f年前農(nóng)業(yè)發(fā)明掀起了第1次產(chǎn)業(yè)革命，第2次工業(yè)革命帶來了驚天動地的第2次浪潮，我們則是下一次浪潮‘第3次浪潮’的子女”。在這里，托夫勒明確地提到了18世紀產(chǎn)業(yè)革命形成“驚天動地的第2次浪潮”，20年后，阿爾文·托夫勒在《財富的革命》一書中，對“第3次浪潮”進行了詳盡的描述，開始觸及“第3次浪潮”的知識革命內(nèi)容，并提出了“知識經(jīng)濟”的概念。《紐約時報》記者托馬斯·弗里德曼在著名的《世界是平的》一書中，將經(jīng)濟全球化時代追溯到1492的哥倫布的遠航時代，稱其為“全球化1.0版本”；把1800年左右開始的第1次產(chǎn)業(yè)革命稱作“全球化2.0版本”；從2000年開始，人類進入到一個全新的世界，為“全球化3.0版本”。人們不必研究弗里德曼描述全球化時代的準確性，卻可以從書中感受到第2次產(chǎn)業(yè)革命對人類社會的重大影響。無論是“第3次浪潮”的《財富的革命》，還是“全球化3.0版本”《世界是平的》都在告訴人們，人類發(fā)展歷史上出現(xiàn)過兩次巨大的變革，第1次是18世紀的產(chǎn)業(yè)革命，第2次則是我們目前的知識經(jīng)濟時代。1.2

20世紀的計算機產(chǎn)業(yè)革命無論是阿爾文·托夫勒的《第三次浪潮》、《財富的革命》，還是托馬斯·弗里德曼的《世界是平的》，都用全書篇幅描述了一個充滿了新奇的世界，感覺到人類進入了一個革命性的時代。當人們深入思考阿爾文·托夫勒《財富的革命》中財富的深層原理、托馬斯·弗里德曼《世界是平的》中碾平世界的十大動力時，都想問一個“為什么？”。如果你在嵌入式系統(tǒng)領域中“摸爬滾打”了20年，就會深刻地體會到碾平世界的十大動力，財富深層原理的知識，知識革命背后是無時、無處不在的現(xiàn)代計算機技術。因此，可以說，人類社會的第1次產(chǎn)業(yè)革命是18世紀的蒸汽動力開始的產(chǎn)業(yè)革命，誕生了資本經(jīng)濟，使人類進入到現(xiàn)代文明社會；人類的第2次產(chǎn)業(yè)革命是始于20世紀中葉的現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命，誕生了知識經(jīng)濟，使人類進入到一個全面智能化時代。1.3

兩次產(chǎn)業(yè)革命的類比對于第1次產(chǎn)業(yè)革命，人們感興趣的是它的巨大生產(chǎn)力效益，催生了資本經(jīng)濟，將人類社會推向文明時代。很少有人從“知識學”角度來分析第1次產(chǎn)業(yè)革命的技術本質(zhì)，并以此來對比兩次產(chǎn)業(yè)革命的起因、本質(zhì)及發(fā)展歷程。18世紀的第1次產(chǎn)業(yè)革命，是在技術科學基礎上的革命。蒸汽機是技術科學基礎上誕生的歸一化動力機械。既可為工業(yè)化大生產(chǎn)提供機械動力平臺（如工廠中的動力車間、動力母機），又可以實現(xiàn)大型工具的機械動力嵌入（如蒸汽輪船、蒸汽機車）。隨后的內(nèi)燃機械、電力機械都是第1次產(chǎn)業(yè)革命的完善階段。無論是已淘汰的蒸汽機械，還是后來的內(nèi)燃機械、電力機械，都是歸一化的動力機械，為人類提供最廣泛的動力平臺與動力嵌入，以替代人類生產(chǎn)、生活中的體力勞動。20世紀中期的第2次產(chǎn)業(yè)革命，是集成電路基礎上的現(xiàn)代計算機的智力革命?，F(xiàn)代計算機歸一化時空量子技術基礎上誕生的智力平臺（如通用計算機上的智力仿真、人工智能、專家系統(tǒng)、文字語言多媒體的處理等）與智力嵌入（如嵌入式系統(tǒng)在對象系統(tǒng)中廣泛嵌入后，形成了最廣泛的智能化工具，以替代人類生產(chǎn)、生活中的腦力勞動。計算機產(chǎn)業(yè)革命也許是人類社會最后一次產(chǎn)業(yè)革命。因為，人類作為一個社會化的群體，其全部社會存在價值與表現(xiàn)，是人類個體的體力勞動與腦力勞動。兩次產(chǎn)業(yè)革命完成了體力勞動與腦力勞動的替代后，人類便進入到邊緣化時代。如果還有下一個產(chǎn)業(yè)革命，其后果恐怕是使人類進入到非自然人的異化時代了。2

現(xiàn)代計算機智力革命的技術基礎人類的智力與所有高等動物的智力有著本質(zhì)的差異，人類的智力是知識基礎上的外在表現(xiàn)，即“知識行為”。人類知識行為可以概括成“一個基礎、三個過程”，即知識存儲基礎與事件激勵、信息處理、響應輸出三個過程?，F(xiàn)代計算機智力革命的任務是實現(xiàn)人類的知識行為仿真，就要用計算機來實現(xiàn)人類知識行為中的知識存儲、知識行為過程中的外部世界交互與信息處理?，F(xiàn)代計算機智力革命的技術基礎是時空量子化、多維進程與中斷技術。2.1

時空量子歸一化的知識存儲與傳輸量子化觀念是客觀世界普遍適用的觀念，從微觀世界角度，任何客觀世界物質(zhì)都是由相同狀態(tài)和為數(shù)不多的分子、原子構成的。在傳統(tǒng)相機中，用以描述客觀世界形形色色的圖片，都是完全相同的量子化銀鹽顆粒組成的感光膠片；用以描述客觀事物動態(tài)進程的電影，是將一個連續(xù)的時間進程分割成一個個量子化時間間隔上的靜態(tài)圖片?？梢钥闯?，任何一個客觀事物都可以用空間的量子化存儲與時間量子化進程來描述。時空量子的歸一化是實現(xiàn)普遍化描述的基礎。人們在鋼琴博物館中，可以看到自動鋼琴自動彈奏的客觀事物：將樂譜存儲在穿孔帶上，轉(zhuǎn)動狀態(tài)下的孔帶機，按量子化進程控制擊鍵機構，彈奏出美妙的鋼琴曲。但是，這種空間量子化存儲與時間量子化進程，沒有歸一化特性，無法移植到提琴、黑管、長笛的演奏中。感光膠片銀鹽量子化顆?；A上的量子化時間進程，實現(xiàn)了歸一化的時空量子化顆粒，可以普遍描述客觀事物的動態(tài)過程。如果進一步追究電影技術中的時空量子的歸一化程度，可以發(fā)現(xiàn)它的不徹底性?？臻g的量子化存儲，必須是電影膠片銀鹽顆粒的感光狀態(tài)存儲；時間量子化進程必須是電影機的步進運行狀態(tài)。這種時空量子化無法實現(xiàn)最廣泛的量子化空間存儲與量子化的時間進程。微處理器基礎上的現(xiàn)代計算機誕生后，以“0”、“1”的數(shù)字符號實現(xiàn)了最徹底的歸一化時空量子?！?”、“1”的數(shù)字符號可以表現(xiàn)客觀事物的兩種極限狀態(tài)，從而可以將任何客觀事物用“0”、“1”狀態(tài)實現(xiàn)數(shù)字化描述與傳送。例如，數(shù)碼相機中空間量子化的電荷耦合器件（CCD）將外部景象以量子化空間上電荷的“有（1）”、“無（0）”存儲在CCD上，隨后將CCD量子化空間上的電荷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w管的“開”、“關”狀態(tài)，轉(zhuǎn)移到數(shù)碼相機的半導體存儲器上，最后形成“0”、“1”的數(shù)字化文件保存在外部獨立的存儲卡上。外部存儲卡上歸一化的數(shù)字化文件可以轉(zhuǎn)化成電路的編碼（電平的高低、電流的有無、無線載波頻率的有無等）狀態(tài)實現(xiàn)遠距離傳送，或?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，如以光通量的“有”、“無”刻錄到光盤中，以磁通量的“有”、“無”存儲到磁盤中，傳送到顯示終端可以直接觀看。2.2

時空量子歸一化的多維狀態(tài)分支上述數(shù)字符號“0”、“1”的時空量子化技術，徹底地解決了知識的歸一化存儲與傳輸。然而要真正實現(xiàn)知識行為仿真，必須具有人類知識行為多維狀態(tài)的分支轉(zhuǎn)移。例如，在“對歌”的知識行為中，歌手頭腦中不僅存儲有大量的歌曲知識，同時可以根據(jù)需要隨時轉(zhuǎn)移到不同的歌曲進程中去。相反，在自動鋼琴中，雖然可以彈奏出美妙的鋼琴曲，卻不能隨意地變換樂曲，這是因為自動鋼琴只有穿孔帶規(guī)定好的一維線性進程。現(xiàn)代計算機的指令系統(tǒng)中，有大量的條件轉(zhuǎn)移與非條件轉(zhuǎn)移指令，可以設定計算機任務的隨意轉(zhuǎn)移，即形成多維狀態(tài)分支轉(zhuǎn)移。帶有計算機內(nèi)核的電子琴中，存儲有大量樂曲，既可事先按下不同的按鍵，演奏不同的樂曲，也可以在演奏一個樂曲的過程中，轉(zhuǎn)而演奏其他樂曲。2.3

事件進程中的應急處理中斷技術中斷技術是人類知識行為仿真的不可缺少的基礎技術。人類知識行為的一個重要智力特征是知識行為的應急處理能力。例如，下棋時能接受外界事物，如“對方悔棋”、“旁觀者支招”、“老婆喊吃飯”、“失火了”等的隨機激勵進行分析判斷，做出不同的響應。“對方悔棋”要立即提出抗議；對“旁觀者支招”可不理睬；對“老婆喊吃飯”可以暫時中斷下棋行為，保留棋盤狀態(tài)，回去吃飯，飯后再在原先中斷的狀態(tài)繼續(xù)下；確認“失火了”，應停止下棋立即轉(zhuǎn)去救火?，F(xiàn)代計算機的中斷機構，以及中斷處理技術中的中斷源、中斷請求、中斷優(yōu)先級、中斷屏蔽、中斷響應、中斷狀態(tài)保護、中斷處理、中斷返回等，可以實現(xiàn)人類知識行為中的應急處理能力。3

現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命的成果現(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命是用計算機時空量子化、多維進程與中斷技術，來實現(xiàn)人類知識行為仿真，產(chǎn)業(yè)革命的成果是具有知識行為能力的知識平臺商品。知識平臺商品有兩種類型，即通用計算機上的“智力平臺”與嵌入式（計算機）系統(tǒng)構成的“智力嵌入”。3.1

通用計算機的智力平臺通用計算機的智力平臺是指在通用計算機上使用的各種形式的應用軟件，如科學計算/分析軟件、計算機輔助設計與輔助制造、各種形態(tài)的專家系統(tǒng)、文字處理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)等，是一種軟件形態(tài)的知識商品。這種知識商品只能在通用計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)它的知識行為能力，如在深藍計算機上使用的“國際象棋大師”、方正的中文排版系統(tǒng)、有限元強度計算軟件、漢王文字識別軟件等。3.2嵌入式系統(tǒng)的智力嵌入嵌入式系統(tǒng)是一個具有計算機內(nèi)核（嵌入式計算機）的智能電子系統(tǒng)，嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象系統(tǒng)的智能化。例如，各種帶“電腦”的家用電器，工業(yè)控制領域中的智能化工具、設備，儀器儀表領域中的智能儀表等。嵌入式系統(tǒng)是微型機時代誕生的概念，隨即走上了單片機的獨立發(fā)展道路，用于傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化改造。這一時期的嵌入式系統(tǒng)，突出了它的嵌入性，它的嵌入對象，如電冰箱、洗衣機、微波爐等，都是獨立的商品，單片機應用系統(tǒng)的嵌入，替代了原先的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)，實現(xiàn)了嵌入對象的智能化。隨著信息時代的到來及普遍的數(shù)字化生活方式，由嵌入式系統(tǒng)直接構成了能獨立實現(xiàn)某些知識行為能力的應用系統(tǒng)，如通信用手機、數(shù)值計算用計算器、各種類型的快譯通、PDA、多媒體領域中的MP3、MP4等。這些都是由嵌入式系統(tǒng)直接構成的嵌入式應用系統(tǒng)商品，弱化了嵌入式系統(tǒng)的嵌入性。3.3

知識平臺商品的基本特點無論是通用計算機上使用的智力平臺應用軟件，還是嵌入式系統(tǒng)的智力嵌入式產(chǎn)品，都具有物化形態(tài)與使用價值，是可以在市場上進行交易的商品。這些商品突出了它的知識行為能力，故稱之為“知識平臺商品”或簡稱為“知識商品”?！爸R平臺商品”具有5個特點。(1)

與計算機的緊耦合性

知識平臺商品必須內(nèi)含計算機，或依賴計算機。智力平臺應用軟件類“知識商品”必須在通用計算機上運行；智力嵌入式產(chǎn)品類“知識商品”內(nèi)部必須含有嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核。這是因為只有現(xiàn)代計算機才能實現(xiàn)人類知識行為仿真。(2)

普遍的知識行為能力

我們可以把知識平臺商品看成是一個“廣義工具”，即內(nèi)部集成有“知識行為”的工具。人類社會中廣泛使用的工具，本質(zhì)上都是知識工具，即在工具內(nèi)部集成有人類知識。例如原始人使用的石刀、石斧中集成有尖劈知識；拖拉機中集成有機械學、材料學、動力學、內(nèi)燃機、鍛、鑄、焊、鈑金工藝等學科知識；算盤中集成有數(shù)值計算原理知識。我們把知識平臺商品看成是一個“廣義工具”，是因為在它內(nèi)部不僅集成有知識，還集成有知識行為能力。算盤集中有數(shù)值計算原理知識，但不具有知識行為能力，只有在進行珠算操作時才能實現(xiàn)數(shù)值計算。電子計算器出現(xiàn)后，由于計算機的嵌入，具有數(shù)值計算的知識行為能力，任何人只要輸入數(shù)值計算要求，電子計算器就能自動完成數(shù)值計算的知識行為，給出數(shù)值計算結(jié)果。(3)

平臺知識的黑洞性

知識平臺的知識黑洞性是指平臺對知識與知識行為的無限集成特性。為了提高知識平臺商品的競爭優(yōu)勢，知識平臺商品廠家總是要使知識平臺商品不斷升級，不斷更新?lián)Q代。例如，半導體廠家推出的VCD/DVD軟硬件套件（VCD/DVD機的知識平臺商品）給VCD/DVD機生產(chǎn)廠家的同時，不斷將VCD/DVD的最新技術集成到VCD/DVD軟硬件套件中，準備給VCD/DVD機生產(chǎn)廠家提供下一代VCD/DVD機的知識平臺商品。(4)

平臺知識的黑箱性

知識平臺的知識黑箱性與下面的傻瓜性應用是由知識分離性規(guī)律引起的。工具中原理知識與應用知識的分離，使得知臺平臺中的核心技術知識與平臺的應用分離，從而使知識平臺商品購買者無法了解商品中的知識內(nèi)核，卻不妨礙知識平臺商品的使用效果。(5)

平臺應用的傻瓜性

知識平臺的傻瓜化應用特性是指使用知識平臺時，不必了解知識平臺中的知識原理，只要遵循知識平臺的應用規(guī)則就能使用。例如，使用電子計算器時，任何一個不懂數(shù)值計算原理的“傻瓜”，只需知道怎樣使用按鍵，輸入計算要求，就能進行四則運算，甚至函數(shù)運算。4

知識平臺商品的知識經(jīng)濟時代知識平臺商品誕生后，迎來了經(jīng)濟領域、社會生活領域的廣泛革命。在經(jīng)濟領域中，迅速將資本經(jīng)濟推向知識經(jīng)濟時代；在社會學領域，則將一個真實的模擬世界變革成真實世界與虛擬世界并存的二元化時代；在智力化工具的廣泛替代下，人類將進入邊緣化時代。4.1

從資本經(jīng)濟走向知識經(jīng)濟資本經(jīng)濟是資本主宰下的社會經(jīng)濟，知識經(jīng)濟則是以知識平臺商品為中心的市場經(jīng)濟。知識平臺商品誕生后，將資本經(jīng)濟的封閉型的一體化產(chǎn)業(yè)變革成以知識平臺商品為中心的扇形產(chǎn)業(yè)；在扇形產(chǎn)業(yè)結(jié)構中，形成了“知識產(chǎn)業(yè)”與“制造產(chǎn)業(yè)”的專業(yè)化分工與共存的經(jīng)濟生態(tài)體系。在市場經(jīng)濟最大化利潤追逐，知識平臺商品黑箱性、傻瓜性的知識壟斷與駕馭的條件下，“制造產(chǎn)業(yè)”迅速從第一世界向第三世界轉(zhuǎn)移，形成了知識經(jīng)濟時代最重要的全球化特征，即商品生產(chǎn)、流通、服務的全球化。4.2

從一元化世界走向二元化世界從人類誕生，到20世紀中葉的百萬年計的時間里，人類一直生活在一個真實的模擬世界里?，F(xiàn)代計算機產(chǎn)業(yè)革命為我們構筑了一個虛擬的數(shù)字化世界。從此，人類開始進入真實世界與虛擬世界并存的二元化時代。人類社會生活從傳統(tǒng)的人際交互逐漸被人—機交互、人—機—人交互所替代，使人際交互過程中插入了一個虛擬世界的“黑箱交互”過程。虛擬世界是真實世界的映像，無限的真實世界催生了一個無限的虛擬世界。在市場經(jīng)濟利潤原則驅(qū)使