壹、現代計算機的技術發展史
1.微型計算機時代的嵌入式應用
電子數字計算機誕生於1946。在此後漫長的歷史進程中，計算機壹直是在專用機房中實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器出現，計算機才經歷了歷史性的變革。以微處理器為基礎的微型計算機因其體積小、價格低、可靠性高，正迅速走出計算機房。基於高速數值計算能力的微型計算機引起了控制專業人員的興趣，要求將微型計算機嵌入到對象系統中，實現對對象系統的智能控制。例如，壹臺微型計算機經過電氣和機械強化後，配以各種外圍接口電路，安裝在大型船舶上，構成自動駕駛儀或船用發動機狀態監測系統。這樣，計算機就失去了原來的形態和壹般的計算機功能。為了區別於原來的通用計算機系統，將計算機嵌入到對象系統中，實現對對象系統的智能控制，稱為嵌入式計算機系統。因此，嵌入式系統誕生於微機時代，嵌入式系統的嵌入式本質是將壹臺計算機嵌入到壹個對象系統中，這些都是理解嵌入式系統的基本出發點。
2.現代計算機技術的兩個分支。
由於嵌入式計算機系統要嵌入到對象系統中，實現對對象的智能控制，因此與壹般計算機系統有著完全不同的技術要求和發展方向。通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算；技術的發展方向是總線速度的無限提升和存儲容量的無限擴展。嵌入式計算機系統的技術要求是對對象的智能控制能力；技術的發展方向是與對象系統密切相關的嵌入式性能、控制能力和控制可靠性。
早期，人們不情願地對通用計算機系統進行改造，以實現大型設備中的嵌入式應用。但對於很多對象系統(如家用電器、儀器儀表、工業控制單元)，不可能嵌入通用計算機系統，嵌入式系統和通用計算機系統的技術發展方向完全不同。因此，有必要獨立開發通用計算機系統和嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。
如果說微型計算機的出現使計算機進入了現代計算機發展階段，那麽嵌入式計算機系統的誕生則標誌著計算機進入了通用計算機系統和嵌入式計算機系統並行發展的時代，從而導致了20世紀末計算機的高速發展時期。
3.兩個分支發展的裏程碑
通用計算機系統和嵌入式計算機系統之間的專業化發展導致了20世紀末20世紀初計算機技術的飛速發展。計算機專業領域集中精力開發通用計算機系統的軟硬件技術，不考慮嵌入式應用需求，通用微處理器從286、386、486迅速向奔騰系列轉變；操作系統迅速擴展了計算機基於高速、海量數據的文件處理能力，使通用計算機系統進入完善階段。
嵌入式計算機系統走上了壹條完全不同的道路，這就是單芯片發展之路。它動員了傳統電子系統領域的原始廠商和專業人士，接手了起源於計算機領域的嵌入式系統，承擔了開發和普及嵌入式系統的歷史任務，使傳統電子系統迅速發展到智能化的現代電子系統時代。
因此，現代計算機技術發展的兩大分支的裏程碑意義在於，它不僅形成了計算機發展的專業化分工，而且將發展計算機技術的任務延伸到傳統的電子系統領域，使計算機成為人類社會進入全面智能時代的有力工具。
二、嵌入式系統的定義和特點
如果了解了嵌入式(計算機)系統的起源和發展，我們就不會對嵌入式系統有太多的誤解，但是我們可以歷史地、本質地、普遍地定義嵌入式系統。
1.嵌入式系統的定義
根據歷史的、本質的和普遍的要求，嵌入式系統應定義為“嵌入在目標系統中的專用計算機系統”。嵌入式、專用性和計算機系統是嵌入式系統的三個基本要素。目標系統是指嵌入在嵌入式系統中的主機系統。
2.嵌入式系統的特點
嵌入式系統的特征不同於定義，這是由定義中的三個基本要素派生出來的。不同的嵌入式系統會有不同的特點。“嵌入性”的相關特性:因為是嵌入到對象系統中，所以必須滿足對象系統的環境要求，如物理環境(小)、電氣/大氣環境(可靠)、成本(低價格)等。與“特殊性”相關的特征:軟件和硬件的定制；滿足對象要求的最低軟件和硬件配置。與“計算機系統”相關的特性:嵌入式系統必須是能夠滿足目標系統控制要求的計算機系統。針對以上兩個特點，這種計算機必須配備適合目標系統的接口電路。
另外，在理解嵌入式系統的定義時，不要和嵌入式設備混淆。嵌入式設備是指具有嵌入式系統的產品和設備，如家用電器、儀器儀表、工業控制單元、機器人、手機、PDA等。
3.嵌入式系統的類型及發展
根據上述嵌入式系統的定義，只要滿足定義中的三個要素，計算機系統就可以稱為嵌入式系統。嵌入式系統可分為器件級(工控機)、板級(單板、模塊)和芯片級(MCU、SoC)。
有人把嵌入式處理器當成嵌入式系統，但是因為嵌入式系統是嵌入式計算機系統，只有把嵌入式處理器作為嵌入式應用，這樣的計算機系統才能稱為嵌入式系統。
嵌入式系統與目標系統密切相關，其主要技術發展方向是滿足嵌入式應用的要求，不斷擴展目標系統所需的外圍電路(如ADC、DAC、PWM、日歷時鐘、電源監控、程序運行監控電路等。)，並形成符合對象系統要求的應用系統。因此，嵌入式系統作為壹種特殊的計算機系統，應該不斷向計算機應用系統發展。因此，定義中的專用計算機系統可以擴展為符合目標系統要求的計算機應用系統。
第三，嵌入式系統的自主開發路徑
1.單片機開創了嵌入式系統自主開發的先河。
雖然嵌入式系統起源於微型計算機時代，但是，微型計算機的體積、價格和可靠性並不能滿足大多數目標系統的嵌入式應用要求，因此嵌入式系統必須走自主開發的道路。這條路是芯片路。計算機制作在壹個芯片上，從而開創了獨立開發嵌入式系統的單片機時代。
在探索單片機的發展道路時，出現過兩種模式，即“σ模式”和“創新模式”。“∑模式”本質上是通用計算機直接芯片模式，將通用計算機系統中的基本單元進行切割，集成在壹個芯片上，形成單片機。“創新模式”根據嵌入式應用的要求，設計了全新的體系結構、微處理器、指令系統、總線模式、管理模式等。Intel公司的MCS-48和MCS-51是按照創新模式開發的單片嵌入式系統(單片微型計算機)。MCS-51是基於MCS-48開發的綜合嵌入式系統。歷史證明，“創新模式”是嵌入式系統自主開發的正確途徑，MCS-51的架構也因此成為了單片嵌入式系統的典型架構。
2.單片機技術發展史
單片機誕生於20世紀70年代末，經歷了SCM、MCU、SoC三個階段。
1.SCM是單片機的階段，主要是以最佳的單片形式尋求嵌入式系統的最佳架構。“創新模式”的成功，奠定了單片機與通用計算機完全不同的發展道路。英特爾為嵌入式系統的自主開發做出了巨大貢獻。
2.MCU是微控制器單元的階段，其主要技術發展方向是:擴展符合嵌入式應用要求的各類外圍電路和接口電路，突出其對象的智能控制能力。它所涉及的領域都與對象系統有關，所以開發MCU的重任不可避免地落在了電氣電子技術廠商身上。由此看來，英特爾逐漸淡出MCU也有其客觀因素。在MCU的開發中，最著名的廠商是飛利浦。
飛利浦公司憑借其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將MCS-51從單片機迅速發展為微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統的發展道路時，不要忘記英特爾和飛利浦的歷史功績。
3.單片機是嵌入式系統的獨立發展道路，發展到MCU階段的重要因素是尋求應用系統在片上的最大解決方案；因此，專用單片機的發展自然形成了SoC的趨勢。隨著微電子技術、ic設計和EDA工具的發展，基於SoC的單片機應用系統的設計將會有很大的發展。所以對單片機的理解可以從單片機、單片機擴展到單片機應用系統。
四、嵌入式系統的兩種應用模式
嵌入式系統的嵌入式應用特點決定了其跨學科的特點。作為計算機的內涵，要求計算機領域的人們投身於對其體系結構、軟件技術和工程應用的研究。但是，要了解對象系統的控制需求，實現系統控制模式，必須具備對象領域的專業知識。因此，從嵌入式系統發展的歷史進程和嵌入式應用的多樣性，我們可以理解兩種客觀形成的應用模式。
1.兩種客觀存在的應用模式
嵌入式計算機系統起源於微機時代，但很快進入了單片機自主開發時代。在單片機時代，嵌入式系統以器件的形式迅速進入傳統電子技術領域，以電子技術應用工程師為主體實現傳統電子系統的智能化，而計算機專業團隊並沒有真正進入單片機應用領域。因此，電子技術應用工程師以他們習慣的電子技術應用模式從事單片機的應用開發。這種應用模式最重要的特點是:軟件和硬件的底層性和隨機性；對象系統專業知識的密切相關性；缺乏計算機工程設計方法。
雖然在單片機時代，計算機專業淡出了嵌入式系統領域，但隨著後PC時代的到來，網絡和通信技術發展起來；同時，嵌入式系統的軟硬件技術有了很大的提高，為計算機專業人士介入嵌入式系統應用開辟了廣闊的天地。在計算機專業人員的介入下，計算機應用模式具有明顯的計算機工程應用特征，即基於嵌入式系統軟硬件平臺的非嵌入式底層應用，主要是網絡和通信。
2.兩種應用模式的共存與互補。
由於嵌入式系統最大、最廣、最低的應用是對傳統電子技術領域的智能化改造，具有強烈電子系統設計色彩的電子系統應用模式將長期存在，主要以熟悉對象的電子技術團隊為主，使用最少的嵌入式系統軟硬件費用，以8位計算機為主。
此外，計算機專業人員會越來越多地涉及嵌入式系統應用，但由於對象專業知識的差距，其應用領域將集中在網絡、通信、多媒體、商務電子等方面，不可能取代電子工程師在控制、儀器儀表、機械、電子等方面的原有嵌入式應用。因此，這兩種客觀存在的應用模式將長期共存，在不同領域相輔相成。電子系統設計模式要從計算機應用設計模式中學習計算機工程方法和嵌入式系統軟件技術；計算機應用設計模式要從電子系統設計模式中了解電路系統特點、基本外圍電路設計方法和對象系統的基本要求。
3.嵌入式系統應用的高端和低端
由於嵌入式系統有較長的單片機獨立開發路徑，大多基於8位單片機，實現了最底層的嵌入式系統應用，具有明顯的電子系統設計模式特征。從事單片機應用的開發人員大多是目標系統領域的電子系統工程師。此外，單片機的出現，立即離開了計算機專業領域，作為“智能”設備進入電子系統領域，沒有帶入“嵌入式系統”的概念。所以很多從事單片機應用的人並不了解單片機和嵌入式系統的關系。談到“嵌入式系統”領域，他們往往理解為計算機專業領域，基於32位嵌入式處理器，從事網絡、通信、多媒體等應用。這樣，“單片機”和“嵌入式系統”就形成了嵌入式系統中常見的兩個獨立的術語。但由於“單片機”是典型的、獨立開發的嵌入式系統，從學科建設的角度來看，應該統壹為“嵌入式系統”。考慮到原單片機電子系統底層應用的特點，嵌入式系統的應用可以分為高端和低端，原單片機應用可以理解為嵌入式系統的低端應用，意味著其底層性和與目標系統的緊耦合性。