从嵌入式系统看现代计算机产业革命

摘要 人类近代史上有两次重大的产业革命： 一次是18世纪的由蒸汽机推动的第1次产业革命，另一次是当前人们正面临着始于20世纪中期，由集成电路开启的现代计算机产业革命。现代计算机产业革命是一场智力革命，以普遍的智能化工具代替人的脑力劳动。嵌入式系统成为智能化工具的归一化智力内核。现代计算机产业革命构建的知识平台，将资本经济推向知识经济时代。知识平台的广泛使用必将对人类社会经济、生活方式产生极其重大的影响。

关键词  产业革命  嵌入式系统  知识经济  知识平台  时空量子化  智力平台  智力嵌入

　　现代计算机是微处理器技术基础上的数字计算机，现代计算机产业革命是一场空前的智力革命，它将人类独有的知识行为能力（智力）集成到工具中，使人类工具普遍智能化，从而替代人类的脑力劳动。在这场重要的智力革命中，嵌入式系统承担了智能化工具中归一化的智力内核的作用。

1  人类近代史上的两次产业革命

　　人类近代史上有两次重大的产业革命： 一次是人们熟知的18世纪由蒸汽机推动的第1次产业革命，本质上是动力机械的革命；第2次产业革命则是20世纪中期开始的现代计算机产业革命，本质上是人类社会的智力革命，影响到社会生活的各个方面。如今人们已深深地陷入其中，却无人提及计算机产业革命的口号，真乃“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。

1.1  两次产业革命的描述

　　人们在研究现代文明史、经济史、社会发展史时，都会着重地谈到18世纪的产业革命；而对于现代计算机产业革命，许多著名学者都从不同的角度深刻地感受它的存在与重大影响。

　　未来学者阿尔文•托夫勒用“第3次浪潮”来描述人类的第2次产业革命。20年前，在《第三次浪潮》一书中，提出了人类社会发展史上“两大变化”、“三次浪潮”的重大社会发展史观：“到目前为止，人类经历了两次重大的变化浪潮，每一次都抹杀了早期的文化与文明，以前人不能想象的生活方式取而代之”。“一万年前农业发明掀起了第1次产业革命，第2次工业革命带来了惊天动地的第2次浪潮，我们则是下一次浪潮‘第3次浪潮’的子女”。在这里，托夫勒明确地提到了18世纪产业革命形成“惊天动地的第2次浪潮”，20年后，阿尔文•托夫勒在《财富的革命》一书中，对“第3次浪潮”进行了详尽的描述，开始触及“第3次浪潮”的知识革命内容，并提出了“知识经济”的概念。

　　《纽约时报》记者托马斯•弗里德曼在著名的《世界是平的》一书中，将经济全球化时代追溯到1492的哥伦布的远航时代，称其为“全球化1.0版本”；把1800年左右开始的第1次产业革命称作“全球化2.0版本”；从2000年开始，人类进入到一个全新的世界，为“全球化3.0版本”。人们不必研究弗里德曼描述全球化时代的准确性，却可以从书中感受到第2次产业革命对人类社会的重大影响。

　　无论是“第3次浪潮”的《财富的革命》，还是“全球化3.0版本”《世界是平的》都在告诉人们，人类发展历史上出现过两次巨大的变革，第1次是18世纪的产业革命，第2次则是我们目前的知识经济时代。

1.2  20世纪的计算机产业革命

　　无论是阿尔文•托夫勒的《第三次浪潮》、《财富的革命》，还是托马斯•弗里德曼的《世界是平的》，都用全书篇幅描述了一个充满了新奇的世界，感觉到人类进入了一个革命性的时代。当人们深入思考阿尔文•托夫勒《财富的革命》中财富的深层原理、托马斯•弗里德曼《世界是平的》中碾平世界的十大动力时，都想问一个“为什么？”。如果你在嵌入式系统领域中“摸爬滚打”了20年，就会深刻地体会到碾平世界的十大动力，财富深层原理的知识，知识革命背后是无时、无处不在的现代计算机技术。因此，可以说，人类社会的第1次产业革命是18世纪的蒸汽动力开始的产业革命，诞生了资本经济，使人类进入到现代文明社会；人类的第2次产业革命是始于20世纪中叶的现代计算机产业革命，诞生了知识经济，使人类进入到一个全面智能化时代。

1.3  两次产业革命的类比

　　对于第1次产业革命，人们感兴趣的是它的巨大生产力效益，催生了资本经济，将人类社会推向文明时代。很少有人从“知识学”角度来分析第1次产业革命的技术本质，并以此来对比两次产业革命的起因、本质及发展历程。

　　18世纪的第1次产业革命，是在技术科学基础上的革命。蒸汽机是技术科学基础上诞生的归一化动力机械。既可为工业化大生产提供机械动力平台（如工厂中的动力车间、动力母机），又可以实现大型工具的机械动力嵌入（如蒸汽轮船、蒸汽机车）。随后的内燃机械、电力机械都是第1次产业革命的完善阶段。无论是已淘汰的蒸汽机械，还是后来的内燃机械、电力机械，都是归一化的动力机械，为人类提供最广泛的动力平台与动力嵌入，以替代人类生产、生活中的体力劳动。

　　20世纪中期的第2次产业革命，是集成电路基础上的现代计算机的智力革命。现代计算机归一化时空量子技术基础上诞生的智力平台（如通用计算机上的智力仿真、人工智能、专家系统、文字语言多媒体的处理等）与智力嵌入（如嵌入式系统在对象系统中广泛嵌入后，形成了最广泛的智能化工具，以替代人类生产、生活中的脑力劳动。

　　计算机产业革命也许是人类社会最后一次产业革命。因为，人类作为一个社会化的群体，其全部社会存在价值与表现，是人类个体的体力劳动与脑力劳动。两次产业革命完成了体力劳动与脑力劳动的替代后，人类便进入到边缘化时代。如果还有下一个产业革命，其后果恐怕是使人类进入到非自然人的异化时代了。

2  现代计算机智力革命的技术基础

　　人类的智力与所有高等动物的智力有着本质的差异，人类的智力是知识基础上的外在表现，即“知识行为”。人类知识行为可以概括成“一个基础、三个过程”，即知识存储基础与事件激励、信息处理、响应输出三个过程。现代计算机智力革命的任务是实现人类的知识行为仿真，就要用计算机来实现人类知识行为中的知识存储、知识行为过程中的外部世界交互与信息处理。现代计算机智力革命的技术基础是时空量子化、多维进程与中断技术。

2.1  时空量子归一化的知识存储与传输

　　量子化观念是客观世界普遍适用的观念，从微观世界角度，任何客观世界物质都是由相同状态和为数不多的分子、原子构成的。在传统相机中，用以描述客观世界形形色色的图片，都是完全相同的量子化银盐颗粒组成的感光胶片；用以描述客观事物动态进程的电影，是将一个连续的时间进程分割成一个个量子化时间间隔上的静态图片。可以看出，任何一个客观事物都可以用空间的量子化存储与时间量子化进程来描述。

　　时空量子的归一化是实现普遍化描述的基础。人们在钢琴博物馆中，可以看到自动钢琴自动弹奏的客观事物：将乐谱存储在穿孔带上，转动状态下的孔带机，按量子化进程控制击键机构，弹奏出美妙的钢琴曲。但是，这种空间量子化存储与时间量子化进程，没有归一化特性，无法移植到提琴、黑管、长笛的演奏中。感光胶片银盐量子化颗粒基础上的量子化时间进程，实现了归一化的时空量子化颗粒，可以普遍描述客观事物的动态过程。

　　如果进一步追究电影技术中的时空量子的归一化程度，可以发现它的不彻底性。空间的量子化存储，必须是电影胶片银盐颗粒的感光状态存储；时间量子化进程必须是电影机的步进运行状态。这种时空量子化无法实现最广泛的量子化空间存储与量子化的时间进程。

　　微处理器基础上的现代计算机诞生后，以“0”、“1”的数字符号实现了最彻底的归一化时空量子。“0”、“1”的数字符号可以表现客观事物的两种极限状态，从而可以将任何客观事物用“0”、“1”状态实现数字化描述与传送。例如，数码相机中空间量子化的电荷耦合器件（CCD）将外部景象以量子化空间上电荷的“有（1）”、“无（0）”存储在CCD上，随后将CCD量子化空间上的电荷状态转变为晶体管的“开”、“关”状态，转移到数码相机的半导体存储器上，最后形成“0”、“1”的数字化文件保存在外部独立的存储卡上。外部存储卡上归一化的数字化文件可以转化成电路的编码（电平的高低、电流的有无、无线载波频率的有无等）状态实现远距离传送，或实现状态转移，如以光通量的“有”、“无”刻录到光盘中，以磁通量的“有”、“无”存储到磁盘中，传送到显示终端可以直接观看。

2.2  时空量子归一化的多维状态分支

　　上述数字符号“0”、“1”的时空量子化技术，彻底地解决了知识的归一化存储与传输。然而要真正实现知识行为仿真，必须具有人类知识行为多维状态的分支转移。例如，在“对歌”的知识行为中，歌手头脑中不仅存储有大量的歌曲知识，同时可以根据需要随时转移到不同的歌曲进程中去。相反，在自动钢琴中，虽然可以弹奏出美妙的钢琴曲，却不能随意地变换乐曲，这是因为自动钢琴只有穿孔带规定好的一维线性进程。

　　现代计算机的指令系统中，有大量的条件转移与非条件转移指令，可以设定计算机任务的随意转移，即形成多维状态分支转移。带有计算机内核的电子琴中，存储有大量乐曲，既可事先按下不同的按键，演奏不同的乐曲，也可以在演奏一个乐曲的过程中，转而演奏其他乐曲。

2.3  事件进程中的应急处理中断技术

　　中断技术是人类知识行为仿真的不可缺少的基础技术。人类知识行为的一个重要智力特征是知识行为的应急处理能力。例如，下棋时能接受外界事物，如“对方悔棋”、“旁观者支招”、“老婆喊吃饭”、“失火了”等的随机激励进行分析判断，做出不同的响应。“对方悔棋”要立即提出抗议；对“旁观者支招”可不理睬；对“老婆喊吃饭”可以暂时中断下棋行为，保留棋盘状态，回去吃饭，饭后再在原先中断的状态继续下；确认“失火了”，应停止下棋立即转去救火。现代计算机的中断机构，以及中断处理技术中的中断源、中断请求、中断优先级、中断屏蔽、中断响应、中断状态保护、中断处理、中断返回等，可以实现人类知识行为中的应急处理能力。[page]

3  现代计算机产业革命的成果

　　现代计算机产业革命是用计算机时空量子化、多维进程与中断技术，来实现人类知识行为仿真，产业革命的成果是具有知识行为能力的知识平台商品。知识平台商品有两种类型，即通用计算机上的“智力平台”与嵌入式（计算机）系统构成的“智力嵌入”。

3.1  通用计算机的智力平台

　　通用计算机的智力平台是指在通用计算机上使用的各种形式的应用软件，如科学计算/分析软件、计算机辅助设计与辅助制造、各种形态的专家系统、文字处理系统、办公自动化系统等，是一种软件形态的知识商品。这种知识商品只能在通用计算机系统上实现它的知识行为能力，如在深蓝计算机上使用的“国际象棋大师”、方正的中文排版系统、有限元强度计算软件、汉王文字识别软件等。

3.2嵌入式系统的智力嵌入

　　嵌入式系统是一个具有计算机内核（嵌入式计算机）的智能电子系统，嵌入到对象体系中，实现对象系统的智能化。例如，各种带“电脑”的家用电器，工业控制领域中的智能化工具、设备，仪器仪表领域中的智能仪表等。

　　嵌入式系统是微型机时代诞生的概念，随即走上了单片机的独立发展道路，用于传统电子系统的智能化改造。这一时期的嵌入式系统，突出了它的嵌入性，它的嵌入对象，如电冰箱、洗衣机、微波炉等，都是独立的商品，单片机应用系统的嵌入，替代了原先的传统电子系统，实现了嵌入对象的智能化。

　　随着信息时代的到来及普遍的数字化生活方式，由嵌入式系统直接构成了能独立实现某些知识行为能力的应用系统，如通信用手机、数值计算用计算器、各种类型的快译通、PDA、多媒体领域中的MP3、MP4等。这些都是由嵌入式系统直接构成的嵌入式应用系统商品，弱化了嵌入式系统的嵌入性。

3.3  知识平台商品的基本特点

　　无论是通用计算机上使用的智力平台应用软件，还是嵌入式系统的智力嵌入式产品，都具有物化形态与使用价值，是可以在市场上进行交易的商品。这些商品突出了它的知识行为能力，故称之为“知识平台商品”或简称为“知识商品”。“知识平台商品”具有5个特点。

(1)  与计算机的紧耦合性

　　知识平台商品必须内含计算机，或依赖计算机。智力平台应用软件类“知识商品”必须在通用计算机上运行；智力嵌入式产品类“知识商品”内部必须含有嵌入式系统内核。这是因为只有现代计算机才能实现人类知识行为仿真。

(2)  普遍的知识行为能力

　　我们可以把知识平台商品看成是一个“广义工具”，即内部集成有“知识行为”的工具。

　　人类社会中广泛使用的工具，本质上都是知识工具，即在工具内部集成有人类知识。例如原始人使用的石刀、石斧中集成有尖劈知识；拖拉机中集成有机械学、材料学、动力学、内燃机、锻、铸、焊、钣金工艺等学科知识；算盘中集成有数值计算原理知识。我们把知识平台商品看成是一个“广义工具”，是因为在它内部不仅集成有知识，还集成有知识行为能力。算盘集中有数值计算原理知识，但不具有知识行为能力，只有在进行珠算操作时才能实现数值计算。电子计算器出现后，由于计算机的嵌入，具有数值计算的知识行为能力，任何人只要输入数值计算要求，电子计算器就能自动完成数值计算的知识行为，给出数值计算结果。

(3)  平台知识的黑洞性

　　知识平台的知识黑洞性是指平台对知识与知识行为的无限集成特性。为了提高知识平台商品的竞争优势，知识平台商品厂家总是要使知识平台商品不断升级，不断更新换代。例如，半导体厂家推出的VCD/DVD软硬件套件（VCD/DVD机的知识平台商品）给VCD/DVD机生产厂家的同时，不断将VCD/DVD的最新技术集成到VCD/DVD软硬件套件中，准备给VCD/DVD机生产厂家提供下一代VCD/DVD机的知识平台商品。

(4)  平台知识的黑箱性

　　知识平台的知识黑箱性与下面的傻瓜性应用是由知识分离性规律引起的。工具中原理知识与应用知识的分离，使得知台平台中的核心技术知识与平台的应用分离，从而使知识平台商品购买者无法了解商品中的知识内核，却不妨碍知识平台商品的使用效果。

(5)  平台应用的傻瓜性

　　知识平台的傻瓜化应用特性是指使用知识平台时，不必了解知识平台中的知识原理，只要遵循知识平台的应用规则就能使用。例如，使用电子计算器时，任何一个不懂数值计算原理的“傻瓜”，只需知道怎样使用按键，输入计算要求，就能进行四则运算，甚至函数运算。

4  知识平台商品的知识经济时代

　　知识平台商品诞生后，迎来了经济领域、社会生活领域的广泛革命。在经济领域中，迅速将资本经济推向知识经济时代；在社会学领域，则将一个真实的模拟世界变革成真实世界与虚拟世界并存的二元化时代；在智力化工具的广泛替代下，人类将进入边缘化时代。

4.1  从资本经济走向知识经济

　　资本经济是资本主宰下的社会经济，知识经济则是以知识平台商品为中心的市场经济。知识平台商品诞生后，将资本经济的封闭型的一体化产业变革成以知识平台商品为中心的扇形产业；在扇形产业结构中，形成了“知识产业”与“制造产业”的专业化分工与共存的经济生态体系。

　　在市场经济最大化利润追逐，知识平台商品黑箱性、傻瓜性的知识垄断与驾驭的条件下，“制造产业”迅速从第一世界向第三世界转移，形成了知识经济时代最重要的全球化特征，即商品生产、流通、服务的全球化。

4.2  从一元化世界走向二元化世界

　　从人类诞生，到20世纪中叶的百万年计的时间里，人类一直生活在一个真实的模拟世界里。现代计算机产业革命为我们构筑了一个虚拟的数字化世界。从此，人类开始进入真实世界与虚拟世界并存的二元化时代。人类社会生活从传统的人际交互逐渐被人—机交互、人—机—人交互所替代，使人际交互过程中插入了一个虚拟世界的“黑箱交互”过程。

　　虚拟世界是真实世界的映像，无限的真实世界催生了一个无限的虚拟世界。在市场经济利润原则驱使下，人类只顾及到虚拟世界的真实世界功能虚拟，使得虚拟世界中的法律、道德、社会责任的建设严重滞后，为市场经济服务的上层建筑在虚拟世界面前也显得软弱无力。

4.3  人类开始边缘化进程

　　资本经济创建了现代化的文明时代，从此，人类进入一个完全的人工环境精细呵护生活时代。在人工环境精细呵护下，人类开始了边缘化进程。第2次产业革命以动力机械替代人类生活中的体力劳动，导致人类作为动物属性的肢体功能全面退化，使人类面临肥胖症等现代化病症的困扰，不得不求助于健身产业。第1次产业革命使人类赖以生存的工具全面智能化，替代了标志人类进化的脑力劳动。懒于记忆、懒于分析思考，智能化工具的“全面武装”导致了人类智力的全面衰退。目前兴起的各种智力竞猜、智力游戏也许会催生一个健脑产业。

　　与人类体力、智力衰退相对应的是人工智能大脑、仿生机器人、生命机器人领域中群体智力集成的迅速发展，它将加速人类的边缘化进程。

5  展望与思考

　　除了上面提到的知识发展的分离性、集成性规律外，知识发展的第3个规律是它的非线性发展规律。人类经历了万年级的原始社会、千年级的封建社会、百年级的资本经济社会，如今留给知识经济时代只有不到百年的思考时间。在原始社会里，人类的知识发展似乎被冻结了；封建社会感受到科技的进步；资本经济带来人类生活的巨大变化；知识经济给人以眼花缭乱的感觉，人类来不及思考眼前发生的事情。近代史上的两次产业革命，将人类社会推向知识极端发展的时代，与知识相关的领域中，都呈现出超高水平上的超速发展态势。在当前全球化市场经济的非均衡性发展与两极分化的绝对状况下，这种双超的发展状态会将人类社会引向何方，必须认真思考。毕竟留给人类思考的时间不多了。

（收稿日期：2007-11-19）