微控制器铸就物联网DNA

作者:何立民 (北京航空航天大学教授)
互联网并没有物联基因,RFID也不具有将互联网与万物相连的能力,物联网的基因存在于微控制器(MCU)中。且听何立民教授为我们慢慢道来。

提到物联网,不少人认为,互联网通过RFID与万物相连便蜕变成物联网。实际上,互联网并没有物联基因,RFID也不具有将互联网与万物相连的能力,物联网的物联基因存在于微控制器(MCU)中。微控制器与身俱来的使命就是与物理对象相连,嵌入到对象体系中,实现物理对象的智能化控制。

微控制器的物联基因,是其内部的感知与控制通道接口。1990年出版的《单片机应用系统设计》中,将微控制器划分出与外部交互的感知、控制、人-机、机-机四个通道接口。其中,感知接口、控制接口与物理对象相连,感知物理信息、控制物理对象;人-机接口用来实现人机对话;机-机接口则实现微控制器与其他智能化设备的互联。微控制器完整的四端口结构,既保证了对物理对象的感知与智能控制,又能在机-机接口扩展网络接入功能后,实现与互联网的连接。正是微控制器的这种入地(物联)上天(互联)的魔力,实现了互联网到物联网的变革。

从微控制器诞生到物联网形成,是30多年来,现代计算机两大分支从独立发展到交叉融合水到渠成的结果。现代计算机的源头是20世纪30年代的图灵机。图灵机的人工智能本质,决定现代计算机必须担负起智力计算与智力控制两大任务。1946年第一台电子计算机诞生,虽然从某种程度上实现了从图灵机模型到实用机的转化,但无法同时兼顾这两大任务,直到微处理器诞生。

微处理器本质上是一个智力内核,在其微小体积、极低价位、易于扩展的基础上,可方便地演化出通用微处理器与嵌入式处理器。前者可以构成通用计算机用于智力计算;后者可以构成单芯片形态的微控制器(即嵌入式系统,早期俗称单片机),嵌入到对象体系中,实现对象体系的智力控制。

微处理器诞生后,便迅速开始了现代计算机两大分支的独立演化进程。通用计算机从单机计算、分布式计算到网格计算,迅速形成了互联网的全球网络体系;微控制器则从单机物联、分布式物联、总线物联到局域物联,迅速具备了多种形式的网络接入功能。其后便是两大分支交叉融合后的物联网时代。我们可以从微处理器诞生后集成电路发展史中,明显地看出这一历史发展轨迹。而奠定这一历史轨迹的正是英特尔公司。

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英特尔伟大的历史贡献,不仅是推出了世界上第一个微处理器,还在于它实现了微处理的历史分工。英特尔于1971年推出世界上第一个微处理器4004,随后升级为8008,1973年又推出了较为完善的8位8080微处理器。在智力计算领域,英特尔公司于1978年开始了通用微处理器的探索,推出了16位内总线、16位外总线的8086通用微处理器,其后便是80186、80286、80386、奔腾系列等辉煌成就的时代。在智力嵌入领域,1976年开始了MCS-48的探索,1980年在MCS-48基础上又推出了完善的MCS-51微控制器,成为8位微控制器的经典体系结构。此后,80C51长盛不衰。在完成了通用微处理器与微控制器探索后,英特尔公司主攻通用微处理器,成就了其在PC机领域的霸主地位。

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英特尔微处理器4004

今天,当人们欣喜地沉浸在物联网大潮中,不应忘却英特尔对物联网发展的伟大历史功绩。因为它以通用微处理器奠定了通用计算机的互联网发展道路,同时,又以嵌入式处理器开辟了物理对象智力嵌入的微控制器发展之路。两个平行不悖的发展道路在尽头处交叉融合,水到渠成地诞生了物联网。

(本文作者:何立民,北京航空航天大学教授。1985年获国家一等发明奖,1990年被授予全国高校先进科技工作者称号。发表大量著作,其中《单片机应用系统设计》获全国高校出版社优秀科技专著奖。2010年起陆续出版了《从资本经济到知识经济》、《知识学原理》、《知识简史》、《工具简史》等知识学原理系列丛书。)

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