突破感官---從人生、歷史到單片機(jī)：聊一聊時(shí)間的話題

朱有田 2017/11/5

這篇文章寫給對(duì)技術(shù)感興趣、喜歡思考的人、也寫給初學(xué)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)的人讓我們突破自己的生理感官，重新認(rèn)識(shí)時(shí)間這個(gè)東西。

時(shí)間這個(gè)詞和愛情一樣，是我們經(jīng)常所要提及，以及永遠(yuǎn)不會(huì)過時(shí)的話題。

“曾經(jīng)有一份真誠(chéng)的愛情放在我面前，我沒有珍惜等我失去的時(shí)候我才后悔莫及，人世間最痛苦的事莫過于此。如果上天能夠給我一個(gè)再來一次的機(jī)會(huì)， 我會(huì)對(duì)那個(gè)女孩子說三個(gè)字：我愛你。如果非要在這份愛上加上一個(gè)期限，我希 望是……一萬(wàn)年！”

《大話西游》 中周星馳扮演的孫悟空對(duì)紫霞說的那段臺(tái)詞已然成為經(jīng)典。今 天我們先不討論愛情，而來討論一下：一萬(wàn)年真的很久嗎？

從感官上來說，答案是肯定的大家都會(huì)覺得一萬(wàn)年很久。因?yàn)闊o(wú)論時(shí)間、空間，對(duì)于人的神經(jīng)感官系統(tǒng)來說，都有一個(gè)可感受的范圍，而往往超過感受范 圍的事物，總是很難被人理解和接受，這是普遍現(xiàn)象。我們不理解某個(gè)事物，是 因?yàn)樗茈y被直接感受到，人類之所以偉大，是因?yàn)榭傆幸恍〔糠秩四軌蛘J(rèn)識(shí)到 自己感受范圍之外的東西，推動(dòng)科學(xué)文明向前發(fā)展。對(duì)于時(shí)間的感官，我們能夠察覺到最小單位為秒，最大單位為年。我們常常用秒來表達(dá)較小的時(shí)間因?yàn)槊腌娛侵苯涌蓴?shù)的，秒就是嘀嗒之間，一件事情很快往往說一秒鐘搞定！一件事隨時(shí)隨刻能做到，叫分分鐘的事。另一面，人類個(gè)體壽命普遍小于 100 年，10 年對(duì)我們來說就已經(jīng)夠久的了，人生有幾個(gè)十年 呀？一萬(wàn)年理所當(dāng)然就遙不可及了。本文要討論的是超越我們的感官，先從數(shù)字說起。從數(shù)學(xué)角度去理解時(shí)間的刻度時(shí)間在宏觀上是可以無(wú)限延展的，從宇宙誕生那第一秒開始，1 秒，10 秒，100 秒,100000…00 秒一直往前計(jì)時(shí)，直到無(wú)窮， 沒有盡頭。微觀上，時(shí)間又是可以無(wú)限微分的，0.1秒，0.01 秒，0.001 秒，0.0001秒，0.0000000…001 秒，小數(shù)點(diǎn)后延伸無(wú)數(shù)個(gè) 0，看不到盡頭，無(wú)限靠近 0，卻 永遠(yuǎn)達(dá)不到 0。

一萬(wàn)年真的很久嗎？“久”本身就是一種感官描述，對(duì)于一年而言，一萬(wàn)年 確實(shí)很久，而對(duì)于一億年來說，一萬(wàn)年就是剎那間了。在這里我們無(wú)法形容全部 的時(shí)間刻度，只能建立在已知的事物上有限的談?wù)撘幌聲r(shí)間的范圍。

人的生命期（100 年），人類進(jìn)化歷史（1000 萬(wàn)年），地球的壽命（46 億年）， 用同一個(gè)圖來表示，是否有相似之處？不出意外的話，我們的人生是這樣的：

過紀(jì)錄片或者去過博物館的都應(yīng)該知道，我們?nèi)祟愡M(jìn)化是這樣的：

我們以及所有祖先的人生在這個(gè)圖里面就是分布在各自位置的一條極細(xì)的豎 線。而整個(gè)人類進(jìn)化史對(duì)于地球時(shí)間而言，又是在那個(gè)圖表里面的一條豎線。

再來看看微觀時(shí)間的圖表，是否也似曾相識(shí)？

電視機(jī)看起來那么神奇，其實(shí)它只是一個(gè)圖片顯示器，進(jìn)一步說，它僅僅是 一個(gè)像素顯示器，它不停的切換靜態(tài)圖像，當(dāng)速度超過肉眼能夠感知的范圍，我 們就覺得電視機(jī)的畫面在連續(xù)不斷的運(yùn)動(dòng)。也就是說，我們看著電視，我們的眼 睛一直在被電視欺騙。若把時(shí)間調(diào)慢，電視機(jī)就像一臺(tái)自動(dòng)切換的圖片瀏覽器， 再把時(shí)間調(diào)慢，電視機(jī)只是在按次序的點(diǎn)亮屏幕上的一個(gè)點(diǎn)。

來看一下人們?cè)阪I盤上敲擊一個(gè)按鍵時(shí)發(fā)生的時(shí)間圖表：

對(duì)于鍵盤掃描程序而言，人類的手指敲擊動(dòng)作實(shí)在太慢了。我們使出最快的 鋼琴手，迅速敲擊按鍵使得按鍵底部的開關(guān)閉合約 200 到300 毫秒 ms，那已經(jīng) 非常快了！而這個(gè)時(shí)間對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，相當(dāng)于你按下按鍵經(jīng)過了一個(gè)月才釋放。這與我們以自己的人生去度量人類歷史進(jìn)程的道理是一樣的。

再來看一 個(gè)栗子：

滬昆高速鐵路由 滬杭客運(yùn)專線、杭長(zhǎng)客運(yùn)專線以及 長(zhǎng)昆客運(yùn)專線組成，途 經(jīng) 上海、杭州、南昌、長(zhǎng)沙、貴陽(yáng)、昆明6座 省會(huì)城市及直轄市，線路全長(zhǎng) 2252 公里，設(shè)計(jì)速度 350km/h，是 中國(guó)東西向線路里程最長(zhǎng)、經(jīng)過 省份最多的 高速 鐵路。

如果，我們沿著滬昆高鐵布置一根連續(xù)的電纜，在昆明設(shè)置一個(gè)開關(guān)，在上 海設(shè)置一個(gè)電壓表，我們?cè)噲D在按下開關(guān)的時(shí)刻啟動(dòng)計(jì)時(shí)，在電壓表針動(dòng)作時(shí)關(guān) 閉計(jì)時(shí)，你們考慮一下這個(gè)時(shí)間是多久？受哪些因素影響？本文不深入討論這個(gè) 栗子的具體結(jié)果，而是讓讀者感受到時(shí)間的存在，并不是僅僅只考慮開關(guān)合上， 電壓上升的純粹邏輯。

接下來看看繼電器的情況：

如圖，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)開始啟動(dòng)計(jì)時(shí)，繼電器線圈得電產(chǎn)生磁力，將銜鐵往下 吸合，使得繼電器的3腳經(jīng)過一段物理距離之后，與5腳接觸，計(jì)時(shí)停止，測(cè)得 該繼電器的吸合時(shí)間。同樣，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)開始計(jì)時(shí)，繼電器線圈失電失去磁力， 銜鐵在彈簧的拉力下復(fù)位，使得3腳與5腳分離，計(jì)時(shí)停止，測(cè)得該繼電器的釋 放時(shí)間。

通過觀察，不難發(fā)現(xiàn)：3腳與5腳吸合需要的時(shí)間比3腳與5腳斷開的時(shí)間 要長(zhǎng)，即吸合時(shí)間比釋放時(shí)間要長(zhǎng)。

讀者一定疑惑，為什么總是要去考慮時(shí)間，不是只要知道繼電器得電吸合， 失電釋放就行了么！其實(shí)不然，在一些應(yīng)用場(chǎng)景里，你無(wú)法避免時(shí)間因素給項(xiàng)目 造成的困擾和影響。正如繼電器，它的吸合時(shí)間決定了繼電器的動(dòng)作速度，也決 定了繼電器傳遞信號(hào)的延時(shí)，假如在繼電器的輸入端加載一個(gè)寬度小于吸合時(shí)間 的脈沖信號(hào)，那么該繼電器將沒有任何輸出，因?yàn)檫€沒有達(dá)到吸合位置，線圈就 已經(jīng)失電了。

接著這個(gè)話題繼續(xù)舉栗子，請(qǐng)看圖：

假如單個(gè)繼電器的吸合時(shí)間約50毫秒 ms，釋放時(shí)間約25毫秒 ms，那么圖中5個(gè)繼電器級(jí)聯(lián)控制，從開關(guān)按下到最后一個(gè)繼電器吸合時(shí)間為 50×5=250ms，從開關(guān)釋放到最后一個(gè)繼電器釋放的時(shí)間為 25×5=125ms，那么問題來了：假如 第一個(gè)開關(guān)只吸合100毫秒就斷開，此刻信號(hào)還沒有傳遞到最后一個(gè)繼電器，那么結(jié)果將如何？請(qǐng)燃燒你的大腦..。

我們來看單片機(jī) 的例子，讀者可能會(huì)擔(dān)心單片機(jī)（又稱MCU，或微控制器） 過于專業(yè)而無(wú)法理解。完全沒必要！在這里我們僅借它談?wù)撘幌掠嘘P(guān)時(shí)間的話題，順帶提一下單片機(jī)系統(tǒng)的概念。

單片機(jī)顧名思義是集成到一個(gè)芯片里面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就意味著 它要跑程序，也就意味著要有人去編寫這個(gè)程序。這同時(shí)意味著單片機(jī)本身并沒有具體的功能，它是一個(gè)通用件，具體要實(shí)現(xiàn)什么功能取決于你編寫的程序。

光是一塊芯片可什么也干不了，首先要有一個(gè)目標(biāo)程序文件，它可以是你親 自編寫的，也可以是朋友編寫的，總之它在PC機(jī)里面是一個(gè)文件。然后我們通過連接到電腦的程序燒錄器，打開配套的燒錄軟件，將這個(gè)文件導(dǎo)入到單片機(jī)內(nèi)。（就像把文件復(fù)制到U盤一樣）

單片機(jī)內(nèi)已經(jīng)有了程序，接下來要怎么讓它工作起來呢？這非常簡(jiǎn)單，首先， 要給單片機(jī)加上一個(gè)晶振（晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)將驅(qū)動(dòng)單片機(jī)按時(shí)序工作）；其次，當(dāng)然要給單片機(jī)加電；最后給一個(gè)復(fù)位信號(hào)到復(fù)位管腳；它就開始運(yùn)行程序了。這幾個(gè)最基本的要素，集合在一起，也叫最小系統(tǒng)，如果不想自己親手做，在網(wǎng)上能夠輕松淘到。

言歸正傳我們切入正題，單片機(jī)系統(tǒng)往往要處理按鍵輸入、數(shù)碼管的顯示、以及其他開關(guān)量信號(hào)的輸入和輸出處理。普通的8位單片機(jī)一般具備 24到32個(gè)IO（輸入輸出）引腳，每個(gè)引腳可以作為輸入，也能作為輸出。假設(shè)單片機(jī)供電電壓為 5V，那么5V 即代表著程序中的1地）。而程序中的0相當(dāng)于電壓為0V（接最簡(jiǎn)單的輸出應(yīng)用：在P3.7管腳上面連接一個(gè)發(fā)光管的負(fù)極，發(fā)光管的正極通過限流電阻接電源。如果程序給P3.7賦值為 1，那么發(fā)光管兩端電壓都是5V電壓差為0，處于熄滅狀態(tài)。若程序給 P3.7賦值為0，那么發(fā)光管正極電壓為5V，負(fù)極電壓為0V（接地），電壓差使發(fā)光管點(diǎn)亮。這樣程序就可以控制發(fā)光 管的亮與滅了！最簡(jiǎn)單的輸入應(yīng)用：在P1.7管腳上面通過一個(gè)電阻接電源（上拉電阻），使它默認(rèn)為5V 然后再將這個(gè)管腳通過一個(gè)按鈕接地，當(dāng)按鈕按下時(shí)，管腳電壓變?yōu)?V。程序只要從P1.7管腳讀取數(shù)值為0時(shí)，表示該按鍵被按下。

單片機(jī)的輸入和輸出：S1-S4 按鍵輸入，d1-d8 發(fā)光管輸出

回到時(shí)間的話題，先來看一下 搖搖棒的例子：

搖搖棒有一排 LED 發(fā)光管

這又是什么原理？這是一個(gè)眼睛被時(shí)間欺騙的經(jīng)典案例！眼見為實(shí)嗎？事實(shí) 告訴你，眼見并非為實(shí)，很多東西你看到了卻并非你想的那樣真實(shí)。同樣還有很 多東西是你肉眼看不到的，但看不到并不證明不存在！我們先撇開搖搖棒的實(shí)現(xiàn) 原理，來看看我們眼睛的特性。

關(guān)于人類的視覺延時(shí) ，百度百科這么說：視覺暫留（Persistence of vision)

現(xiàn)象是光對(duì)視網(wǎng)膜所產(chǎn)生的視覺在光停止作用后，仍保留一段時(shí)間的現(xiàn)象，其具體應(yīng)用是電影的拍攝和放映。原因是由 視神經(jīng)的 反應(yīng)速度造成的。是動(dòng)畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)。視覺實(shí)際上是靠眼睛的晶狀體成像，感光細(xì) 胞感光，并且將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為神經(jīng)電流，傳回大腦引起人體視覺。感光細(xì)胞的感 光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定時(shí)間的，這就形成了視覺暫停 的機(jī)理。

物體在快速運(yùn)動(dòng)時(shí),當(dāng)人眼所看到的 影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右的圖像，這種現(xiàn)象被稱為視覺暫留現(xiàn)象。是人眼具有的一種性質(zhì)。人眼觀看物體時(shí)，成像于視網(wǎng)膜上，并由視神經(jīng)輸入人腦，感覺到物體的像。但當(dāng)物體移去時(shí)，視神經(jīng)對(duì)物體的印象不會(huì)立即消失，而要延續(xù) 0.1 -0.4秒的時(shí)間。人眼的這種性質(zhì)被稱為“眼睛的視覺暫留”。

讀到這里，我想也就不用再解釋搖搖棒的原理了！只要你切換的時(shí)間小于人 眼延時(shí)，我們的眼睛就會(huì)被欺騙。接下來再看一個(gè)異曲同工的小玩意：電動(dòng)版搖 搖棒。

數(shù)碼管是廉價(jià)、簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)的顯示元件，沒錯(cuò)，其實(shí)就是7個(gè)（帶上小 數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)）被做成 條狀和點(diǎn)狀的發(fā)光管。它能夠通過不同段位的組合顯示 出基本的數(shù)字和字母，真是一項(xiàng)了不起的發(fā)明！

數(shù)碼管的高明之處是碼段的復(fù)用，通過 7 個(gè)段的排列組合，描繪出數(shù)量超過7種的數(shù)字和字母的象形符號(hào)。如將數(shù)碼管的BC點(diǎn)亮，就是數(shù)字1，如果把ABGED點(diǎn)亮，就是數(shù)字2，非常形象，四歲的孩子都能讀懂。數(shù)碼管和單片機(jī)天然搭配，前面講到單片機(jī)的I 口（輸入輸出口）能夠直接控制發(fā)光管的亮滅，而一個(gè)數(shù) 碼管只是8個(gè)發(fā)光管裝在一個(gè)殼子里，數(shù)碼管與單片機(jī)連接是醬紫的：

圖中每個(gè)引腳上都加了電阻，是因?yàn)榘l(fā)光管本身是個(gè)二極管，二極管是不能 直接加電源的，千萬(wàn)別把發(fā)光管當(dāng)燈泡一樣接到電源，那樣會(huì)因?yàn)?a href="http://www.1cnz.cn/tags/電流/" target="_blank">電流過大而燒 毀。因此要串聯(lián)一個(gè)電阻，以限制通過發(fā)光管的電流，單個(gè)發(fā)光管的電流在1-5mA之間。

現(xiàn)在問題來了，估計(jì)讀者也意識(shí)到這個(gè)問題了：一個(gè)數(shù)碼管至少需要7 個(gè)獨(dú) 立的控制腳，如果一個(gè)系統(tǒng)需要8個(gè)甚至更多數(shù)碼管排列進(jìn)行顯示時(shí)，那么至少要56個(gè)控制腳，而單片機(jī)管腳十分有限，難道一個(gè)單片機(jī)最多只能接2個(gè)數(shù)碼管？

辦法當(dāng)然有，那就是在時(shí)間上做文章，終于回到時(shí)間的話題上來了：） 一般來說一個(gè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的初級(jí)形態(tài)總是最復(fù)雜的，人們通過線路復(fù)用、空間復(fù)用、時(shí)間復(fù)用，總之是資源的復(fù)用來簡(jiǎn)化我們的系統(tǒng)。數(shù)碼管用了7個(gè)段，顯示的內(nèi)容卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 7 種，這是對(duì)發(fā)光管的復(fù)用。一個(gè)發(fā)光管需要2根引線， 意味著一個(gè)數(shù)碼管至少有14根引線，由于發(fā)光管的一端總是要接電源正極或地（負(fù)極），把這些線合并成一根線，以減少管腳數(shù)量，是線路的復(fù)用。

把 4 個(gè)數(shù)碼管的控制腳并聯(lián)在一起，形成總線的模式，所有數(shù)碼管都用同一 組單片機(jī)IO口來驅(qū)動(dòng)。讀者的第一反應(yīng)是不是：那好像行不通，豈不是所有數(shù) 碼管都顯示相同的內(nèi)容了？

D0 到 D4 能夠控制單個(gè)數(shù)碼管的供電，如果單片機(jī)的程序這樣做：先在 IO口上輸出 1 的碼型，然后只點(diǎn)亮第1個(gè)數(shù)碼管，其他數(shù)碼管都關(guān)閉；第二步，在IO口上輸出 2 的碼型，然后只點(diǎn)亮第2個(gè)數(shù)碼管；第三步，IO口上輸出3的碼型，然后只點(diǎn)亮第3個(gè)數(shù)碼管；第四步，IO口上輸出4 的碼型，然后只點(diǎn)亮第4個(gè)數(shù)碼管。接著又回到第一步重復(fù)這些步驟。

沒錯(cuò)！就是一個(gè)跑馬燈，4個(gè)數(shù)碼管依次被點(diǎn)亮。如果把時(shí)間因素考慮進(jìn)去， 這個(gè)跑馬燈跑一圈的時(shí)間小于人眼的視覺延時(shí)時(shí)間，嘿嘿，沒錯(cuò)，眼睛就這樣被 欺騙了。你就會(huì)神奇的感覺到：4個(gè)數(shù)碼管同時(shí)亮了！而且還顯示著各自獨(dú)立的內(nèi)容。

說完數(shù)碼管，再來談一談陣列顯示：

數(shù)碼管雖好，但其變化實(shí)在有限，如果要顯示一個(gè)圖形、圖標(biāo)，那非要陣列 莫屬。就拿圖中的最基本的陣列單元來看，我的哥！八八六十四個(gè) LED 發(fā)光管， 如果要使每個(gè)點(diǎn)都能獨(dú)立顯示，至少需要 65 個(gè)引腳！那還有簡(jiǎn)化的空間嗎？當(dāng)然，繼續(xù)尋找線路復(fù)用的方法唄！

通過行列形式進(jìn)行組織無(wú)疑是一種直觀、簡(jiǎn)化的辦法：用 8 根行線與 8 根列 線交叉，每一個(gè)交叉點(diǎn)上連接一個(gè)發(fā)光管，將指定的行線和列線加電，那么它們 所交匯的那個(gè)發(fā)光管就被點(diǎn)亮。那豈不是同時(shí)只能點(diǎn)亮一個(gè)，或者一排發(fā)光管？回憶一下前面的例子，現(xiàn)在輪到欺騙眼睛的伎倆登場(chǎng)（壞笑）！

單片機(jī) 16 個(gè)引腳驅(qū)動(dòng) 64 個(gè) LED 的陣列

以上那么多例子，說明一個(gè)事情：平時(shí)我們所感覺到事情發(fā)生“同時(shí)”性并 不完全是真的。時(shí)間能夠在你眼皮底下變戲法而讓你無(wú)法察覺！如果你是一個(gè)設(shè) 計(jì)者，要通過區(qū)區(qū) 16 根線讓 64 個(gè)發(fā)光管“同時(shí)”受控制，拋棄時(shí)間因素話，就 不可避免會(huì)鉆到牛角尖里去。“那怎么可能！”

從時(shí)間的微觀角度去看，很難有什么事情是真正同時(shí)發(fā)生的，你在電腦上看 著文檔，同時(shí)電腦又播放著迷人的音樂，音樂和顯示器上的內(nèi)容變化都是“同時(shí)” 發(fā)生著，如果真的要同時(shí)，那么電腦就要有成千個(gè)處理器，每開啟一個(gè)程序，就 要增加使用一個(gè)獨(dú)立的處理器。而事實(shí)上并非如此，個(gè)人電腦一般只有一個(gè)處理器而且足以應(yīng)付你“同時(shí)”看文檔和聽歌這類事。

站在程序的視角，在陣列上顯示一個(gè) B，總共分 8 步：

陣列組織方式，除了在顯示上面派用場(chǎng)，在內(nèi)存中、鍵盤中同樣可以采用類 似的方法。比如說鍵盤：

不難理解,當(dāng)按鍵查詢程序運(yùn)行一個(gè)周期所需要的時(shí)間小于你的手指按下一個(gè)按鍵的時(shí)間時(shí)，無(wú)論你怎么去按下按鍵，都能被程序檢測(cè)到！假如你是超人：手指按鍵速度超過程序速度，那當(dāng)然按鍵就不能再響應(yīng)你了：）這種玩弄時(shí)間的 伎倆終于被識(shí)破了（壞笑）。

最后上一個(gè)案例給讀者自己琢磨：

手握一支筆尖帶有一個(gè)感光器 的光筆，當(dāng)光強(qiáng)大于一個(gè)設(shè)定的幅度時(shí)，光筆 輸出信號(hào)1，否則輸出信號(hào)0。現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)光筆在LED陣列上繪畫的功能，站在程 序的角度，程序該怎么做？總共分幾步？別忘了利用時(shí)間變戲法哦，別問我為什 么不需要觸摸屏，奧秘全在于對(duì)時(shí)間的理解。

舉了那么多栗子夠累的，下面我們來玩一玩概念。學(xué)概念是最占便宜的行當(dāng)， 既能快速理解，又不需要花太大成本，然后搖身一變，就能裝個(gè)專家了！這里當(dāng) 然還是說與時(shí)間有關(guān)的事，來談一談實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)是什么？實(shí)時(shí)是啥意思？立即、馬上的意思？可能差不多吧。但是 立即又是多長(zhǎng)時(shí)間呢？馬上又是多長(zhǎng)時(shí)間呢？了解分時(shí)系統(tǒng)的讀者可能會(huì)本能的理解字面意思：把系統(tǒng)分為分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)兩大類，分時(shí)系統(tǒng)是過時(shí)的老技術(shù)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)比較高大上。真是這樣嗎？這些理解會(huì)把人帶到溝里去的。

看看百度怎么說：一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指計(jì)算的正確性不僅取決于程序的邏輯正 確性，也取決于結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間，如果系統(tǒng)的時(shí)間約束條件得不到滿足，將會(huì)發(fā) 生系統(tǒng)出錯(cuò)。所謂“實(shí)時(shí)”，是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng) 外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié) 調(diào)一致的運(yùn)行。

首先實(shí)時(shí)系統(tǒng)并非一定是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，比如執(zhí)行攔截任務(wù)導(dǎo)彈的發(fā)射電路， 要求從按鈕按下到導(dǎo)彈發(fā)射的時(shí)間間隔必須小于一個(gè)值，否則將錯(cuò)過攔截目標(biāo)而 導(dǎo)致任務(wù)失敗。也就是說，實(shí)時(shí)系統(tǒng)除了對(duì)功能有要求外，對(duì)時(shí)間也有要求。按鈕按下能夠使火箭發(fā)射是功能，按下按鈕之后在要求的時(shí)間限制內(nèi)使火箭發(fā)射是時(shí)間！

既然是“實(shí)時(shí)”表示“及時(shí)”的意思，那難道分時(shí)系統(tǒng)就不及時(shí)了嗎？問到 點(diǎn)子上了，事實(shí)上，實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)并非并列相對(duì)的，它們根本就是兩個(gè)不 同的概念。分時(shí)系統(tǒng)主要是指計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)是一個(gè)大概念，它也 包括操作系統(tǒng)。如果在分時(shí)系統(tǒng)上增加對(duì)時(shí)間的約束管理，使得任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間 能夠預(yù)知和可控，那么這個(gè)分時(shí)系統(tǒng)同時(shí)又是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

為了加深認(rèn)識(shí)，舉一個(gè)極端的例子：

在一艘游輪安裝有一個(gè)礁石避讓系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由聲吶裝置和舵機(jī)控制兩大 部分組成，聲吶裝置探測(cè)半徑為2海里，游輪的最高速度20節(jié)（海里每小時(shí)）， 那么從探測(cè)到障礙到游輪觸礁的時(shí)間最快是6分鐘，而舵機(jī)轉(zhuǎn)向之后到游輪改變 航道需要4分鐘。那就要求礁石避讓系統(tǒng)從接收到障礙信號(hào)到輸出控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向 的時(shí)間必須小于2分鐘。只要這個(gè)2分鐘的要求能夠滿足，那么這個(gè)礁石避讓系 統(tǒng)就是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)！

實(shí)時(shí)系統(tǒng)在概念上又有強(qiáng)實(shí)時(shí)和弱實(shí)時(shí)之分，或叫硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)之分：強(qiáng) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Hard Real-Time）：在航空航天、軍事、核工業(yè)等一些關(guān)鍵領(lǐng)域中， 應(yīng)用時(shí)間需求應(yīng)能夠得到完全滿足，否則就造成如飛機(jī)失事等重大地安全事故，造成重大生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)破壞。因此，在這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，應(yīng) 采用各種分析、模擬及形式化驗(yàn)證方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以保證在各種情 況下應(yīng)用的時(shí)間需求和功能需求都能夠得到滿足。

弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Soft Real-Time）：某些應(yīng)用雖然提出了時(shí)間需求，但實(shí)時(shí)任 務(wù)偶爾違反這種需求對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行以及環(huán)境不會(huì)造成嚴(yán)重影響，如 視頻點(diǎn)播（Video-On-Demand，VOD）系統(tǒng)、信息采集與檢索系統(tǒng)就是典型的弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)。在VOD系統(tǒng)中，系統(tǒng)只需保證絕大多數(shù)情況下視頻數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸給用戶即可， 偶爾的數(shù)據(jù)傳輸延遲對(duì)用戶不會(huì)造成很大影響，也不會(huì)造成像飛機(jī)失事一樣嚴(yán)重的后果。

寫在 最后：其實(shí)，在時(shí)間的世界里，沒有“久”、“立即”、“馬上”、“瞬間”，時(shí)間就是一個(gè)可以用數(shù)字衡量的東西，我們的直覺和感官范圍太小，所有的感覺都建立在 相對(duì)的基礎(chǔ)上。有句諺語(yǔ)說：飯是要一口一口吃的，事情是一件一件做的，路是 一步一步走的！就是要我們認(rèn)識(shí)到時(shí)間的特性，為什么一些人可以從容面對(duì)和處 理非常多的事，而大部分人總是只能做一件事，事情多了就煩躁，失去頭緒，因 為他潛意識(shí)想所有的事情同時(shí)得到解決，然后就亂了方寸。從微觀的角度，站在 程序的視角也是如此，程序是一個(gè)指令一個(gè)指令的往下執(zhí)行的，語(yǔ)句是一句一句 往下走的，不是所有的功能和信號(hào)都是同時(shí)發(fā)生的！即使你感覺到它們是同時(shí)發(fā) 生的，那極有可能你被“欺騙”了。

假使一個(gè)程序周期就是一次生命的話，你的人生就是一部進(jìn)化史。當(dāng)一個(gè)鍵 盤掃描程序全部代碼的意義發(fā)生在某個(gè)方波的下降沿附近的某個(gè)位置時(shí)，它掃到 了一個(gè)按鍵。當(dāng)你的人生發(fā)生在人類進(jìn)化史上的某個(gè)細(xì)微的角落時(shí)，你干了一些 有意義的事情。李白的人生、成吉思汗的人生、耶穌的人生、爺爺?shù)娜松职?的人生、你自己的人生，相對(duì)于地球時(shí)間而言，就如同一個(gè)程序周期發(fā)生在一連 串信號(hào)中某個(gè)方波的溝溝里面，性質(zhì)是一樣的。無(wú)論你怎樣生活，無(wú)論是秉承金 錢至上還是頓悟出道的理念，無(wú)論你有或沒有偉大的目標(biāo)，無(wú)論你信不信上帝， 時(shí)間就這樣一如既往，讓每個(gè)人的人生成為它的一個(gè)瞬間。

人的聰明，就在于你能夠突破感官，意識(shí)到眼見并非為實(shí)，去理解那些你身 體感官永遠(yuǎn)感受不到的事實(shí)。希望本文能夠?qū)ψx者有所啟發(fā)。

審核編輯：黃飛