從嵌入式系統看現代計算機產業革命

人類近代史上有兩次重大的產業革命： 一次是18世紀的由蒸汽機推動的第1次產業革命，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代計算機產業革命。現代計算機產業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。嵌入式系統成為智能化工具的歸一化智力內核。現代計算機產業革命構建的知識平臺，將資本經濟推向知識經濟時代。知識平臺的廣泛使用必將對人類社會經濟、生活方式產生極其重大的影響。

關鍵詞? 產業革命? 嵌入式系統? 知識經濟? 知識平臺? 時空量子化? 智力平臺? 智力嵌入

　　現代計算機是微處理器技術基礎上的數字計算機，現代計算機產業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，嵌入式系統承擔了智能化工具中歸一化的智力內核的作用。

1? 人類近代史上的兩次產業革命

　　人類近代史上有兩次重大的產業革命： 一次是人們熟知的18世紀由蒸汽機推動的第1次產業革命，本質上是動力機械的革命；第2次產業革命則是20世紀中期開始的現代計算機產業革命，本質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業革命的口號，真乃“不識廬山真面目，只緣身在此山中”。

1.1? 兩次產業革命的描述

　　人們在研究現代文明史、經濟史、社會發展史時，都會著重地談到18世紀的產業革命；而對于現代計算機產業革命，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次產業革命。20年前，在《第三次浪潮》一書中，提出了人類社會發展史上“兩大變化”、“三次浪潮”的重大社會發展史觀：“到目前為止，人類經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”。“一萬年前農業發明掀起了第1次產業革命，第2次工業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世紀產業革命形成“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”的知識革命內容，并提出了“知識經濟”的概念。

　　《紐約時報》記者托馬斯·弗里德曼在著名的《***》一書中，將經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次產業革命稱作“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次產業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”《***》都在告訴人們，人類發展歷史上出現過兩次巨大的變革，第1次是18世紀的產業革命，第2次則是我們目前的知識經濟時代。

1.2? 20世紀的計算機產業革命

　　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《***》，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《***》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、無處不在的現代計算機技術。因此，可以說，人類社會的第1次產業革命是18世紀的蒸汽動力開始的產業革命，誕生了資本經濟，使人類進入到現代文明社會；人類的第2次產業革命是始于20世紀中葉的現代計算機產業革命，誕生了知識經濟，使人類進入到一個全面智能化時代。

1.3? 兩次產業革命的類比

　　對于第1次產業革命，人們感興趣的是它的巨大生產力效益，催生了資本經濟，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次產業革命的技術本質，并以此來對比兩次產業革命的起因、本質及發展歷程。

　　18世紀的第1次產業革命，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。既可為工業化大生產提供機械動力平臺（如工廠中的動力車間、動力母機），又可以實現大型工具的機械動力嵌入（如蒸汽輪船、蒸汽機車）。隨后的內燃機械、電力機械都是第1次產業革命的完善階段。無論是已淘汰的蒸汽機械，還是后來的內燃機械、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、生活中的體力勞動。

　　20世紀中期的第2次產業革命，是集成電路基礎上的現代計算機的智力革命。現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、文字語言多媒體的處理等）與智力嵌入（如嵌入式系統在對象系統中廣泛嵌入后，形成了最廣泛的智能化工具，以替代人類生產、生活中的腦力勞動。

　　計算機產業革命也許是人類社會最后一次產業革命。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，是人類個體的體力勞動與腦力勞動。兩次產業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。如果還有下一個產業革命，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的差異，人類的智力是知識基礎上的外在表現，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。現代計算機智力革命的任務是實現人類的知識行為仿真，就要用計算機來實現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。現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，任何客觀世界物質都是由相同狀態和為數不多的分子、原子構成的。在傳統相機中，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進程的電影，是將一個連續的時間進程分割成一個個量子化時間間隔上的靜態圖片。可以看出，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，轉動狀態下的孔帶機，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粒基礎上的量子化時間進程，實現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，可以發現它的不徹底性。空間的量子化存儲，必須是電影膠片銀鹽顆粒的感光狀態存儲；時間量子化進程必須是電影機的步進運行狀態。這種時空量子化無法實現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代計算機誕生后，以“0”、“1”的數字符號實現了最徹底的歸一化時空量子。“0”、“1”的數字符號可以表現客觀事物的兩種極限狀態，從而可以將任何客觀事物用“0”、“1”狀態實現數字化描述與傳送。例如，數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轉變為晶體管的“開”、“關”狀態，轉移到數碼相機的半導體存儲器上，最后形成“0”、“1”的數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字化文件可以轉化成電路的編碼（電平的高低、電流的有無、無線載波頻率的有無等）狀態實現遠距離傳送，或實現狀態轉移，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分支

　　上述數字符號“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。然而要真正實現知識行為仿真，必須具有人類知識行為多維狀態的分支轉移。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，同時可以根據需要隨時轉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定好的一維線性進程。

　　現代計算機的指令系統中，有大量的條件轉移與非條件轉移指令，可以設定計算機任務的隨意轉移，即形成多維狀態分支轉移。帶有計算機內核的電子琴中，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，回去吃飯，飯后再在原先中斷的狀態繼續下；確認“失火了”，應停止下棋立即轉去救火。現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、中斷優先級、中斷屏蔽、中斷響應、中斷狀態保護、中斷處理、中斷返回等，可以實現人類知識行為中的應急處理能力。

3? 現代計算機產業革命的成果

　　現代計算機產業革命是用計算機時空量子化、多維進程與中斷技術，來實現人類知識行為仿真，產業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、各種形態的專家系統、文字處理系統、辦公自動化系統等，是一種軟件形態的知識商品。這種知識商品只能在通用計算機系統上實現它的知識行為能力，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、有限元強度計算軟件、漢王文字識別軟件等。

3.2嵌入式系統的智力嵌入

　　嵌入式系統是一個具有計算機內核（嵌入式計算機）的智能電子系統，嵌入到對象體系中，實現對象系統的智能化。例如，各種帶“電腦”的家用電器，工業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。

　　嵌入式系統是微型機時代誕生的概念，隨即走上了單片機的獨立發展道路，用于傳統電子系統的智能化改造。這一時期的嵌入式系統，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，單片機應用系統的嵌入，替代了原先的傳統電子系統，實現了嵌入對象的智能化。

　　隨著信息時代的到來及普遍的數字化生活方式，由嵌入式系統直接構成了能獨立實現某些知識行為能力的應用系統，如通信用手機、數值計算用計算器、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直接構成的嵌入式應用系統商品，弱化了嵌入式系統的嵌入性。

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，還是嵌入式系統的智力嵌入式產品，都具有物化形態與使用價值，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”。“知識平臺商品”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；智力嵌入式產品類“知識商品”內部必須含有嵌入式系統內核。這是因為只有現代計算機才能實現人類知識行為仿真。

(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，本質上都是知識工具，即在工具內部集成有人類知識。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、內燃機、鍛、鑄、焊、鈑金工藝等學科知識；算盤中集成有數值計算原理知識。我們把知識平臺商品看成是一個“廣義工具”，是因為在它內部不僅集成有知識，還集成有知識行為能力。算盤集中有數值計算原理知識，但不具有知識行為能力，只有在進行珠算操作時才能實現數值計算。電子計算器出現后，由于計算機的嵌入，具有數值計算的知識行為能力，任何人只要輸入數值計算要求，電子計算器就能自動完成數值計算的知識行為，給出數值計算結果。

(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，不斷更新換代。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則就能使用。例如，使用電子計算器時，任何一個不懂數值計算原理的“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，甚至函數運算。

4? 知識平臺商品的知識經濟時代

　　知識平臺商品誕生后，迎來了經濟領域、社會生活領域的廣泛革命。在經濟領域中，迅速將資本經濟推向知識經濟時代；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? 從資本經濟走向知識經濟

　　資本經濟是資本主宰下的社會經濟，知識經濟則是以知識平臺商品為中心的市場經濟。知識平臺商品誕生后，將資本經濟的封閉型的一體化產業變革成以知識平臺商品為中心的扇形產業；在扇形產業結構中，形成了“知識產業”與“制造產業”的專業化分工與共存的經濟生態體系。

　　在市場經濟最大化利潤追逐，知識平臺商品黑箱性、傻瓜性的知識壟斷與駕馭的條件下，“制造產業”迅速從第一世界向第三世界轉移，形成了知識經濟時代最重要的全球化特征，即商品生產、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。現代計算機產業革命為我們構筑了一個虛擬的數字化世界。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。在市場經濟利潤原則驅使下，人類只顧及到虛擬世界的真實世界功能虛擬，使得虛擬世界中的法律、道德、社會責任的建設嚴重滯后，為市場經濟服務的上層建筑在虛擬世界面前也顯得軟弱無力。

4.3? 人類開始邊緣化進程

　　資本經濟創建了現代化的文明時代，從此，人類進入一個完全的人工環境精細呵護生活時代。在人工環境精細呵護下，人類開始了邊緣化進程。第2次產業革命以動力機械替代人類生活中的體力勞動，導致人類作為動物屬性的肢體功能全面退化，使人類面臨肥胖癥等現代化病癥的困擾，不得不求助于健身產業。第1次產業革命使人類賴以生存的工具全面智能化，替代了標志人類進化的腦力勞動。懶于記憶、懶于分析思考，智能化工具的“全面武裝”導致了人類智力的全面衰退。目前興起的各種智力競猜、智力游戲也許會催生一個健腦產業。

　　與人類體力、智力衰退相對應的是人工智能大腦、仿生機器人、生命機器人領域中群體智力集成的迅速發展，它將加速人類的邊緣化進程。

5? 展望與思考

　　除了上面提到的知識發展的分離性、集成性規律外，知識發展的第3個規律是它的非線性發展規律。人類經歷了萬年級的原始社會、千年級的封建社會、百年級的資本經濟社會，如今留給知識經濟時代只有不到百年的思考時間。在原始社會里，人類的知識發展似乎被凍結了；封建社會感受到科技的進步；資本經濟帶來人類生活的巨大變化；知識經濟給人以眼花繚亂的感覺，人類來不及思考眼前發生的事情。近代史上的兩次產業革命，將人類社會推向知識極端發展的時代，與知識相關的領域中，都呈現出超高水平上的超速發展態勢。在當前全球化市場經濟的非均衡性發展與兩極分化的絕對狀況下，這種雙超的發展狀態會將人類社會引向何方，必須認真思考。畢竟留給人類思考的時間不多了。