1.2 嵌入式系统的发展与应用
1.2.1 单片机与嵌入式
微处理器诞生后，在其基础上的现代计算机有了足够的数值计算能力以及对对象系统进行快捷的实时控制能力。但随后人们发现“数值计算”与“对对象系统进行实时控制”是两个无法兼容的技术发展道路与应用环境，前者要求有一个具有高速海量数值计算能力的通用计算机系统，后者则要求有一个可以嵌入到对象体系中与对象体系紧耦合、实现对象系统实时控制的高可靠的嵌入式计算机系统。
1.单片机的发展
在 PC 诞生前，很早就开始了在微处理器基础之上嵌入式应用的单片机道路探索，并取得成功；PC诞生后，又开始了微型机的嵌入式应用探索，却遭遇失败。
单片机的独立发展道路始于1974年诞生的第2代微处理器8088。最初，8080代替电子逻辑电路器件用于各种应用电路和设备上，带有原始的嵌入式应用印记。其后出现了一批嵌入式应用的单片机，其中最典型的是1976年Intel公司推出的MCS-48系列单片机。1980年，Intel公司在MC-S48系列单片机的基础上完善的MCS-51系列单片机成为微处理器的经典体系结构。其后便开始了20年单片机的独立发展道路。
2.从单片机到嵌入式系统
1976年诞生的MCS-48系列单片机，以及1980年在MCS-48单片机基础上完善而成的MCS-51 系列单片机，是专门为嵌入式应用设计的，是具有全新体系结构的微处理器。由此开始了电子技术领域20年的单片机独立发展道路。
20世纪末，随着后PC时代的到来，大量计算机界人士进入单片机领域，并以计算机工程方法迅速提升了单片机的应用水平。计算机学科与微电子学科、电子技术学科的交叉融合，突出了单片机的嵌入式应用特征，将微处理器的应用从单片机时代发展到嵌入式系统时代。
1.2.2 微处理器的基本特点
从单片机与嵌入式系统的曲折的发展历史中，可以看到一个集单片、嵌入、物联三个基本特点于一身的微处理器。在微处理器40多年的发展历程中，人们从不同角度来诠释微处理器的时代特征，于是便有了早期的单片机时代、如今的嵌入式系统时代，以及正在进入的物联网时代。无论哪个时代，单片机、嵌入式、物联网都是微处理器不可分离的基本特点，具体表现为单芯片的应用形态、嵌入式的应用环境、物联的应用本质。
1.单芯片应用形态
单芯片应用形态表明，微处理器的嵌入式应用必须走单芯片控制器的发展道路。微型机嵌入式应用探索失败是一个最好的证明。走单片机道路不只是满足体积、价位的需求，更重要的是，要以单芯片形态创造出全新的微处理器体系结构。
2.嵌入式应用环境
单片机的微小体积与价位，最大限度地满足了空间环境要求与市场要求；固化的只读程序存储器、突出控制功能的指令系统与体系结构，满足了对象控制的可靠性要求。因此，单片机诞生后，迅速取代经典电子系统，嵌入到对象体系（如家用电器、智能仪器、工控单元等）中实现对对象体系的智能化控制。随着微处理器外围电路、接口技术的不断扩展，出现了一个个IT产品的公共平台，如智能手机、平板、PDA、MP3、MP4等。
3.微处理器的物联应用
微处理器为物联而生，物联是微处理器与生俱来的本质特性。早在微处理器诞生时期，通用处理器与微处理器两大分支的历史性分工中，就赋予了微处理器的物联使命。
1.2.3 微处理器的三个应用时代
从1976年诞生MCS-48系列单片机（或微处理器）算起，微处理器已有40多年的历史了，在这40多年的历史进程中，微处理器经历了单片机时代与嵌入式系统时代，如今又将进入物联网时代。
单片机的诞生，为电子技术领域提供了一个微处理器形态的单一化智力内核，开始了传统电子系统的智能化改造，开始了微处理器的单片机时代。后 PC 时代到来，大量计算机界人士进入单片机领域，电子技术与计算机技术相结合，极大地提升了微处理器的嵌入式应用水平，将单片机时代发展到嵌入式系统时代。如今，借助微处理器的智慧物联，将互联网延伸到物理对象，使微处理器以嵌入式系统身份进入大有作为的物联网时代。
1.2.4 从单片机到嵌入式系统
1974年，第2代微处理器8080诞生后，在半导体产业领域中迅速掀起了一股单片机的应用热潮，出现了众多型号的单片机，为电子技术领域提供一个个智能化改造的智力内核。因此，单片机在其诞生后就立即进入了电子技术领域。由于半导体厂家的技术支持，低廉的硬件成本与开发装置，容易被掌握的汇编语言编程技术，很快便掀起了传统电子系统智能化改造的热潮。
正当单片机时代陷入困境时，计算机领域迎来了后 PC 时代。受日益高涨的微处理器市场的吸引，大批计算机专业人士进入微处理器领域。计算机学科介入后，引入了计算机高级语言、操作系统、集成开发环境、计算机工程方法，大大地提高了微处理器的应用水平，嵌入式系统成为多学科的综合应用领域。
1.2.5 从嵌入式系统到物联网
微处理器经历了20多年单片机的缓慢发展期后，在嵌入式系统时代中有了突飞猛进的发展。与此同时，出现了大量的具有TCP/IP协议栈的内嵌式单元与方便外接的互联网接口技术。无论是嵌入式系统单机还是嵌入式系统，与互联网、GPS的连接都成为常态，从而将互联网顺利地延伸到物理对象，并变革成为物联网。
物联网时代，唯有嵌入式系统可以承担起物联网繁重的物联任务。在物联网应用中，首要任务是在嵌入式系统物联基础上的物联网系统建设。大量的物联网系统开发任务与物联网中嵌入式系统复合人才的培养，都要求嵌入式系统迅速转向物联网，积极推动物联网、云计算技术与产业的发展。
1.2.6 嵌入式系统的应用
自从20世纪70年代微处理器诞生后，将计算机技术、半导体技术和微电子技术等融合在一起的专用计算机系统，即嵌入式系统已广泛地应用于家用电器、航空航天、工业、医疗、汽车、通信、信息技术等领域。各种各样的嵌入式系统和产品在应用数量上已远远超过通用计算机，从日常生活、生产到社会的各个角落，可以说嵌入式系统无处不在。下面仅列出了比较熟悉的、与人们生活紧密相关的几个应用领域。
（1）消费类电子产品应用。嵌入式系统在消费类电子产品应用领域的发展最为迅速，而且在这个领域中的嵌入式微处理器的需求量也是最大的。由嵌入式系统构成的消费类电子产品已经成为生活中必不可少的一部分，如智能冰箱、流媒体电视等信息家电产品，以及智能手机、PDA、数码相机、MP3、MP4等。
（2）智能仪器仪表类应用。这类产品可能离日常生活有点距离，但是对于开发人员来说，却是实验室里的必备工具，如网络分析仪、数字示波器、热成像仪等。通常这些嵌入式设备中都有一个应用微处理器和一个运算微处理器，可以实现数据采集、分析、存储、打印、显示等功能。
（3）通信信息类产品应用。这些产品多数应用于通信机柜设备中，如路由器、交换机、家庭媒体网关等，在民用市场使用较多的莫过于路由器和交换机了。基于网络应用的嵌入式系统也非常多，目前市场发展较快的是远程监控系统等监控领域中应用的系统。
（4）过程控制类应用。过程控制类应用主要是指在工业控制领域中的应用，包括对生产过程中各种动作流程的控制，如流水线检测、金属加工控制、汽车电子等。汽车工业在我国已取得了飞速的发展，汽车电子也在这个大发展的背景下迅速成长。现在，一辆汽车中往往包含有上百个嵌入式系统，它们通过总线相连，实现对汽车各部分的智能控制；车载多媒体系统、车载GPS导航系统等，也都是典型的嵌入式系统应用。
（5）航空航天类应用。不仅在低端的民用产品中，在像航空航天这样的高端应用的各个领域中同样需要大量的嵌入式系统，如火星探测器、火箭发射主控系统、卫星信号测控系统、飞机的控制系统、探月机器人等。我国的探月工程中“嫦娥三号”的探月工程车就是最好的证明。
（6）生物微电子类应用。指纹识别、生物传感器数据采集等应用中也广泛采用了嵌入式系统。环境监测已经成为人类必须面对的问题，随着技术的发展，将来的空气中、河流中可以用大量的微生物传感器实时地监测环境状况，而且还可以把这些数据实时地传送到环境监测中心，以监测整个生活环境，避免发生更深层次的环境污染。这也许就是将来围绕在人们生存环境周围的一个无线环境监测传感器网络。