嵌入式设备和微型计算机的发展简史

你知道吗?我们每天使用的手机、智能手表、洗衣机,甚至汽车里,都藏着一颗“看不见的大脑”——这就是嵌入式系统。而能让开发者轻松动手造出各种智能小玩意儿的微型计算机,也正在悄悄改变世界。这一切,起源于60多年前。

20世纪60年代,嵌入式系统的雏形出现在美国航天工程中。1961年,NASA为阿波罗登月计划开发的“阿波罗导航计算机”(AGC)被认为是世界上首个嵌入式系统。它个头小、功能专一,是为宇航员导航量身定做的。它采用专用硬件与定制软件,首次实现了在受限空间中执行复杂任务的可能。这就是世界上第一个嵌入式系统,它标志着“专用计算”的时代悄然开启。

1971年,英特尔发布全球第一颗商用微处理器——4004,标志着微型计算机的诞生。随后,嵌入式系统开始广泛应用于工业控制、汽车电子和家用电器中,8位和16位微控制器如8051和68HC11成为主流。从此计算机不再是房间里庞然大物,而可以变得像手掌一样小。随着处理器变小变便宜,嵌入式系统开始出现在工厂的自动化设备、汽车控制系统、家用电器等各种场景中。控制电饭锅、管理车速、调节温度……它们背后都有嵌入式系统在默默运作。

进入1980年代,嵌入式系统逐步普及,配合简单的实时操作系统(RTOS)实现多任务调度。与此同时,教育和实验用途的微型计算机逐渐兴起,为后来的单板机发展奠定基础。这个时代的嵌入式系统不仅可以完成固定任务,还能像人一样“分身多用”——同时处理多个任务。这时候,微型计算机也开始登场,成为教育和工程师实验的重要工具。

1990年代,ARM架构崛起,其低功耗、高性能的特点迅速在嵌入式市场占据主导地位。嵌入式Linux等系统也开始用于更复杂的设备如掌上电脑和早期智能终端。那时候我们开始接触到PDA(掌上电脑)等早期智能终端,它们比传统电脑更便携,功能却不逊色。

进入21世纪后,嵌入式系统真正飞入了寻常百姓家。智能手机、导航仪、智能电视、无人机……每一个设备背后都有它的身影。而另一边,微型计算机如树莓派开始走红,让学生、发明家和极客们也能轻松开发自己的小机器人、智能家居设备,激发了无限创意。

2000年代,嵌入式设备迎来了移动互联网的浪潮。智能手机、MP3播放器、导航仪等设备推动嵌入式系统功能不断升级。同时,微型计算机进入大众视野,开发者社区开始兴起。

2010年代以来,随着物联网(IoT)和人工智能的发展,嵌入式系统与微型计算机进入融合阶段。树莓派、ESP32、Jetson等低成本平台的兴起,使得智能终端、小型边缘设备得以快速部署,推动智能家居、工业自动化与智慧城市的建设。边缘计算、智能识别、语音交互……这些高大上的技术,正在越来越多地集成进这些看似微不足道的小芯片中。

小板子,大世界:树莓派、ESP32 与 Jetson 的崛起之路

在过去十几年里,一些看起来像“电路板玩具”的小设备,却悄悄点燃了全球创客、工程师乃至中小学教育的热情。它们价格低、功能强、用途广,代表着嵌入式设备和微型计算机“平民化”的趋势。其中,最具代表性的三大平台是:树莓派(Raspberry Pi)、ESP32 和 Jetson 系列。

2012年,来自英国剑桥大学的工程师团队推出了第一代树莓派,原本的目标是为了让中小学生也能以低成本学习编程。没想到,这块信用卡大小的小电脑迅速风靡全球。

树莓派Raspberry Pi不仅能运行完整的Linux系统(如Raspberry Pi OS),还能连接显示器、键盘、鼠标,甚至用于媒体播放、网页浏览、机器人控制、物联网中枢等用途。多年来,它不断进化,从最初的单核CPU成长为今天支持4K输出、多核处理、Wi-Fi、蓝牙的强大工具。它的出现打破了“计算机=昂贵”的刻板印象,让成千上万的人首次以不到一百元人民币的价格走进了编程和嵌入式开发的大门。

相比于功能全面的树莓派,ESP32 更像是一个专为物联网(IoT)量身打造的“小能手”。它由中国乐鑫科技(Espressif Systems)推出,具有低功耗、Wi-Fi 和蓝牙一体集成、丰富的GPIO接口等特点。ESP32最大的魅力,在于它“轻而强”——只需要几块钱人民币,就能实现无线通信、传感器控制、远程数据采集等功能,常被用于智能门锁、远程温度监控、智能灯具、穿戴设备等。

NVIDIA 的 Jetson 系列,特别是 Jetson Nano 和 Jetson Orin Nano,是专为边缘人工智能(Edge AI)开发的微型平台。它们的核心优势在于内置强大的 GPU,能够执行图像识别、物体检测、语音处理等任务,常用于机器人、无人车、安防监控等领域。虽然比树莓派和ESP32稍贵,但Jetson 系列代表了“嵌入式 + AI”的前沿趋势。你可以在掌心大小的设备上运行深度学习模型,实现本地化、低延迟的智能处理,这在医疗、工业、交通等领域具有极大潜力。它的开发生态也非常开放,支持 Arduino、MicroPython、ESP-IDF 等平台,极大降低了入门门槛。

从登月任务的“秘密武器”,到我们生活中无处不在的智能助手,嵌入式系统和微型计算机正在以看不见的方式,重新定义我们的世界。

如今,嵌入式设备已无处不在,从日常生活到高端科研,都是现代信息社会的重要支柱。

  • 2025-05-03