ファームウェアとソフトウェア: 類似点と相違点

ファームウェアとソフトウェアは、最新の組み込みシステムとコンピューターに当てはまる 2 つの用語です。

世界は、ほとんどの仕事がコンピュータを介して行われるデジタルの世界に変わりつつあります。 ソフトウェアとハ​​ードウェアは、コンピューターについて議論する際に使用される最も一般的な用語です。

多くの要素が、最新のテクノロジー デバイスの作成に専念しています。 ソフトウェアとハ​​ードウェアにはさまざまな種類があり、ファームウェアに出くわすこともあります。

電子産業では、ファームウェアとソフトウェアが均等に人気があります。 これらの用語は同じ目的を持っている場合があるため、これらの用語を区別するのは難しい場合があります。

たとえば、Android OS アップデートの手動インストールの場合、ファームウェアを参照できます。 これは、Android スマートフォンで OS アップデートをフラッシュしている間、ソフトウェアがデバイス固有のハードウェアまたはファームウェア用に構築されていることを意味します。

それが紛らわしいと思われる場合は、このトピックについて包括的に説明させてください.

この記事では、ソフトウェアとファームウェアの相違点、類似点、およびいくつかのユース ケースについて説明します。

どうぞ！

ファームウェアとは

コンピュータの世界では、ファームウェアは、任意のデバイスの特定のハードウェアに対して低レベルの制御を提供する特定のクラスのコンピュータ ソフトウェアとして使用されます。 ファームウェアには、デバイスの重要な機能が含まれており、オペレーティング システムなどの上位レベルのソフトウェアにハードウェア抽象化サービスを提供します。

それほど複雑でないデバイスの場合、ファームウェアは、制御、監視、およびデータ操作機能を実行する完全なオペレーティング システムとして機能します。 EPROM、EEPROM、フラッシュ メモリ、ROM などの不揮発性メモリ デバイスに保持されます。

アメリカの科学者であるアッシャー オプラーは、1967 年に「ファームウェア」という言葉を作り出しました。彼は、この用語を使用して、ソフトウェアとハ​​ードウェアの間のマイクロプログラムを説明しました。

ファームウェアの更新中は、ROM を物理的に交換するか、特定の手順を使用して EPROM を再プログラムする必要があります。 一部のファームウェア メモリ デバイスは、恒久的なインストール後に変更できません。

さらに、ファームウェアの更新の背後にある重要な理由は、バグの修正、デバイスへの機能の追加などです。 ファームウェアは単純に「ハードウェアのためのソフトウェア」と考えることができます。 ソフトウェアは別の用語ですが、接続されていますが、交換可能ではありません。

デバイスの製造元は、ハードウェアの動作と新しいメディアとの互換性を維持するために、定期的な更新プログラムをリリースすることがよくあります。 ネットワーク ルーターの製造元は、ネットワーク パフォーマンスを向上させるために、デバイスのファームウェア更新プログラムもリリースしています。 スマートフォンメーカーやカメラメーカーなども同様です。 このような更新をダウンロードするには、製造元の Web サイトにアクセスするだけです。

すべてのファームウェアは、ハードウェアの統合レベルに基づいて 3 つの主要なカテゴリに分類されます。 彼らです：

• 低レベルのファームウェアは、デバイスのハードウェアの本質的な部分と見なされます。 低レベルのファームウェアは、ROM などの読み取り専用の不揮発性チップに保存されます。 したがって、書き換えたり変更したりすることはできません。 システムに低レベルのファームウェアを含むデバイスには、ワンタイム プログラム可能なメモリしかありません。
• 高レベルのファームウェア:高レベルのファームウェアでは更新が可能ですが、低レベルのファームウェアよりも少し複雑です。 これは、フラッシュ メモリ チップ上にあります。
• サブシステム ファームウェア:組み込みシステムの一部として提供されます。 サブシステム ファームウェアの例は、サーバーの電源サブシステムです。 電源サブシステムは、サーバーから半独立して動作するサーバー ハードウェアの一部です。

例: BIOS または統合された拡張可能なファームウェア インターフェイス、USB ドライブ、センサー、小型コンピューター、スマート カードなど。

ファームウェアの更新はどのように機能しますか?

多くの場合、ファームウェアの更新は、ファームウェアのハッキングの防止、セキュリティの向上、バグの修正、新機能の展開、最新のメディアとのやり取りのために提供されます。 これは、ハードウェアに新しい変更された方法で動作するように指示するコードで構成されています。

一部のインターネット接続デバイスは定期的に新しいファームウェアをチェックし、ダウンロードしてインストールします。 ただし、ファームウェアの更新をダウンロードしてインストールするには、ユーザーが Web サイトにアクセスする必要があるものもあります。 更新の頻度は、デバイスの使用状況によって異なる場合があります。 インテリジェント デバイスのファームウェアは、頻繁な更新を必要としない場合があります。

スマートフォンは通常、ソフトウェアの更新と同時にファームウェアをアップグレードするため、電話は動作し続け、ユーザーはファームウェアのバージョンを更新する必要がありません。 多くの電子機器は、ファームウェアの更新中も電源を入れたままにしておく必要があります。

ソフトウェアとは

ソフトウェアは、特定のタスクを実行するためのコンピューター操作を実行するために使用されるデータ、プログラム、または命令です。 これは、コンピューター システムの物理的な側面を説明する、ハードウェアの正反対の用語です。 無形です。

ソフトウェアは、任意のデバイスで実行されるスクリプト、プログラム、およびアプリケーションを表すために使用される一般的な用語として参照することもできます。 したがって、ソフトウェアはコンピューターの可変部分です。 ソフトウェアの主なカテゴリは次のとおりです。

• アプリケーション ソフトウェア:特定のコンピュータのニーズを満たすか、いくつかの重要なタスクを実行するソフトウェアです。
• システム ソフトウェア:ソフトウェア タイプは、デバイスのハードウェアを実行するように設計されています。 さらに、アプリケーションを実行するためのプラットフォームを提供します。
• プログラミング ソフトウェア:このソフトウェアは、ソフトウェア開発者が必要とするプログラミング ツールを提供します。 また、システム ソフトウェアとアプリケーション ソフトウェアの間に入るミドルウェアという用語も指します。 さらに、コンピューター デバイスと周辺機器を操作するドライバー ソフトウェアも入手できます。

1980 年代初頭、ソフトウェアはフロッピー ディスクで販売されていました。 その後、CDやDVDで販売されました。 ほとんどのソフトウェアは、インターネット経由で購入または直接ダウンロードされています。 ベンダーの Web サイトからさまざまな種類のソフトウェアを簡単に見つけることができます。

以下のソフトウェア設計のタイプのいくつかを見てみましょう。

• アーキテクチャ設計:このソフトウェア設計はソフトウェアの主要な基盤であり、アーキテクチャ設計ツールを使用して、システムの構造、主要コンポーネント、およびそれらの相互関係を特定します。
• 高レベルの設計:これは、ソフトウェア スタックによってサポートされるモジュールの形式で、コンポーネントと共にシステムの実装に焦点を当てたソフトウェア設計の 2 番目のレイヤーとして定義されます。 さらに、システムのさまざまなモジュールと機能とデータ フローの関係についても説明します。
• 詳細層:指定されたソフトウェア アーキテクチャの実装の詳細に焦点を当てた、ソフトウェア設計プロセスの 3 番目の層として定義されます。

ソフトウェアの品質は、アクセシビリティ、互換性、機能性、パフォーマンス、移植性、インストール性、ローカリゼーション、効率性、保守性、セキュリティ、使いやすさ、テスト容易性、信頼性など、いくつかの特性によって測定できます。

ソフトウェアはどのように機能しますか?

すべてのソフトウェアは、コンピュータが機能し、ユーザーのニーズを満たすために、データと指示をコンピュータに提供します。 前述のように、アプリケーション ソフトウェアとシステム ソフトウェアはさまざまな方法で動作します。

アプリケーションソフトウェア

アプリケーション ソフトウェアには、Web サイトのナビゲーションやレポートの作成など、エンド ユーザーに対して特定の役割を実行する多くのプログラムが含まれています。 他のアプリケーションのタスクも実行します。 アプリケーション ソフトウェアはソフトウェアですが、単独では実行できません。 コンピュータのオペレーティング システムとその他のサポート システム ソフトウェアを実行する必要があります。

これらは、コンピュータのメモリを使用していくつかのタスクを実行するために、ユーザーのコンピュータにインストールされるデスクトップ アプリケーションです。 これらはハード ドライブのスペースを占有し、タスクを実行するためにインターネットに接続する必要はありません。

一方、Web アプリケーションが動作するにはインターネット接続が必要です。 システム ソフトウェアやハードウェアに依存して動作することはありません。 Web ブラウザーを搭載したデバイスを使用すると、ユーザーは Web アプリケーションをすばやく起動できます。

システムソフトウェア

システム ソフトウェアは、アプリケーション ソフトウェアとコンピュータ ハードウェアの間の席を確保しています。 バックグラウンドで実行され、コンピューターの重要な機能を処理します。 これにより、システム ソフトウェアとハ​​ードウェアが調整され、高度なソフトウェアを実行して特定のタスクを実行できるようになります。

システム ソフトウェアは、コンピュータの起動時に動作を開始し、コンピュータ システムがオンになっている限り継続的に実行されます。 これは、低レベルのマシン コードまたはアセンブリ言語で記述されています。 したがって、それは独立して実行され、コンピューターシステムが適切に機能することを可能にします。

ファームウェア vs ソフトウェア: 類似点

ファームウェアとソフトウェアという用語は、組み込みシステムのコンテキストでは交換可能な用語です。 組み込みシステム業界では、いくつかの類似点があります。 別の言い方をすれば、ファームウェアは低レベル ソフトウェアと呼ばれるタイプであることがわかります。

同じ職務内容で「組込みソフトウェア エンジニア」または「組込みファームウェア エンジニア」と記載されている求人情報も​​見ることができます。 これは、システムのアプリケーション側がシステム側で開発されるために発生します。

たとえば、ベアボーン デザイン (オペレーティング システムなし) で作業する場合、マイクロコントローラー ベンダー固有のファイル (ドライバーとヘッダーをサポートする CPU) と、いくつかのサードパーティ ドライバー (ディスプレイと TCP/IP 用) しかありません。 これらのファイルは、ソフトウェアのハードウェア側を処理できます。

ドライバーとヘッダーを使用すると、アプリケーション ソフトウェアを作成できます。 後で、すべてのファイルがバイナリ ファイルに結合されます。 FreeRTOS や VxWorks などのオペレーティング システムの場合、RTOS がメモリ管理とコンテキストの切り替えを担当します。 それにもかかわらず、マイクロコントローラ ドライバ、サードパーティ ドライバ、および RTOS ファイルを利用して、アプリケーション ソフトウェアを作成する必要があります。

ファームウェアとソフトウェア: 違い

ファームウェアとソフトウェアの違いについて詳しく見ていきましょう。

ファームウェア vs ソフトウェア: ユースケース

ファームウェアのユースケース

複雑なデバイスを含むさまざまなコンピューティング機器のファームウェアを入手できます。 ファームウェアの実際の使用例は次のとおりです。

• パーソナル コンピュータ:コンピュータのファームウェアは小さなメモリ チップに組み込まれています。 ビデオカード、グラフィックスなどのコンピュータ周辺機器にもファームウェアが含まれています。
• 家電製品:洗濯機と食器洗い機はファームウェアを使用します。 これにより、マシンは、設定と制御を構成するコンピューターと通信できるようになります。
• ストレージ デバイス:ハード ドライブ、ポータブル ストレージ デバイス、および USB ドライブには、デバイスがコンピューター システムで機能できるようにするファームウェアが含まれています。
• スマート カード:スマート カードには、チップに命令を埋め込むためのファームウェアも含まれており、基本的な機能、暗号化、および認証を提供します。
• 自動車:車両には、センサー、小型コンピューター、およびタスクの実行を支援するファームウェアを備えた組み込みシステムが搭載されています。
• モバイル デバイス:ラップトップ、タブレット、スマートフォン、およびその他のモバイル デバイスには、ハードウェアを複数のソフトウェアで実行できるようにするファームウェアが含まれています。

ソフトウェアのユースケース

これまでのほとんどすべてのユーザーがソフトウェアを知っていると思います。 コンピューターやその他のデバイスにインストールおよびダウンロードするものはすべて、ソフトウェアの形式です。 ソフトウェアを使用することは、すでにすべての人のルーチンに追加されています。 世界中で幅広い用途があります。

アプリケーションソフトウェアに関しては、例は次のとおりです。

• ワード プロセッシング ソフトウェア: MS Word、メモ帳、ワードパッド
• 表計算ソフト： Microsoft Excel、Apple Numbersなど
• データベースソフト： MS Access、Oracle等
• シミュレーション ソフトウェア:科学シミュレーターとフライト シミュレーター
• エンタープライズ ソフトウェア:顧客関係管理システム (CRM)
• マルチメディア ソフトウェア:メディア プレーヤーとリアル プレーヤー
• 教育用ソフトウェア: Encarta、BritannicaMathematical、Google Earth、NASA World Wind
• プレゼンテーション ソフトウェア: Keynote および Microsoft Powerpoint
• インフォメーション ワーカー ソフトウェア:リソース管理ツール、ドキュメント ツールなど。
• アプリケーション スイート: Microsoft Office、OpenOffice など
• コンテンツ アクセス ソフトウェア: Web ブラウザー、メディア プレーヤーを介したコンテンツへのアクセスなど

システムエンジニアリングに関しては、例は次のとおりです。

• Windows、macOS、Linux などのオペレーティング システム
• デバイスドライバ
• ファームウェア
• BIOS と UEFI
• プログラミング言語翻訳者
• ユーティリティ

結論

ファームウェアは通常、ほとんどのハードウェアで組み込みシステムをマイクロコード化するために使用されますが、ソフトウェアは高レベルのプログラムを指します。 ファームウェアの交換は面倒ですが、ソフトウェアの場合はそれほど面倒なことはありません。

ただし、ファームウェアは、デバイスのハードウェアを制御するシステム ソフトウェアです。 ソフトウェアとは、全体として、コンピューターやその他のデバイスがタスクを実行できるようにする一連の命令です。 ここまでで、ファームウェアとソフトウェアの主な相違点と類似点が明らかになったと思います。

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