固件与软件：异同

固件和软件是适合现代嵌入式系统和计算机的两个术语。

世界正在转变为一个数字世界，其中大部分工作都是通过计算机完成的。 软件和硬件是讨论计算机时最常用的术语。

许多元素致力于制造现代科技设备。 有各种各样的软件和硬件，你可能会遇到固件。

在电子行业，固件和软件同样流行。 区分这些术语可能很棘手，因为它们有时可能具有相同的目的。

例如，对于手动安装 Android 操作系统更新，它可以参考固件。 这意味着在您的 Android 手机上刷新操作系统更新时，该软件是为特定于设备的硬件或固件而构建的。

如果这看起来令人困惑，让我全面介绍一下这个主题。

在本文中，我将解释软件和固件的区别、相似之处和一些用例。

开始了！

什么是固件？

在计算机世界中，固件被用作特定类别的计算机软件，它为任何设备的特定硬件提供低级控制。 固件包含设备的基本功能，并为更高级别的软件（例如操作系统）提供硬件抽象服务。

对于那些不太复杂的设备，固件充当执行控制、监控和数据操作功能的完整操作系统。 它保存在非易失性存储设备中，包括 EPROM、EEPROM、闪存和 ROM。

一位美国科学家 Ascher Opler 在 1967 年创造了“固件”一词。他用这个词来描述软件和硬件之间的微程序。

更新固件需要物理更换 ROM，或使用特定程序重新编程 EPROM。 某些固件存储设备在永久安装后无法更改。

此外，更新固件背后的重要原因是修复错误、为设备添加功能等等。 您可以简单地将固件视为“硬件软件”。 尽管软件是一个不同的术语，但它们是相互联系的，但不可互换。

设备制造商经常发布定期更新以保持硬件运行并与新媒体兼容。 网络路由器制造商还会在您的设备上发布固件更新以增强网络性能。 智能手机制造商、相机制造商等也是如此。 您只需访问制造商的网站即可下载此类更新。

根据硬件集成度，所有固件分为三大类。 他们是：

• 低级固件被认为是设备硬件的固有部分。 低级固件存储在只读和非易失性芯片上，例如 ROM。 因此，它不能被重写或改变。 系统中包含低级固件的设备只有一次性可编程存储器。
• 高级固件：高级固件允许更新，但比低级固件稍微复杂一些。 它驻留在闪存芯片上。
• 子系统固件：它是嵌入式系统的一部分。 子系统固件的一个示例是服务器的电源子系统。 电源子系统是半独立于服务器工作的服务器硬件。

示例： BIOS 或统一可扩展固件接口、USB 驱动器、传感器、小型计算机、智能卡等。

固件更新如何工作？

通常提供固件更新以防止固件黑客攻击、提高安全性、修复错误、推出新功能以及与最新媒体交互。 它由告诉硬件以新的和修改的方式运行的代码组成。

一些联网设备会定期检查新固件并下载和安装。 但是，其他人要求用户访问该网站以下载和安装固件更新。 更新频率可能因设备使用情况而异。 智能设备中的固件可能不需要频繁更新。

智能手机通常会在软件更新的同时升级固件，因此手机可以继续运行，用户无需更新固件版本。 许多电子设备在更新固件时也被要求保持开启状态。

什么是软件？

软件是用于执行计算机操作以执行特定任务的数据、程序或指令。 它只是描述计算机系统物理方面的硬件的相反术语。 它是无形的。

您还可以将软件称为通用术语，用于描述在任何设备上运行的脚本、程序和应用程序。 因此，软件是计算机的可变部分。 软件的主要类别有：

• 应用软件：它是满足特定计算机需求或执行某些基本任务的软件。
• 系统软件：软件类型旨在运行设备的硬件。 此外，它还为应用程序提供了一个运行平台。
• 编程软件：该软件提供了软件开发人员所需的编程工具。 它也指介于系统和应用软件之间的术语中间件。 此外，您将获得操作计算机设备和外围设备的驱动程序软件。

在 1980 年代初期，软件以软盘形式出售。 后来，它以 CD 和 DVD 的形式出售。 大多数软件是通过互联网购买或直接下载的。 您可以从供应商网站轻松找到不同类型的软件。

让我们看看下面的一些软件设计类型：

• 架构设计：这种软件设计是软件的主要基础，它通过使用架构设计工具来识别系统的结构、主要组件以及它们之间的关系。
• 高级设计：它被定义为软件设计的第二层，侧重于系统的实现以及组件，以软件堆栈支持的模块的形式。 此外，它还描述了系统的各个模块和功能以及数据流之间的关系。
• 详细层：定义为软件设计过程的第三层，重点关注特定软件架构的实现细节。

软件质量可以通过一些特性来衡量，包括可访问性、兼容性、功能、性能、可移植性、可安装性、本地化、效率、可维护性、安全性、可用性、可测试性、可靠性等。

软件如何工作？

所有软件都为计算机提供数据和指导，以使其工作并满足用户的需求。 如上所述，应用程序和系统软件可以以不同的方式工作。

应用程序软件

应用软件包含许多为最终用户执行特定角色的程序，例如浏览网站和撰写报告。 它还为其他应用程序执行任务。 应用软件虽然是软件，但它不能独立运行。 它需要运行计算机的操作系统和其他支持系统软件。

这些是安装在用户计算机上的桌面应用程序，用于使用计算机内存来执行某些任务。 它们占用硬盘驱动器上的空间，并且不需要任何互联网连接来执行任务。

另一方面，Web 应用程序需要 Internet 连接才能工作。 他们不会依赖系统软件或硬件来工作。 包含 Web 浏览器的设备让用户可以快速启动 Web 应用程序。

系统软件

系统软件在应用软件和计算机硬件之间占据了一席之地。 它在后台运行并处理您计算机的基本功能。 这协调系统软件和硬件，以便您可以运行高级软件来执行特定任务。

系统软件在计算机启动时开始工作，并且只要计算机系统处于开启状态，它就会持续运行。 它是用低级机器代码或汇编语言编写的。 因此，它独立运行并允许计算机系统正常运行。

固件与软件：相似之处

在嵌入式系统的上下文中，术语固件和软件是可互换的术语。 在嵌入式系统行业，它有一些相似之处。 在其他方面，您会发现固件是一种称为低级软件的类型。

您甚至可以看到具有相同职位描述的提及“嵌入式软件工程师”或“嵌入式固件工程师”的职位列表。 发生这种情况是因为系统的应用程序端是与系统端一起开发的。

例如，在使用准系统设计（没有操作系统）时，您将只有一些微控制器供应商特定的文件（支持驱动程序和头文件的 CPU）和一些第三方驱动程序（用于显示和 TCP/IP）。 这些文件可以处理软件的硬件方面。

使用驱动程序和头文件，您可以编写应用程序软件； 之后，所有文件合并成一个二进制文件。 如果您是 FreeRTOS 或 VxWorks 之类的操作系统，则 RTOS 负责内存管理和上下文切换。 尽管如此，您仍需要借助微控制器驱动程序、第三方驱动程序和 RTOS 文件来编写应用软件。

固件与软件：差异

让我们深入探讨固件和软件之间的一些差异。

固件与软件：用例

固件用例

您将获得计算设备范围内的固件，包括复杂的设备。 固件的一些实际用途如下：

• 个人计算机：计算机的固件嵌入在一个小型存储芯片中。 计算机外围设备，例如视频卡、图形等，也包含固件。
• 家用电器：洗衣机和洗碗机使用固件。 它使机器能够与配置设置和控制的计算机进行通信。
• 存储设备：硬盘驱动器、便携式存储设备和 USB 驱动器包含允许设备与计算机系统一起运行的固件。
• 智能卡：智能卡还包含用于在芯片中嵌入指令的固件，以提供基本功能、加密和身份验证。
• 汽车：车辆包含传感器、小型计算机和带有固件的嵌入式系统，可帮助它们执行任务。
• 移动设备：笔记本电脑、平板电脑、智能手机和其他移动设备包含使硬件能够与多个软件一起运行的固件。

软件用例

我想迄今为止几乎每个用户都知道软件。 无论他们在计算机或其他设备上安装和下载什么，都是以软件的形式出现的。 它已经被添加到每个人的日常使用任何软件中。 它在全球范围内具有广泛的应用。

在应用软件方面，示例如下：

• 文字处理软件： MS Word、记事本和写字板
• 电子表格软件： Microsoft Excel、Apple Numbers 等。
• 数据库软件： MS Access、Oracle等。
• 模拟软件：科学模拟器和飞行模拟器
• 企业软件：客户关系管理系统（CRM）
• 多媒体软件： Media player和Real player
• 教育软件： Encarta、BritannicaMathematical、Google Earth、NASA World Wind
• 演示软件： Keynotes 和 Microsoft Powerpoint
• 信息工作者软件：资源管理工具、文档工具等。
• 应用套件： Microsoft Office、OpenOffice 等。
• 内容访问软件： Web 浏览器、通过媒体播放器访问内容等

在系统工程方面，示例如下：

• Windows、macOS 和 Linux 等操作系统
• 设备驱动程序
• 固件
• BIOS 和 UEFI
• 编程语言翻译器
• 实用程序

结论

固件通常用于在大多数硬件中对嵌入式系统进行微编码，而软件是指高级程序。 更换固件很棘手，但就软件而言，您永远不会遇到太多麻烦。

但是，固件是控制设备硬件的系统软件。 软件作为一个整体，是一组指令，允许您的计算机或其他设备执行任务。 我希望固件和软件之间的主要区别和相似之处现在已经很明显了。

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