固件與軟件：異同

固件和軟件是適合現代嵌入式系統和計算機的兩個術語。

世界正在轉變為一個數字世界，其中大部分工作都是通過計算機完成的。 軟件和硬件是討論計算機時最常用的術語。

許多元素致力於製造現代科技設備。 有各種各樣的軟件和硬件，你可能會遇到固件。

在電子行業，固件和軟件同樣流行。 區分這些術語可能很棘手，因為它們有時可能具有相同的目的。

例如，對於手動安裝 Android 操作系統更新，它可以參考固件。 這意味著在您的 Android 手機上刷新操作系統更新時，該軟件是為特定於設備的硬件或固件而構建的。

如果這看起來令人困惑，讓我全面介紹一下這個主題。

在本文中，我將解釋軟件和固件的區別、相似之處和一些用例。

開始了！

什麼是固件？

在計算機世界中，固件被用作特定類別的計算機軟件，它為任何設備的特定硬件提供低級控制。 固件包含設備的基本功能，並為更高級別的軟件（例如操作系統）提供硬件抽象服務。

對於那些不太複雜的設備，固件充當執行控制、監控和數據操作功能的完整操作系統。 它保存在非易失性存儲設備中，包括 EPROM、EEPROM、閃存和 ROM。

一位美國科學家 Ascher Opler 在 1967 年創造了“固件”一詞。他用這個詞來描述軟件和硬件之間的微程序。

更新固件需要物理更換 ROM，或使用特定程序重新編程 EPROM。 某些固件存儲設備在永久安裝後無法更改。

此外，更新固件背後的重要原因是修復錯誤、為設備添加功能等等。 您可以簡單地將固件視為“硬件軟件”。 儘管軟件是一個不同的術語，但它們是相互聯繫的，但不可互換。

設備製造商經常發布定期更新以保持硬件運行並與新媒體兼容。 網絡路由器製造商還會在您的設備上發布固件更新以增強網絡性能。 智能手機製造商、相機製造商等也是如此。 您只需訪問製造商的網站即可下載此類更新。

根據硬件集成度，所有固件分為三大類。 他們是：

• 低級固件被認為是設備硬件的固有部分。 低級固件存儲在只讀和非易失性芯片上，例如 ROM。 因此，它不能被重寫或改變。 系統中包含低級固件的設備只有一次性可編程存儲器。
• 高級固件：高級固件允許更新，但比低級固件稍微複雜一些。 它駐留在閃存芯片上。
• 子系統固件：它是嵌入式系統的一部分。 子系統固件的一個示例是服務器的電源子系統。 電源子系統是半獨立於服務器工作的服務器硬件。

示例： BIOS 或統一可擴展固件接口、USB 驅動器、傳感器、小型計算機、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擊、提高安全性、修復錯誤、推出新功能以及與最新媒體交互。 它由告訴硬件以新的和修改的方式運行的代碼組成。

一些聯網設備會定期檢查新固件並下載和安裝。 但是，其他人要求用戶訪問該網站以下載和安裝固件更新。 更新頻率可能因設備使用情況而異。 智能設備中的固件可能不需要頻繁更新。

智能手機通常會在軟件更新的同時升級固件，因此手機可以繼續運行，用戶無需更新固件版本。 許多電子設備在更新固件時也被要求保持開啟狀態。

什麼是軟件？

軟件是用於執行計算機操作以執行特定任務的數據、程序或指令。 它只是描述計算機系統物理方面的硬件的相反術語。 它是無形的。

您還可以將軟件稱為通用術語，用於描述在任何設備上運行的腳本、程序和應用程序。 因此，軟件是計算機的可變部分。 軟件的主要類別有：

• 應用軟件：它是滿足特定計算機需求或執行某些基本任務的軟件。
• 系統軟件：軟件類型旨在運行設備的硬件。 此外，它還為應用程序提供了一個運行平台。
• 編程軟件：該軟件提供了軟件開發人員所需的編程工具。 它也指介於系統和應用軟件之間的術語中間件。 此外，您將獲得操作計算機設備和外圍設備的驅動程序軟件。

在 1980 年代初期，軟件以軟盤形式出售。 後來，它以 CD 和 DVD 的形式出售。 大多數軟件是通過互聯網購買或直接下載的。 您可以從供應商網站輕鬆找到不同類型的軟件。

讓我們看看下面的一些軟件設計類型：

• 架構設計：這種軟件設計是軟件的主要基礎，它通過使用架構設計工具來識別系統的結構、主要組件以及它們之間的關係。
• 高級設計：它被定義為軟件設計的第二層，側重於系統的實現以及組件，以軟件堆棧支持的模塊的形式。 此外，它還描述了系統的各個模塊和功能以及數據流之間的關係。
• 詳細層：定義為軟件設計過程的第三層，重點關注特定軟件架構的實現細節。

軟件質量可以通過一些特性來衡量，包括可訪問性、兼容性、功能、性能、可移植性、可安裝性、本地化、效率、可維護性、安全性、可用性、可測試性、可靠性等。

軟件如何工作？

所有軟件都為計算機提供數據和指導，以使其工作並滿足用戶的需求。 如上所述，應用程序和系統軟件可以以不同的方式工作。

應用程序軟件

應用軟件包含許多為最終用戶執行特定角色的程序，例如瀏覽網站和撰寫報告。 它還為其他應用程序執行任務。 應用軟件雖然是軟件，但它不能獨立運行。 它需要運行計算機的操作系統和其他支持系統軟件。

這些是安裝在用戶計算機上的桌面應用程序，用於使用計算機內存來執行某些任務。 它們佔用硬盤驅動器上的空間，並且不需要任何互聯網連接來執行任務。

另一方面，Web 應用程序需要 Internet 連接才能工作。 他們不會依賴系統軟件或硬件來工作。 包含 Web 瀏覽器的設備讓用戶可以快速啟動 Web 應用程序。

系統軟件

系統軟件在應用軟件和計算機硬件之間佔據了一席之地。 它在後台運行並處理您計算機的基本功能。 這協調系統軟件和硬件，以便您可以運行高級軟件來執行特定任務。

系統軟件在計算機啟動時開始工作，並且只要計算機系統處於開啟狀態，它就會持續運行。 它是用低級機器代碼或彙編語言編寫的。 因此，它獨立運行並允許計算機系統正常運行。

固件與軟件：相似之處

在嵌入式系統的上下文中，術語固件和軟件是可互換的術語。 在嵌入式系統行業，它有一些相似之處。 在其他方面，您會發現固件是一種稱為低級軟件的類型。

您甚至可以看到具有相同職位描述的提及“嵌入式軟件工程師”或“嵌入式固件工程師”的職位列表。 發生這種情況是因為系統的應用程序端是與系統端一起開發的。

例如，在使用準系統設計（沒有操作系統）時，您將只有一些微控制器供應商特定的文件（支持驅動程序和頭文件的 CPU）和一些第三方驅動程序（用於顯示和 TCP/IP）。 這些文件可以處理軟件的硬件方面。

使用驅動程序和頭文件，您可以編寫應用程序軟件； 之後，所有文件合併成一個二進製文件。 如果您是 FreeRTOS 或 VxWorks 之類的操作系統，則 RTOS 負責內存管理和上下文切換。 儘管如此，您仍需要藉助微控制器驅動程序、第三方驅動程序和 RTOS 文件來編寫應用軟件。

固件與軟件：差異

讓我們深入探討固件和軟件之間的一些差異。

固件與軟件：用例

固件用例

您將獲得計算設備範圍內的固件，包括複雜的設備。 固件的一些實際用途如下：

• 個人計算機：計算機的固件嵌入在一個小型存儲芯片中。 計算機外圍設備，例如視頻卡、圖形等，也包含固件。
• 家用電器：洗衣機和洗碗機使用固件。 它使機器能夠與配置設置和控制的計算機進行通信。
• 存儲設備：硬盤驅動器、便攜式存儲設備和 USB 驅動器包含允許設備與計算機系統一起運行的固件。
• 智能卡：智能卡還包含用於在芯片中嵌入指令的固件，以提供基本功能、加密和身份驗證。
• 汽車：車輛包含傳感器、小型計算機和帶有固件的嵌入式系統，可幫助它們執行任務。
• 移動設備：筆記本電腦、平板電腦、智能手機和其他移動設備包含使硬件能夠與多個軟件一起運行的固件。

軟件用例

我想迄今為止幾乎每個用戶都知道軟件。 無論他們在計算機或其他設備上安裝和下載什麼，都是以軟件的形式出現的。 它已經被添加到每個人的日常使用任何軟件中。 它在全球範圍內具有廣泛的應用。

在應用軟件方面，示例如下：

• 文字處理軟件： MS Word、記事本和寫字板
• 電子表格軟件： Microsoft Excel、Apple Numbers 等。
• 數據庫軟件： MS Access、Oracle等。
• 模擬軟件：科學模擬器和飛行模擬器
• 企業軟件：客戶關係管理系統（CRM）
• 多媒體軟件： Media player和Real player
• 教育軟件： Encarta、BritannicaMathematical、Google Earth、NASA World Wind
• 演示軟件： Keynotes 和 Microsoft Powerpoint
• 信息工作者軟件：資源管理工具、文檔工具等。
• 應用套件： Microsoft Office、OpenOffice 等。
• 內容訪問軟件： Web 瀏覽器、通過媒體播放器訪問內容等

在系統工程方面，示例如下：

• Windows、macOS 和 Linux 等操作系統
• 設備驅動程序
• 固件
• BIOS 和 UEFI
• 編程語言翻譯器
• 實用程序

結論

固件通常用於在大多數硬件中對嵌入式系統進行微編碼，而軟件是指高級程序。 更換固件很棘手，但就軟件而言，您永遠不會遇到太多麻煩。

但是，固件是控制設備硬件的系統軟件。 軟件作為一個整體，是一組指令，允許您的計算機或其他設備執行任務。 我希望固件和軟件之間的主要區別和相似之處現在已經很明顯了。

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