韌體和軟體有什麼區別

軟體跟硬體之間的界限已經越來越模糊了，那麼處於這個灰色地帶的，就是韌體了。這就分成三類工作者。

1、軟體工程師

一般指做圖形介面的程式設計師，工作內容就是寫C++、JAVA、Web等。

2、硬體工程師

當然是指玩電路板的，工作內容就是畫原理圖、PCB等。

3、韌體工程師

也叫微控制器工程師，既寫程式碼（主要是C語言、彙編）又要畫電路圖。

玩微控制器的人，可能會有個疑問，為什麼我寫的C語言能操作到底層的硬體？其實在《計算機組成原理》已經有很詳細的介紹了。

我這裡粗略地介紹一下，這個原理。

首先你可以搜尋一下“從零開始造電腦”，這位叫Steve的大神，就告訴你，用電晶體可以做出CPU（微控制器也是CPU）。

當然，我們現在可不會落後到需要到電晶體來製造電腦。

接下來，你可以看一部叫《喬布斯》的電影，劇中就給你展示蘋果公司的第一臺計算機。

嘿嘿，看到那些黑色的晶片沒有？還有兩個大大的變壓器。這說明了在大學玩微控制器的時代，就相當於回到蘋果公司的初始時期！是不是很激動人心？

其實你可以用74系列的邏輯IC、微控制器等，來搭建一個屬於自己的計算機。這就是說人們把若干個電晶體整合為一塊74系列的IC，如果整合度更高呢？那就是手機或者桌上型電腦用的多核CPU了。

好，介紹了這些古董之後，就讓你有個認識，計算機本質上是N個電晶體的組合，也是數字邏輯晶片的組合，更高階的，就是一塊數模混合的晶片，具體形式是由你的工藝決定的。現在回到正題，介紹一下數電的基礎知識。

因為CPU主要功能是計算，也就是可以直接運用數學知識來解決問題，這裡就舉個例子介紹一下，CPU如何計算加法，也就是用數電裡的閘電路搭一個加法器。

怎樣用電晶體搭這些與、或、非門就不說了，不懂的，可以翻書。上圖就告訴你，可以用這些閘電路搭一個加法器。

怎樣輸入Ai=0，Bi=1，Ci=0？用74系列的IC的話，可以直接把Ai，Ci接GND，Bi接VCC，就實現加法了。而在CPU內部也是一樣可以這樣做的，但是CPU可沒那麼死板，只算常數的加法。

上圖中，藍色箭頭指向的1，就是接VCC的，而紅色箭頭，就是接GND。

在CPU內部，還有ROM，它可以把你要計算的加數和被加數存進去（ROM輸出的高低電平，跟你接GND和VCC是一樣的效果），而結果則存在暫存器（先暫存，以備後面使用）。

現在有個問題，如果加完之後還要計算乘法（在訊號處理領域的卷積運算的核心單元就是乘加器），怎麼辦？誰來自動完成這個動作？幸好，CPU裡面有個叫ALU（算術邏輯單元）來處理這件事情。

這裡的控制單元，就把ROM裡面的資料取出來，再用選擇器，來呼叫加法器和乘法器，最終把結果存到暫存器中。

如果ROM裡面只存資料，那是無法讓控制單元知道，你要執行加法還是乘法，要解決這個問題，就需要在ROM裡面再劃分一個區域，存放指令碼。

這個指令碼，跟資料是一樣，都是0、1的二進位制數，只是用途不同，所以起了不同的名字。

其實這個指令碼，對應在微控制器裡面的組合語言，就是操作碼（如：MOV）；而運算元就是資料（如：01H）。具體的，可以看看微控制器的教材。

根據指令碼的設計方法來分，有四種，分別是CISC、RISC、VLIW、TTA，具體區別可以看計算機組成原理。

而PC（程式計數器）就是控制ROM的地址，現在你要知道PC是不能出錯的，一旦出錯，就意味著微控制器不按照你的程式碼來工作。

現在，我在8位的CPU的ROM裡面，第一個地址存了0x03這個指令碼來代表加法，而在第二、三個地址存了加數和被加數，然後在第四個地址存了0x05代表乘法，在第五、六個地址存了乘數和被乘數。那麼，按照一定的規則來設計控制單元（這個規則可以自己定義的），它就知道0x03是要執行加法。

那麼這個規則如何設計？最簡單的，就是用與門了，然後輸出一個使能訊號，讓加法器工作，就跟上面的74LS160差不多。

但是CPU可沒那麼簡陋，它可以使用狀態機、流水線等，來控制這些基本單元（如：加法器、乘法器），如下圖所示。

說到這裡，你至少應該知道，我們只要改變ROM的內容，就可以操作CPU內部的ALU，從而操作CPU的各個硬體單元了。

下面給個相對完整一點的ALU內部結構圖。

ROM的內容本質上是一些電荷量（電容上有、無電荷，代表二進位制的1和0），也就是韌體、軟體工程師寫的程式碼。而硬體，就是由電晶體搭建的數字、類比電路（如：微控制器內部的比較器、ADC等）。所以硬體是物理器件，不容易更改；而ROM的內容完全可以用燒錄器就輕鬆改變它，修改成本非常低，而且很靈活。

在這裡，你很難表述，這些電荷量是軟體還是硬體，但是CPU的這種結構，導致了兩種不同型別的工作者，我們稱他們為軟體工程師和硬體工程師。而微控制器程式設計師寫的程式碼，跟硬體密切相關，而且一旦完成之後，很少需要修改的（不像軟體工程師修改的那麼頻繁），我們稱之為韌體。