小白学单片机(16) 单片机/计算机系统概述：模块化思想资料下载

模块化思想 模块化是一个很重要的思想，它的应用不仅仅局限在单片机等技术方面，还体现在我们的身体构造，体现在人类社会生产生活中的方方面面。何为模块化思想呢？按照我的理解，模块化思想有几个特点，下面一一道来。 1、分工合作与专一 对生物学有基本认识的人都知道，包括人在内的很多动物是由多种器官构成的，例如大脑负责思考，心脏负责输送血液等。每个器官或组织负责几项功能，各个器官之间协调工作，共同构成一个复杂的整体。 在人类社会中，分工合作的现象也是很常见的。生活中需要吃饭穿衣，在比较落后的年代，可能有一些自给自足的经济形式，自己劳动满足最基本的生活需求。而在现代社会，人的需求越来越多，不可能全部靠自己生产。每个人都专注于自己的特长，例如农民负责种植粮食，服装工人负责制造衣服，养殖户负责养殖，程序员负责编写程序等。各种人分工合作，最后互相交换劳动成果。当一个人长期专注于一件事，而不用担心自己其他的需求时，这个人能把这件事做得更好，总体上来看，社会的生产力也就大大提高了。 2、模块抽象 如果对电脑的基本组成有所了解，可以知道电脑由CPU、内存、硬盘、主板、显示器等几部分组成。如果想在电脑中存储更多的电影，可以考虑更换更大的硬盘。我们只需要知道硬盘是电脑中负责存储的部件，而不关注硬盘内部的构造。因为每个模块都是高度抽象的，内部原理可能很复杂，但是对外部而言，它只是一个能完成特定功能的黑盒子。这样抽象的好处，就是在更换硬盘时，只需要从外部对硬盘有一个抽象的认识，就能轻松解决问题，剩下的就只是花钱购买硬盘了。 3、分层 如果让你管理一个庞大的公司，你会怎么管理？分层管理将会是一个很好的选择。 你可以根据实际情况将公司分为几个部门，研发部、营销部、财务部、人事后勤部等。每个部门指派几个负责人进行管理，每个部门负责指定的工作。而具体到研发部，管理人员为了便于管理，又可能将其分为软件部、硬件部等；而到了软件部，又会有不同的团队，移动客户端开发、服务器端开发等等。这样一层一层进行分下来，每个人各司其职，也体现了分工合作的特点。 如果你是公司的老总，当发现这个月公司的软件产品开发进度非常慢时，可能会直接叫来研发部的总管大发雷霆：“公司的XX软件开发太慢了，你看人家公司的同类产品早就发布出去了。这件事你得尽快给我搞定，要不然就走人！”然后指令一层一层的下达到了最下层的员工，最底层的程序猿们就又要加班加点拼命的干活了。研发进度慢或许只是因为有几个程序员最近有事请假了，但是在这个过程中，你不需要过多关注底层的细节，你也没有太多精力去关注，而只是把整个研发部当做一个抽象的整体去对待，这也体现了模块抽象的特点。 模块化设计的方法原则 前面说了模块化思想的特点，模块化思想应用很广泛，而根据这种思想设计系统，就是模块化设计了。不只是单片机系统，计算机软硬件系统也可以充分利用模块化设计。这里先说一说模块化设计的方法思路。 对于初学者，对此只需要先有个大概的认识，没有实际设计过，对这些思想也不容易有所感触；后来需要设计实际系统时，有需要回来再看看这篇就好了。 1、自顶向下，逐步求精；逻辑设计与物理实现分离；自底向上 当要设计一个比较复杂的系统时，常常会先画框图，每个框表示一个抽象的功能模块。通过框图可以设计这些模块之间的逻辑关系，然后再细化去设计每个模块。而这样一个模块可能也比较复杂，这时又会将其拆分为更小的模块。这样一步一步的拆分模块，直到最后技术细节实现。这就是自顶向下的设计方法，将一个复杂问题进行分解，逐步求精。而框图的设计则是模块之间的逻辑设计，逻辑设计与每个模块的具体物理实现可以完全分离。 和自顶向下的设计方法相比，还有一种恰恰相反的思路：自底向上。先设计出一些核心模块，然后再逐步进行扩展和完善。完全的自底向上的方法只适合设计小型的系统。在实际应用中，往往是结合这两种方法进行设计。 2、模块独立，减小耦合度 模块化设计中很重要的一个思想是模块独立，减小模块之间的耦合度。也就是说，每个模块负责完成自己的功能，不同的模块之间关联要尽可能小，以免互相影响。 想给电脑换一个更大的硬盘时，一般不用考虑内存等其他模块会不会受到影响，要不然实在是太麻烦了。因为电脑的模块化设计非常规范，模块之间的关联很小。 减小耦合度这种看似简单的问题，实际上在设计的时候却相当麻烦，为了减小耦合度，需要使用很多技术来完成，后面会在实际操作中进行介绍。 3、模块标准化，可代换 有同学觉得自己的电脑反应太慢，网上一查，原来电脑慢很大可能是因为机械硬盘的速度太慢。相比硬盘，CPU和内存要快很多，所以就如木桶效应，电脑被最慢的硬盘给拖慢了速度。于是就给电脑换上了固态硬盘，顿时速度快了很多。 固态硬盘和机械硬盘的内部结构是完全不一样的。机械硬盘是依靠磁性盘片存储数据的，读写时需要机械结构带动盘片转动，机械转动速度不能太快（2.5寸机械硬盘以7200转每分钟的速度旋转，盘片边缘的速度能达到86km/h），太快了盘片可能会直接破裂，或者发热量巨大，所以读写速度远远没有电子器件快。而固态硬盘使用的就是电子芯片来实现数据存储，所以速度非常快。 两种硬盘虽然原理和性能差距都很大，但是却能很轻松的安装在同一台电脑上，只要保证一些参数匹配，例如都是2.5寸的。这是因为现有的不同硬盘设计的都是标准化的，硬盘的尺寸、接口等都有标准规范，所以能很轻松的代换。 4、模块通用性，适用于多种产品 几年以前的手机等数码产品，不同品牌、不同设备分别由不同的人和公司设计，充电的接口各不相同，充电器也都是每个数码产品专门配备一套，出门旅行带的数码产品一多，仅仅是大大小小的各种充电器就够让人烦了。而且充电器坏了只能重新买配套的充电器。这样的设计浪费了很多资源，也给人们的生活带来了很大的不便。 而近几年，MP3、MP4、手机等数码产品的充电器接口慢慢被统一起来，很多设备都可以使用通用的USB充电头和数据线进行充电。对于用户来说方便多了；对于设备制造商来说，也不是很有必要单独设计充电器，直接用标准充电器就可以了；还节约了资源，例如有些数码设备充电器是可以选配的，有充电器就不用再进行购买了。通用的充电头和手机充电接口设计，使得一个充电器可以用于多种产品。 通用性和前面一点标准化，两者其实都可以理解成，设计一个模块或系统，都要遵循一定的标准化规范。一个标准化的模块，可以应用于不同的系统（通用充电器给多种设备充电）；而符合统一标���的多个同类模块，可以用于同一个系统（机械硬盘和固态硬盘都能装进电脑）。 模块化设计的优缺点 前面通过举例，已经明确的体现了模块化设计的很多优点，这里对其特点进行一个总结。 1、便于分工合作 对于一个实际产品，很多时候不是一个人开发的，而是很多人共同开发。这里的原因有很多，可能是因为时间比较紧，例如公司之间的竞争，谁最先开发并发布新的产品，就最有可能抢占市场；可能是因为系统太庞大，一个人一辈子也做不完，例如操作系统的代码量往往能达到几百万行；分工合作还会提高整体效率，前面已经说过了。 多个人开发同一个系统，模块化开发是最好的选择。一些人专注于一个领域，例如安卓程序、平面设计、服务器等，每个人负责开发和他的专注领域匹配的小模块，而另外一些知识面比较广、经验丰富的人，负责模块之间的逻辑组合，最后将整个系统整合到一起。这个过程也可能会有分层，系统分成大的模块，再拆分成小的模块，逐层分解并实现。 2、提高开发效率 一方面，分工合作的方式能提高效率；另一方面，运用已经实现好的模块，像积木一样搭建新的系统，更是让效率大大提高。 模块的开发，可能是很多人分别完成的，也可能是同一个人在不同时期完成的，还有可能是从别人那免费获得或购买的。