单片机小白学步(16) 单片机/计算机系统概述：模块化思想

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）；而符合统一标准的多个同类模块，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