V dnešní digitální době, kdy se většina činností odehrává za pomoci počítačů, se často setkáváme s pojmy jako firmware a software. Tyto dva termíny hrají klíčovou roli v moderních vestavěných systémech a počítačích. Je důležité pochopit, jak se liší a jaký je jejich význam.
Technologický pokrok přinesl do našich životů nespočet zařízení, která fungují na základě softwaru a hardwaru. Kromě těchto základních prvků se však setkáváme i s firmwarem, který je neméně důležitý pro správný chod mnoha zařízení. V elektronickém průmyslu je firmware a software považován za rovnocenné. Rozlišení mezi těmito pojmy však může být občas obtížné, jelikož se jejich účel může překrývat.
Například, když ručně instalujeme aktualizaci operačního systému Android, můžeme se setkat s pojmem firmware. To znamená, že při nahrávání aktualizace do telefonu se vlastně jedná o software, který je speciálně navržen pro daný hardware, tedy firmware konkrétního zařízení. Pokud to zní složitě, pojďme se na to podívat podrobněji.
V tomto článku se zaměříme na vysvětlení rozdílů, podobností a konkrétních příkladů použití firmwaru a softwaru. Chceme vám ukázat, jak spolu souvisejí a jak se od sebe odlišují. Tak pojďme na to!
Co je to firmware?
Firmware je specifický typ počítačového softwaru, který slouží k řízení hardwaru na nízké úrovni. Jedná se o základní software, který zajišťuje chod zařízení a poskytuje rozhraní mezi hardwarem a softwarem vyšší úrovně, jako je například operační systém.
U méně komplexních zařízení funguje firmware jako plnohodnotný operační systém, který řídí, monitoruje a zpracovává data. Je uložen v energeticky nezávislé paměti, jako jsou EPROM, EEPROM, flash paměť a ROM.
Termín „firmware“ byl poprvé použit v roce 1967 americkým vědcem Ascherem Oplerem k popisu mikroprogramu, který se nachází mezi softwarem a hardwarem.
Aktualizace firmwaru může vyžadovat fyzickou výměnu paměti ROM nebo přeprogramování EPROM speciálním postupem. Některá paměťová zařízení s firmwarem nelze po instalaci nijak změnit. Nicméně, aktualizace firmwaru je často nezbytná pro opravu chyb, přidání nových funkcí a zlepšení celkového fungování zařízení. Firmware lze chápat jako „software pro hardware“. I když jsou tyto pojmy propojené, nejsou zaměnitelné.
Výrobci zařízení pravidelně vydávají aktualizace firmwaru, aby zajistili, že jejich hardware bude kompatibilní s novými technologiemi. Výrobci síťových směrovačů například vydávají aktualizace pro zvýšení výkonu sítě. Stejný postup platí i pro smartphony, fotoaparáty a další zařízení. Aktualizace firmwaru si obvykle můžete stáhnout z webových stránek výrobce.
Firmware lze rozdělit do tří hlavních kategorií podle úrovně integrace hardwaru:
- Nízkoúrovňový firmware: Je pevnou součástí hardwaru a je uložen na čipech ROM nebo jiných energeticky nezávislých čipech, které nelze přepsat. Zařízení s tímto typem firmwaru mají obvykle jednorázově programovatelnou paměť.
- Firmware vyšší úrovně: Umožňuje aktualizace, ale je složitější než nízkoúrovňový firmware. Nachází se na čipech flash paměti.
- Firmware subsystému: Je součástí vestavěného systému. Příkladem je subsystém napájení serveru, který funguje částečně nezávisle.
Mezi příklady zařízení, které využívají firmware, patří BIOS nebo UEFI, USB disky, senzory, malé počítače a čipové karty.
Jak fungují aktualizace firmwaru?
Aktualizace firmwaru jsou vydávány z mnoha důvodů, včetně ochrany před hacknutím, zvýšení bezpečnosti, opravy chyb, přidání nových funkcí a zajištění kompatibility s nejnovějšími technologiemi. Jedná se o kód, který řídí chování hardwaru novým způsobem.
Některá zařízení připojená k internetu automaticky vyhledávají a instalují aktualizace firmwaru. Jiná vyžadují, aby uživatelé stáhli aktualizace z webových stránek a nainstalovali je ručně. Frekvence aktualizací se liší podle typu zařízení. Firmware v inteligentních zařízeních nemusí vyžadovat časté aktualizace.
Smartphony obvykle aktualizují firmware spolu s aktualizacemi softwaru, aby uživatelé neměli problémy s kompatibilitou. Aktualizace firmwaru často vyžadují, aby zařízení zůstalo během procesu zapnuté.
Co je to software?
Software je soubor dat, programů a instrukcí, které umožňují počítači provádět specifické úkoly. Je to nehmotná část počítačového systému, na rozdíl od hardwaru, který tvoří fyzické součásti. Software je tedy variabilní složkou počítače.
Termín „software“ se používá pro označení skriptů, programů a aplikací, které běží na různých zařízeních. Hlavní kategorie softwaru zahrnují:
- Aplikační software: Je navržen tak, aby plnil specifické potřeby uživatele nebo prováděl určité úkoly.
- Systémový software: Zajišťuje provoz hardwaru zařízení a poskytuje platformu pro spouštění aplikací.
- Programovací software: Poskytuje nástroje pro vývoj softwaru a zahrnuje i tzv. middleware, který se nachází mezi systémovým a aplikačním softwarem. Dále do této kategorie patří ovladače, které řídí počítačová zařízení.
V minulosti se software prodával na disketách, CD a DVD. Dnes je většina softwaru ke stažení online. Různé druhy softwaru si můžete jednoduše najít na webových stránkách prodejců.
Pojďme se podívat na některé typy návrhů softwaru:
- Architektonický návrh: Jedná se o základní návrh, který definuje strukturu systému, hlavní komponenty a jejich vzájemné vztahy.
- High-level design: Tato vrstva se zaměřuje na implementaci systému s komponentami ve formě modulů a popisuje jejich vzájemné vztahy.
- Detailní vrstva: Tato vrstva se zaměřuje na detaily implementace pro konkrétní softwarovou architekturu.
Kvalitu softwaru lze měřit podle mnoha parametrů, včetně přístupnosti, kompatibility, funkčnosti, výkonu, přenositelnosti, instalovatelnosti, efektivity, bezpečnosti, použitelnosti, spolehlivosti a dalších.
Jak software funguje?
Software poskytuje data a instrukce pro počítač, aby pracoval a uspokojoval potřeby uživatelů. Aplikační a systémový software se chovají různým způsobem.
Aplikační software
Aplikační software zahrnuje programy, které plní specifické role pro uživatele, jako je procházení webových stránek a psaní zpráv. Také provádí úkoly pro jiné aplikace. Nemůže ale fungovat samostatně. Vyžaduje operační systém a další systémový software.
Aplikace, které jsou nainstalované v počítači, využívají paměť počítače k provádění úkolů. Zajímají místo na pevném disku a obvykle nepotřebují připojení k internetu. Webové aplikace naopak potřebují připojení k internetu. Nebudou se spoléhat na systémový software a hardware. Zařízení s webovým prohlížečem umožňují rychle spouštět webové aplikace.
Systémový software
Systémový software se nachází mezi aplikačním softwarem a počítačovým hardwarem. Běží na pozadí a obsluhuje základní funkce počítače. Koordinuje systémový software a hardware a umožňuje spouštět software na vysoké úrovni.
Systémový software začíná fungovat při spuštění počítače a běží nepřetržitě, dokud je počítač zapnutý. Je napsán v nízkoúrovňovém strojovém kódu nebo v assembleru. Funguje nezávisle a umožňuje, aby počítačový systém pracoval správně.
Firmware vs Software: Podobnosti
V kontextu vestavěných systémů se pojmy firmware a software někdy používají zaměnitelně. V podstatě se jedná o software, přičemž firmware je považován za software na nízké úrovni.
Můžete se setkat s pracovními pozicemi jako „Embedded Software Engineer“ a „Embedded Firmware Engineer“, které mají stejný popis práce. To je proto, že aplikační strana systému se vyvíjí spolu se systémovou stranou.
Například, při práci s designem barebone (bez operačního systému) máte k dispozici pouze soubory od dodavatele mikrokontroléru (CPU, ovladače a hlavičky) a ovladače třetích stran (displej a TCP/IP). Tyto soubory řeší hardwarovou stranu softwaru.
S pomocí ovladačů a hlaviček můžete psát aplikační software. Později se všechny soubory sloučí do binárního souboru. Pokud používáte operační systém jako FreeRTOS nebo VxWorks, RTOS přebírá správu paměti a přepínání kontextu. Nicméně i tak musíte psát aplikační software s pomocí ovladačů mikrokontroléru, ovladačů třetích stran a souborů RTOS.
Firmware vs Software: Rozdíly
Pojďme se hlouběji podívat na rozdíly mezi firmwarem a softwarem.
| Firmware | Software |
| Je to typ softwaru, který řídí hardware a pravidelně se aktualizuje. | Je to sada instrukcí pro počítačový systém. |
| Firmware je software nízké úrovně, umístěný mezi operačním systémem a hardwarem. | Software se nachází nad operačním systémem a přímo neinteraguje s hardwarem. |
| Firmware se dělí na nízkoúrovňový firmware, firmware na vysoké úrovni a firmware subsystému. | Software zahrnuje aplikace, systémy, programování, middleware a ovladače. |
| Jeho velikost je malá. | Jeho velikost může být obrovská. |
| Není určen k úpravě. | Lze jej přizpůsobit potřebám uživatelů. |
| Je naprogramován jen jednou. | Software můžete instalovat a odinstalovat, kolikrát chcete. |
| Firmware se ukládá na hardwarová flash úložiště. | Ukládá se na sekundární paměťová zařízení počítačového systému. |
| Při vývoji se používají nízkoúrovňové programovací jazyky. | Při vývoji se používají vysokoúrovňové i nízkoúrovňové programovací jazyky. |
| Běží přímo na paměťových čipech, které jsou energeticky nezávislou sekundární pamětí, jako je EEPROM a flash. | Kopíruje se z vyměnitelných médií, jako jsou DVD, USB, a instaluje se do úložišť jako jsou SSD nebo pevné disky. |
| Příkladem je firmware UEFI a BIOS, který poskytují výrobci základních desek počítačů. Také firmware směrovačů OpenSource, jako je OpenWrt a DD-WRT. | Příklady jsou operační systémy jako Linux, Android, Windows, a aplikace jako prohlížeče, hry a MS Office. |
Firmware vs Software: Příklady použití
Případy použití firmwaru
Firmware se používá v širokém spektru zařízení. Mezi běžné případy použití patří:
- Osobní počítače: Firmware je uložen na paměťovém čipu. Komponenty jako grafické karty také obsahují firmware.
- Domácí spotřebiče: Pračky a myčky nádobí používají firmware k řízení nastavení a ovládání.
- Úložná zařízení: Pevné disky, USB disky a další přenosná úložiště používají firmware pro komunikaci s počítačem.
- Čipové karty: Obsahují firmware pro šifrování, ověřování a další funkce.
- Automobilový průmysl: Vozidla využívají senzory a vestavěné systémy s firmwarem pro různé úkoly.
- Mobilní zařízení: Notebooky, tablety a smartphony obsahují firmware pro fungování hardwaru a softwaru.
Případy použití softwaru
Software je velmi běžný a používá ho téměř každý. Software zahrnuje vše, co si uživatelé stahují a instalují do svých počítačů. Jeho použití je dnes běžnou rutinou a má široké spektrum využití.
Příklady aplikačního softwaru:
- Textové editory: MS Word, Poznámkový blok
- Tabulkové procesory: Microsoft Excel, Apple Numbers
- Databázový software: MS Access, Oracle
- Simulační software: Vědecké a letecké simulátory
- Podnikový software: CRM systémy
- Multimediální software: Přehrávače médií
- Vzdělávací software: Encarta, Google Earth
- Prezentační software: Keynotes, Microsoft Powerpoint
- Software pro správu informací
- Aplikační balíky: Microsoft Office, OpenOffice
- Software pro přístup k obsahu: Webové prohlížeče, přehrávače médií
Příklady systémového softwaru:
- Operační systémy: Windows, MacOS, Linux
- Ovladače zařízení
- Firmware
- BIOS a UEFI
- Překladače programovacích jazyků
- Utility
Závěr
Firmware se obvykle používá pro mikrokódování vestavěných systémů, zatímco software se týká programů na vyšší úrovni. Výměna firmwaru je složitá, zatímco se softwarem obvykle nejsou žádné problémy.
Firmware je systémový software, který řídí hardware zařízení. Software je soubor instrukcí, které umožňují počítači nebo jinému zařízení provádět úkoly. Doufáme, že jste pochopili klíčové rozdíly a podobnosti mezi firmwarem a softwarem.
Možná by vás zajímaly i informace o internetu věcí (IoT).