模塊化思想 模塊化是一個很重要的思想，它的應用不僅僅局限在單片機等技術方面，還體現在我們的身體構造，體現在人類社會生產生活中的方方面面。何為模塊化思想呢？按照我的理解，模塊化思想有幾個特點，下面一一道來。 1、分工合作與專一 對生物學有基本認識的人都知道，包括人在內的很多動物是由多種器官構成的，例如大腦負責思考，心臟負責輸送血液等。每個器官或組織負責幾項功能，各個器官之間協調工作，共同構成一個復雜的整體。 在人類社會中，分工合作的現象也是很常見的。生活中需要吃飯穿衣，在比較落后的年代，可能有一些自給自足的經濟形式，自己勞動滿足最基本的生活需求。而在現代社會，人的需求越來越多，不可能全部靠自己生產。每個人都專注于自己的特長，例如農民負責種植糧食，服裝工人負責制造衣服，養殖戶負責養殖，程序員負責編寫程序等。各種人分工合作，最后互相交換勞動成果。當一個人長期專注于一件事，而不用擔心自己其他的需求時，這個人能把這件事做得更好，總體上來看，社會的生產力也就大大提高了。 2、模塊抽象 如果對電腦的基本組成有所了解，可以知道電腦由CPU、內存、硬盤、主板、顯示器等幾部分組成。如果想在電腦中存儲更多的電影，可以考慮更換更大的硬盤。我們只需要知道硬盤是電腦中負責存儲的部件，而不關注硬盤內部的構造。因為每個模塊都是高度抽象的，內部原理可能很復雜，但是對外部而言，它只是一個能完成特定功能的黑盒子。這樣抽象的好處，就是在更換硬盤時，只需要從外部對硬盤有一個抽象的認識，就能輕松解決問題，剩下的就只是花錢購買硬盤了。 3、分層 如果讓你管理一個龐大的公司，你會怎么管理？分層管理將會是一個很好的選擇。 你可以根據實際情況將公司分為幾個部門，研發部、營銷部、財務部、人事后勤部等。每個部門指派幾個負責人進行管理，每個部門負責指定的工作。而具體到研發部，管理人員為了便于管理，又可能將其分為軟件部、硬件部等；而到了軟件部，又會有不同的團隊，移動客戶端開發、服務器端開發等等。這樣一層一層進行分下來，每個人各司其職，也體現了分工合作的特點。 如果你是公司的老總，當發現這個月公司的軟件產品開發進度非常慢時，可能會直接叫來研發部的總管大發雷霆：“公司的XX軟件開發太慢了，你看人家公司的同類產品早就發布出去了。這件事你得盡快給我搞定，要不然就走人！”然后指令一層一層的下達到了最下層的員工，最底層的程序猿們就又要加班加點拼命的干活了。研發進度慢或許只是因為有幾個程序員最近有事請假了，但是在這個過程中，你不需要過多關注底層的細節，你也沒有太多精力去關注，而只是把整個研發部當做一個抽象的整體去對待，這也體現了模塊抽象的特點。 模塊化設計的方法原則 前面說了模塊化思想的特點，模塊化思想應用很廣泛，而根據這種思想設計系統，就是模塊化設計了。不只是單片機系統，計算機軟硬件系統也可以充分利用模塊化設計。這里先說一說模塊化設計的方法思路。 對于初學者，對此只需要先有個大概的認識，沒有實際設計過，對這些思想也不容易有所感觸；后來需要設計實際系統時，有需要回來再看看這篇就好了。 1、自頂向下，逐步求精；邏輯設計與物理實現分離；自底向上 當要設計一個比較復雜的系統時，常常會先畫框圖，每個框表示一個抽象的功能模塊。通過框圖可以設計這些模塊之間的邏輯關系，然后再細化去設計每個模塊。而這樣一個模塊可能也比較復雜，這時又會將其拆分為更小的模塊。這樣一步一步的拆分模塊，直到最后技術細節實現。這就是自頂向下的設計方法，將一個復雜問題進行分解，逐步求精。而框圖的設計則是模塊之間的邏輯設計，邏輯設計與每個模塊的具體物理實現可以完全分離。 和自頂向下的設計方法相比，還有一種恰恰相反的思路：自底向上。先設計出一些核心模塊，然后再逐步進行擴展和完善。完全的自底向上的方法只適合設計小型的系統。在實際應用中，往往是結合這兩種方法進行設計。 2、模塊獨立，減小耦合度 模塊化設計中很重要的一個思想是模塊獨立，減小模塊之間的耦合度。也就是說，每個模塊負責完成自己的功能，不同的模塊之間關聯要盡可能小，以免互相影響。 想給電腦換一個更大的硬盤時，一般不用考慮內存等其他模塊會不會受到影響，要不然實在是太麻煩了。因為電腦的模塊化設計非常規范，模塊之間的關聯很小。 減小耦合度這種看似簡單的問題，實際上在設計的時候卻相當麻煩，為了減小耦合度，需要使用很多技術來完成，后面會在實際操作中進行介紹。 3、模塊標準化，可代換 有同學覺得自己的電腦反應太慢，網上一查，原來電腦慢很大可能是因為機械硬盤的速度太慢。相比硬盤，CPU和內存要快很多，所以就如木桶效應，電腦被最慢的硬盤給拖慢了速度。于是就給電腦換上了固態硬盤，頓時速度快了很多。 固態硬盤和機械硬盤的內部結構是完全不一樣的。機械硬盤是依靠磁性盤片存儲數據的，讀寫時需要機械結構帶動盤片轉動，機械轉動速度不能太快（2.5寸機械硬盤以7200轉每分鐘的速度旋轉，盤片邊緣的速度能達到86km/h），太快了盤片可能會直接破裂，或者發熱量巨大，所以讀寫速度遠遠沒有電子器件快。而固態硬盤使用的就是電子芯片來實現數據存儲，所以速度非常快。 兩種硬盤雖然原理和性能差距都很大，但是卻能很輕松的安裝在同一臺電腦上，只要保證一些參數匹配，例如都是2.5寸的。這是因為現有的不同硬盤設計的都是標準化的，硬盤的尺寸、接口等都有標準規范，所以能很輕松的代換。 4、模塊通用性，適用于多種產品 幾年以前的手機等數碼產品，不同品牌、不同設備分別由不同的人和公司設計，充電的接口各不相同，充電器也都是每個數碼產品專門配備一套，出門旅行帶的數碼產品一多，僅僅是大大小小的各種充電器就夠讓人煩了。而且充電器壞了只能重新買配套的充電器。這樣的設計浪費了很多資源，也給人們的生活帶來了很大的不便。 而近幾年，MP3、MP4、手機等數碼產品的充電器接口慢慢被統一起來，很多設備都可以使用通用的USB充電頭和數據線進行充電。對于用戶來說方便多了；對于設備制造商來說，也不是很有必要單獨設計充電器，直接用標準充電器就可以了；還節約了資源，例如有些數碼設備充電器是可以選配的，有充電器就不用再進行購買了。通用的充電頭和手機充電接口設計，使得一個充電器可以用于多種產品。 通用性和前面一點標準化，兩者其實都可以理解成，設計一個模塊或系統，都要遵循一定的標準化規范。一個標準化的模塊，可以應用于不同的系統（通用充電器給多種設備充電）；而符合統一標???的多個同類模塊，可以用于同一個系統（機械硬盤和固態硬盤都能裝進電腦）。 模塊化設計的優缺點 前面通過舉例，已經明確的體現了模塊化設計的很多優點，這里對其特點進行一個總結。 1、便于分工合作 對于一個實際產品，很多時候不是一個人開發的，而是很多人共同開發。這里的原因有很多，可能是因為時間比較緊，例如公司之間的競爭，誰最先開發并發布新的產品，就最有可能搶占市場；可能是因為系統太龐大，一個人一輩子也做不完，例如操作系統的代碼量往往能達到幾百萬行；分工合作還會提高整體效率，前面已經說過了。 多個人開發同一個系統，模塊化開發是最好的選擇。一些人專注于一個領域，例如安卓程序、平面設計、服務器等，每個人負責開發和他的專注領域匹配的小模塊，而另外一些知識面比較廣、經驗豐富的人，負責模塊之間的邏輯組合，最后將整個系統整合到一起。這個過程也可能會有分層，系統分成大的模塊，再拆分成小的模塊，逐層分解并實現。 2、提高開發效率 一方面，分工合作的方式能提高效率；另一方面，運用已經實現好的模塊，像積木一樣搭建新的系統，更是讓效率大大提高。 模塊的開發，可能是很多人分別完成的，也可能是同一個人在不同時期完成的，還有可能是從別人那免費獲得或購買的。