模塊化思想 模塊化是一個(gè)很重要的思想，它的應(yīng)用不僅僅局限在單片機(jī)等技術(shù)方面，還體現(xiàn)在我們的身體構(gòu)造，體現(xiàn)在人類社會(huì)生產(chǎn)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(gè)特點(diǎn)，下面一一道來。 1、分工合作與專一 對(duì)生物學(xué)有基本認(rèn)識(shí)的人都知道，包括人在內(nèi)的很多動(dòng)物是由多種器官構(gòu)成的，例如大腦負(fù)責(zé)思考，心臟負(fù)責(zé)輸送血液等。每個(gè)器官或組織負(fù)責(zé)幾項(xiàng)功能，各個(gè)器官之間協(xié)調(diào)工作，共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的整體。 在人類社會(huì)中，分工合作的現(xiàn)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(jīng)濟(jì)形式，自己勞動(dòng)滿足最基本的生活需求。而在現(xiàn)代社會(huì)，人的需求越來越多，不可能全部靠自己生產(chǎn)。每個(gè)人都專注于自己的特長，例如農(nóng)民負(fù)責(zé)種植糧食，服裝工人負(fù)責(zé)制造衣服，養(yǎng)殖戶負(fù)責(zé)養(yǎng)殖，程序員負(fù)責(zé)編寫程序等。各種人分工合作，最后互相交換勞動(dòng)成果。當(dāng)一個(gè)人長期專注于一件事，而不用擔(dān)心自己其他的需求時(shí)，這個(gè)人能把這件事做得更好，總體上來看，社會(huì)的生產(chǎn)力也就大大提高了。 2、模塊抽象 如果對(duì)電腦的基本組成有所了解，可以知道電腦由CPU、內(nèi)存、硬盤、主板、顯示器等幾部分組成。如果想在電腦中存儲(chǔ)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(fù)責(zé)存儲(chǔ)的部件，而不關(guān)注硬盤內(nèi)部的構(gòu)造。因?yàn)槊總€(gè)模塊都是高度抽象的，內(nèi)部原理可能很復(fù)雜，但是對(duì)外部而言，它只是一個(gè)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(shí)，只需要從外部對(duì)硬盤有一個(gè)抽象的認(rèn)識(shí)，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(gè)龐大的公司，你會(huì)怎么管理？分層管理將會(huì)是一個(gè)很好的選擇。 你可以根據(jù)實(shí)際情況將公司分為幾個(gè)部門，研發(fā)部、營銷部、財(cái)務(wù)部、人事后勤部等。每個(gè)部門指派幾個(gè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行管理，每個(gè)部門負(fù)責(zé)指定的工作。而具體到研發(fā)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(huì)有不同的團(tuán)隊(duì)，移動(dòng)客戶端開發(fā)、服務(wù)器端開發(fā)等等。這樣一層一層進(jìn)行分下來，每個(gè)人各司其職，也體現(xiàn)了分工合作的特點(diǎn)。 如果你是公司的老總，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)月公司的軟件產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度非常慢時(shí)，可能會(huì)直接叫來研發(fā)部的總管大發(fā)雷霆：“公司的XX軟件開發(fā)太慢了，你看人家公司的同類產(chǎn)品早就發(fā)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(dá)到了最下層的員工，最底層的程序猿們就又要加班加點(diǎn)拼命的干活了。研發(fā)進(jìn)度慢或許只是因?yàn)橛袔讉€(gè)程序員最近有事請(qǐng)假了，但是在這個(gè)過程中，你不需要過多關(guān)注底層的細(xì)節(jié)，你也沒有太多精力去關(guān)注，而只是把整個(gè)研發(fā)部當(dāng)做一個(gè)抽象的整體去對(duì)待，這也體現(xiàn)了模塊抽象的特點(diǎn)。 模塊化設(shè)計(jì)的方法原則 前面說了模塊化思想的特點(diǎn)，模塊化思想應(yīng)用很廣泛，而根據(jù)這種思想設(shè)計(jì)系統(tǒng)，就是模塊化設(shè)計(jì)了。不只是單片機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)也可以充分利用模塊化設(shè)計(jì)。這里先說一說模塊化設(shè)計(jì)的方法思路。 對(duì)于初學(xué)者，對(duì)此只需要先有個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，沒有實(shí)際設(shè)計(jì)過，對(duì)這些思想也不容易有所感觸；后來需要設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，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(shè)計(jì)與物理實(shí)現(xiàn)分離；自底向上 當(dāng)要設(shè)計(jì)一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)先畫框圖，每個(gè)框表示一個(gè)抽象的功能模塊。通過框圖可以設(shè)計(jì)這些模塊之間的邏輯關(guān)系，然后再細(xì)化去設(shè)計(jì)每個(gè)模塊。而這樣一個(gè)模塊可能也比較復(fù)雜，這時(shí)又會(huì)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(shù)細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)。這就是自頂向下的設(shè)計(jì)方法，將一個(gè)復(fù)雜問題進(jìn)行分解，逐步求精。而框圖的設(shè)計(jì)則是模塊之間的邏輯設(shè)計(jì)，邏輯設(shè)計(jì)與每個(gè)模塊的具體物理實(shí)現(xiàn)可以完全分離。 和自頂向下的設(shè)計(jì)方法相比，還有一種恰恰相反的思路：自底向上。先設(shè)計(jì)出一些核心模塊，然后再逐步進(jìn)行擴(kuò)展和完善。完全的自底向上的方法只適合設(shè)計(jì)小型的系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往是結(jié)合這兩種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2、模塊獨(dú)立，減小耦合度 模塊化設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)思想是模塊獨(dú)立，減小模塊之間的耦合度。也就是說，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)完成自己的功能，不同的模塊之間關(guān)聯(lián)要盡可能小，以免互相影響。 想給電腦換一個(gè)更大的硬盤時(shí)，一般不用考慮內(nèi)存等其他模塊會(huì)不會(huì)受到影響，要不然實(shí)在是太麻煩了。因?yàn)殡娔X的模塊化設(shè)計(jì)非常規(guī)范，模塊之間的關(guān)聯(lián)很小。 減小耦合度這種看似簡單的問題，實(shí)際上在設(shè)計(jì)的時(shí)候卻相當(dāng)麻煩，為了減小耦合度，需要使用很多技術(shù)來完成，后面會(huì)在實(shí)際操作中進(jìn)行介紹。 3、模塊標(biāo)準(zhǔn)化，可代換 有同學(xué)覺得自己的電腦反應(yīng)太慢，網(wǎng)上一查，原來電腦慢很大可能是因?yàn)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>機(jī)械硬盤的速度太慢。相比硬盤，CPU和內(nèi)存要快很多，所以就如木桶效應(yīng)，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(tài)硬盤，頓時(shí)速度快了很多。 固態(tài)硬盤和機(jī)械硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是完全不一樣的。機(jī)械硬盤是依靠磁性盤片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，讀寫時(shí)需要機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動(dòng)盤片轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)速度不能太快（2.5寸機(jī)械硬盤以7200轉(zhuǎn)每分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，盤片邊緣的速度能達(dá)到86km/h），太快了盤片可能會(huì)直接破裂，或者發(fā)熱量巨大，所以讀寫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有電子器件快。而固態(tài)硬盤使用的就是電子芯片來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，所以速度非?？臁? 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(tái)電腦上，只要保證一些參數(shù)匹配，例如都是2.5寸的。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的不同硬盤設(shè)計(jì)的都是標(biāo)準(zhǔn)化的，硬盤的尺寸、接口等都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，所以能很輕松的代換。 4、模塊通用性，適用于多種產(chǎn)品 幾年以前的手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品，不同品牌、不同設(shè)備分別由不同的人和公司設(shè)計(jì)，充電的接口各不相同，充電器也都是每個(gè)數(shù)碼產(chǎn)品專門配備一套，出門旅行帶的數(shù)碼產(chǎn)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(shè)計(jì)浪費(fèi)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(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品的充電器接口慢慢被統(tǒng)一起來，很多設(shè)備都可以使用通用的USB充電頭和數(shù)據(jù)線進(jìn)行充電。對(duì)于用戶來說方便多了；對(duì)于設(shè)備制造商來說，也不是很有必要單獨(dú)設(shè)計(jì)充電器，直接用標(biāo)準(zhǔn)充電器就可以了；還節(jié)約了資源，例如有些數(shù)碼設(shè)備充電器是可以選配的，有充電器就不用再進(jìn)行購買了。通用的充電頭和手機(jī)充電接口設(shè)計(jì)，使得一個(gè)充電器可以用于多種產(chǎn)品。 通用性和前面一點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，兩者其實(shí)都可以理解成，設(shè)計(jì)一個(gè)模塊或系統(tǒng)，都要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，可以應(yīng)用于不同的系統(tǒng)（通用充電器給多種設(shè)備充電）；而符合統(tǒng)一標(biāo)???的多個(gè)同類模塊，可以用于同一個(gè)系統(tǒng)（機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤都能裝進(jìn)電腦）。 模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn) 前面通過舉例，已經(jīng)明確的體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的很多優(yōu)點(diǎn)，這里對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)。 1、便于分工合作 對(duì)于一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品，很多時(shí)候不是一個(gè)人開發(fā)的，而是很多人共同開發(fā)。這里的原因有很多，可能是因?yàn)闀r(shí)間比較緊，例如公司之間的競爭，誰最先開發(fā)并發(fā)布新的產(chǎn)品，就最有可能搶占市場；可能是因?yàn)橄到y(tǒng)太龐大，一個(gè)人一輩子也做不完，例如操作系統(tǒng)的代碼量往往能達(dá)到幾百萬行；分工合作還會(huì)提高整體效率，前面已經(jīng)說過了。 多個(gè)人開發(fā)同一個(gè)系統(tǒng)，模塊化開發(fā)是最好的選擇。一些人專注于一個(gè)領(lǐng)域，例如安卓程序、平面設(shè)計(jì)、服務(wù)器等，每個(gè)人負(fù)責(zé)開發(fā)和他的專注領(lǐng)域匹配的小模塊，而另外一些知識(shí)面比較廣、經(jīng)驗(yàn)豐富的人，負(fù)責(zé)模塊之間的邏輯組合，最后將整個(gè)系統(tǒng)整合到一起。這個(gè)過程也可能會(huì)有分層，系統(tǒng)分成大的模塊，再拆分成小的模塊，逐層分解并實(shí)現(xiàn)。 2、提高開發(fā)效率 一方面，分工合作的方式能提高效率；另一方面，運(yùn)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好的模塊，像積木一樣搭建新的系統(tǒng)，更是讓效率大大提高。 模塊的開發(fā)，可能是很多人分別完成的，也可能是同一個(gè)人在不同時(shí)期完成的，還有可能是從別人那免費(fèi)獲得或購買的。