一 邏輯電路的軟連接

芯片是由金屬連線和基于半導體材料的晶體管組成的。晶體管開關的連線組合能完成一定功能（如加法機、記憶電路），就是硬件，而能完成一定功能的軟件的指令序列（01序列）相當于晶體管開關的重新連線，因而具備了新的功能；

複雜的邏輯功能單元都是由簡單的邏輯電路搭建而成的，硬件就是邏輯電路的硬連接，軟件就是這些邏輯電路的軟連接（軟件的指令序列也就是01序列而已）。

二 計算機系統的分層組織結構

1 硬聯邏輯級：第零級是硬聯邏輯級，這是計算機的内核，由門，觸發器等邏輯電路組成。

2 微程序級：第一級是微程序級。這級的機器語言是微指令集，程序員用微指令編寫的微程序，一般是直接由硬件執行的。

3 傳統機器級：第二級是傳統機器級，這級的機器語言是該機的指令集，程序員用機器指令編寫的程序可以由微程序進行解釋。

三 硬件實現和軟件實現

随着大規模集成電路的發展和軟件硬化的趨勢，計算機系統的軟、硬件界限已經變得模糊了。任何操作可以由軟件來實現，也可由硬件來實現；任何指令的執行可以由硬件來完成，同樣也可以由軟件來完成。互相轉化的媒介是硬件和軟件的邏輯等價性。

因為現在任何操作，任何指令都既可以用軟件來實現，又可以用硬件來完成，軟件和硬件的界限已經很模糊了。通過軟件的固化（像做成芯片等），可以将軟件和硬件緊密聯系在一起。

軟件是可以轉化為硬件的，首先是在操作系統之上的應用軟件，這裡主要指編譯軟件，它将高級語言或者彙編語言編譯、解釋為目标程序，也就是我們所說的機器碼，然後機器碼被分解為微程序，微程序再分解為微指令，而微指令就是一段定長的二進制數字，再由數字邏輯裡的知識被硬件所利用。

比如常見的“顯卡3D加速”，既可以用軟件實現，又可以用硬件實現。

一般來說，對于某一功能采用硬件方案還是軟件方案，取決于器件價格、速度、可靠性、存儲容量、變更周期等因素，有下面的區别：

• 硬件實現：優點：速度快，功耗低，性能指标高；缺點：不靈活不易升級，需要硬件成本。

• 軟件實現：優點：靈活多邊，易于升級，不需要硬件成本；缺點：性能指标較弱，功耗較高。

理論上，所有軟件功能都可以用硬件實現（雖然不一定具備經濟意義）。

就目前而言，一些計算機的特點是，把原來明顯地在一般機器級通過編制程序實現的操作，如整數乘除法指令、浮點運算指令、處理字符串指令等等，改為直接由硬件完成。

四 計算機系統層次結構中的逐步硬化或固化

把計算機系統按功能分為多級層次結構，就是有利于正确理解計算機系統的工作過程，明确軟件，硬件在計算機系統中的地位和作用。

總之，随着大規模集成電路和計算機系統結構的發展，實體硬件機的功能範圍不斷在擴大。計算機系統層次結構中由3級向5級将逐步硬化或固化，即其功能将逐步由硬件或固件來實現，現已出現了專用的操作系統機器、高級語言機器。第一級和第二級的邊界範圍，要向第三級乃至更高級擴展。這是因為容量大、價格低、體積小、可以改寫的隻讀存儲器提供了軟件固化的良好物質手段。現在已經可以把許多複雜的、常用的程序制作成所謂固件。就它的功能來說，是軟件；但從形态來說，又是硬件。其次，目前在一片矽單晶芯片上制作複雜的邏輯電路已經是實際可行的，這就為擴大指令的功能提供了物質基礎，因此本來通過軟件手段來實現的某種功能，現在可以通過硬件來直接解釋執行。進一步的發展，就是設計所謂面向高級語言的計算機。這樣的計算機，可以通過硬件直接解釋執行高級語言的語句而不需要先經過編譯程序的處理。傳統的軟件部分，今後完全有可能“固化”甚至“硬化”。

五 硬件與軟件的關系

硬件和軟件是一個完整的計算機系統互相依存的兩大部分，它們的關系主要體現在以下幾個方面。

⑴ 硬件和軟件互相依存

硬件是軟件賴以工作的物質基礎，軟件的正常工作是硬件發揮作用的唯一途徑。計算機系統必須要配備完善的軟件系統才能正常工作，且充分發揮其硬件的各種功能。

⑵ 硬件和軟件無嚴格界線

随着計算機技術的發展，在許多情況下，計算機的某些功能既可以由硬件實現，也可以由軟件來實現。因此，硬件與軟件在一定意義上說沒有絕對嚴格的界面。

⑶ 硬件和軟件協同發展

計算機軟件随硬件技術的迅速發展而發展，而軟件的不斷發展與完善又促進硬件的更新，兩者密切地交織發展，缺一不可。

很多軟件可以用硬件實現，同樣，硬件的功能也可以用軟件編寫。從某種意義上說，他們都是在處理信息。打個比方，mp3既可以用軟件的播放器播放，也可以用專用的音頻解碼芯片解碼實現播放。

附注1 ：固件

固件(Firmware)就是寫入EROM（可擦寫隻讀存儲器）或EEPROM(電可擦可編程隻讀存儲器)中的程序。如在設備内部保存的設備“驅動程序”，通過固件，操作系統才能按照标準的設備驅動實現特定機器的運行動作，比如光驅、刻錄機等都有内部固件。

固件擔任着一個系統最基礎最底層工作的軟件。而在硬件設備中，固件就是硬件設備的靈魂，因為一些硬件設備除了固件以外沒有其它軟件組成，因此固件也就決定着硬件設備的功能及性能。

附注2：單片機燒錄原理

單片機（需要集成程序存儲器）的存儲器内部是有很多很多的MOS管組成，MOS管的栅極的電壓充了電是很難釋放的（最高保存10年以上），也就是MOS管的栅極的電壓是具有記憶功能的。

燒錄時，程序是以二進制（0低電平和1高電平）的形式，對芯片的内部相應MOS管栅極進行充電或放電，形成數據保存。例如：一竄00000001數據送人存儲器，MOS栅極進行充放電保存，前面0000000七個對對應的MOS管放電以低電平形式保存，最後一個1，是以給MOS管栅極進行充電形式保存。這樣就八個MOS管就保存00000001的這竄數據。

讀取時，MOS管栅極放電輸出為0，充電輸出為1，将一連串的數據讀取輸出。

單片機工作時首先是讀取程序存儲器的數據，然後是完全按照程序數據來工作的；當給單片機内存儲器燒錄不同的程序，單片機工作就不相同。（每個單片機廠家都有專門的燒制軟件！）

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