概述電路設(shè)計(jì)與軟件編程的另類思路

　　《像設(shè)計(jì)電路一樣編程》系列博客文章由陳明計(jì)原創(chuàng)，在此特別鳴謝！

　　十九世紀(jì)六十年代末的開始的“軟件危機(jī)”始終沒有遠(yuǎn)離我們。即使像軟件巨頭微軟，也是隔三差五的發(fā)布一個(gè)新的軟件補(bǔ)丁。

　　與之同時(shí)，與計(jì)算機(jī)相伴相隨的電子工業(yè)，也在蓬勃發(fā)展，卻從未有過“電子危機(jī)”或“硬件危機(jī)”的說法。原因很多，但我認(rèn)為很重要的一點(diǎn)是它們的開發(fā)方式引起的。

　　從表面看，電路的開發(fā)方法是圖形形式；而軟件的開發(fā)方法是文字形式。人對(duì)于圖形的理解遠(yuǎn)比對(duì)對(duì)文字的理解來的容易和深刻，所以好書的一個(gè)要求就是“圖文并茂”。人越容易理解當(dāng)然越不容易出錯(cuò)。因此，現(xiàn)在圖形化編程也是軟件開發(fā)的一個(gè)研究方向。

　　本人將在業(yè)余時(shí)間研究一下軟件編程方法，讓編程就像設(shè)計(jì)電路一樣方便。第一步使用C語言實(shí)現(xiàn)，以方便其在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。第二步將用C++實(shí)現(xiàn)。在我的估計(jì)中，用C++更容易實(shí)現(xiàn)這個(gè)編程思想。當(dāng)然，最終需要電腦軟件輔助，這是到整個(gè)編程思想基本完成后再做的事情了。

　　此為開博第一篇，寫的較少。關(guān)鍵是這臺(tái)電腦上資料較少，且業(yè)余時(shí)間不多。以后可能重寫此篇，或豐富其內(nèi)容。

　　電路設(shè)計(jì)與軟件編程的區(qū)別

　　高級(jí)編程語言可分為命令式語言（Imperative programming language）和聲明式語言（declarative programming language），兩者的編程方法有很大的不同。聲明式語言又可分為函數(shù)式語言、邏輯式語言等；而命令式語言可分為馮。諾伊曼式編程語言、腳本編程語言、面向?qū)ο缶幊陶Z言等。目前，軟件編程中命令式語言主導(dǎo)地位，這里將以此為例說明軟件編程與電路設(shè)計(jì)的區(qū)別。

　　電路設(shè)計(jì)與軟件編程的區(qū)別表面上看只是一個(gè)圖形形式，一個(gè)是文字形式；但實(shí)質(zhì)上有很大的不同。

　　迄今為止，凡是能夠?qū)嵱玫碾娮佑?jì)算機(jī)都是按照馮·諾依曼提出的結(jié)構(gòu)體系和工作原理來設(shè)計(jì)制造的，簡而言之，計(jì)算機(jī)就是存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行的。其要點(diǎn)如下：

　　* 計(jì)算機(jī)是按照事先編好的程序執(zhí)行的；

　　* 計(jì)算機(jī)的程序被事先輸入到存儲(chǔ)器中，程序運(yùn)算的結(jié)果也被存放在存儲(chǔ)器中；

　　* 計(jì)算機(jī)能自動(dòng)連續(xù)地完成程序；

　　* 程序運(yùn)行的所需要的信息和結(jié)果可以通輸入/輸出設(shè)備完成；

　　計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備與輸出設(shè)備所組成。其中最廣泛應(yīng)用編程語言的C語言（屬于馮。諾伊曼式編程語言）充分表達(dá)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)原理。

　　因此，計(jì)算機(jī)編程實(shí)際上是“按步驟解決問題”：把解決問題的方法分成若干的大步驟，每個(gè)大步驟又分為若干個(gè)小步驟，一直分下去，直到分不可分；然后計(jì)算機(jī)就按照步驟來一絲不茍的執(zhí)行。這種“按步驟解決問題”的思路很利于執(zhí)行，但從步驟中分析解決問題的思路就非常困難了；進(jìn)而分析程序是否完全符合解決問題的思路也是很困難的。很簡單的例子，網(wǎng)上有大量的教程，很多也是step by step的，但很多人按照教程做，依然無法解決問題。

　　與計(jì)算機(jī)編程不同，電路是連續(xù)工作的，沒有“步驟”一說。數(shù)據(jù)（電流或電壓）持續(xù)的流入一個(gè)器件，經(jīng)過一個(gè)器件加工后，又流出這個(gè)器件。例如放大器，會(huì)只要通電，就會(huì)持續(xù)不斷的對(duì)輸入信號(hào)放大，在工作范圍內(nèi)，輸出信號(hào)一直與輸入信號(hào)成正比或反比。數(shù)字電路同樣如此，例如二輸入與門，其輸出信號(hào)時(shí)時(shí)刻刻是兩個(gè)輸入信號(hào)的與。即使有時(shí)鐘參與的時(shí)序數(shù)字電路，可認(rèn)為時(shí)鐘也是一個(gè)輸入信號(hào)，同樣脫離不了上述規(guī)律。即使不把時(shí)鐘當(dāng)作輸入信號(hào)，時(shí)序電路也沒有“步驟”，只是信號(hào)處理不再是連續(xù)的，而是離散的而已。

　　綜上所述，計(jì)算機(jī)編程關(guān)注的是解決問題的步驟。如果步驟太多（程序規(guī)模較大），則編程時(shí)很容膝疏忽某些步驟，造成程序隱含的BUG。而電路設(shè)計(jì)關(guān)注的是數(shù)據(jù)流動(dòng)，每個(gè)器件都對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的處理，數(shù)據(jù)按照指定的方式路徑流過這些器件后，自然就解決了要解決的問題。因此，電路的行為比計(jì)算機(jī)編程更容易預(yù)測(cè)，更容易理解，也就更不容易出錯(cuò)。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，硬件發(fā)展的速度遠(yuǎn)高于軟件發(fā)展的速度就很好的證明了這一點(diǎn)。