截至眼下，单片机入门篇的介绍就告一段落了。从本文開始将进入思想篇的学习。

思想篇对后面的详细知识学习进行总体的框架介绍，解释一些基础名词。以及对学习思想方法进行总结。

思想篇的内容，对于后面的学习有非常大的指导作用。尤其是模块化思想将会贯穿整个学习篇的知识体系。

思想篇并不仅限于接下来的几篇文章。还会在学习篇中通过话题的形式穿插解说。

阅读建议：假设还没有涉及到实践。阅读时不一定能对思想方法有深刻的认识，看的时候有个大致的认识就能够了。

在详细实践的时候，能够依据须要再回来看一看。

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为了让大家更好的理解单片机，从本文開始，会先对单片机/计算机系统进行一个总体的介绍。

让大家对单片机的学习和单片机系统的设计有个比較准确的把握，更好的分清后面各种知识点之间的联系，以及它们之间的轻重主次。学习起来更加得心应手。

在这几篇里，会涉及到大量新的名词术语，而这些也正是非常多刚開始学习的人遇到的巨大的困难。

我会用通俗的语言对它们进行介绍，不须要理解的非常透彻，仅仅要有一个大致的认识就能够了。同一时候。也会涉及单片机和计算机系统的各种设计思想。以及学习时的思路技巧等。

由于单片机和计算机本质上没有太大的差别。所以这里介绍的内容绝不是只局限于51单片机，也不不过单片机，而是包括计算机在内的各种微机系统。

废话不多说，以下进入正题。

模块化思想

模块化是一个非常重要的思想，它的应用不只局限在单片机等技术方面。还体如今我们的身体构造，体如今人类社会生产生活中的方方面面。

何为模块化思想呢？依照我的理解，模块化思想有几个特点，以下一一道来。

1、分工合作与专一

对生物学有基本认识的人都知道，包含人在内的非常多动物是由多种器官构成的，比如大脑负责思考，心脏负责输送血液等。

每一个器官或组织负责几项功能。各个器官之间协调工作。共同构成一个复杂的总体。

在人类社会中。分工合作的现象也是非经常见的。

生活中须要吃饭穿衣，在比較落后的年代，可能有一些自给自足的经济形式，自己劳动满足最主要的生活需求。而在现代社会，人的需求越来越多。不可能所有靠自己生产。

每一个人都专注于自己的特长。比如农民负责种植粮食，服装工人负责制造衣服，养殖户负责养殖，程序猿负责编敲代码等。

各种人分工合作。最后互相交换劳动成果。

当一个人长期专注于一件事，而不用操心自己其它的需求时。这个人能把这件事做得更好，整体上来看。社会的生产力也就大大提高了。

2、模块抽象

假设对电脑的基本组成有所了解。能够知道电脑由CPU、内存、硬盘、主板、显示器等几部分组成。假设想在电脑中存储很多其它的电影，能够考虑更换更大的硬盘。我们仅仅须要知道硬盘是电脑中负责存储的部件，而不关注硬盘内部的构造。

由于每一个模块都是高度抽象的。内部原理可能非常复杂，可是对外部而言。它仅仅是一个能完毕特定功能的黑盒子。

这样抽象的优点，就是在更换硬盘时。仅仅须要从外部对硬盘有一个抽象的认识。就能轻松解决这个问题，剩下的就仅仅是花钱购买硬盘了。

3、分层

假设让你管理一个庞大的公司，你会怎么管理？分层管理将会是一个非常好的选择。

你能够依据实际情况将公司分为几个部门。研发部、营销部、財务部、人事后勤部等。每一个部门指派几个负责人进行管理，每一个部门负责指定的工作。

而详细到研发部，管理人员为了便于管理，又可能将其分为软件部、硬件部等；而到了软件部，又会有不同的团队，移动client开发、server端开发等等。这样一层一层进行分下来，每一个人各司其职，也体现了分工合作的特点。

假设你是公司的老总。当发现这个月公司的软件产品开发进度很慢时，可能会直接叫来研发部的总管大发雷霆：“公司的XX软件开发太慢了，你看人家公司的同类产品早就公布出去了。这件事你得尽快给我搞定，要不然就走人！”然后指令一层一层的下达到了最下层的员工。最底层的程序员们就又要加班加点拼命的干活了。研发进度慢也许仅仅是由于有几个程序员近期有事请假了。可是在这个过程中，你不须要过多关注底层的细节。你也没有太多精力去关注，而仅仅是把整个研发部当做一个抽象的总体去对待，这也体现了模块抽象的特点。

模块化设计的方法原则

前面说了模块化思想的特点。模块化思想应用非常广泛。而依据这样的思想设计系统，就是模块化设计了。

不仅仅是单片机系统，计算机软硬件系统也能够充分利用模块化设计。

这里先说一说模块化设计的方法思路。

对于刚開始学习的人。对此仅仅须要先有个大概的认识。没有实际设计过，对这些思想也不easy有所感触；后来须要设计实际系统时，有须要回来再看看这篇就好了。

1、自顶向下。逐步求精；逻辑设计与物理实现分离；自底向上

当要设计一个比較复杂的系统时，经常会先画框图，每一个框表示一个抽象的功能模块。

通过框图能够设计这些模块之间的逻辑关系，然后再细化去设计每一个模块。而这样一个模块可能也比較复杂。这时又会将其拆分为更小的模块。这样一步一步的拆分模块，直到最后技术细节实现。

这就是自顶向下的设计方法，将一个复杂问题进行分解，逐步求精。而框图的设计则是模块之间的逻辑设计，逻辑设计与每一个模块的详细物理实现能够全然分离。

和自顶向下的设计方法相比，另一种恰恰相反的思路：自底向上。

先设计出一些核心模块，然后再逐步进行扩展和完好。全然的自底向上的方法仅仅适合设计小型的系统。在实际应用中，往往是结合这两种方法进行设计。

2、模块独立。减小耦合度

模块化设计中非常重要的一个思想是模块独立。减小模块之间的耦合度。也就是说，每一个模块负责完毕自己的功能，不同的模块之间关联要尽可能小，以免互相影响。

想给电脑换一个更大的硬盘时。一般不用考虑内存等其它模块会不会受到影响，要不然实在是太麻烦了。由于电脑的模块化设计非常规范。模块之间的关联非常小。

减小耦合度这样的看似简单的问题。实际上在设计的时候却相当麻烦，为了减小耦合度，须要使用非常多技术来完毕。后面会在实际操作中进行介绍。

3、模块标准化，可代换

有同学认为自己的电脑反应太慢，网上一查。原来电脑慢非常大可能是由于机械硬盘的速度太慢。相比硬盘，CPU和内存要快非常多。所以就如木桶效应，电脑被最慢的硬盘给拖慢了速度。于是就给电脑换上了固态硬盘，顿时速度快了非常多。

固态硬盘和机械硬盘的内部结构是全然不一样的。机械硬盘是依靠磁性盘片存储数据的。读写时须要机械结构带动盘片转动，机械转动速度不能太快（2.5寸机械硬盘以7200转每分钟的速度旋转，盘片边缘的速度能达到86km/h）。太快了盘片可能会直接破裂，或者发热量巨大。所以读写速度远远没有电子器件快。而固态硬盘使用的就是电子芯片来实现数据存储，所以速度很快。

两种硬盘尽管原理和性能差距都非常大，可是却能非常轻松的安装在同一台电脑上，仅仅要保证一些參数匹配。比如都是2.5寸的。

这是由于现有的不同硬盘设计的都是标准化的，硬盘的尺寸、接口等都有标准规范，所以能非常轻松的代换。

4、模块通用性，适用于多种产品

几年曾经的手机等数码产品，不同品牌、不同设备分别由不同的人和公司设计，充电的接口各不同样，充电器也都是每一个数码产品专门配备一套，出门旅行带的数码产品一多，不过大大小小的各种充电器就够让人烦了。并且充电器坏了只能又一次买配套的充电器。这种设计浪费了非常多资源，也给人们的生活带来了非常大的不便。

而近几年，MP3、MP4、手机等数码产品的充电器接口慢慢被统一起来，非常多设备都能够使用通用的USB充电头和数据线进行充电。

对于用户来说方便多了；对于设备制造商来说，也不是非常有必要单独设计充电器。直接用标准充电器就能够了。还节约了资源，比如有些数码设备充电器是能够选配的，有充电器就不用再进行购买了。通用的充电头和手机充电接口设计，使得一个充电器能够用于多种产品。

通用性和前面一点标准化，两者事实上都能够理解成。设计一个模块或系统，都要遵循一定的标准化规范。一个标准化的模块，能够应用于不同的系统（通用充电器给多种设备充电）；而符合统一标准的多个同类模块，能够用于同一个系统（机械硬盘和固态硬盘都能装进电脑）。

模块化设计的优缺点

前面通过举例。已经明白的体现了模块化设计的非常多长处，这里对其特点进行一个总结。

1、便于分工合作

对于一个实际产品。非常多时候不是一个人开发的，而是非常多人共同开发。这里的原因有非常多。可能是由于时间比較紧。比如公司之间的竞争。谁最先开发并公布新的产品，就最有可能抢占市场。可能是由于系统太庞大，一个人一辈子也做不完，比如操作系统的代码量往往能达到几百万行；分工合作还会提高总体效率。前面已经说过了。

多个人开发同一个系统，模块化开发是最好的选择。

一些人专注于一个领域，比如安卓程序、平面设计、server等。每一个人负责开发和他的专注领域匹配的小模块，而另外一些知识面比較广、经验丰富的人。负责模块之间的逻辑组合。最后将整个系统整合到一起。这个过程也可能会有分层，系统分成大的模块，再拆分成小的模块，逐层分解并实现。

2、提高开发效率

一方面，分工合作的方式能提高效率。还有一方面，运用已经实现好的模块。像积木一样搭建新的系统，更是让效率大大提高。

模块的开发。可能是非常多人分别完毕的。也可能是同一个人在不同一时候期完毕的，还有可能是从别人那免费获得或购买的。

详细到单片机的学习，事实上一開始我们就在使用别人的模块。

单片机、各种元件都是别人生产好的，运用这些模块。我们非常快的搭建了自己的开发板。

相同的道理，在后面的具体学习过程中，我希望大家每次学完一个技术知识，就自己实现一个程序模块，比如数码管的驱动程序（尽管如今你可能还不理解这是什么）。到整个知识都快学完了，就有了一套自己的程序库，也就是全套的模块程序。

时间久了，也许你就有点记不清数码管驱动当初是怎么写的了。可是没关系，仅仅要你写好了自己的程序模块，而且给出了规范的使用说明，须要时直接照着说明去用就能够了，而不须要再去复习一遍前面的知识。所以在后面开发自己的单片机系统时，直接用自己开发好的模块。就能极大的提高开发效率。

而在后面具体技术的学习中。我也会具体的分析，怎样才干尽可能好的实现每个模块，用到哪些技术知识，帮助大家一起搭建自己的程序库。

3、能开发出复杂系统

分工合作，使得人们能开发出一个人有生之年根本完毕不了的、非常庞大的系统。

而对于个人开发系统来说。假设你花几个月写一个比較庞大的程序。写到后面可能就忘记了前面的程序是怎么写的。这样可能会影响程序的继续编写。

这时你可能须要回过头来再看曾经的程序。但程序毕竟不是自然语言。看起来还是比較费劲的。非常可能后来你自己也非常难看懂了。至少是须要非常多时间才干看懂。

等你最终看懂了前面的东西。发现后面的代码又忘了。

而模块化的设计方法。你能够在一个小的时间段里，设计一个小的模块，并把它做的足够好，然后对整个模块编写一个自己能看懂的使用说明。

以后要用这个模块，就把它当做一个抽象的总体，不须要关注模块内部细节实现。直接看使用说明即可了。这样，你才更有可能独立开发一个比較庞大的程序。

4、便于维护和查错

便于维护也是模块化非常重要的一个特点。模块化讲究减少模块间的耦合度，一个不是非常核心的模块出了问题，往往不会对其它模块造成非常大影响。仅仅会表现出系统中的一些功能无法使用（当然，假设核心模块比如电脑CPU出了问题。可能会导致整个系统崩溃）。这时你能够直接推断出哪个模块有问题。然后去修复那个模块。大大缩小了检查错误的范围。

不知道大家对前面《单片机程序下载失败总结》的那篇文章还有没有印象，文中提到，下载失败时。假设你能有一套正常下载程序的电脑、下载线、单片机系统板装备，通过替换的方法，非常快就能确定问题是否出在你的电脑上。从这里能够看出来模块化思想在查错时的重大意义。

5、缺点

不论什么事物都有两面性。模块化思想也不例外。

这里我简单说一下。

不知道大家有没有听说过这种话。非常多互联网公司都是“三个人拿四个人的钱干五个人的活”。为什么非常多互联网公司工作非常累，工资非常高，可是老板却不愿意减少工资多招聘一些人，同一时候让员工能更轻松呢？

有本书叫《人月神话》。里面就解释了这个问题的解决办法。人月是一个单位，表示一个人一个月能完毕的工作量。依照人月理论。6个人月的工作两个人须要三个月完毕，而三个人则仅仅须要两个月。而事实是，在互联网公司，三个人往往须要远远不止两个月，甚至三个月还完毕不了任务，人月理论仅仅是一个不可能的神话。

为什么会这样呢？原因是多个人设计同一个系统，人与人之间须要沟通，人越多沟通须要的成本越大。所以招聘很多其它的人，意味着浪费掉很多其它的沟通成本。

假设把每一个人看做一个模块，人月神话说明了，过多的模块会添加模块之间的交流成本，从而减少系统效率；而在模块特别多、关系非常密切的时候，保持模块的独立性和模块之间的匹配，本身就成了非常大的难题。

可是整体来说，模块化的长处远大于缺点。有些时候模块化也是不得已而为之的。而一些缺点往往是在特定情况下才有的。

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《单片机小白学步》系列教程（原名《单片机入门指南》）介绍

本系列教程从最主要的入门知识開始。逐步深入介绍单片机系统设计。内容包含：
1、入门篇：单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
2、思想篇：单片机/计算机系统设计的project思想
3、学习篇：单片机学习过程、方法和技巧。以51单片机为例介绍，并推广到其它单片机
4、应用篇：遵循规范的project方法，设计单片机系统实例（计划设计的系统有：计算器、电子表、password锁、简易手机，详细看有没有时间再确定）
5、原理篇：从模拟电路、数字电路開始。逐步深入介绍单片机/计算机系统原理。并自行设计简易的CPU（因为个人水平有限，这部分没有把握写好。详细内容视情况而定）

教程特点

1、技术知识点全面，从入门到精通

包括了各种基本知识，尤其是对单片机基本概念的介绍、为什么要用单片机等，在非常多同类书籍教程中都被忽略了。同一时候也包括了一些深入的知识。包括原理篇考虑对单片机的基本原理进行介绍，有助于深入理解单片机。

本系列教程以51单片机为例进行介绍。通过51介绍完单片机的基本知识，我会再把430进行简要介绍，尤其是对照两者之间的优缺点。让大家非常快感受到430的巨大优势，而学习51正好为高速了解430打下了坚实的基础。

2、除了单片机知识，还有思想、方法、技巧的介绍

本系列教程中。介绍单片机各种模块编程知识的主要是学习篇。而学习篇仅仅是整个教程的一部分。在学习篇中我会贯穿各种方法技巧。怎样理解一些模块功能，怎么看时序图。严格遵守project思想进行编程，程序发生了错误怎么调试等等。而在思想篇中会整体介绍非常多重要的思想，为后面的学习做好准备工作。

3、知识先后顺序的设计

单片机学习过程中，涉及大量的知识，并且非常多知识之间相互依赖，关联非常强。

本系列教程对知识的先后顺序进行比較明白的规划，尽最大可能符合人的认知过程。可是实际规划时发现，不管怎么调整知识的顺序，总有一些知识之间相互依赖。关系复杂。

比如開始讲IO口的时候肯定会提到寄存器，而寄存器这个词的理解。须要深厚的背景知识。

可是这些背景知识在没有进行实践的时候也非常难理解。

刚開始学习的人经常就会在这种地方感觉疑惑不解，不知所措。而每次遇到类似这种知识。我会向刚開始学习的人指出，应该怎样对待。这个知识是应该自己去学习补充，还是等到学完原理篇再做理解。而如今又应该怎么去看待这个名词。

另外，在整个教程的学习前，须要掌握一定的C语言等基础知识，详细可參考教程第〇篇《序》中的相关说明
http://www.hainter.com/mcu-primer-0

4、语言通俗易懂

本系列教程力求语言通俗易懂，而不会用一堆新手不懂的词语去解释还有一个不懂的词语。可是受限于个人语言表达能力，可能有些地方表述的比較繁琐，或者不清楚，希望大家可以帮忙指出。

其它问题

假设认为我写的对你有帮助，欢迎多多反馈，包含写的不对、不合理、不太明确都能够指出来，这样方便我对其进行完好。

很多其它可參见：《怎样以学习单片机为契机，逐步成为优秀的project师》
http://www.hainter.com/mcu-engineer

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