概述电路设计与软件编程的另类思路

　　《像设计电路一样编程》系列博客文章由陈明计原创，在此特别鸣谢！

　　十九世纪六十年代末的开始的“软件危机”始终没有远离我们。即使像软件巨头微软，也是隔三差五的发布一个新的软件补丁。

　　与之同时，与计算机相伴相随的电子工业，也在蓬勃发展，却从未有过“电子危机”或“硬件危机”的说法。原因很多，但我认为很重要的一点是它们的开发方式引起的。

　　从表面看，电路的开发方法是图形形式；而软件的开发方法是文字形式。人对于图形的理解远比对对文字的理解来的容易和深刻，所以好书的一个要求就是“图文并茂”。人越容易理解当然越不容易出错。因此，现在图形化编程也是软件开发的一个研究方向。

　　本人将在业余时间研究一下软件编程方法，让编程就像设计电路一样方便。第一步使用C语言实现，以方便其在嵌入式系统中应用。第二步将用C++实现。在我的估计中，用C++更容易实现这个编程思想。当然，最终需要电脑软件辅助，这是到整个编程思想基本完成后再做的事情了。

　　此为开博第一篇，写的较少。关键是这台电脑上资料较少，且业余时间不多。以后可能重写此篇，或丰富其内容。

　　电路设计与软件编程的区别

　　高级编程语言可分为命令式语言（Imperative programming language）和声明式语言（declarative programming language），两者的编程方法有很大的不同。声明式语言又可分为函数式语言、逻辑式语言等；而命令式语言可分为冯。诺伊曼式编程语言、脚本编程语言、面向对象编程语言等。目前，软件编程中命令式语言主导地位，这里将以此为例说明软件编程与电路设计的区别。

　　电路设计与软件编程的区别表面上看只是一个图形形式，一个是文字形式；但实质上有很大的不同。

　　迄今为止，凡是能够实用的电子计算机都是按照冯·诺依曼提出的结构体系和工作原理来设计制造的，简而言之，计算机就是存储程序并按地址顺序执行的。其要点如下：

　　* 计算机是按照事先编好的程序执行的；

　　* 计算机的程序被事先输入到存储器中，程序运算的结果也被存放在存储器中；

　　* 计算机能自动连续地完成程序；

　　* 程序运行的所需要的信息和结果可以通输入/输出设备完成；

　　计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备所组成。其中最广泛应用编程语言的C语言（属于冯。诺伊曼式编程语言）充分表达计算机结构原理。

　　因此，计算机编程实际上是“按步骤解决问题”：把解决问题的方法分成若干的大步骤，每个大步骤又分为若干个小步骤，一直分下去，直到分不可分；然后计算机就按照步骤来一丝不苟的执行。这种“按步骤解决问题”的思路很利于执行，但从步骤中分析解决问题的思路就非常困难了；进而分析程序是否完全符合解决问题的思路也是很困难的。很简单的例子，网上有大量的教程，很多也是step by step的，但很多人按照教程做，依然无法解决问题。

　　与计算机编程不同，电路是连续工作的，没有“步骤”一说。数据（电流或电压）持续的流入一个器件，经过一个器件加工后，又流出这个器件。例如放大器，会只要通电，就会持续不断的对输入信号放大，在工作范围内，输出信号一直与输入信号成正比或反比。数字电路同样如此，例如二输入与门，其输出信号时时刻刻是两个输入信号的与。即使有时钟参与的时序数字电路，可认为时钟也是一个输入信号，同样脱离不了上述规律。即使不把时钟当作输入信号，时序电路也没有“步骤”，只是信号处理不再是连续的，而是离散的而已。

　　综上所述，计算机编程关注的是解决问题的步骤。如果步骤太多（程序规模较大），则编程时很容膝疏忽某些步骤，造成程序隐含的BUG。而电路设计关注的是数据流动，每个器件都对数据进行特定的处理，数据按照指定的方式路径流过这些器件后，自然就解决了要解决的问题。因此，电路的行为比计算机编程更容易预测，更容易理解，也就更不容易出错。计算机领域中，硬件发展的速度远高于软件发展的速度就很好的证明了这一点。