你知道电子设备是怎么工作的吗?

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(1)

通常我们认为硬件和软件是独立的,但是它们是一起为我们提供服务的。硬件是实实在在可以触摸到的东西,例如键盘或硬盘 主板等,而软件则是一系列的代码,让你启动程序发微博打游戏等,并最终显示在屏幕上让你看见。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(2)

你可能也听说过固件这个词,那么固件是什么呢?

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(3)

它是你买来练就钢臀的装备吗?不是,固件通常被认为是介于软件和硬件之间的存在,实际上固件是一种特殊的软件,但它不像你的操作系统或其他任何应用程序,它既不在硬件上也不在硬盘上面。而是在专门的内存芯片上,正因为如此,固件与主板离得非常近,让人们觉得它像是一个硬件和软件的混合元件。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(4)

离主板近,究竟意味着什么呢?

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(5)

实际上组成固件的代码,与硬件之间可直接联系,它不像一般的程序,需要经过API 调用操作系统和设备驱动,原因在于它为系统硬件提供了基本的连接和控制的方法,我们来举个例子:

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(6)

在一台电脑上,有一个储存系统UEFI或bios的芯片,它是一种特殊的固件,当你按下电脑开机键 bios就开始运行了,根据配置,它开始初始化硬件,并且进行自检,自检完成后,bios启用虚拟化将它的权限交由更复杂的操作系统。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(7)

如微软或苹果系统,然而即便在操作系统开始运行后,bios在旧的操作系统中仍为外围设备,如键盘和系统软件提供一种简单可信任的连接,相比之下其他固件在系统运行中的作用更为积极,桌面显示器需要解码由DP或HDMI接口传送的数字信号。并通过运算来实现你所看到的画面,因此这个过程需要一些固件来操控,当你打开屏幕菜单进行亮度调试等操作时,你所看到的就是固件在扮演着显示器操作系统的角色。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(8)

因此即便是像电视遥控器这类简单的设备,也需要通过固件连接按钮,将红外光束转化为电视所能理解的指令,由于固件对此类基础连接的重要性,它有时候需要被更新,以提供额外的功能或修复漏洞。一个很好的例子就是为主板更新bios后,原有的插槽可支持新的CPU,由于大多数电子设备无法脱离固件工作,一般情况下建议不要轻易更新固件,除非出现某个你确定更新才能解决的问题。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(9)

因为一旦更新失败,例如更新过程中出现断电等情况,系统可能就永远变成“砖头”了,不像损坏的操作系统你可以删除重装,损坏的固件常常无法修复,因为这时系统根本无法理解你想删除并重装固件,所以千万不要损坏固件,也有一些现代系统为了避免此类问题,配置了一个备份的或防故障的bios,但大部分设备没有这个固件,因此更新固件时务必谨慎。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(10)

如何正确更新固件呢?

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首先要保证电源通电,为台式机或电视配备不间断电源,确保固件来源可靠,是否来自原装厂商等等。另外,有些固件是不可更新的,如存储在 ROM或其他只读芯片上,这类固件根本无法更新或被某些软件锁定,还有一些不需要更新固件的设备,如U盘,一些具有专利特征的固件,旨在防止竞争对手仿效,但软件对固件的保护往往很容易被打破,比如通过自制的可以启动附加功能的固件,或者黑客利用作为攻击途径的固件。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(12)

固件通常没有任何加密,相反开发者更关注操作系统与应用的安全,这也让固件成为黑客与情报机关攻击的目标,因为就算重新格式化硬盘也无法清除针对固件的非法入侵,并且这种入侵很难被发现,又因为固件直接控制硬件,破解固件甚至能够从根本上造成硬件损坏。

电子硬件到底怎么工作(你知道电子设备)(13)

这里有一个几年前的案例可以用来做概念证明,一位研究者通过“黑”掉苹果电脑的电池固件,导致过度充电并造成电脑永久性损坏,希望没人知道如何“黑”进我刚买的电脑。

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