Firmware vs. software: somiglianze e differenze

I termini firmware e software sono frequentemente impiegati nell’ambito dei moderni sistemi embedded e informatici.

L’evoluzione tecnologica ha portato a una crescente digitalizzazione, con i computer che svolgono un ruolo sempre più centrale in molte attività. Quando si parla di computer, i concetti di software e hardware sono tra i più diffusi e familiari.

La realizzazione di dispositivi tecnologici all’avanguardia richiede l’integrazione di diversi componenti. Oltre a vari tipi di software e hardware, si incontra spesso anche il firmware.

Nel settore dell’elettronica, firmware e software godono di una notevole popolarità. Tuttavia, distinguerli può risultare complesso, in quanto a volte possono sembrare svolgere funzioni simili.

Ad esempio, quando si esegue un aggiornamento manuale del sistema operativo Android, si potrebbe fare riferimento al firmware. Questo significa che durante l’installazione dell’aggiornamento sul tuo telefono Android, il software è creato specificamente per l’hardware o il firmware del dispositivo.

Se questa distinzione appare poco chiara, cercherò di fornire una spiegazione esaustiva.

In questo articolo, analizzerò le differenze, le similitudini e alcuni casi d’uso relativi a software e firmware.

Cominciamo!

Cos’è il Firmware?

Nel contesto informatico, il firmware si configura come una specifica categoria di software che esercita un controllo di basso livello sull’hardware di un particolare dispositivo. Il firmware include le funzioni essenziali per il funzionamento del dispositivo e fornisce servizi di astrazione hardware ai software di livello superiore, come i sistemi operativi.

In dispositivi meno complessi, il firmware può fungere da sistema operativo completo, gestendo funzioni di controllo, monitoraggio e manipolazione dei dati. È solitamente memorizzato in dispositivi di memoria non volatile come EPROM, EEPROM, memoria Flash e ROM.

Il termine “Firmware” fu coniato nel 1967 dallo scienziato americano Ascher Opler, per descrivere un microprogramma situato tra software e hardware.

L’aggiornamento del firmware richiede, in genere, la sostituzione fisica della ROM o la riprogrammazione della EPROM attraverso una specifica procedura. Alcuni tipi di memoria per firmware non consentono modifiche dopo l’installazione.

Gli aggiornamenti del firmware sono essenziali per correggere errori, aggiungere nuove funzionalità e migliorare le prestazioni del dispositivo. Si può pensare al firmware come al “software dedicato all’hardware”. Sebbene software sia un termine distinto, i due concetti sono strettamente correlati ma non intercambiabili.

I produttori di dispositivi rilasciano spesso aggiornamenti per garantire che l’hardware rimanga funzionante e compatibile con le ultime tecnologie. Anche i produttori di router di rete distribuiscono aggiornamenti del firmware per migliorare le performance della rete. Lo stesso vale per i produttori di smartphone, fotocamere e altri dispositivi. Questi aggiornamenti sono generalmente disponibili per il download sul sito web del produttore.

In base al livello di integrazione hardware, il firmware può essere suddiviso in tre categorie principali:

  • Il firmware di basso livello è intrinsecamente legato all’hardware del dispositivo. Memorizzato su chip di sola lettura e non volatili, come la ROM, non può essere riscritto o modificato. I dispositivi che utilizzano firmware di basso livello hanno generalmente una memoria programmabile una sola volta.
  • Il firmware di alto livello consente aggiornamenti, ma la sua gestione è leggermente più complessa rispetto al firmware di basso livello. Questo tipo di firmware è memorizzato su chip di memoria flash.
  • Il firmware del sottosistema è parte integrante di un sistema embedded. Un esempio è il sottosistema di alimentazione di un server, che opera in modo semi-indipendente rispetto al resto del server.

Esempi di firmware includono: BIOS o UEFI, unità USB, sensori, piccoli computer, smart card, ecc.

Come Avvengono gli Aggiornamenti del Firmware?

Gli aggiornamenti del firmware sono spesso distribuiti per prevenire vulnerabilità, migliorare la sicurezza, correggere bug, introdurre nuove funzionalità e garantire la compatibilità con nuove tecnologie. Tali aggiornamenti consistono in codici che modificano il comportamento dell’hardware.

Alcuni dispositivi connessi a Internet verificano automaticamente la disponibilità di nuovi firmware, scaricandoli e installandoli. Altri, invece, richiedono all’utente di scaricare manualmente gli aggiornamenti dal sito web del produttore e installarli. La frequenza degli aggiornamenti varia a seconda dell’uso del dispositivo. I dispositivi intelligenti potrebbero non necessitare di aggiornamenti frequenti.

Gli smartphone, solitamente, aggiornano il firmware insieme agli aggiornamenti software, assicurando il corretto funzionamento del telefono senza la necessità di interventi manuali. Molti dispositivi elettronici devono rimanere accesi durante l’aggiornamento del firmware.

Cos’è il Software?

Il software è l’insieme di dati, programmi o istruzioni utilizzati per far eseguire al computer specifiche operazioni e attività. Rappresenta l’opposto dell’hardware, che descrive gli aspetti fisici di un sistema informatico. Il software è di natura immateriale.

Il termine software può essere anche inteso in senso generale, riferendosi a script, programmi e applicazioni che vengono eseguiti su qualsiasi dispositivo. Il software è quindi una parte modificabile del computer. Le principali categorie di software sono:

  • Software applicativo: software creato per soddisfare specifiche esigenze dell’utente o per svolgere particolari compiti.
  • Software di sistema: progettato per gestire l’hardware del dispositivo e fornire una piattaforma per l’esecuzione delle applicazioni.
  • Software di programmazione: fornisce gli strumenti di sviluppo del software, incluso il middleware che si colloca tra il sistema e il software applicativo. Rientrano in questa categoria anche i driver che gestiscono i dispositivi e le periferiche del computer.

All’inizio degli anni ’80, il software veniva distribuito su floppy disk, successivamente su CD e DVD. Oggi, la maggior parte del software viene acquistato o scaricato direttamente da Internet, spesso dai siti web dei fornitori.

Di seguito sono elencati alcuni esempi di progetti software:

  • Progettazione architetturale: rappresenta la base del software, definendo la struttura del sistema, i componenti principali e le loro relazioni.
  • Progettazione di alto livello: si concentra sull’implementazione del sistema, identificando i componenti sotto forma di moduli supportati da uno stack software. Descrive inoltre le relazioni tra i vari moduli e le funzioni del sistema e del flusso dei dati.
  • Progettazione dettagliata: si concentra sui dettagli implementativi dell’architettura software definita.

La qualità del software può essere valutata in base a diverse caratteristiche, tra cui accessibilità, compatibilità, funzionalità, prestazioni, portabilità, installabilità, localizzazione, efficienza, manutenibilità, sicurezza, usabilità, testabilità, affidabilità e altre ancora.

Come Funziona il Software?

Ogni software fornisce dati e istruzioni al computer per eseguire operazioni e soddisfare le richieste degli utenti. Come accennato, il software applicativo e il software di sistema possono funzionare in modi diversi.

Software Applicativo

Il software applicativo comprende numerosi programmi che svolgono funzioni specifiche per gli utenti finali, come la navigazione web o la redazione di documenti. Può anche interagire con altre applicazioni. Pur essendo a tutti gli effetti software, un’applicazione non può funzionare in modo autonomo, richiedendo l’esecuzione del sistema operativo e di altri software di sistema.

Le applicazioni desktop vengono installate sul computer dell’utente per utilizzare la memoria e svolgere compiti specifici. Occupano spazio sul disco rigido e non richiedono una connessione Internet per funzionare.

Le applicazioni web, invece, necessitano di una connessione Internet per funzionare, non facendo affidamento sul software di sistema o sull’hardware. I dispositivi dotati di browser web permettono agli utenti di avviare facilmente le applicazioni web.

Software di Sistema

Il software di sistema funge da intermediario tra il software applicativo e l’hardware del computer. Lavora in background gestendo le funzioni essenziali del sistema. Coordina il software e l’hardware per permettere ai software di livello superiore di eseguire attività specifiche.

Il software di sistema entra in funzione all’avvio del computer e continua a operare finché il sistema rimane acceso. È scritto in codice macchina di basso livello o linguaggio assembly, permettendo al sistema informatico di operare correttamente in modo autonomo.

Firmware vs Software: Somiglianze

I termini firmware e software vengono spesso usati in modo intercambiabile nel contesto dei sistemi embedded. Infatti, in questo settore, si possono riscontrare alcune somiglianze. In altri casi, il firmware può essere considerato come una particolare tipologia di software di basso livello.

È comune trovare offerte di lavoro per “Ingegnere software embedded” o “Ingegnere firmware embedded” con descrizioni di lavoro molto simili. Questo perché spesso il lato applicativo di un sistema è sviluppato insieme al lato sistema.

Ad esempio, in un ambiente barebone (senza sistema operativo), si avranno solo alcuni file specifici del fornitore del microcontrollore (CPU che include driver e intestazioni) e alcuni driver di terze parti (per display e TCP/IP). Questi file gestiscono la parte hardware del software.

Grazie a driver e intestazioni, è possibile scrivere software applicativo. In seguito, tutti i file vengono combinati in un unico file binario. In un sistema operativo come FreeRTOS o VxWorks, l’RTOS gestisce la memoria e il cambio di contesto. Tuttavia, rimane necessario scrivere il software applicativo con l’ausilio dei driver del microcontrollore, dei driver di terze parti e dei file RTOS.

Firmware vs Software: Differenze

Esaminiamo nel dettaglio alcune delle differenze fondamentali tra firmware e software.

Firmware Software
È una tipologia di software che controlla l’hardware e viene aggiornato regolarmente. È un insieme di istruzioni per il sistema informatico.
Il firmware è un software di basso livello, posizionato tra il sistema operativo e l’hardware. Il software si trova al di sopra del sistema operativo e non interagisce direttamente con l’hardware.
Include firmware di basso livello, firmware di alto livello e firmware del sottosistema. Include software per applicazioni, sistema, programmazione, middleware e driver.
Le sue dimensioni sono ridotte. Le sue dimensioni possono essere notevoli, anche se virtualmente.
Non è destinato ad essere modificato. Può essere personalizzato o modificato in base alle preferenze dell’utente.
Viene programmato una sola volta. È possibile installare e disinstallare il software tutte le volte che si vuole.
Il firmware si trova nella memoria flash dell’hardware. È memorizzato nel dispositivo di archiviazione secondaria del sistema informatico.
Durante lo sviluppo, viene utilizzato un linguaggio di programmazione di basso livello. Durante lo sviluppo, vengono utilizzati linguaggi di programmazione sia di alto che di basso livello.
Funziona direttamente su chip di memoria secondaria non volatile come EEPROM e flash. Viene copiato da supporti rimovibili, come DVD, USB, e installato in dispositivi di archiviazione come SSD o dischi rigidi.
Esempi sono UEFI e firmware BIOS forniti dai produttori di schede madri. Altri esempi sono il firmware di router OpenSource come OpenWrt e DD-WRT. Esempi sono sistemi operativi come Linux, Android, Windows, applicazioni come browser, app, giochi, MS Office, ecc.

Firmware vs Software: Casi d’Uso

Casi d’Uso del Firmware

Il firmware è presente in un’ampia gamma di dispositivi elettronici, inclusi i più complessi. Alcuni esempi di utilizzo del firmware nel mondo reale sono:

  • Computer personali: il firmware di un computer è memorizzato in un piccolo chip di memoria. Anche le periferiche, come le schede video, contengono firmware.
  • Elettrodomestici: lavatrici e lavastoviglie utilizzano firmware che permette loro di comunicare con un computer, configurando impostazioni e controlli.
  • Dispositivi di archiviazione: dischi rigidi, dispositivi di archiviazione portatili e unità USB contengono firmware che consente loro di interagire con il sistema informatico.
  • Smart card: il firmware contenuto nelle smart card integra istruzioni nel chip per offrire funzionalità di base, crittografia e autenticazione.
  • Automobili: i veicoli sono dotati di sensori, piccoli computer e sistemi embedded con firmware che li aiuta a svolgere le loro funzioni.
  • Dispositivi mobili: laptop, tablet, smartphone e altri dispositivi mobili contengono firmware che consente all’hardware di interagire con diversi tipi di software.

Casi d’Uso del Software

La maggior parte degli utenti conosce il concetto di software e interagisce con esso quotidianamente. Installare e scaricare file sul proprio computer o dispositivo è un’attività che tutti svolgono, in genere, grazie al software. Le applicazioni del software sono innumerevoli e pervadono ogni aspetto del mondo moderno.

Ecco alcuni esempi di software applicativo:

  • Software di elaborazione testi: MS Word, Blocco note e Wordpad
  • Software per fogli di calcolo: Microsoft Excel, Apple Numbers, ecc.
  • Software di database: MS Access e Oracle, ecc.
  • Software di simulazione: simulatori scientifici e simulatori di volo
  • Software aziendale: sistemi CRM (Customer Relationship Management)
  • Software multimediale: lettori multimediali e Real Player
  • Software didattico: Encarta, BritannicaMathematical, Google Earth, NASA World Wind
  • Software per presentazioni: Keynotes e Microsoft Powerpoint
  • Software per l’Information Worker: strumenti per la gestione delle risorse e la documentazione
  • Suite di applicazioni: Microsoft Office, OpenOffice, ecc.
  • Software per l’accesso ai contenuti: browser web, lettori multimediali e altri strumenti

Ecco alcuni esempi di software di sistema:

  • Sistemi operativi come Windows, macOS e Linux
  • Driver di periferica
  • Firmware
  • BIOS e UEFI
  • Traduttori di linguaggi di programmazione
  • Utility

Conclusione

Il firmware è generalmente utilizzato per microprogrammare i sistemi integrati nella maggior parte dell’hardware, mentre il software si riferisce a programmi di livello più elevato. Sostituire il firmware è un’operazione complessa, mentre nel caso del software non si incontrano particolari difficoltà.

Tuttavia, il firmware è un tipo di software di sistema che controlla l’hardware di un dispositivo. Il software, nel suo complesso, è un insieme di istruzioni che permettono a un computer o ad altri dispositivi di svolgere compiti specifici. Spero che le principali differenze e somiglianze tra firmware e software siano ora più chiare.

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