ファームウェアとソフトウェアの違いとは?役割・仕組み・更新方法まで徹底解説

技術的に言えば、ファームウェアはソフトウェアの一部です。「ソフトウェア」という用語は、有用なコードすべてを含む広い概念だからです。しかし実際には、「ソフトウェア」という言葉はまったく異なる種類のプログラムを指すことが一般的です。

一般に、ファームウェアとはハードウェアと直接やり取りする低レベルのコードを指します。そして、その層の上で動作するプログラムが「ソフトウェア」と呼ばれます。イメージがつかみにくい方のために、ここから詳しく掘り下げていきましょう。

ソフトウェアにはさまざまな種類がある

「ソフトウェア」という用語の難しいところは、範囲が広すぎる点にあります。コンピュータやその他の電子機器を制御できる命令の集まりであれば、すべてソフトウェアとみなせるのです。

コンピューティングの黎明期には、すべてのプログラムがアセンブリ言語で書かれ、ハードウェアと直接やり取りしながらあらゆるタスクを実行していたため、これは問題になりませんでした。しかし現代のコンピューティングデバイスは何層ものコードの上で動作しており、ユーザーが直接触れるのは最上位のプログラムだけになっています。

このようにユーザー向けに作られたプログラム群は「アプリケーションソフトウェア」と呼ばれ、Webブラウザやワープロソフトなど、PCで日常的に使うアプリやユーティリティが含まれます。その下にはオペレーティングシステム(OS)があり、画面への描画処理や入力の受け付けといった低レベルの処理を担当しています。

多くの人はここで階層が終わると思いがちですが、実はOSがハードウェアと直接通信することはほとんどありません。OSの下にはさらに別の層が存在し、システムソフトウェアがハードウェアの機能へ容易にアクセスできるようにしています。それこそがファームウェアなのです。

ファームウェア:ソフトウェアを支える基盤となる層

高水準プログラミング言語では、画面に画像を表示するような処理もシンプルな命令ひとつで実行できます。しかしコンピュータの内部のどこかに、その命令を実際のプロセッサ命令へと変換するコードが必ず存在します。

ファームウェアはハードウェアとソフトウェアをつなぐ架け橋であり、開発者がCPU固有の命令ではなく、簡略化されたプログラミングインターフェースを通じてデバイスの能力を活用できるようにします。コンピュータの場合、このファームウェアに相当するのがおなじみのBIOS(Basic Input Output System)で、OSがなくてもアクセスできるのが特徴です。

一方、テレビのリモコンやルーターのような単純な電子機器では、ファームウェアがOSの役割も兼ねています。こうした機器はPCのようにサードパーティ製のアプリケーションをインストールすることを想定しておらず、必要なすべての処理をファームウェアが担う仕組みになっています。

ファームウェアはどのようにデバイスにインストールされるのか?

ファームウェアを持たない電子機器は使用できません。そのため、すべての電子部品にはメーカーによってファームウェアが出荷時に書き込まれています。

コンピュータでも同様に、このプログラムはハードディスクではなく、マザーボード上の専用フラッシュチップに保存されています。これにより、OSがインストールされていない状態でもコンピュータを起動し、ハードウェアの設定を行うことが可能になります。

ほとんどのデバイスでは、ファームウェアの更新は簡単ではなく、また必要でもありません。マシンの根幹を制御するコードであるため、更新作業に失敗するとハードウェアが使用不能になる恐れがあります。コンピュータは例外的に、ユーザーがチップをフラッシュ(書き換え)することでBIOSアップデートを適用できます。

ファームウェアとソフトウェアの比較表

まとめ:ファームウェアとソフトウェアの違いとは?

ハードウェアとソフトウェアは、電子機器を構成する二大要素としてよく語られますが、それだけでは全体像ではありません。OSやアプリケーションはハードウェアと直接通信できず、その間を埋める専門のコード層が必要になります。

そして、そのつなぎ役を務めているのがファームウェアです。ファームウェアはアーキテクチャ固有の命令で構成され、ハードウェアを直接制御します。単純な電子機器では基本的なOSとしても機能し、より高度なデバイスでは抽象化されたインターフェースをソフトウェアに提供することで、OSが基盤のアーキテクチャを意識せずにハードウェアを扱えるようにしています。

その重要な性質ゆえに、ファームウェアはマザーボード上のフラッシュチップにあらかじめ書き込まれており、ディスクに保存されるソフトウェアとは独立しています。ソフトウェアパッケージの簡単なインストールとは異なり、ファームウェアは専用の手順によってのみ更新(いわゆる「フラッシュ」)が可能です。

すべての電子機器や周辺機器には、それぞれ専用のファームウェアが搭載されています。デジタルカメラ、スマートフォン、SSD、さらにはUSBメモリまで――制御すべきハードウェアが存在する場所には、必ずそれを管理するためのファームウェアが組み込まれているのです。