掌上電腦的特征界定和開發思考

掌上電腦從基本結構和工作原理上來說和通用計算機沒有基本原理上的區別，但又不同于通用計算機，包括與筆記本式計算機也有著很大的區別。現在許多筆記本電腦也比較小，但兩者的定位是不同的。掌上電腦的輸入，多采用筆輸入，更適合大眾使用，但未必能快速地大量輸入。掌上電腦要有文字編輯功能，卻不需要Word這樣強大的功能，簡單地說，掌上電腦必須簡單實用而小巧。另外，筆記本式計算機的尺寸雖然大大地小于臺式微機,但它的軟件系統與臺式微機是兼容的,并且用戶群也基本相同。但掌上電腦則不然,隨著技術的發展,它與微型機之間的兼容之處將會越來越少,直至成為一種全新的系統。

掌上電腦與普通電腦相比，它的硬件資源非常有限，不要說沒有海量存儲的硬盤，就是所配RAM容量也不能與目前的臺式機相比。掌上電腦為了便于隨身攜帶和方便移動使用，體積和重量必然要受到很大的限制，供電方式也以電池供電為主，因此要求對整機的功耗必須進行嚴格控制。

小巧輕便，美觀省電，簡易好用，立即操作，使用方便是掌上電腦在硬件或軟件設計上的首要考慮，操作要比一般PC容易，就如同移動電話一樣，當拿起移動電話時，就希望能馬上撥、接(電話)。同樣，掌上電腦這種手持式電腦也要求在用戶想用時，就能立即使用，不必像PC那樣必須等待長達幾十秒甚至幾分鐘的開機或關機時間；同時還要讓用戶可以輕易上手，學習的難度要低。掌上電腦不可能在小小的機身上還裝個一百多鍵的鍵盤，因此其外表就要簡單、清爽，操作上也要力求簡便，最好使用手寫輸入法，或語音輸入法；人機界面也必須能讓用戶馬上看到想要的資料或上次關機的畫面。這又是掌上電腦一大特點。

掌上電腦的英文意思是“個人數字助理(PDA)”，強調個人的隱私，加上自身的大小必須容易攜帶，因此在整體設計上，要比PC更強調“個性化”，就像現在年輕人喜歡在手機上加些吊飾，貼些貼紙，向人們宣告：這是我的手機！掌上電腦也是這樣，掌上電腦的設計必須能讓用戶感覺到“這就是我個人專用的掌上電腦"，可以根據自己的需要安裝想要的程序，訂閱個人感興趣的電子報，比如想看哪些新聞，就訂閱哪些，就算看到廣告，也必須是喜歡看到的廣告,它可以根據用戶所填寫的資料，直接提供用戶所感興趣的廣告，非常實用。掌上電腦上的信息本來就應該是這樣“精確個人化”的信息。

掌上電腦硬件系統一般因體積和耗電的原因都采用低功耗的芯片系統，因而PC機中的80x86系統不適用。軟件系統一般采用小型實時多任務嵌入式操作系統，因而PC 機的操作系統更不適用。

所以可以說，掌上電腦系統是一種完全不同于已有的PC系統的新型個人信息設備,它具備以下6個特征:

·體積小巧,便于攜帶,可方便地握在手中或放在衣服的口袋里；

·具有良好的人機界面和輸入方式，操作簡單，使用方便，最好能以筆或語音輸入;

·具有較豐富而簡單適用的應用軟件和娛樂軟件;

·特低功耗，用電池就可長時間連續工作;

·具有較強的通信能力，能通過有線或無線的方式發送和接收數據和信息;

·價格低廉，普通人都買得起。

上面所談到的6個特征,主要是從用戶的角度觀察掌上電腦所得到的結果,而更能反映掌上電腦本質的是其軟硬件系統的結構和組成。

掌上電腦的系統基本軟硬件結構為: CPU、存儲器系統、輸入電路系統、輸出電路系統、通信電路系統、無線通信系統、擴展接口電路系統、電源管理電路系統和基本輸入輸出（BIOS）系統軟件、實時操作系統軟件（RTOS）、內存管理系統軟件、文件管理系統軟件、數據庫系統軟件、輸入系統軟件、輸出系統軟件、通信系統軟件、無線通信系統軟件、擴展接口電路系統軟件、電源管理系統軟件等。

掌上電腦的一般基本軟硬件組成結構可粗略表示如圖1。下面簡述部分重要組成的設計考慮。

掌上電腦的心臟，控制著整個系統的運作。掌上電腦一般都采用低功耗8位、16位或32位的微處理器。這類處理器的工作電壓一般為3V左右，甚至更低，并與許多外部接口控制的邏輯單元集成在一起，比如將存儲器控制單元、LCD顯示控制器或LCD驅動電路、串行通信控制器、A/D和D/A轉換器、紅外通信電路、手寫板電路、ROM、SRAM等都集成到同一塊芯片中。如此一來，一方面可滿足對整機體積的限制，另一方面也可使整機功耗大為減小以及大大的降低價格。

用量大的有Motorola 的Dragon Ball系列、Hitachi的SH系列及MIPS和ARM系列。

而PC機系列用的Intel系列CPU并不適用掌上電腦，因功耗太大。

在掌上電腦中保存程序和數據的部件系統，一般由三或四種類型存儲器組成，即SRAM、ROM、Flash ROM或EEP ROM。一般都將SRAM、ROM、FlashROM或EEPROM盡可能做在CPU芯片中，這樣對減小體積和成本，特別是降低功耗都有極大的好處。

PC機中使用的存儲器系列并不適用掌上電腦，因其是動態存儲器，需不停的刷新，功耗太大。掌上電腦一般也沒有硬盤和軟盤系統，因體積和功耗及抗震等方面的原因而不適用。

主要包括小鍵盤、觸摸屏或手寫板及語音輸入。在掌上電腦中完成輸入命令、數據、字符和圖形的功能。采用以上輸入方式主要是為了滿足掌上電腦減小輸入設備體積和降低成本的要求。并且由主CPU管理，而不是象PC機那樣用一專用的單片機來管理鍵盤。

由于采用了觸摸屏或手寫板及語音輸入的方式，帶來了不少的新問題，比如高效短小的字識別算法和程序，低成本高可靠、長壽命的觸摸屏或手寫板及語音輸入電路等問題。

主要為LCD顯示屏和語音輸出系統，在掌上電腦中主要完成輸出命令、數據、字符、圖形及聲音的功能。采用LCD顯示屏顯示方式主要是為了滿足掌上電腦減小輸出設備體積和低功耗的要求。同時微型高效高保真度的揚聲器也是有其特殊要求的。而PC機中廣泛使用的CRT顯示器和揚聲器，因體積和功耗太大，無法滿足掌上電腦的使用要求，非常不適用。

目前，已有柔性(即塑料)型的LCD顯示屏，更出現了顯示時不耗電的LCD顯示屏。

通信電路系統使掌上電腦可以借助通信網絡系統來達到信息和資源的傳遞及共享，組成服務器/掌上型客戶終端系統。這是計算機系統的必然發展的方向，也是掌上電腦今后得以大規模發展的最重要原因和特點。目前,掌上電腦的通信系統可以通過有線、紅外或無線方式完成傳送BP機傳呼、股票、短信息等商業或娛樂信息，更可連接互聯網完成瀏覽和收發電子郵件等功能。

與PC機中的通信電路相比，對體積成本和功耗及抗干性有極嚴格的要求。

掌上電腦在應用時，經常會遇上功能的擴展要求。比如I/O口的擴展，以便與擴展的外部設備連接，增強掌上電腦的功能。像增加微型通信modem、微型硬盤、打印機等功能。

其次要解決的就是存儲器擴展的問題。雖然掌上電腦內部帶有一定的存儲器，但對某些應用就不夠用了。因此，需要從外部進行擴展，以增大存儲器的容量。擴展存儲器接口電路，一般都采用存儲器并行接口電路，也有采用存儲器串行接口電路的。一般多采用CF卡、MS（SONY)卡和SM(東芝)卡系統。

為了滿足以上的要求，必需能夠通過多種技術途徑來進行功能擴展。因此，擴展接口電路系統也是掌上電腦中的一項比較重要的組成部分。

它與PC機中的擴展槽有著極大的不同，要求體積和外型要非常的小巧可靠，制造難度也大得多。

電源管理電路系統在掌上電腦中是一個非常重要的部分，它直接關系到電池及整個系統正常可靠工作時間的長短。電源管理電路系統工作的好壞直接關系到電池使用時間長短和整個系統正常可靠工作的問題。電源管理電路一般包括電源電壓的檢測、調度、升壓和穩壓電路。好的電源管理系統(和電源管理軟件一起)可以延長多達幾倍的電池壽命。已有一些掌上電腦因耗電過大而夭折。在掌上電腦中既使用整流電源供電，也需要電源管理系統進行電源的切換管理和過壓、過流及反向電壓保護。同時又要求電源管理電路體積要小，自身耗電也要小。

主要用來管理掌上電腦的基本輸入輸出電路系統及外部電路的正常工作和管理系統功耗的。并提供一些基本輸入輸出功能的程序調用。如基本時鐘中斷子程序、進程切換子程序、鍵盤輸入子程序、LCD液晶屏顯示子程序和電源管理等。是硬件和軟件之間最底層的軟件系統。

與PC機的BIOS系統相比，它要求短小精干，不需要復雜的自檢測功能和BIOS設置等功能。

是掌上電腦中最關鍵的系統軟件，它管理整個系統的各種資源，使系統正常運作。但更重要的是提高系統的可靠性及實時性，避免PC機中頻繁發生的“死機和非法操作”及中斷響應慢等現象。因此在掌上電腦中一般采用小型實時多任務操作系統，以便能在慢速CPU的情況下快速響應用戶的操作。實時操作系統是指具有實時性，即最短的中斷響應時間，又能支持實時控制系統工作的操作系統。掌上電腦中實時多任務操作系統的首要任務是調度一切可利用的資源完成實時任務切換，最常用的實時調度算法是事件發生率單調算法，其次才著眼于提高計算機系統的使用效率。最重要特點是要滿足對時間的限制和要求，即對響應時間有嚴格的要求。

與PC機中的Windows操作系統有著極大的不同，首先是要求目標碼要小，小于幾百K字節以下，而不是幾十兆或幾百兆字節。對中斷響應要快，最長不能超過幾微秒級，而不是像PC機最長達到幾毫秒或幾十毫秒。

在掌上電腦中內存管理軟件系統是一項重要的系統軟件，因為在掌上電腦中內存一般都比較小（與PC機相比）。因此內存是一種非常寶貴和有限的資源，必須仔細優化管理和利用。內存管理軟件系統的基本功能是跟蹤哪些存儲器正在被使用、哪些存儲器空閑著，當進程需要時為它分配存儲器、當進程使用完后為它釋放存儲器。必要時也要管理外部存儲器或外設的分配工作。

但不像PC機中有那樣復雜的虛擬存儲器管理。在掌上電腦中不采用虛擬存儲器概念，因管理太復雜。而主要還是采用存儲器塊的管理方式。

主要是按文件的方式管理系統和用戶的有效數據。特點是系統和用戶的有效數據一般都在ROM或Flash ROM中，也有在外部存儲器或網絡中的。因此，跟PC機中文件主要存放在硬盤中的管理有著很大的不同。在掌上電腦中文件系統軟件正在逐步被嵌入式數據庫系統軟件所代替。

主要是管理存放在SRAM、ROM或Flash ROM及網絡中的系統和用戶數據。因為系統和用戶的數據一般都在SRAM、ROM或Flash ROM中，由于內存小和CPU速度慢，因此，數據的結構和壓縮算法及查找算法和數據庫的微型化非常關鍵，必需采用特殊的數據結構、算法及數據庫的精簡技術。嵌入式數據庫系統以其在移動計算以及無線網絡數據保存和管理方面的獨特優勢，即特有的移動性和微型化以及個性化，進入了掌上電腦之中，將逐步取代文件系統，并向傳統的數據庫系統提出了新的挑戰。

PC機中的傳統的數據庫系統已遠遠的不適用于掌上電腦系統了。

在掌上電腦中負責輸入設備的管理。在掌上電腦中一般沒有PC機中的大鍵盤和鼠標，只有小鍵盤、觸摸屏或手寫板，并不帶專用CPU，而是共用主CPU，而且只能工作在中斷方式中，為了減少CPU的工作時間，以達到降低CPU的功耗。因此輸入軟件系統的編制有自己的特點和難度，例如手寫漢字的快速正確識別等。

在掌上電腦中負責輸出設備的管理。在掌上電腦中沒有PC機中的大屏幕顯示器和打印機，只有小的LCD顯示屏和簡單的發聲電路。它的輸出軟件有著極大的特殊性，例如LCD顯示屏小和喇叭小、發聲效率低等問題。如何安排顯示畫面和提高顯示刷新速度及聲音文件的壓縮和得到失真小效率高的發聲算法及程序。

在掌上電腦中管理紅外和無線通信的軟件，特別是無線電通信有BP機、手機和FM廣播等系統。與PC機中的通訊軟件系統有著很大的不同，如要小巧、高效等。因掌上電腦中的CPU速度低和內存小，要實現一些協議和算法是有極大的困難的，需要大量的研制開發工作。

通信Modem和無線卡、微型硬盤、打印機、I/O擴展口等外設的驅動及管理軟件，管理通信Modem和無線卡、微型硬盤、打印機、I/O擴展口等外設。還有外部擴展存儲器的管理軟件，在掌上電腦中管理并行和串行的外部擴展存儲器。擴展接口電路軟件系統是掌上電腦系統軟件中的一項比較重要的組成部分。與PC機中的擴展接口軟件有不小的差異，要求快速和小巧可靠。

在掌上電腦中管理整個系統的電力調度和管理工作,編制好的電源管理軟件系統可以使整個系統節省高達幾倍以上的電能。實現零功耗管理。

而在PC機中一般不配備此類軟件系統。

提供給用戶直接使用的軟件，主要有記事本、字典、萬年歷、股票機等應用軟件。■