掌上電腦的特征界定和開(kāi)發(fā)思考

掌上電腦從基本結(jié)構(gòu)和工作原理上來(lái)說(shuō)和通用計(jì)算機(jī)沒(méi)有基本原理上的區(qū)別，但又不同于通用計(jì)算機(jī)，包括與筆記本式計(jì)算機(jī)也有著很大的區(qū)別?，F(xiàn)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(qiáng)大的功能，簡(jiǎn)單地說(shuō)，掌上電腦必須簡(jiǎn)單實(shí)用而小巧。另外，筆記本式計(jì)算機(jī)的尺寸雖然大大地小于臺(tái)式微機(jī),但它的軟件系統(tǒng)與臺(tái)式微機(jī)是兼容的,并且用戶(hù)群也基本相同。但掌上電腦則不然,隨著技術(shù)的發(fā)展,它與微型機(jī)之間的兼容之處將會(huì)越來(lái)越少,直至成為一種全新的系統(tǒng)。

掌上電腦與普通電腦相比，它的硬件資源非常有限，不要說(shuō)沒(méi)有海量存儲(chǔ)的硬盤(pán)，就是所配RAM容量也不能與目前的臺(tái)式機(jī)相比。掌上電腦為了便于隨身攜帶和方便移動(dòng)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(duì)整機(jī)的功耗必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。

小巧輕便，美觀省電，簡(jiǎn)易好用，立即操作，使用方便是掌上電腦在硬件或軟件設(shè)計(jì)上的首要考慮，操作要比一般PC容易，就如同移動(dòng)電話(huà)一樣，當(dāng)拿起移動(dòng)電話(huà)時(shí)，就希望能馬上撥、接(電話(huà))。同樣，掌上電腦這種手持式電腦也要求在用戶(hù)想用時(shí)，就能立即使用，不必像PC那樣必須等待長(zhǎng)達(dá)幾十秒甚至幾分鐘的開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)間；同時(shí)還要讓用戶(hù)可以輕易上手，學(xué)習(xí)的難度要低。掌上電腦不可能在小小的機(jī)身上還裝個(gè)一百多鍵的鍵盤(pán)，因此其外表就要簡(jiǎn)單、清爽，操作上也要力求簡(jiǎn)便，最好使用手寫(xiě)輸入法，或語(yǔ)音輸入法；人機(jī)界面也必須能讓用戶(hù)馬上看到想要的資料或上次關(guān)機(jī)的畫(huà)面。這又是掌上電腦一大特點(diǎn)。

掌上電腦的英文意思是“個(gè)人數(shù)字助理(PDA)”，強(qiáng)調(diào)個(gè)人的隱私，加上自身的大小必須容易攜帶，因此在整體設(shè)計(jì)上，要比PC更強(qiáng)調(diào)“個(gè)性化”，就像現(xiàn)在年輕人喜歡在手機(jī)上加些吊飾，貼些貼紙，向人們宣告：這是我的手機(jī)！掌上電腦也是這樣，掌上電腦的設(shè)計(jì)必須能讓用戶(hù)感覺(jué)到“這就是我個(gè)人專(zhuān)用的掌上電腦"，可以根據(jù)自己的需要安裝想要的程序，訂閱個(gè)人感興趣的電子報(bào)，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(jù)用戶(hù)所填寫(xiě)的資料，直接提供用戶(hù)所感興趣的廣告，非常實(shí)用。掌上電腦上的信息本來(lái)就應(yīng)該是這樣“精確個(gè)人化”的信息。

掌上電腦硬件系統(tǒng)一般因體積和耗電的原因都采用低功耗的芯片系統(tǒng)，因而PC機(jī)中的80x86系統(tǒng)不適用。軟件系統(tǒng)一般采用小型實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，因而PC 機(jī)的操作系統(tǒng)更不適用。

所以可以說(shuō)，掌上電腦系統(tǒng)是一種完全不同于已有的PC系統(tǒng)的新型個(gè)人信息設(shè)備,它具備以下6個(gè)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(jī)界面和輸入方式，操作簡(jiǎn)單，使用方便，最好能以筆或語(yǔ)音輸入;

·具有較豐富而簡(jiǎn)單適用的應(yīng)用軟件和娛樂(lè)軟件;

·特低功耗，用電池就可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作;

·具有較強(qiáng)的通信能力，能通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)和信息;

·價(jià)格低廉，普通人都買(mǎi)得起。

上面所談到的6個(gè)特征,主要是從用戶(hù)的角度觀察掌上電腦所得到的結(jié)果,而更能反映掌上電腦本質(zhì)的是其軟硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成。

掌上電腦的系統(tǒng)基本軟硬件結(jié)構(gòu)為: CPU、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、輸入電路系統(tǒng)、輸出電路系統(tǒng)、通信電路系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、擴(kuò)展接口電路系統(tǒng)、電源管理電路系統(tǒng)和基本輸入輸出（BIOS）系統(tǒng)軟件、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件（RTOS）、內(nèi)存管理系統(tǒng)軟件、文件管理系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件、輸入系統(tǒng)軟件、輸出系統(tǒng)軟件、通信系統(tǒng)軟件、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)軟件、擴(kuò)展接口電路系統(tǒng)軟件、電源管理系統(tǒng)軟件等。

掌上電腦的一般基本軟硬件組成結(jié)構(gòu)可粗略表示如圖1。下面簡(jiǎn)述部分重要組成的設(shè)計(jì)考慮。

掌上電腦的心臟，控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(lèi)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(chǔ)器控制單元、LCD顯示控制器或LCD驅(qū)動(dòng)電路、串行通信控制器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、紅外通信電路、手寫(xiě)板電路、ROM、SRAM等都集成到同一塊芯片中。如此一來(lái)，一方面可滿(mǎn)足對(duì)整機(jī)體積的限制，另一方面也可使整機(jī)功耗大為減小以及大大的降低價(jià)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(jī)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(shù)據(jù)的部件系統(tǒng)，一般由三或四種類(lèi)型存儲(chǔ)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(duì)減小體積和成本，特別是降低功耗都有極大的好處。

PC機(jī)中使用的存儲(chǔ)器系列并不適用掌上電腦，因其是動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，需不停的刷新，功耗太大。掌上電腦一般也沒(méi)有硬盤(pán)和軟盤(pán)系統(tǒng)，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(pán)、觸摸屏或手寫(xiě)板及語(yǔ)音輸入。在掌上電腦中完成輸入命令、數(shù)據(jù)、字符和圖形的功能。采用以上輸入方式主要是為了滿(mǎn)足掌上電腦減小輸入設(shè)備體積和降低成本的要求。并且由主CPU管理，而不是象PC機(jī)那樣用一專(zhuān)用的單片機(jī)來(lái)管理鍵盤(pán)。

由于采用了觸摸屏或手寫(xiě)板及語(yǔ)音輸入的方式，帶來(lái)了不少的新問(wèn)題，比如高效短小的字識(shí)別算法和程序，低成本高可靠、長(zhǎng)壽命的觸摸屏或手寫(xiě)板及語(yǔ)音輸入電路等問(wèn)題。

主要為LCD顯示屏和語(yǔ)音輸出系統(tǒng)，在掌上電腦中主要完成輸出命令、數(shù)據(jù)、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(mǎn)足掌上電腦減小輸出設(shè)備體積和低功耗的要求。同時(shí)微型高效高保真度的揚(yáng)聲器也是有其特殊要求的。而PC機(jī)中廣泛使用的CRT顯示器和揚(yáng)聲器，因體積和功耗太大，無(wú)法滿(mǎn)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(xiàn)了顯示時(shí)不耗電的LCD顯示屏。

通信電路系統(tǒng)使掌上電腦可以借助通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)達(dá)到信息和資源的傳遞及共享，組成服務(wù)器/掌上型客戶(hù)終端系統(tǒng)。這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的必然發(fā)展的方向，也是掌上電腦今后得以大規(guī)模發(fā)展的最重要原因和特點(diǎn)。目前,掌上電腦的通信系統(tǒng)可以通過(guò)有線(xiàn)、紅外或無(wú)線(xiàn)方式完成傳送BP機(jī)傳呼、股票、短信息等商業(yè)或娛樂(lè)信息，更可連接互聯(lián)網(wǎng)完成瀏覽和收發(fā)電子郵件等功能。

與PC機(jī)中的通信電路相比，對(duì)體積成本和功耗及抗干性有極嚴(yán)格的要求。

掌上電腦在應(yīng)用時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇上功能的擴(kuò)展要求。比如I/O口的擴(kuò)展，以便與擴(kuò)展的外部設(shè)備連接，增強(qiáng)掌上電腦的功能。像增加微型通信modem、微型硬盤(pán)、打印機(jī)等功能。

其次要解決的就是存儲(chǔ)器擴(kuò)展的問(wèn)題。雖然掌上電腦內(nèi)部帶有一定的存儲(chǔ)器，但對(duì)某些應(yīng)用就不夠用了。因此，需要從外部進(jìn)行擴(kuò)展，以增大存儲(chǔ)器的容量。擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口電路，一般都采用存儲(chǔ)器并行接口電路，也有采用存儲(chǔ)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(tǒng)。

為了滿(mǎn)足以上的要求，必需能夠通過(guò)多種技術(shù)途徑來(lái)進(jìn)行功能擴(kuò)展。因此，擴(kuò)展接口電路系統(tǒng)也是掌上電腦中的一項(xiàng)比較重要的組成部分。

它與PC機(jī)中的擴(kuò)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(tǒng)在掌上電腦中是一個(gè)非常重要的部分，它直接關(guān)系到電池及整個(gè)系統(tǒng)正常可靠工作時(shí)間的長(zhǎng)短。電源管理電路系統(tǒng)工作的好壞直接關(guān)系到電池使用時(shí)間長(zhǎng)短和整個(gè)系統(tǒng)正?？煽抗ぷ鞯膯?wèn)題。電源管理電路一般包括電源電壓的檢測(cè)、調(diào)度、升壓和穩(wěn)壓電路。好的電源管理系統(tǒng)(和電源管理軟件一起)可以延長(zhǎng)多達(dá)幾倍的電池壽命。已有一些掌上電腦因耗電過(guò)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(tǒng)進(jìn)行電源的切換管理和過(guò)壓、過(guò)流及反向電壓保護(hù)。同時(shí)又要求電源管理電路體積要小，自身耗電也要小。

主要用來(lái)管理掌上電腦的基本輸入輸出電路系統(tǒng)及外部電路的正常工作和管理系統(tǒng)功耗的。并提供一些基本輸入輸出功能的程序調(diào)用。如基本時(shí)鐘中斷子程序、進(jìn)程切換子程序、鍵盤(pán)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(tǒng)。

與PC機(jī)的BIOS系統(tǒng)相比，它要求短小精干，不需要復(fù)雜的自檢測(cè)功能和BIOS設(shè)置等功能。

是掌上電腦中最關(guān)鍵的系統(tǒng)軟件，它管理整個(gè)系統(tǒng)的各種資源，使系統(tǒng)正常運(yùn)作。但更重要的是提高系統(tǒng)的可靠性及實(shí)時(shí)性，避免PC機(jī)中頻繁發(fā)生的“死機(jī)和非法操作”及中斷響應(yīng)慢等現(xiàn)象。因此在掌上電腦中一般采用小型實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，以便能在慢速CPU的情況下快速響應(yīng)用戶(hù)的操作。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指具有實(shí)時(shí)性，即最短的中斷響應(yīng)時(shí)間，又能支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。掌上電腦中實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的首要任務(wù)是調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)任務(wù)切換，最常用的實(shí)時(shí)調(diào)度算法是事件發(fā)生率單調(diào)算法，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率。最重要特點(diǎn)是要滿(mǎn)足對(duì)時(shí)間的限制和要求，即對(duì)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格的要求。

與PC機(jī)中的Windows操作系統(tǒng)有著極大的不同，首先是要求目標(biāo)碼要小，小于幾百K字節(jié)以下，而不是幾十兆或幾百兆字節(jié)。對(duì)中斷響應(yīng)要快，最長(zhǎng)不能超過(guò)幾微秒級(jí)，而不是像PC機(jī)最長(zhǎng)達(dá)到幾毫秒或幾十毫秒。

在掌上電腦中內(nèi)存管理軟件系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)軟件，因?yàn)樵谡粕想娔X中內(nèi)存一般都比較小（與PC機(jī)相比）。因此內(nèi)存是一種非常寶貴和有限的資源，必須仔細(xì)優(yōu)化管理和利用。內(nèi)存管理軟件系統(tǒng)的基本功能是跟蹤哪些存儲(chǔ)器正在被使用、哪些存儲(chǔ)器空閑著，當(dāng)進(jìn)程需要時(shí)為它分配存儲(chǔ)器、當(dāng)進(jìn)程使用完后為它釋放存儲(chǔ)器。必要時(shí)也要管理外部存儲(chǔ)器或外設(shè)的分配工作。

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

主要是按文件的方式管理系統(tǒng)和用戶(hù)的有效數(shù)據(jù)。特點(diǎn)是系統(tǒng)和用戶(hù)的有效數(shù)據(jù)一般都在ROM或Flash ROM中，也有在外部存儲(chǔ)器或網(wǎng)絡(luò)中的。因此，跟PC機(jī)中文件主要存放在硬盤(pán)中的管理有著很大的不同。在掌上電腦中文件系統(tǒng)軟件正在逐步被嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件所代替。

主要是管理存放在SRAM、ROM或Flash ROM及網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)和用戶(hù)數(shù)據(jù)。因?yàn)橄到y(tǒng)和用戶(hù)的數(shù)據(jù)一般都在SRAM、ROM或Flash ROM中，由于內(nèi)存小和CPU速度慢，因此，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和壓縮算法及查找算法和數(shù)據(jù)庫(kù)的微型化非常關(guān)鍵，必需采用特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法及數(shù)據(jù)庫(kù)的精簡(jiǎn)技術(shù)。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以其在移動(dòng)計(jì)算以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)保存和管理方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，即特有的移動(dòng)性和微型化以及個(gè)性化，進(jìn)入了掌上電腦之中，將逐步取代文件系統(tǒng)，并向傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。

PC機(jī)中的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不適用于掌上電腦系統(tǒng)了。

在掌上電腦中負(fù)責(zé)輸入設(shè)備的管理。在掌上電腦中一般沒(méi)有PC機(jī)中的大鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，只有小鍵盤(pán)、觸摸屏或手寫(xiě)板，并不帶專(zhuān)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(shí)間，以達(dá)到降低CPU的功耗。因此輸入軟件系統(tǒng)的編制有自己的特點(diǎn)和難度，例如手寫(xiě)漢字的快速正確識(shí)別等。

在掌上電腦中負(fù)責(zé)輸出設(shè)備的管理。在掌上電腦中沒(méi)有PC機(jī)中的大屏幕顯示器和打印機(jī)，只有小的LCD顯示屏和簡(jiǎn)單的發(fā)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(fā)聲效率低等問(wèn)題。如何安排顯示畫(huà)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(fā)聲算法及程序。

在掌上電腦中管理紅外和無(wú)線(xiàn)通信的軟件，特別是無(wú)線(xiàn)電通信有BP機(jī)、手機(jī)和FM廣播等系統(tǒng)。與PC機(jī)中的通訊軟件系統(tǒng)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(nèi)存小，要實(shí)現(xiàn)一些協(xié)議和算法是有極大的困難的，需要大量的研制開(kāi)發(fā)工作。

通信Modem和無(wú)線(xiàn)卡、微型硬盤(pán)、打印機(jī)、I/O擴(kuò)展口等外設(shè)的驅(qū)動(dòng)及管理軟件，管理通信Modem和無(wú)線(xiàn)卡、微型硬盤(pán)、打印機(jī)、I/O擴(kuò)展口等外設(shè)。還有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器的管理軟件，在掌上電腦中管理并行和串行的外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器。擴(kuò)展接口電路軟件系統(tǒng)是掌上電腦系統(tǒng)軟件中的一項(xiàng)比較重要的組成部分。與PC機(jī)中的擴(kuò)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(gè)系統(tǒng)的電力調(diào)度和管理工作,編制好的電源管理軟件系統(tǒng)可以使整個(gè)系統(tǒng)節(jié)省高達(dá)幾倍以上的電能。實(shí)現(xiàn)零功耗管理。

而在PC機(jī)中一般不配備此類(lèi)軟件系統(tǒng)。

提供給用戶(hù)直接使用的軟件，主要有記事本、字典、萬(wàn)年歷、股票機(jī)等應(yīng)用軟件。■