伺服器高性能計算理論基礎講解

手持電腦(HPC)的主要功能應包括：運算處理、資料存儲、輸入輸出、資料通信和系統擴展五方面，軟體和硬體的有機結合是充分實現這些功能的必要條件。 在作業系統採用Microsoft公司的Windows CE2.0的前提下，系統設計所選用的硬體有一定的限制，必須支援此作業系統。 另外，硬體還必須滿足中文資訊處理的要求。 由於是手持電腦，在整機體積、功耗及符合人機工程要求等方面上也要予以特別的考慮。

1.運算處理：運行Windows CE要求特定系列的32位處理器， 除了基本資訊處理功能，如個人資訊管理（PIM）、計算機、電子字典、地圖等資料庫檢索和圖形化使用者介面的需要外，還要求具有像數位通信、手寫辨識、人工智慧、 語言輸入等較高資訊處理要求的計算能力。 例如，V.34的軟體 Modem約要花費15MIPS(百萬條指令/秒)運算、語音壓縮需用20MIPS的計算。 為嵌入式應用設計的處理器受晶片體積和功耗的限制，多採用精簡指令結構(RISC），不僅簡化了晶片結構，同時使晶片的性能得到了很大提高。 日立公司新近推出的SH4處理器主頻已達200MHz，運算速度為360MIPS。 目前，用於HPC的32位RISC處理器絕大多數為日立的SH3或以MIPS公司（現被SGI收購）的R3000為核心的晶片（如Philips的PR31700、NEC的VR4101等），儘管Windows CE 2.0版本開始支援Intel的x86、Motorola的PowerPC以及DEC的ARM處理器，但市場的佔有量還很小，缺乏豐富的商品軟體。

2.資料存儲：由於HPC沒有硬碟作為外部儲存體，所有軟體和資料都放在記憶體裡，對RAM及ROM的容量有較大的要求。 Windows CE 2.0的最小配置是2MB RAM和4MB ROM；中文Windows CE出來以後，需要的ROM會更大，如再加上自己開發的中文資訊輸入輸出程式，至少需8Mb容量的ROM。 Mask ROM和Flash Memory(快閃記憶體)是兩種選擇，前者大規模生產時成本會很低，後者可線上更新。 Intel採用創新的多比特存儲單元技術生產出了單片64兆比特（Mbit）的Flash儲存體，美國的AMD和日本的東芝公司也都生產出了適合電池驅動的32Mbit的Flash晶片。

3.輸入輸出：HPC的輸入形式包括筆（Stylus）、語音、按鍵和鍵盤。 筆輸入是在壓敏式觸控式螢幕（Touchscreen）上進行的，為最主要的輸入形式。 語音輸入有兩種使用目的，一是作話語錄音，另一用途是對語音進行識別，用作文字或命令輸入。 按鍵的設置是為了一鍵獲取資訊，方便非專業使用者的使用。 鍵盤是傳統的電腦輸入裝置，特別適合外文字母型文字的輸入，也是桌上型電腦專業使用者習慣了的錄入形式。 隨著HPC日趨掌上化以及連線字元識別的成熟，這種輸入方式已不是必不可缺的了，有可能被筆輸入和虛擬（軟體）鍵盤所取代。

HPC的輸出有LCD顯示和語音兩種，分別對應人的視覺和聽覺。 螢幕尺寸為1/2 VGA的640×240點陣和1/4 VGA的240×320點陣，顯示GUI環境下的文字和圖形資料。 LCD有單色、灰度和彩色三種，價格由低到高，單色LCD常用2－bit 4級灰度，彩色LCD最多是8－bit 256種顏色。 語音輸出不僅能重放錄入的聲音信號，還能輸出由文本合成的語音，提供語音校對和語言學習功能。 另外，自動按鍵撥號，鬧鐘時間提示也是語音輸出能完成的基本應用。

4.資料通信：靈活、強大的通信能力彌補了狹小機盒對HPC的限制，與臺式微機的資料同步更新更是HPC區別于以前的PDA的顯著特徵之一。 採用RS232標準串口和IrDA紅外介面可以實現HPC跟PC以及HPC之間的本地聯絡，可完成資料同步與交換和程式裝載與升級。 與Internet和遠端電腦的通信以及E－mail的傳輸建立在一個33.6kbps的V.34 Modem的基礎上，畢竟類比電話線還是目前最普及的通信基礎設施。 Modem的通道編解碼和糾錯計算可以由主處理器通過軟體實現，系統只需外加一個V.34的類比前端介面晶片即可，消除了以前基於PCMCIA的Modem使用時電流過大（約600mA）的問題。 除此之外，還可配置自我調整紅外功能，對多種不同家電實施遙控。

5.系統擴展與升級：PCMCIA是Windows CE的標準擴充介面，可用它插接Compact Flash儲存卡、乙太網和數位攝像頭等專用卡設備。 由於Windows CE 2.0作業系統和其要求的記憶體大小均會發生變化，有必要考慮系統的升級可能，可裝卸式記憶卡可以保護自己和使用者的投資。 同時，當作業系統和基本軟體變化不大時系統還應該能夠採用線上升級的辦法進行更新。

6.功耗控制：作為電池驅動的手持設備，HPC上電後處在運行（Operating）、睡眠（Sleep）或待機（Standby）三種狀態中的某種狀態，由處理器自己或程式對系統進行調整，最大可能地延長電池的使用時間。 選用的器件是為低功耗設備專門制做的，在無訪問時能自動進入Sleep或Standby狀態，否則必須在電路上作專門的節電設計。 Windows CE 2.0建議在2－bit 4灰度320×240 LCD顯示下，帶有2MB RAM、2MB ROM的HPC用2節普通五號(AA)鹼性電池可提供15～20小時的連續正常運行， 並有可選用的交流電配接器供資料交換等高耗電程式運行。

7.中文資訊支援：美國Microsoft公司已經開發出中文Windows CE作業系統，我們在硬體上主要應考慮的是為系統配備足夠的Mask ROM或Flash Memory。 除了中文作業系統所占的存儲空間外，還要為我們的漢字輸入法、智慧手寫輸入法、語音命令識別程式及它們所用資料庫留出空間。 在輸入介面上，為滿足識別的精度，觸控式螢幕和語音的A/D轉換器要有較高的解析度。