摘 要：隨著信息技術的發(fā)展，計算機硬件技術與超大規(guī)模集成電路制造技術得以迅速發(fā)展，可穿戴的計算機（Wearable Computer，WearComp）應運而生?；谟布w系結構的不同，與傳統(tǒng)計算機人機交互方式相比，可穿戴計算機的人體交互方式存在著明顯的差異?；诖耍疚氖紫汝U述了可穿戴計算機硬件的組成部分，然后研究了可穿戴計算機硬件體系的具體結構方式，即集中式結構與分布式結構，其中集中式結構是基于傳統(tǒng)計算機結構模式發(fā)展而來的，其適用范圍為快速實現(xiàn)可穿戴計算機的開發(fā)與研制；而分布式結構一如了模塊化的概念，其適用范圍為滿足人體的穿戴要求。

關鍵詞：可穿戴計算機；硬件；體系結構；研究

中圖分類號：TP368.33

基于可穿戴計算機的研究可追溯到上世紀六十年代，當前，國外關于可穿戴計算技術的研究已經取得了階段性的成果，并推出了具有實用價值的可穿戴計算機，而國內在可穿戴計算機研究領域中起步較晚，尚處于起步階段?？纱┐饔嬎銠C作為計算機發(fā)展歷程中的一個階段，真正的體現(xiàn)出了“Personal Computer”的含義及價值，這是因為可穿戴計算機能夠通過穿戴與人體衣物相結合，從而實現(xiàn)人機間的便捷、有效溝通。

1 可穿戴計算機的硬件構成部分

當前，可穿戴計算機的主要成品形式是將計算機電子設備微型化，然后與可穿戴技術相結合，從而形成初步意義上的可穿戴計算機。但是，此種形式上的可穿戴計算機與構想形式還是存在著很大的差距，并沒有從根本上實現(xiàn)可穿戴計算的人機無縫結合。但從其應用中來看，已突顯出其實用價值?？纱┐饔嬎銠C硬件構成為：

1.1 主機子系統(tǒng)

主機子系統(tǒng)為可穿戴計算機硬件系統(tǒng)的核心部分，其在設計時需要考慮的因素為：體積、重量、抗震性能、功耗以及可穿戴性，其性能主要由同一時期計算機產品的應用性能與應用目的所決定。比如：第一代可穿戴計算的研制是基于同一時期Apple Ⅱ處理器[1]。

1.2 頭戴顯示子系統(tǒng)

頭戴顯示系統(tǒng)是可穿戴計算機實現(xiàn)人機協(xié)作構想中的重要組成部分，也是當前應用相對較為廣泛的人機交互裝置。以結構形式劃分，頭戴顯示系統(tǒng)大致分為如下三種顯示器：頭佩戴式、頭戴式以及頭盔式；以工作方式劃分，頭戴顯示系統(tǒng)能夠分為以下兩類：透視與非透視。

1.3 通信子系統(tǒng)

可穿戴計算機的人機協(xié)作能夠實現(xiàn)與人活動同步的新型計算機結構。其在移動工作時，通信子系統(tǒng)則需要與本身所處的計算環(huán)境進行信息交互，基于此種需求，無線網絡要比有線網絡更適用于可穿戴計算機在通信方面的要求。當前，無線網絡連接技術有以下三種：IEEE802.11x、家庭網絡（Home RF）、藍牙（Blue Tooth）。

1.4 輸入輸出子系統(tǒng)

輸入輸出子系統(tǒng)的研究與設計主要是根據(jù)可穿戴計算機在應用過程中的實際需求，以及實現(xiàn)減少使用者雙手使用率的目的。當前，其在使用時脫離雙手操作的研究還處于初級階段，如采用語音控制、姿勢控制等系統(tǒng)，而當前能夠實現(xiàn)輸入子系統(tǒng)以減少雙手使用率為目的的設計為單手輸入控制設備。單手控制輸入設備的硬件設備為：前臂鍵盤、虛擬鍵盤以及數(shù)據(jù)首套等。

1.5 電源子系統(tǒng)

可穿戴計算機性能指標之一是工作時間長短，而工作時間的長短主要有以下兩方面因素決定：系統(tǒng)的損耗功率以及電源子系統(tǒng)的容量和性能。因此，要想提高可穿戴計算機的性能，就要盡可能的降低系統(tǒng)的損耗，并提升電源子系統(tǒng)的容量，確保電源子系統(tǒng)的性能。

1.6 支撐子系統(tǒng)

可穿戴計算機的硬件組成部分離不開支撐子系統(tǒng)，比如：馬甲、背心、腰帶等?？纱┐饔嬎銠C并不是像手表一樣穿戴在身上即可，其在設計上必須充分的考慮到人體工學理論，確?？纱┐饔嬎銠C在工作時能夠以最佳的狀態(tài)實現(xiàn)人機無縫結合，從而提升可穿戴計算機的使用性能，并提高其在穿戴過程中的舒適度。

2 可穿戴計算硬件體系的具體結構方式

2.1 分布式可穿戴計算機

分布式可穿戴計算機是通過有線或者無線網絡的連接技術將各模塊進行連接，形成身體網絡，每一個模塊都是身體網絡的一個節(jié)點，使用者根據(jù)所處環(huán)境場合的不同，選擇所需要的模塊，其相對較為靈活的系統(tǒng)配置為使用者帶來了極大的方便。分布式可穿戴計算機硬件體系結構為：低功耗計算核心系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、身體網絡以及身體總線。其核心系統(tǒng)主要負責提供計算資源的工作，其系統(tǒng)除了普通可穿戴計算機的輸入輸出系統(tǒng)外，還需包括具有特殊用途的傳感器，從而完成人機交互工作以及對外信息的采集工作。BODY BUS以及BODY NEYWORK將計算機的各個部分相連接，從而就形成了一個完整的可穿戴計算機系統(tǒng)，且單電纜有效實現(xiàn)了人體上各設備的連接，從而簡化了人體上物理網絡的連接形式。BODY NEYWORK的模塊連接形式，不僅包括了基于TCP/IP協(xié)議的點對點的Ethernet，還包括了電源控制網絡；BODY BUS則是將可穿戴計算機系統(tǒng)的外部設備以及傳感器與可穿戴計算機的核心系統(tǒng)相連接，從而能夠為視頻采集以及音頻的輸入輸出等工作提供高寬帶的USB連接；MIThril則是將整個連接過程所涉及到的線路都完美的隱藏于馬甲中，但其中不包括鍵盤鼠標與頭帶顯示器HMD，并且如果不使用以上設備時，還可以將其放入衣袋內[2]。此種穿戴方式使可穿戴計算機在使用上更加的方便且舒適，其在物理形式上進一步實現(xiàn)了可穿戴計算機的穿戴性能，因此成為了可穿戴計算機的一大主要研究與設計方向。

2.2 集中式可穿戴計算機

集中式可穿戴計算機是基于現(xiàn)代計算機技術形成并發(fā)展的，其實質是實現(xiàn)了計算機技術與可穿戴技術的結合，因此，集中式可穿戴計算機具備著計算機技術的優(yōu)勢。與此同時，可穿戴計算機是當前研發(fā)可穿戴計算機的主要方向，其所具備的最大優(yōu)勢是在采用現(xiàn)代計算機成熟技術的基礎上采用COST產品，從而使其適用于各種研究目的的樣機生產。由于可穿戴計算機需要長時間的穿戴與人體身上，因此，實現(xiàn)可穿戴計算機的微型化是當前集中式可穿戴計算機技術研究的重點。與此同時，集中式可穿戴計算機在采用PC系統(tǒng)框架移植的同時，還存在著很多缺少實際應用價值的結構，因此，在系統(tǒng)設計上與質量體積控制上都具有一定難度。當前，在歐美發(fā)達國家的市場上，能夠見到MAV式可穿戴計算機，從其各各方面性能來看，集中式可穿戴計算機在設計與研發(fā)上已經取得了顯著成績，其體積與重量都較之前減少很多，但是，如果長時間佩戴，依舊會給使用者帶來不舒服的感覺。MVA式可穿戴計算機支持多種外部總線以及多種接口，這種復雜的接線結構定然會增加其重量和體積，因而需要簡化其總線接口。當前，在研究領域中最可行方案為：內部系統(tǒng)在采用傳統(tǒng)總線連接方式的基礎上，使用PCI并行總線，外部設備則統(tǒng)一采用USB總線連接[3]。此可行性方案簡化了連線口所占用的質量與體積，整個系統(tǒng)中只有PCI與USB兩條總線，從而在降低系統(tǒng)復雜性的基礎上，進一步降低了質量并減小了體積。

3 結束語

綜上所述，通過對可穿戴計算機硬件構成以及硬件體系結構的分析，可穿戴計算機是以人體衣物為支撐，改變了傳統(tǒng)計算機的存在形態(tài)，為使用者帶來了方便且快捷的體驗與享受。當前，可穿戴式計算機的研究正處于蓬勃發(fā)展時期，這就意味著可穿戴計算機將是未來一段時間內計算機形態(tài)的主要發(fā)展趨勢，最終將可穿戴計算機進行廣泛推廣，從而使人們打造出隨時隨地應用計算機的科技環(huán)境。

參考文獻：

[1]陳東義，BLAIR M.可穿戴計算與系統(tǒng)仿真[J].系統(tǒng)仿真學報，2010（36）：133-134.

[2]蒲旺，李桂岑，黃志奇.可穿戴計算機硬件結構研究[J].電子科技大學學報，2010（39）：34-37.

[3]ZIENIEWICZ M J，JOHNSON D C，WONG D C.The evolution of army-wearable computers[J].Pervasive Computing，2010（16）：136-137.

作者單位：勝利石油工程有限公司鉆井院，山東東營 257017