Из чего состоит мобильный телефон. Что такое смартфон и чем отличается от телефона

Умные телефоны ворвались в нашу жизнь совсем недавно. Например, первый iPhone вышел в 2007 году, но без него уже невозможно представить современный мир и культуру. Смартфон – своего рода вершина технической мысли нашей эпохи. Количество инноваций, гениальных идей, инженерных и дизайнерских решений, сосредоточенных внутри этого маленького устройства, превышает мыслимые пределы, поэтому мы коснёмся лишь самых интересных из них.

Сенсорный экран

Наверняка вы застали то время, когда широко были распространены так называемые резистивные сенсорные экраны. Произвести действие было возможно только с помощью стилуса (или ногтя), работал он очень медленно и не реагировал на несколько нажатий подряд. По сути, экран состоял из двух пластин, между которыми оставался зазор. Нажатием стилуса пользователь «продавливал» первый экран, касался второго, за счёт чего в том месте замыкался электрический контакт.

Современные экраны работают по другому принципу и носят название ёмкостных. Функционирование таких приборов становится возможным благодаря способности материалов накапливать электрический заряд, а именно – их электрической ёмкости. Дело в том, что предметы большой ёмкости лучше проводят переменный ток. А чтобы измерить ёмкость предмета, нужно подать на него переменное напряжение и проверить силу тока, которая будет через него протекать.

Они работают так: на стеклянную или пластиковую панель экрана наносится сеткой специальный материал (обычно оксид олова). По углам экрана расположены электроды, которые подают постоянный слабый ток на панель. По краям также находятся датчики, которые регистрируют утечку токов, если к экрану прикасается что-то с большей ёмкостью (у человеческого тела очень большая электроёмкость), чем сама сенсорная панель. Измеряя эту ёмкость, телефон понимает, кто и в каком месте коснулся экрана.Грубо говоря, каждый раз ваш телефон бьёт вас током, чтобы определить силу самого тока, которая будет через вас протекать. Но этот разряд настолько мал, что вы его не чувствуете. Поэтому, кстати, вы не можете печатать через перчатки, так как они – отличный диэлектрик.

Датчик угла наклона

Представьте, что у вас есть тяжёлый шарик, надетый на ось, по которой он может перемещаться вниз и вверх. Если подвесить этот шарик на пружине, то пружина растянется под действием силы тяжести. Но стоит нам положить ось с шариком горизонтально, пружина сожмётся обратно, потому что теперь сила тяжести будет направлена перпендикулярно оси. Иными словами, меняя угол наклона оси, мы будем менять степень растянутости пружины. И наоборот – если измерим эту “растянутость”, то можем узнать величину угла.

Теперь достаточно сделать три оси для каждого направления в пространстве и прописать для них математический угол.

Подобное устройство работает и в наших смартфонах, помогая нам разворачивать экран в зависимости от положения телефона.

SIM-карта или Subscriber Identity Module – модуль идентификации абонента. Внутри SIM-карты находится специализированный компьютер с достаточно сложной функциональностью. Сравнивая электронное содержимое SIM с компьютером (особенно, с карманным), можно найти много одинаковых по функции элементов:

• процессор;
• оперативная память;
• постоянная память для хранения операционной системы;
• память для хранения информации пользователей;
• контроллер ввода-вывода.

Основная задача SIM-карты – идентификация и аутентификация номера в сети. В её файловой системе хранятся секретные ключи, адресная книга, список последних СМС, название оператора,предпочтительные в роуминге сети, а также сети, запрещённые к использованию.

Каждый смартфон состоит из множества сложных компонентов и вы не всегда будете думать о них перед выбором модели аппарата. Но, тем не менее, важно знать какие аппаратные средства помогают вашему смартфону функционировать.

В этой статье мы разберем основные части того, что стало одним из самых важных электронных устройств на рынке. Рассмотрим из чего состоит смартфон и для чего нужен тот или иной компонент. Сейчас существует множество различных моделей смартфонов, разных конструкций, с разными характеристиками, временем автономной работы и так далее. Но если вы разбираетесь в аппаратной начинке смартфона, то выбрать нужную модель будет намного проще.

1. Дисплей

Один из самых очевидных компонентов смартфона - это его экран. Все что вы видите на экране обрабатывается и контролируется внутренними компонентами. Сейчас существуют две технологии изготовления дисплеев:

• Жидкокристаллические экраны, они изготовляются по технологии IPS или TFT;
• Светодиодные экраны, изготовленные по технологии AMOLED или Super AMOLED.

Жидкокристаллический дисплей использует подсветку для получения изображения. Белый свет проходит сквозь фильтры и благодаря возможности управления свойствами кристаллов вы можете видеть разные цвета. Свет не создается самим экраном, он создается источником света за ним.

Светодиодный экран работает по-другому. Каждый пиксель, который вы видите на экране - это отдельный светодиод. Здесь сам экран создает яркие и красочные цвета. Преимущество Super AMOLED по сравнению с IPS в том, что когда пиксель выключен вы будете видеть черный цвет, он не использует батарею. Поэтому смартфоны с AMOLED более эффективны для автономной работы. Но экраны AMOLED дороже чем IPS, поэтому смартфон с таким дисплеем будет стоить значительно дороже.

2. Аккумулятор

В смартфонах обычно используются литий-ионные аккумуляторы, они могут быть съемными или не съемными. Благодаря этой технологии вам не понадобиться калибровка или тестирование аккумулятора, как при использовании батарей на основе никеля. Тем не менее у этих аккумуляторов есть множество своих проблем.

3. System-on-a-Chip (SoC)

SoC или материнская плата с процессором - это самый важный компонент вашего смартфона. Некоторые пользователи могут думать, что это процессор устройства, но это нечто большее. SoC включает в себя не только процессор, но и графический процессор, LTE-модем, контроллер экрана, беспроводные адаптеры и другие блоки кремния, которые заставляют телефон работать.

Существуют смартфоны, использующие SoC от Qualcomm, MediaTek, Samsung, собственные чипы компании Krirn, Apple, но все они используют одну и ту же архитектуру - ARM. ARM не только производит процессоры, но и лицензирует их архитектуру для других компаний, поэтому все могут использовать одну технологию для создания современных и мощных SoC.

Некоторые компании выпускают свои архитектурные линейки, которые совместимы с ARM и могут использоваться в смартфонах. Примером могут служить наборы микросхем Apple, работающие на процессорах Cyclone или процессоры Qualcomm Kryo. SoC - это основные компоненты из чего состоит смартфон.

4. Внутренняя и оперативная память

Ни один смартфон не сможет работать без оперативной памяти и системного хранилища. Большинство устройств используют оперативную память LPDDR3 или LPDDR4, а некоторые высококлассные модели поставляются с LPDDR4X. Сочетание LP означает Low Power, напряжение питания этих микросхем снижено, а это делает их более эффективными в плане потребления энергии.

LPDDR4 более эффективен чем LPDDR3, а LPDDR4X эффективнее и экономичнее обоих. Также есть еще более аффективная память - LPDDR5.

Что касается внутреннего хранилища, то здесь применяется флеш память от 32 до 256 Гб. Требования пользователей постоянно растут и в соответствии с ними будут расти объемы. Когда вы включите телефон, то увидите что размер накопителя меньше чем заявлен. Например, сказано что накопитель на 64 Гб, а для записи доступно 53-55 Гб. Эта память занята операционной системой и приложениями.

5. Модемы

Поскольку смартфоны - это все еще телефоны, им нужны коммуникационные компоненты для приема и совершения звонков, отправки текстовых сообщений и связи с сетью интернет. Именно для этого используются модемы. У каждого производителя SoC есть свой бренд модемов, это Qualcomm, Samsung, Huawei и другие.

Каждый из производителей пытается выпустить самый быстрый LTE-чип. На данный момент самый быстрый 9-LTE чип, но его нет смысла брать, если ваша сотовая сеть не поддерживает такую скорость.

6. Камера

У всех смартфонов есть фронтальная и передняя камеры. Камеры состоят из трех основных частей:

• Сенсор - обнаруживает свет;
• Линза - концентрирует изображение;
• Процессор изображений .

Количество мегапикселей камеры смартфона по-прежнему остаются очень важным критерием, но теперь это имеет намного меньшее значение. Сейчас основным ограничивающим фактором становится сенсор камеры, а также его чувствительность когда через него проходит свет.

Сенсор может вести себя по-разному в каждом смартфоне, поэтому фото или видео будет иметь разный контраст, оттенки, насыщенность по сравнению с другими смартфонами. Поскольку смартфоны имеют небольшой размер сенсора, они, как правило, плохо работают в условиях слабого освещения.

7. Датчики

В большинство современных смартфонов встроено пять основных датчиков которые позволят использовать смартфон более удобно. Вот они:

• Акселерометр - используется приложениями для определения ориентации устройства и его движений. Например, позволяет использовать встряхивание смартфона для переключения музыки;
• Гироскоп - работает с акселерометром, чтобы обнаружить вращения вашего телефона. Полезно для игр в гонки;
• Цифровой компас - помогает найти Север для нормальной ориентации на картах;
• Датчик освещенности - этот датчик позволяет автоматически устанавливать яркость экрана в зависимости от окружающего света и помогает увеличить время автономной работы.
• Датчик приближения - во время разговора если устройство приближается к вашему уху, этот датчик автоматически блокирует экран чтобы предотвратить нежелательные касания.

Это были все основные элементы смартфона, в различных моделях могут быть и другие датчики, например, датчик пульса, давления и температуры, но они встречаются намного реже.

Выводы

Мы рассмотрели из чего состоит смартфон. Теперь, когда у вас больше информации о сложных компонентах, из которых состоит каждый смартфон, вы можете выбирать вашу будущую покупку сравнивая характеристики различных компонентов. Так вы выберите лучшее устройство, которое будет полностью отвечать вашим потребностям.

За прошедшие 20 лет мобильная связь прошла путь от предмета роскоши до массовой услуги, доступной даже школьникам. Многие из нас, пользуясь мобильным телефоном, даже представляют из чего он состоит. Да в принципе это нам и не к чему, если пользоваться им по его прямому назначению. Но есть среди нас и любознательные, которые всегда хотят знать, что находится внутри. Для них и предназначена данная статья об устройстве сотового телефона.

Современные мобильные телефоны уже превратились в многофункциональные комбайны. Производители оснащают телефоны помимо средства связи функциями радио, плеера, фотоаппарата, диктофона и т.п. Телефон давно стал помощником в повседневных делах и любимой игрушкой. Так, что же он имеет внутри?

Мобильный телефон имеет довольно сложное устройство, основообразующим элементом которого является электронная плата, к которой подключаются все остальные комплектующие. Если проводить аналогию с компьютером, то это материнская плата. К ней уже подключаются остальные запчасти для сотовых телефонов такие, как дисплей, антенна и другие составляющие. Подобно ноутбукам, данные платы в сотовых являются индивидуальной вещью для каждой модели. Их форм-фактор и функционал зависят от модели телефонного аппарата.

Детали корпуса

В основном на рынке присутствуют телефоны с тремя видами корпусов: моноблок, "раскладушка", слайдер. Возможны также комбинации и вариации этих трех основных видов. Само собой, что конструкция корпуса влияет и на тип комплектующих внутри. Так, в случае слайдера (или других моделей имеющих подвижные части) внутренние компоненты соединяются при помощи гибких шлейфов. Перетирание таких шлейфов становится одной из главных причин выхода их из строя.

Корпуса-моноблоки включают три основных составляющих: средняя часть, лицевая и задняя панели. Бывает, что задняя панель совмещена с крышкой аккумулятора. В состав "раскладушки" входят верхняя и нижняя части корпуса, а также поворотный механизм. В слайдерах также присутствуют салазки, которые могут иметь различную конструкцию в зависимости от модели.

Практически во всех корпусах клавиатуры имеют идентичную конструкцию и состоят из двух частей. Одна представляет собой клавиши на подложке, а вторая скрыта в корпусе и выполнена в виде подложки с металлическими площадками для замыкания контактов на плате. Клавиатура может быть совмещена с материнской платой, может быть выполнена отдельно от нее.

Аккумулятор

По типу аккумуляторов, которые устанавливаются в сотовых телефонах, их можно разделить на Ni-Mn (никель-металлогидридные), Li-On (литий-ионные), Li-Pol (литий-полимерные). Первый тип на данный момент уже являются устаревшими. Аккумуляторы обоих типов состоят из 2-х частей, самой батареи и электронного блока.

Дисплей

В телефонах присутствуют дисплеи, что называется "всех мастей". Они могут быть черно-белые и цветные и выполняются по различным технологиям. Среди последних можно отметить наиболее распространенные UFB, TFT, STN, OLED и некоторые другие. Все они различаются по качеству выводимого изображения и, соответственно по цене. Если смотреть по конструктивному исполнению, то среди дисплеев можно выделить две основные группы. Первая, это дисплеи, подключаемые к материнской плате на шлейфе, а вторая - это припаиваемые дисплеи.

Прочие запчасти

Кроме того, могут также присутствовать и другие запчасти для мобильных телефонов . Например, это может быть микрофон, динамики, вибромотор, фотокамера и т.п. Назначение таких комплектующих понятно и не требует особых объяснений. Отметим только, что в ряде мобильных телефонов для воспроизведения мелодий и разговора может применяться один динамик, а в других используются разные. Динамики могут фиксироваться на плате или на корпусе. В последнем случае они соединяются с платой при помощи специального разъема. Такая ситуация с микрофоном. Камера, как правило, уже установлена на материнской плате. Важной частью телефона является антенна, которая может быть расположена снаружи или внутри корпуса. Последний вариант наиболее распространенный, хотя модели с внешней антенной также встречаются на рынке.

Ну вот, собственно, и все. Мы рассмотрели все основные части, из которых состоит мобильный телефон. Обзор имеет довольно общее описание, но оно поможет Вам составить представление о том, как устроен современный сотовый телефон.

Сейчас словом «смартфон» никого не удивишь. Если даже Вы им не обладаете, то хоть раз, но слышали его и примерно знаете что оно означает!
Но вот в том-то и соль, что примерно. Точно сказать что означает слово смартфон, как оно появилось и чем этот гаджет отличается от телефона, коммуникатора или КПК точно знают не все. Давайте вместе попробуем во всём этом разобраться.

Значение термина Смартфон

Русский язык в наше время переполнен иностранными словами. И данный термин не исключение.
Слово Смартфон происходит от английского Smartphone, который ю, в свою очередь, объединяет два слова:
Smart — означает «умный»
Phone — означает «телефон».

Таким образом, можно сделать вывод, что Смартфон — это телефон, имеющий «умные» функции мобильного компьютера: как вычислительные (процессор, оперативная память, ПЗУ), так и коммуникационные (WiFi, 4g/LTE, Bluetooth, GPS, ГЛОНАСС).

А что тогда называется Коммуникатор?!

Не стоит забывать и про слово-синоним — Коммуникатор. Дело в том, что по своему смыслу оба термина представляют собой фактически одно и тоже. Путаница здесь появилась благодаря опять же производителям. И вот почему! В то время не было планшетов, а в место них на рынке были КПК — карманный персональный компьютер. По своей сути это был небольшой планшет на операционной системе Windows Mobile. Несмотря на то, что у него был сенсорный экран, управлять гаджетом как сейчас,с помощью пальца, было невозможно. Для этих целей служил специальный стилус, похожий на шариковую ручку (Он, кстати, до недавнего времени ещё встречался на Samsung Galaxy Note).
И от того,чем производитель считал своё детище, зависело как он его назовёт. Если разработчики считали, что это телефон с функциями КПК — это был «Смартфон». Если же они позиционировали его как КПК с функциями телефона — тогда это «Коммуникатор».
Конечно сейчас, когда само понятие «Карманный Персональный Компьютер» просто-напросто исчезло, как и сами устройства, представляющие этот класс, то и смысловая разница между двумя названиями одного и того же аппарата исчезла.

Был и ещё один вариант классификации был по операционной системе, установленной на аппарат. Так сложилось, что если установлена операционная система Microsoft Windows Mobile или PalmOS — то это коммуникатор, а вот если гаджетом управляет Symbian OS , то это уже смартфон. Конечно сейчас, спустя некоторое время, такое разделение кажется странным и нелепым, но тогда, в начале 2000-х, всё так и было. Самое забавное, что появление ОС Android и iOS практически свели на нет предшественников. Палм ОС и Симбиан практически канули в лету, а Windows Mobile трансформировался в Windows Phone.

Мобильные операционные системы

На текущий момент можно назвать 10 основных мобильных ОС, которые были наиболее популярны за последние 15 лет:

Android - iOS - Windows Phone (Mobile, CE) - BlackBerry - Symbian - Samsung Bada - FireFox OS - Palm OS - Web OS - Linux Ubuntu

К сожалению, немалая часть из них уже в прошлом и дальнейшее развитие уже вряд ли получит. На текущий момент ТОП3 выглядит следующим образом:

История появления Смартфонов

В начале 2000 года на рынке появился новый мобильный телефон Ericsson R380. Это был первый аппарат, который производитель официально назвал «смартфоном» и с которого началось развитие целого класса мобильной аппаратуры.

Ericsson R380 работал на мобильной операционной системе Symbian OS и имел монохромный сенсорный экран.
Практически следом за ним на рынке появился конкурент — Nokia 9210.

Компания Нокия к этому времени уже имела целую линейку коммуникаторов, но вот популярностью ни один из них не пользовался. Они были громоздкие, неудобные и малофункциональные. Поэтому модель 9210 была принципиально другой и, соответственно, называть её стали иначе — Смартфон . То есть Nokia позиционировала его именно как продвинутый телефон. Затем началось шквальное развитие в процессе которого в гонку включались всё новые и новые игроки — HTC, Sony, Motorola, Siemens. Были испробованы абсолютно разные технологии и форм-факторы (слайдеры, раскладушки). Телефоны оснащались полноценной QWERTY-клавиатурой.

Так продолжалось до 2007 года, пока на сцене не появился новый законодатель моды — смартфон iPhone на операционной системе iOS от компании Apple.

Этот бесклавиатурный моноблок задал направление развития на следующие десятилетия. А чуть позже увидел свет и его главный конкурент — операционная система Android и сначала десятки, а затем и сотни моделей смартфонов на этой ОС.

В чём отличие смартфона от мобильного телефона

1. Программная начинка. У телефона — просто зашита микропрограмма с определённым набором функций. У коммуникатора используется уже полноценная операционная система (ИОС, Андроид или Виндовс), которая позволяет не только использовать имеющиеся возможности, но и расширить из за счёт установки дополнительных программ.

2. Аппаратные возможности. Вряд ли кто-нибудь в курсе какой чип и сколько оперативной памяти используется на обычном кнопочном телефоне. А вот на современных смартфонах уже используются многоядерные процессоры и несколько гигабайт ОЗУ. По произвотильности такие устройства заткнут за пояс компьютеры старше 5-6 лет.

3. Коммуникационные возможности: наличие модулей WiFi, 4G/LTE, GPS, ГЛОНАСС.

4. Дополнительные возможности: Шагомер, гироскоп, IR-порт, USB.

5. Возможность работы с различными типами файлов: аудио, видео, документы, таблицы, презентации.

6. Синхронизация данных с облачными сервисами Google, Apple, Microsoft и т.п.

7. Размер экрана. Телефону не нужен дисплей с большой диагональю. А с большим разрешением он попросту не сможет работать из-за скромных аппаратных возможностей. У смартфонов и планшетов средний размер экрана 5 дюймов.

За несколько десятилетий вычислительные машины стремительно эволюционировали. Многокомнатные релейные, ламповые и транзисторные монстры уступили дорогу куда более совершенным устройствам, собранным из полупроводниковых микросхем. Благодаря миниатюрности, надежности, малому энергопотреблению и невысокой стоимости компьютеры проникли во все сферы быта – от телефонов до стиральных машин. Но развитие на этом не остановилось. И если средневековые схоласты спорили о том, сколько ангелов может поместиться на острие иглы, инженеры будущего наверняка смогут разместить там полнофункциональный мобильный компьютер. Впрочем, и современные достижения микроэлектроники весьма впечатляют.

Высокоинтегрированные системы

Традиционные мобильные платформы, состоящие из микросхем системной логики (чипсета) и процессора, размещенных на системной плате, годятся для ограниченного круга устройств, прежде всего ноутбуков и нетбуков. Однако есть целый класс сверхмобильных аппаратов, которым в качестве платформы требуется нечто более компактное и менее энергопотребляющее. Среди них – планшетные компьютеры, смартфоны, ультракомпактные нетбуки и всевозможные специализированные гаджеты (навигаторы, MP3- и MP4-плееры и т.д.). В основе – сверхмобильная платформа, которая чаще всего представляет собой так называемую систему на кристалле (System-on-a-Chip, SoC). Это в буквальном смысле самодостаточная система, объединяющая разнообразные устройства (процессоры, память, контроллеры интерфейсов и многое другое) и выполненная в виде единой микросхемы (кристалла).

На заметку

Компания Intel обещает уже в ближайшие год-два выпустить специальную серию процессоров Atom для планшетов и смартфонов. Вполне вероятно, что вскоре можно будет без особых проблем запускать на планшетах те же привычные программы, какими мы пользуемся на стационарных ПК и ноутбуках.

Краеугольным камнем SoC является особый центральный процессор со сверхнизким энергопотреблением. В отличие от процессоров для ПК, в которых применяется разработанная Intel архитектура х86, процессоры мобильных платформ в подавляющем большинстве случаев используют архитектуру ARM, позволяющую создавать пусть менее производительные, зато более экономичные и компактные устройства.

Самыми известными производителями процессоров данной архитектуры являются фирмы Qualcomm, Marvell, Apple и Samsung. Их разработки используются не только в мобильных устройствах собственного производства, например Apple iPhone, но и в изделиях сторонних производителей, таких как HTC или Nokia.

НАКОПИТЕЛЬ

В качестве жесткого диска в сверхмобильных системах применяется энергонезависимая NAND или flash-память. Ее преимуществами, в сравнении с типичным накопителем на магнитных дисках, являются сверхкомпактные размеры, низкое энергопотребление и устойчивость к внешним физическим воздействиям (удары, вибрация), что особенно важно для мобильных устройств, учитывая обычные условия их эксплуатации.

Объем установленной flash-памяти, как правило, зависит от позиционирования продукта в линейке: 8-16 Гб для бюджетных моделей и десятки гигабайт - для более дорогих имиджевых модификаций.

Во многих мобильных устройствах присутствует дополнительный разъем для установки стандартных карт SD или microSD, что позволяет значительно увеличить доступное пользователю «дисковое» пространство.

Несмотря на жесткие технические ограничения, задаваемые «ультракомпактными» условиями эксплуатации, частоты современных одночиповых систем уже смогли превысить знаковый рубеж 1 ГГц. Такая производительность вовсе не является избыточной – она нужна прежде всего для плавного воспроизведения насыщенного технологией flash-контента – в частности, многих интернет-сайтов.

Расширение платформы

Графические решения, применявшиеся в более ранних и бюджетных моделях медиаплееров и смартфонов, имели недостаточную производительность; поэтому подобные устройства зачастую оснащаются дополнительным медиапроцессором, берущим на себя функции воспроизведения видео.

В ближайшее время ведущими разработчиками ARM-процессоров запланирован массовый переход на двухъядерную архитектуру с дальнейшей перспективой внедрения полноценной многоядерности.

В связке с процессором работает графическое ядро, также разработанное с учетом максимальной экономичности. Впрочем, современные мобильные графические ядра способны не только выводить элементы интерфейса на экран, но и воспроизводить видео стандартов высокой четкости (HD-видео), а также брать на себя расчеты сложной трехмерной графики, использующейся в разнообразных популярных 3D-играх.

Хотя новейшие решения класса ARM Mali 400, NVIDIA GeForce ULP (Tegra 2) или Imagination PowerVR SGX540 по своим графическим и иным возможностям уступают настольным аналогам, однако вполне сопоставимы с видеопроцессорами, применяющимися в таких популярных игровых приставках, как Microsoft Xbox 360 и Sony PlayStation 3. Недаром в последнее время появилось множество динамичных трехмерных игр с впечатляющей графикой и сложными спецэффектами.

СРЕДСТВА СВЯЗИ

Фактически обязательным элементом сверхмобильных платформ стали сетевые интерфейсы, проводные и (или) беспроводные – в частности, 100 Мбит/1 Гбит Ethernet, Wi-Fi стандартов 802.11b/g/n и Bluetooth. За них отвечает отдельный сетевой контроллер, как правило, разработки Broadcom или Atheros.

Поддержка беспроводной сети Wi-Fi позволяет, при наличии точки доступа, легко интегрировать мобильный гаджет в домашнюю сеть и обмениваться данными между ним и основными устройствами (настольный ПК, ноутбук, домашний файловый сервер или NAS). А в некоторых заведениях – например, гостиницах, залах ожидания в аэропортах, интернет-кафе и закусочных McDonald’s, – есть бесплатная услуга выхода в Интернет.

В отличие от медиаплееров, смартфоны и некоторые планшеты дополнительно оснащаются модулями GSM/GPRS, позволяющими совершать звонки, используя сотовую связь, или самостоятельно выходить в Сеть.

Системы, предназначенные для использования в GPS-навигаторах, а также смартфоны с аналогичной функцией дооснащаются GPS-приемником, обеспечивающим связь с навигационными спутниками NAVSTAR.

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

Как в любой компьютерной системе, одним из обязательных элементов SoC является оперативная память. Преимущественное распространение получил тип памяти LPDDR (Low Power Double Data Rate – память с низким энергопотреблением и удвоенной скоростью передачи данных). Несмотря на сходство с названиями DDR2 и DDR3, новый тип памяти несовместим с этими стандартами напрямую из-за примененных в LPDDR многочисленных микроархитектурных решений, призванных существенно снизить энергопотребление.

Типичный объем оперативной памяти в современных мобильных устройствах за последнее время существенно возрос (с 128 до 512 Мб–1 Гб) и фактически соответствует объему ОЗУ настольных ПК трех-четырехлетней давности, позволяя использовать новейшие мобильные операционные системы и приложения, которые по своей функциональности мало в чем уступают настольным аналогам.

ДИСПЛЕИ

В современных гаджетах применяются сенсорные дисплеи двух типов: емкостные и резистивные. Первые обладают более высокой прозрачностью и, следовательно, требуют менее мощной подсветки для обеспечения высокой яркости и контрастности – это положительно сказывается на энергопотреблении, позволяя увеличить время автономной работы мобильного устройства. Кроме того, емкостные экраны лучше реагируют на легкое касание пальцем, тогда как для четкого срабатывания резистивного экрана требуется некоторое усилие при нажатии – оптимальным является ввод с помощью стилуса. Впрочем, в 2008 году компания HTC разработала и запатентовала электронное перо для работы с емкостными экранами, специально предназначенное пользователям, привыкшим к управлению с помощью стилуса и не желающим переходить на «пальцевый» метод.

Дополнительным преимуществом емкостных экранов является возможность определения нескольких нажатий сразу (технология Multitouch). Типичный размер экрана для планшета составляет 7–10 дюймов (18–25 см) по диагонали, с разрешающей способностью от 800х480 до 1280x800 точек. У смартфонов и медиаплееров диагональ равна, как правило, 3–4 дюймам (7–10 см), а разрешение экрана варьируется от скромных 320х200 до впечатляющих 960х640 точек (Retina display в новых iPhone и iPod touch).

ОC ДЛЯ СВЕРХМОБИЛЬНЫХ ПЛАТФОРМ

Несколько слов об операционных системах, используемых в составе высокоинтегрированных мобильных платформ. Одна из старейших мобильных ОС – Symbian – формально является самой авторитетной на рынке, но стремительно теряет популярность под натиском молодых и перспективных конкурентов. По последним статистическим отчетам, быстрее всех распространяется операционная система Android, разработанная и внедряемая компанией Google.

Буквально за два года эта ОС получила широчайшую известность и уверенно отвоевывает позиции в самых разных устройствах: от смартфонов и коммуникаторов до нетбуков и планшетов. И, несмотря на то что новая версия Android с заявленной официальной поддержкой планшетов (Android 3.0 Honeycomb) находится пока в стадии разработки, производители не стесняются использовать в своих устройствах ее смартфонную версию.

Уступает позиции и BlackBerry OS, разрабатываемая компанией Research In Motion (RIM). Впрочем, в выпущенной летом 2010 года версии 6.0 появились многочисленные нововведения (возможность одновременного управления с помощью трекбола, аппаратной клавиатуры и сенсорной панели, обновленный браузер, поддержка HTML5 и др.), с помощью которых производитель надеется догнать конкурентов.

На четвертом месте – операционная система от Apple под названием iOS, получившая массовое распространение благодаря огромной популярности таких мобильных устройств, как iPhone, iPod touch и, конечно, iPad. Раньше продукты Apple считались нишевыми и имиджевыми, предназначались узкой аудитории поклонников «яблочной» фирмы; сегодня же Apple стала законодателем мод, а порой выступает первопроходцем.

Пытается идти в ногу со временем и такой столп программной индустрии, как Microsoft. В 2010 году компания выпустила совершенно новую и перспективную операционную систему Windows Phone 7, призванную заменить теряющую популярность Windows Mobile (к сожалению, русифицированная версия пока не выпущена). Сенсацией стало официальное заявление компании Nokia о прекращении поддержки Symbian и переходе на новую операционную систему от Microsoft.

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ НА КРИСТАЛЛЕ

Разработкой систем на кристалле занимаются более десятка крупных фирм, но лишь некоторые из решений получили распространение на быстро растущем рынке мобильных устройств. Как уже упоминалось, в подавляющем большинстве SoC используются процессоры архитектуры ARM. Следует отметить, что производители, как правило, не разрабатывают процессоры самостоятельно, а лицензируют готовые модификации архитектуры у компании ARM. Каждый SoC-процессор собирается индивидуально, под конкретные задачи и условия применения, из готовых блоков-«кубиков», обеспечивающих необходимую функциональность с учетом требуемых характеристик. По такой схеме работают компании Texas Instruments, ST-Ericsson, Samsung, Freescale, Apple.

Собственной разработкой процессоров, помимо «материнской» компании ARM, занимаются Qualcomm (SnapDragon) и Marvell (XScale). Несмотря на то, что в составе новой платформы Tegra 2 еще используется «стандартный» процессор на ядре Cortex, компания NVIDIA недавно приобрела полную (full-custom) лицензию на архитектуру ARM, чтобы иметь возможность создать процессор следующего поколения на основе собственного дизайна. Наиболее актуальными сегодня являются мобильные процессоры на базе ядер ARM11 (применяются в составе Apple iPhone 2G, iPod touch первых двух поколений, HTC Dream, Nintendo 3DS и др.) и Cortex-A8 (iPhone 3GS, iPhone 4, iPad, семейство Samsung Galaxy Tab, Google Nexus S, LG Optimus 2X и др.).

APPLE A4/A5

Начнем рассмотрение возможностей платформ в алфавитном порядке – с компании Apple. До недавнего выхода iPad 2 последним продуктом компании являлась платформа Apple A4. В ее основе – разработанный совместно с Samsung одноядерный процессор S5L8930 на архитектуре ARM Cortex-A8. Частота процессора достигает значения 1000 МГц для iPad и 800 МГц для iPhone 4. Мощности вполне достаточно, чтобы снимать и воспроизводить HD-видео стандарта 720p, обеспечить отзывчивую работу и плавную прорисовку интерфейса.

Платформа поддерживает память типа LPDDR, в одноканальном режиме подключенную по специальной скоростной шине AMBA 3 AXI шириной 64 бит. Типичный устанавливаемый по технологии PoP (в едином корпусе, но не на одном кристалле!) объем памяти 256–512 Мб вполне достаточен для текущих запросов мобильных приложений.

На кристалле также интегрирован видеопроцессор PowerVR SGX 535 от компании Imagination, поддерживающий API OpenGL ES версии 2.0. Данный графический процессор, несмотря на немолодой по современным меркам возраст, способен поддерживать игры с достаточно сложной 3D-графикой и спецэффектами на основе шейдеров второго поколения. Кстати, идентичное идеоядро применялось в одном из первых в мире нетбуков ASUS Eee PC – Intel GMA500 IGP.

В зависимости от модели платформа оснащается сторонними модулями Wi-Fi стандартов 802.11a/b/g/n, Bluetooth 2.1+EDR, GPS и HSDPA/Edge. Для хранения данных и операционной системы в состав платформы входит 8–64 Гб энергонезависимой памяти типа NAND. Традиционно для продукции Apple присутствуют акселерометр, гироскоп, магнитный компас и датчик освещения, управляющий яркостью подсветки. В качестве операционной системы используется только «родная» ОС от Apple – iOS 4 (бывшая iPhone OS).

Кстати, нередко отмечаемые недостатки устройств на данной платформе, отсутствие поддержки технологии Adobe Flash, кард-ридера или USB-порта являются следствием идеологии компании, а отнюдь не техническими недоработками.

В начале марта нынешнего года компания Apple смогла порадовать поклонников выпуском новейшей платформы Apple A5. В данный момент она используется в планшете iPad 2, и, вероятнее всего, на ее основе будут представлены новые iPhone и iPod пятого поколения. Процессор, как и для платформы А4, разрабатывался совместно с компанией Samsung. Он основан на модифицированной архитектуре ARM Cortex A9, имеет частоту 1ГГц и теперь уже два ядра. Память типа LP DDR2 стала работать на более высокой частоте 1066 МГц. В качестве видеопроцессора применяется новый PowerVR SGX543, в несколько раз превосходящий по мощности прежнее решение. Несмотря на значительно возросшую мощность процессора и видеоядра, разработчикам Apple удалось сохранить экономичность платформы на прежнем уровне.

MARVELL ARMADA

Следующей по списку идет SoC-платформа от Marvell. Выкупив в свое время у Intel подразделение XScale, эта компания сегодня одна из немногих самостоятельно занимается проектированием и разработкой процессоров данной архитектуры.

Модельный ряд серий PXA и Armada 100 был весьма популярен у производителей смартфонов и электронных книг, выделяясь среди конкурентов высокой энергоэффективностью, наличием модуля Wireless MMX (аналог NEON) и быстрой 2D-графики, позволяющей осуществлять плавную прокрутку и масштабирование.

На сегодня наиболее актуальной является платформа Armada 500, предназначенная для нетбуков и смартбуков. Она базируется на процессорном ядре Dove (88AP510) архитектуры ARMv7 (аналог процессоров Cortex) собственной разработки. Частотный диапазон – в пределах 1000–1250 МГц. Процессор оснащен дополнительным блоком для быстрого расчета векторных операций (VFP), модулем декодирования HD-видео стандарта 1080р и производительным 3D-видеоядром, поддерживающим ускорение технологии Adobe Flash.

Судя по последним анонсам, компания ARM всерьез планирует вскоре выйти на серверный рынок с новыми четырехъядерными процессорами Armada XP. Обновленный контроллер памяти будет в состоянии работать с обоими современными типами мобильной ОЗУ: LPDDR2/DDR3. Заявлена поддержка всех востребованных на сегодняшний день внешних интерфейсов: USB 2.0, SATA 2, PCI Express, Gigabit Ethernet и др. Из беспроводных адаптеров названы Wi-Fi 802.11a/b/g/n, WiMAX, 3G modem и Bluetooth. Наконец, данная платформа рассчитана на работу с множеством операционных систем: Android 3.0, Chrome OS, Ubuntu Linux, Windows Phone 7.

NVIDIA TEGRA/TEGRA 2

Поговорим теперь о разработках сравнительно нового, но весьма амбициозного игрока – NVIDIA. Первый блин «видеокарточной» компании традиционно вышел комом. Платформа Tegra не получила сколько-нибудь широкого распространения, несмотря на вполне приличные характеристики, в частности мощное видеоядро (в этой сфере позиции NVIDIA весьма сильны). Большинство анонсированных устройств на первой Tegra так и не попало в широкую розницу или было попросту отменено.

Иная судьба, похоже, ожидает новую платформу Tegra 2. В ее составе мощный современный двуядерный процессор ARM Cortex-A9 с частотой до 1 ГГц на ядро. Платформа поддерживает 1 Гб оперативной памяти, причем как мобильной LPDDR2, так и обычных модулей DDR2-667. Новое производительное 3D-видеоядро GeForce ULP опережает ближайших конкурентов на 30% и по мощности вполне сравнимо с «настольным» аналогом GeForce 9300. Поддерживаются одновременный вывод на два дисплея, стандартные видеовыходы CRT и HDMI 1.3, а также аппаратное кодирование и декодирование всех форматов видео, включая HD.

Помимо этого, выделен отдельный медиапроцессор для обработки звука и сигнала с цифровых камер (масштабирование, поворот, автофокус и т.п.) с разрешением до 12 Мпикс. Поддерживаются все актуальные на сегодняшний день интерфейсы: USB 2.0, SATA, кард-ридеры и др. Сетевые возможности, включая Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth, в платформу не интегрированы и реализуются с помощью дополнительных сторонних контроллеров.

NVIDIA БУДУЩЕГО

Подобно Intel, NVIDIA не скрывает планов на будущее, одному из основных флагманов идустрии скрытность не пристала. Широкой общественности представлен роадмап компании на несколько лет вперед.

В планах NVIDIA – серьезное развитие архитектуры ARM. Ежегодно будет выходить новое поколение под очередным именем: Wayne (2012), Logan (2013) Stark (2014), с каждым шагом обеспечивая значительный прирост производительности. Обещано, что последнее поколение превысит производительность Tegra 2 в 75 раз!

Кстати, по имеющимся в Сети данным, процессоры следующей модификации платформы Tegra – версии 3 – в некоторых алгоритмах не уступают мобильным процессорам Intel Core 2 Duo.

В настоящее время анонсировано немало перспективных устройств на основе Tegra 2: планшеты LG Optimus Pad, Samsung Galaxy Tab II и ASUS Eee Pad Transformer, выпущенный недавно смартфон LG Optimus 2X и т.д. О намерении использовать данную платформу официально заявили такие крупные компании, как Acer, Dell, Toshiba, ViewSonic.

Отметим, что платформы от NVIDIA поддерживают все популярные мобильные операционные системы: Android, Chrome OS, Windows Mobile, Windows Phone 7, MeeGo.

QUALCOMM SNAPDRAGON

На очереди еще один из самостоятельных Full-custom-разработчиков SoC-платформ – компания Qualcomm. Семейство платформ Snapdragon основано на процессорах Scorpion собственной разработки по спецификациям аналогичных ARM Cortex-A8 и представляет новый этап их развития.

Современные высокоинтегрированные процессоры Scorpion имеют в своем составе два производительных ядра с частотным потолком до 1500 МГц. Центральный процессор усилен блоком VPF, ускоряющим вычисления с векторами и дробными числами. Встроенный контроллер памяти поддерживает LPDDR первого поколения, работающую в двухканальном режиме.

С помощью специального блока видеопроцессор без проблем справляется с воспроизведением форматов высокой четкости без привлечения вычислительной мощности основного процессора, что положительно сказывается на экономии энергии при просмотре видео.

Особенностью платформы Snapdragon является наличие огромного количества встроенных сетевых контроллеров с поддержкой всех возможных технологий беспроводной связи: GSM, GPRS, EDGE, UMTS/WCDMA, HSDPA, HSUPA, MBMS, CDMA2000 и пр.

На основе платформы от Qualcomm собраны такие популярные модели мобильных устройств, как HTC HD2, HTC Desire HD, HTC Inspire, Sony Ericsson Xperia, LG Revolution, HP TouchPad и др.

TI OMAP 4/OMAP 5

Последней платформой, о которой пойдет речь в нашей статье, будут популярные семейства OMAP 4 и OMAP 5 от компании Texas Instrument. Четвертая серия OMAP базируется на двухъядерных процессорах ARM Cortex-A9 с частотой до 1500 МГц и оснащена спецблоками TrustZone и NEON. Платформа выгодно отличается от конкурентов наличием двухканального контроллера памяти с поддержкой LPDDR2. В состав также входит мощное видеоядро PowerVR SGX540 от Imagination Technologies, мало в чем уступающее разработкам NVIDIA. Реализованы поддержка OpenGL ES 2.0 и аппаратная обработка Full HD 1080p.

Конкуренцию OMAP 5, судя по всему, сможет составить только будущая Tegra 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нетрудно заметить, что платформа каждого производителя имеет свои сильные стороны. Продукция Apple отличается сбалансированностью и отлично отлаженной операционной cистемой, плюс огромный выбор ПО. Платформы от Marvell обладают высокой экономичностью. NVIDIA сильна графическими решениями. Фирма Qualcomm разрабатывает высокопроизводительные процессоры и оснащает свои платформы серьезной поддержкой сетевых протоколов. А компании Texas Instrument чаще других удается воплотить в кремнии самые последние разработки в области архитектуры. В итоге у покупателя всегда есть выбор и возможность приобрести устройство, наиболее полно отвечающее его запросам.

Но не это главное. Как и в живой природе, многообразие видов порождает конкуренцию, конкуренция ведет к естественному отбору – а это одно из ключевых условий эволюции, или, в нашем случае, научно-технического развития. Именно это позволяет надеяться на то, что в обозримом будущем мы сможем увидеть полнофункциональные компьютеры в наручных часах, мобильные телефоны в серьгах и прочие шедевры миниатюризации.