Смартфоны. Описание, функции, характеристики и выбор смартфона

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.

В детстве, прочитав повесть «Старик Хоттабыч», я был особенно впечатлен, как Хоттабыч щелчком пальцев левой руки создает телефон «из цельного куска самого отборного черного мрамора». Правда, у этого телефона был один недостаток — он не работал: «В таком случае понятно, почему этот телефон не действует, — сказал Волька. — Ты сделал только макет телефона, без всего, что полагается внутри. А внутри аппарата как раз самое главное». Именно тогда меня заинтересовал вопрос, что же находится внутри телефона. Один такой телефон — правда, не из мрамора, а из бакелита — стоял у родителей на столе, и я, движимый любопытством, разобрал его. После сборки у меня осталось множество лишних деталей, а родителям пришлось покупать новый телефон.

Процессор: 64-разрядный процессор Qualcomm Snapdragon MSM8916 с частотой 1,2 ГГц // Операционная система: Android KitKat 4.4 // Оперативная память: 2 Гб // Встроенная память: 32 Гб // Дисплей: 5-дюймовый (1280 x 720) HD Super AMOLED со стеклом Gorilla Glass 3 // Камеры: задняя 13 Мп с сенсором PureCel и функцией оптической стабилизации изображения, фронтальная камера 8 Мп со светодиодной вспышкой // Звук: 1 динамик, стереовыход 3,5 мм // Поддерживаемые стандарты коммуникации: LTE (4G), FDD Band 1,3,7,20; DL 150Mbps / UL 50Mbps, WLAN: WiFi 802.11 b/g/n/ac // Аккумулятор: 2300 мАч (литий-полимерный), несъемный // Количество SIM-карт: 2 micro-SIM // Цвета: платиновый, золотой, серый графит // Габариты (Ш x Д x В): 146 x 71,7 x 6,9 мм Масса: 129 г.

За прошедшие с того времени три с лишним десятка лет техника существенно изменилась. Внутри Lenovo S90 вы не увидите того, что увидел я: ни угольных микрофонов, ни магнитов с проволочными катушками и картонными диффузорами динамиков, ни диска импульсного набора номера с шестеренками, пружиной и разрезным маховиком центробежного регулятора скорости вращения. В современном смартфоне вообще не так уж много деталей, на которые можно его разобрать, — они скомпонованы в достаточно крупные неразборные узлы, и детали упакованы внутрь корпуса чрезвычайно компактно. Разобрать, а потом собрать самостоятельно свой смартфон не всегда возможно. Так что «Популярная механика» сделала это за вас.

1. Задняя крышка из анодированного алюминия может быть выполнена в трех цветовых вариантах: платиновый, золотой, серый графит. На матовом покрытии корпуса не видны отпечатки пальцев, так что корпус всегда выглядит чистым.

2. Рамка увеличивает жесткость корпуса. Также на ней размещается часть элементов конструкции. 3. Super AMOLED дисплей, покрытый защитным стеклом Gorilla Glass

3. Емкостной сенсор прикосновений (тачскрин) интегрирован в дисплей. Также виден шлейф для подключения к материнской плате.

4. Материнская (основная) плата с процессором, графическим ускорителем и памятью. На плате расположены разъемы для подключения дисплея, боковых кнопок включения и громкости, основной камеры, фронтальной камеры, батареи и коаксиального антенного кабеля. Межплатный разъем находится на обратной стороне платы.

5. Полифонический динамик

6. Антенный усилитель

7. Основная камера. Вспышка для нее расположена на материнской плате.

8. Передняя (фронтальная) камера с интегрированной системой оптической стабилизации изображения.

9. Плата с разъемами для подключения зарядного устройства и межплатного шлейфа. Круглая «таблетка» на проводе — микромотор с эксцентриком для вибровызова и тактильной обратной связи при нажатии клавиш.

10. Разговорный динамик.

11, 13. Крепления.

12. Светодиодная вспышка передней камеры.

14. Литий-полимерная батарея.

15. Лоток для двух SIM-карт.

16. Антенна.

17. Шлейф кнопок громкости и включения.

18. Межплатный шлейф.

19. Антенный кабель.

20. Винтики для крепежа.

Современные мобильные гаджеты могут совмещать разные функции – средство связи, mp3-плеер, фотоаппарат, диктофон, радиоприемник, wi-fi и т.д. Телефон стал, по сути, многофункциональной игрушкой для взрослых. И возникает логичный вопрос: как все это помещается в такое небольшое устройство?

Мобильный телефон – это довольно сложное устройство, главной деталью в котором является специальная плата. Именно она отвечает за все возложенные на телефон задачи. Ее также часто называют материнской платой. К ней подключаются разные устройства (камера, дисплей и т.д.), которые обеспечивают взаимодействие пользователя с телефоном.

Механические части мобильника

Что касается корпуса мобильного телефона, то существуют три основные формы – слайдер, раскладушка (книжка) и моноблок. Есть также еще флип (откидывающаяся крышка, которая закрывает клавиатуру) и ротатор (части корпуса могут поворачиваться относительно друг друга), но они встречаются очень редко.

Моноблок состоит из передней и задней панели. Задняя панель обычно совмещена с аккумуляторным отсеком или самим аккумулятором. Корпус телефона-раскладушки состоит из верхней и нижней части, а также поворотного механизма. А корпус телефона-слайдера обязательно имеет салазки, по которым и происходит скольжение частей корпуса. Также отдельной частью корпуса считается и дисплей телефонов.

Клавиатура в мобильниках состоит из двух частей. Первая из них видимая – это, как правило, пластиковые кнопки, а вторая скрытая. Она являет собой металлическую подложку, которая замыкает контакты клавиатуры.

Важным узлом мобильного телефона является аккумулятор, поскольку именно он обеспечивает его работу. В зависимости от типа аккумуляторы бывают никель-металлогидридные, литий-полимерные и литий-ионные.

Дисплеи в мобильных телефонах могут устанавливать двух типов – черно-белые и цветные. Сейчас используются только цветные. В слайдерах или раскладушках часто используется дисплейный модуль – дисплей (или два дисплея) на одной плате. На эту плату припаивают все необходимые для работы компоненты, в том числе и динамики телефона.

Среди прочих механических частей – микрофон, разговорный динамик, камера, вибромоторчик, антенна. В современные мобильные телефоны добавили еще несколько новых деталей – оперативную память, Wi-Fi модуль и т.д.

Сейчас уже трудно найти человека который бы не слышал термин «смартфон», хотя еще 10 лет назад об их создании даже и не задумывались. Итак, что же такое смартфон? Смартфон (Smartphone) – это высокопроизводительное устройство, созданное на основе , поддерживающее множество различных функций и интерфейсов, обеспечивающих его связь с другими устройствами и различными телекоммуникационными сетями. Сам термин Smartphone происходит от объединения двух английских слов «Smart» – умный и «Phone» - телефон. Сочетание этих слов достаточно точно отражает отличие Смартфона от обычного сотового телефона. Рассмотрим предпосылки, которые привели к их появлению.

Предпосылки появления смартфонов

Современный мир заставляет активного и делового человека заботится о множестве вещей: нужно не забыть посетить встречу, проверить электронную почту, записать адрес, совершить множество звонков, а в свободное время хотелось бы послушать музыку, поиграть в игры, сделать фотографии и обменятся ими с друзьями. Это лишь часть из ежедневных функций и во всем этом нам помогают различные предметы и цифровые устройства: мобильный телефон, записная книжка, аудио-плеер, ФМ - приемник, фотоаппарат, игровая приставка и мн.др. Однако унести весь этот багаж не под силу даже очень сильному человеку. Современный уровень развития электроники позволяет объединить сразу несколько устройств в едином корпусе. Мало того, можно дать возможность пользователю самостоятельно менять набор функций такого многофункционального устройства, устанавливая или удаляя приложения как на ПК. Эта концепция и положена в основу любого смартфона, который представляет собой миниатюрный компьютер с возможностью (обычно несколькими) подключения к телекоммуникационным сетям, хотя внешне он напоминает сотовый телефон и обладает всем функционалом, присущим ему.

Возможности смартфонов и перечень выполняемых ими задач сильно зависит от производителя и модели. Однако в общем можно выделить некоторый набор функций, которые присущи практически всем смартфонам:

2. Пользоваться услугами записной книжки, календаря с возможностью уведомления о событиях.

3. Взаимодействие с ПК и ноутбуками

4. Синхронизация данных с интернет-браузерами, офисными программами и другими приложениями на ПК что облегчает возможность планирования своего дня.

5. Работа с электронной почтой

6. Использование служб мгновенного обмена сообщениями

7. Установка дополнительных приложений и игр, которые позволяют расширить функциональность устройства.

8. Проигрывание аудио и видео

Структура смартфонов

Рассмотрим структуру смартфонов, т.е. их составляющие, которые позволяют обеспечить широкие функциональные возможности.

Аппаратное обеспечение . Наиболее значимым элементом смартфонов является процессор, тактовая частота которых в настоящее время в некоторых моделях достигает 1ГГц. Еще 10 лет назад подобные процессоры были обычными явлением для ПК, а их применение в мобильных устройствах было исключено из-за высокого потребления энергии. Современные процессоры обладают на порядки более низким энергопотреблением и, соответственно, тепловым выделением. Высокопроизводительные процессоры позволяют использовать сложное ПО реального времени с красочными визуальными эффектами.

В состав аппаратного обеспечения смартфонов обычно входит яркий дисплей с поддержкой сотен тысяч цветов. Это позволяет воспроизводить качественные видеоролики и даже просматривать полнометражные фильмы, а также запускать игры по сложности соизмеримые с теми, которые запускают на игровых приставках. Многие современные смартфоны оснащаются сенсорными дисплеями, которые значительно расширяют их мультимедийные возможности. По некоторым оценкам в 2011 году уже каждый третий телефон будет обладать сенсорным экраном.

Неотъемлемым атрибутом любого смартфона является емкая небольшая батарея, т.к. она определяет возможность автономной работы «умного» устройства, что является очень важной характеристикой. Современные батареи обычно Li-Ion (литий-ионные) с емкостью от 0,7 до 1,5 Ач. Причем для увеличения времени автономной работы развитие ведется не только в сторону увеличения емкости, но и снижения энергопотребления компонентами телефона.

Кроме этого, большинство смартфонов оснащается камерами, позволяющими не только фотографировать, но и снимать видеоролики. Специальные мультимедийные смартфоны могут обладать камерой с матрицей 12 Mpx и более, а также записывать видеоролики с разрешением 1024х768.

Смартфон также может быть оснащен различными датчиками, например, освещенности (для изменения яркости дисплея), акселерометром (для изменения ориентации дисплея) и т.п. Часть смартфонов оснащается приемником для работы различных приложений и сервисов, учитывающих местоположение абонента. Обычно смартфоны оборудуются набором различных модулей для связи с другими устройствами и телекоммуникационными сетями: Инфракрасный порт, WiFi и др.

Программное обеспечение. Для того, чтобы все описанное выше аппаратное обеспечение могло взаимодействовать и предоставляло интерфейс для пользователя, прикладных приложений и других устройств необходимо надежное программное обеспечение. В отличие от Software, предназначенного для ПК к ПО для смартфонов предъявляются некоторые специфические требования, связанные с их телекоммуникационной и мобильной составляющими. Рассмотрим программное обеспечение в виде стека уровней:

1. Kernel – система управления процессами и драйвера для работы с аппаратным обеспечением

2. Middleware – библиотеки программного обеспечения, которые позволяют работать приложениям

3. Application execution environment (AEE) – программные интерфейсы, которые предоставляют доступ для работы пользовательских приложений.

4. User interface framework – набор дополнительных библиотек и ПО, которое обеспечивает доступ к пользовательским интерфейсам, например, к экрану.

5. Application suite – прикладные приложения пользователя.

Главной составляющей ПО смартфона является операционная система (ОС), которая объединяет уровни с 2(3) по 5 из вышеперечисленного стека. На сегодняшний день количество операционных систем не меньше чем для ПК. Некоторые производители смартфонов разрабатывают собственные ОС, а другие полагаются на уже существующие успешные разработки. Перечислим наиболее распространенные ОС для смартфонов:

Интерфейсы смартфонов

Большая часть функциональных возможностей смартфонов связана с взаимодействием с другими устройствами. Это может осуществляться по средствам сети сотовой связи либо через другие дополнительные технологии. Выбор способа взаимодействия определяется аппаратными возможностями смартфона, с одной стороны, и расстоянием между устройствами, а также объемом передаваемых данных – с другой. Рассмотрим различные способы взаимодействия «умных» телефонов с внешним миром.

Наиболее очевидным и важным интерфейсом любого смартфона, который отделяет его от карманного компьютера, является возможность работы в сети сотовой связи. В зависимости от конкретной реализации смартфон может работать в сетях второго (), третьего () и четвертого () поколений, в различных их комбинациях или во всех сразу. Поддерживаемые поколения и технологии сотовой связи главным образом определяют максимальную скорость передачи данных. Так в сетях 2G она не превышает 400 кбит/сек, в 3G уже может достигать 28 Мбит/сек, а сети 4G позволяют скачивать информацию со скоростью более 300 Мбит/сек. Кроме этого, поддерживаемые стандарты определяют дополнительные услуги, которыми может пользоваться абонент. Например, в сетях UMTS есть возможность совершать видео вызовы, а сети LTE предоставляют расширенные услуги по определению местоположения.

Сети сотовой связи являются основным способом взаимодействия с внешним миром, но не единственным. Выйти в сеть Интернет можно с использованием технологии WiFi. Модули, работающие в данной технологии встраивают во многие современные смартфоны. Сети WiFi, которые могут быть использованы для доступа в Интернет сейчас уже есть во многих публичных местах: вокзалах, кафе, библиотеках, развлекательных центрах и часто предоставляют бесплатный доступ. Скорость передачи данных может достигать 54 Мбит/сек и даже более согласно последним релизам этого стандарта. Технология WiFi может также быть использована для создания локальной сети и позволит связать смартфон с другими устройствами для передачи данных.

Связать два устройства можно также без использования какой либо инфраструктуры. Это позволяют сделать две технологии: инфракрасный порт (IrDA) и Bluetooth. Для передачи данных с помощью IrDA расстояние между устройствами должно быть не более нескольких десятков сантиметров, а сами передатчики должны быть направлены друг на друга. При этом скорость передачи данных не превышает нескольких десятков кбит/сек. С появлением технологии Bluetooth инфракрасные передатчики практически перестали использоваться. Эта технология позволяет передавать данные без прямой видимости со скоростью до 3 Мбит/сек. Расстояние между устройствами может достигать нескольких десятков метров. С помощью Bluetooth смартфон может взаимодействовать с другими смартфонами, ПК, принтером, сканером, аудио-гарнитурой и мн.др. Практически все современные смартфоны оснащаются передатчиком Bluetooth.

Будущее смартфонов

Смартфоны совершенствуются день ото дня: они становятся более производительными, в них появляются новые функции, поддерживают новые интерфейсы.

Благодаря появлению сетей передачи данных 4G смартфоны могут использоваться для просмотра , а также для организации . Использование смартфона в качестве модема – стало уже привычкой, а с появлением новых технологий может быть получена даже более высокая скорость, чем от проводных систем связи.

Предсказывается, что в ближайшем будущем все продаваемые смартфоны будут оснащаться сенсорным дисплеем. Сами дисплеи будут более качественными и энерго эффективными. Причем второй фактор очень важен, т.к. считается, что именно дисплей – основной потребитель энергии батареи.

Одной из наметившихся в последнее время тенденция является развитие электронной мобильной коммерции. В смартфоне для этого монтируется специальный датчик, а на кассе или терминале монтируется считывающее устройство. Для оплаты услуг достаточно поднести смартфон к данному устройству для мгновенной оплаты услуги или продукта.

Если говорить о форм-факторе смартфона будущего, то это, по всей видимости, будет тонкий (менее 1 см) моноблок, одна из сторон которого полностью занята широкоформатным сенсорным дисплеем.

Не смотря ни на что, жизнь современного человека трудно себе представить без смартфона – умного помощника, который напомнит о важной встрече, сохранит важные данные, передаст важную информацию коллегами и даст возможность связаться с друзьями и близкими в нужную минуту. Каким бы ни был смартфон будущего главное, что он будет позволять делать – это поддерживать контакт с внешним миром, а как это будет достигаться – покажет время.

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.