Как смартфон узнаёт, где у него верх: устройство «умной пластины» изнутри

Сегодня смартфон представляет собой карманный компьютер, который объединил в одной плоской пластине телефон и небольшую вычислительную машину. Он сообщается с сотовой сетью, Wi-Fi, Bluetooth и GPS, а внутри него работают камеры, микрофоны, динамики и датчики. В магазинах приложений его ждут миллионы сервисов. Именно поэтому так много отдельных устройств тихо ушло в прошлое.

Но у этой пластины есть загадка: никто не сообщал ей, где верх и где низ, а она всё равно это знает. Чтобы понять как, разберём смартфон по слоям.

Как управляется смартфон

Почти всем в смартфоне управляют через один сенсорный экран на передней панели. Большинство современных моделей оснащены ёмкостными экранами: они реагируют не на давление, а на изменение электрического заряда при касании пальца.

Устройство работает под управлением мобильной операционной системы, которую пользователь настраивает под себя установкой приложений, поясняет gadgegig. Датчик отпечатка пальца подтверждает личность владельца и позволяет совершать платежи.

Что внутри: слои устройства

Если разобрать смартфон, картина оказывается многослойной.

• Стекло и дисплей находятся на самом верху.
• Системная плата расположена под дисплеем. На ней размещены процессор, который управляет всем остальным, флеш-память для хранения данных и SIM-карта, идентифицирующая телефон в сети.
• Аккумулятор занимает большую часть внутреннего объёма.
• Металлический ободок корпуса одновременно служит антенной.
• Индукционные катушки в некоторых моделях позволяют заряжать телефон без кабеля.

По сути, это процессор и батарея, ставшие универсальными благодаря приложениям.

Пять компонентов, которые делают основную работу

Основную часть задач выполняют пять узлов:

• Динамик воспроизводит звук при звонках и просмотре медиа, а также работает в режиме громкой связи.
• Микрофон превращает смартфон в телефон, записывает аудио и передаёт голос ассистентам.
• Камеры небольшие, маломощные, есть практически на каждом смартфоне и спереди, и сзади. Большинство моделей дополнены цифровым зумом и светодиодной вспышкой.
• Bluetooth-чип соединяет телефон с ближайшими устройствами, включая гарнитуры, по радиоканалу.
• Спутниковый навигационный чип принимает сигналы спутников на орбите, в частности американской системы GPS.

Доступ ко всем сервисам пользователь получает через приложения.

Сокровища на плате

Если присмотреться к системной плате, в ней обнаруживается настоящее сокровище: каждый смартфон содержит драгоценные металлы, среди них золото, серебро и платина.

Первым устройством этого класса стал IBM Simon, вышедший в 1994 году. Он весил 510 граммов, а его главной особенностью был факс-модем. Сегодняшние аппараты тоньше и быстрее, но главный секрет  так и не раскрыт: стоит повернуть телефон, и он сразу это понимает. Ничто из перечисленного выше этого не объясняет.

Программная часть и связь

Начнём с самой простой функции, текстовых сообщений. Они передаются по мобильной сети, чаще всего как SMS (служба коротких сообщений). Такое сообщение может содержать только текст длиной до 160 символов. Если нужно отправить фото, видео или аудиоклип, телефон переключается на MMS, которая передаёт сам файл.

Путь сообщения выглядит так:

• Сообщение уходит через сотовую вышку в центр коммутации мобильной связи (MSC).
• MSC определяет адрес центра коротких сообщений (SMSC) получателя и передаёт сообщение туда.
• SMSC проверяет, доступен ли получатель.
• Если доступен, сообщение доставляется через другой MSC.
• Если телефон выключен или нет сигнала, сообщение не теряется: оно сохраняется и ждёт.

Та же сеть служит основой для всего остального. Выход в интернет обеспечивают Wi-Fi или мобильная связь. В инструкциях упоминается 4G, четвёртое поколение, но сегодня стандартом становится 5G, который ещё быстрее.

Смартфон можно сравнить с игровой консолью, у которой нет отдельной видеокарты: за изображение, анимацию и видео отвечает графический процессор. Он ведёт адресную книгу, подтягивая данные из соцсетей и электронной почты, а искать в нём можно голосом. Смартфон умеет платить бесконтактно, используя радиосигналы и магнитные сигналы, как у полосы банковской карты, обычно после проверки личности владельца. Он проигрывает музыку, которую можно скачать, потоково передать или импортировать в форматах MP3, AAC, WMA или Wave.

Акселерометр: разгадка

Теперь вернёмся к главному вопросу. Во многих телефонах установлен миниатюрный акселерометр размером с микросхему.

Внутри него находится кремниевая «гребёнка»: сейсмическая масса подвешена на якоре, закреплённом в корпусе. Между её «пальцами» расположены неподвижные электроды. Всё это подключено к аккумулятору, поэтому масса заряжена, и в зазорах существует электрическое поле. Пока телефон неподвижен, ток не течёт.

Стоит сдвинуть телефон, как масса отстаёт от корпуса. Её «пальцы» и электроды сближаются, поле между ними меняется, и появляется ток. Этот ток сообщает процессору, насколько сильно и в каком направлении сместилось устройство.

Важная деталь: акселерометр ничего не знает о гравитации, он реагирует только на изменение. Поэтому дисплей переключается между альбомной и портретной ориентацией, когда вы поворачиваете телефон. Тот же сигнал считает шаги и управляет играми.

Итог

Смартфон — это одна пластина, в которой сочетаются стекло, дисплей, процессор, память, SIM-карта и аккумулятор. Приложения превращают её в камеру, игровую консоль и кошелёк. Сеть удерживает сообщение, пока вы снова не появитесь на связи. А крошечная кремниевая гребёнка подсказывает устройству, где у него верх.