Мой Компьютер, №17, 21.04.2008

В этой статье я попытаюсь охватить как можно больше «смежных» профессий современного мобильного телефона, основываясь как на личном опыте, так и на доступной информации, которую, как оказалось, не так уж и просто выудить. Впрочем, основная задача для нас заключается в том, чтобы выяснить, насколько удачно телефон может выполнять свои непрямые обязанности сейчас, и насколько хорошо он (предположительно) сможет справляться с ними в будущем.

Но для начала устроим небольшой экскурс в историю. Хотя бы для того, чтобы осознать и прочувствовать скорость развития этих устройств, появившихся в нашей жизни гораздо позже, чем появились персональные компьютеры.

Мобилки юрского периода

Benefon DELTA

Начинать отсчет эпохи мобильной связи можно по-разному. В качестве точки отсчета теоретически сгодится даже дата изобретения беспроводного радио («теоретически» потому, что в то время еще не существовало достаточно эффективных элементов питания, чтобы можно было пользоваться радиосвязью без необходимости постоянно быть подключенным к электрической сети). Различные радиостанции и телефонные терминалы тоже в расчет брать не будем, поскольку тогда придется назвать первой сетью сотовой связи правительственную систему радиотелефонов в СССР. Разработка этих девайсов началась в 1958 году, а первый рабочий аппарат с отдельным номером (и возможностью набора номера без телефонистки!) был установлен на правительственный автомобиль в 1963 году. Частота радиоканала (естественно, аналогового) составляла 150 МГц, что позволяло перекрывать удачно расположенной антенной (на крыше высотки или просто на возвышенности) радиус около 60-80 км. По непроверенным данным, к 70-му году таким образом покрытие «первой мобильной сети» охватывало уже 30 городов Страны Советов.

Естественно, американцы тоже организовали подобную связь для своих президентов, однако, как ни странно, немного запоздали. Первый звонок был сделан только в 1969-м году.

Motorola Dyna-Tac

Впрочем, назвать такие «сети» сотовыми, а уж тем более мобильными (в нынешнем понимании термина «мобильный телефон»), нельзя. Отсутствовал такой важный элемент, как «мобильный оператор» — номера телефонных станций на чиновничьих автомобилях просто получали прямой «городской» номер. Ну а если считать эту особенность незначительной, то придется учитывать и дуплексные автомобильные радиостанции сороковых годов, работавшие по принципу рации (нажал кнопку — говоришь, отпустил — слушаешь), но все-таки позволявшие кое-как связываться со стационарными АТС. Но чем тогда хуже автомобильные рации, которыми «вооружилась» полиция Детройта в 1921 году? А там уже и корабельные радиостанции недалеко… Еще шажок — и привет, господин Александр Степанович Попов!

Так что будем начинать предметный отсчет с коммерческих сетей более-менее современного вида. И уж тут совсем неудивительно, что те же самые американцы стали первыми, кто поставил радиотелефонную связь на коммерческую основу. Ну а первопроходцами на этой ниве (как оказалось впоследствии, невероятно плодотворной) стали умельцы из компании Motorola, создавшие под руководством Мартина Купера несколько телефонов, названных Dyna-Tac и первые базовые станции, совместимые с ними. Телефончики весили 1.15 кг, причем львиная доля этого веса приходилась на аккумулятор, позволявший непрерывно общаться примерно полчаса.

Nokia 3310 — народнее не бывает

Первый сеанс мобильной связи был совершен 3 апреля 1973 года (эх, жаль, дату проморгали) в славном городе Нью-Йорке, после чего оставалось лишь «отшлифовать напильником» уже, в принципе, работающую систему и дождаться положительного вердикта комиссии FCC (Federal Communications Commission) по поводу безопасности новинки.

История получения «добра» от FCC связана с интересной байкой про президента Рональда Рейгана и тогда еще вице-президента Дж. Буша (старшего). Когда основатель компании Motorola осторожно намекнул, что если его компания вскоре не получит отмашку от FCC и лицензию на необходимую частоту, первыми в области мобильной связи станут японцы, дело решилось в кратчайшие сроки. Таким образом, в 1982-м году началась полноценная коммерческая эксплуатация первой сотовой сети… в США :-). Дело в том, что пока FCC чесала репу, Европа и Япония усиленно наверстывали упущенное, так что европейский стандарт NMT-450 вошел в строй еще в 1981-м.

Естественно, первые стандарты были аналоговыми, что накладывало определенные ограничения не только на набор и качество услуг, предоставляемых операторами, но и на сам аппарат.

Nokia N93

Впрочем, «неспокойные» 90-е привели к тому, что на момент начала повсеместного развертывания сетей цифрового стандарта GSM (2G) в 2001 году в Украине абонентов мобильной связи еще нет и одного миллиона. Поэтому для «пересічного громадянина» мобильный телефон (именно цифровой мобильный, а не аналоговый сотовый) уже априори должен был иметь основные преимущества нового стандарта. Тут же «подтянулась» и электроника, появились более компактные и мощные микросхемы, начала быстро дешеветь флэш-память (кто помнит записные книжки аж на 20 номеров?), и даже антенны после короткого переходного этапа в виде «бобра» Ericsson R310s постепенно «утопились» в корпусе, как в Nokia 3310 (вот уж воистину «народный» телефон!).

Ну а дальше начался густой лес, полный хорошо откормленных партизанов. К ним сейчас и перейдем… Хотя осталось «утрясти» еще парочку вопросов, чтобы потом не отвлекаться.

Минимальный набор

nVidia GeForce

Понятно, что телефон должен уметь звонить и принимать звонки, отправлять и получать SMS, а также иметь записную книжку и какой-нибудь органайзер. Ну, хотя бы, с будильником. Тем не менее, если присмотреться, то из всего этого добра (и массы прочих функций) нельзя выделить ничего такого, с чем не могла бы справиться простая микросхема, поддерживающая некоторый минимально необходимый набор инструкций, оснащенная несколькими килобайтами оперативной памяти и несложным (относительно, конечно) софтом и интерфейсом связи с базовой станцией мобильного оператора…

Схема ничего не напоминает?

Samsung G800

Собственно, чего тут гадать. Если на первых мобилках еще и можно было как-то выделять отдельные функциональные блоки, то в современной микроэлектронике правят бал универсальные программируемые микросхемы, которые правильнее было бы назвать центральными процессорами. Почему так получается? Ответ тоже прост — массовое производство однотипных микросхем намного экономичнее, чем выпуск нескольких более мелких специализированных чипов. Ну и монтаж одной микросхемы не в пример проще, чем попытка «развести» на куцем куске текстолита дорожки для пяти-десяти различных кремниевых «сороконожек». Ну, а пока что мы имеем устойчивую тенденцию превращения мобильных телефонов в карманные компьютеры, причем независимо от ценового сегмента и функциональности. С некоторыми оговорками можно смело сказать, что современный телефон долларов за 300 и навороченный коммуникатор, за который просят от 1000 долларов, на самом деле — близнецы-братья. Только у последнего процессор помощнее, памяти побольше, экранчик сенсорный и так далее. А раз так, то и рассматривать мобилку уже пора как полноценную систему.

Жаль только, что до этого производители пока не додумались (по крайней мере, в том, что касается относительно недорогих моделей, в секторе смартфонов и коммуникаторов частотами уже меряются давно). Вычислить тактовую частоту главного чипа обычного телефона на данный момент является задачей нетривиальной. Нигде в официальных документах простой покупатель этой информации не найдет, единственный вариант — выяснить, какой процессор установлен в телефоне (например, разобрав его :-), а затем уже уточнять его характеристики непосредственно у производителя.

Sony Ericsson k770i

А на этом этапе процесс, как ни странно, заметно упрощается, поскольку производителей и разработчиков процессоров становится все меньше и меньше. На данный момент лидером этого рынка (с подавляющим превосходством) является компания ARM. Ее процессоры на базе архитектуры RISC являются основой платформы OMAP, на которую вот уже несколько лет подряд ориентируются все остальные.

Но наступление ведется, причем практически по всем фронтам. Пожалуй, пока не будем упоминать компанию VIA, которая каждый год представляет новый стандарт миниатюрных материнских плат и, очевидно, совсем скоро доберется и до формата мобилок. Об этом говорить еще рановато. Но того факта, что три основных игрока на рынке «больших» систем уже вплотную занялись возделыванием мобильной нивы, пропускать нельзя. О ком идет речь? Естественно, об Intel, AMD и nVidia!

Первая, как обычно, пытается все переделать по-своему, хотя и с сохранением совместимости с продукцией ARM (соответственно, архитектура процессоров XScale от Intel тоже RISC, а не CISC, как на десктопах и в ноутбуках). Посмотрите, например, на этого зверя: www.intel.com/design/network/products/cpp/ixc1100.htm (процессор XScale IXC1100) и схемку платформы, созданной специально под него и под все, что в него вмонтировано. Частота до 533 МГц, 64 Кб кэш, 32-битный контроллер памяти, поддержка 33/66 МГц шины PCI… И это работает уже сегодня. Упаковывается в корпус коммуникатора и работает. Сюда осталось добавить 3D-акселератор и можно смело запускать Quke 3 Arena! О каких органайзерах и Java может быть речь? Хотя Java пренебрегать тоже не стоит, поскольку архитектура ARM предполагает наличие набора инструкций Jazelle, аппаратно обрабатывающих Java-код.

Ископаемое по имени Nokia 101

Так чего нам не хватает? Видеоакселератора? А AMD с nVidia разве зря упомянуты? Эти компании уже вовсю выпускают и совершенствуют специализированные ускорители графики, названные соответственно Imageon и GoForce. В них уже реализована полная поддержка OpenGL версии 1.1, а там, глядишь, если Microsoft подсуетится, то и DirectX с шейдерами появятся (впрочем, маловероятный сценарий, слишком уж неповоротлив DirectX для мобильных устройств).

В данный момент вся эта машинерия развивается в сторону еще большей интеграции всего-чего-только-можно в одном чипе при одновременном уменьшении физических размеров процессора и увеличении его частоты. Но куда все это повернет завтра, я предсказывать не берусь. Ясно лишь одно, внутренние возможности «телефонной» платформы уже вплотную подобрались к возможностям компьютеров начала 21 века. А значит, ограничения на функциональность накладывают прежде всего «внешние» факторы. То есть, то, что в десктопах принято называть «периферией». В остальном же все зависит исключительно от фантазии производителей и квалификации их программистов.

Все, с прелюдиями покончено. Пора приниматься за конкретные «нетелефонные» элементы телефонов.

Остановись, мгновенье! Иначе будет «шевеленка»!

Начнем, пожалуй, с самого загадочного (по моему мнению) «причандала» современной мобилки, а именно — с камеры.

Мартин Купер — папа мобильной связи

Чтобы понять всю суть проблемы, с которой сталкиваются создатели любого камерофона, нужно сперва понять, что же такое фотография вообще. И в этом должно помочь старое, уже вышедшее из обихода название процесса фотографирования — светопись (по аналогии с живописью). Вот так — коротко и емко. По сути, фотография является сохраненной информацией об отраженном от объекта съемки (или излучаемым им самостоятельно) свете, не более того. Чем больше света без преград доберется до светочувствительного элемента (в случае камерофона 99% вероятности, что этим элементом будет КМОП-матрица, хотя описанный ниже принцип верен и для других типов матриц, и для фотопленки), чем большую часть этого света сможет «поймать» светочувствительный элемент, тем качественнее получится фото. И хорошо, когда света изначально много (любой владелец камерофона мог заметить, что в солнечную погоду снимки получаются на порядок лучше, чем в пасмурную). Но если света мало, неизбежно начинаются проблемы.

Упрощенно схему любой цифровой камеры можно представить в виде трех взаимосвязанных элементов — оптики (объектива), матрицы и электроники, ответственной за обработку полученных с матрицы данных. Причем для первых двух элементов работает простое правило: чем больше, тем лучше. В самом что ни на есть прямом физически-метрическом смысле.

Скажем, объектив. Чем больше его диаметр, тем, очевидно, больше света он сможет пропускать к сенсору. И это, повторюсь, тем заметнее, чем хуже освещен объект съемки.

Intel XScale

С недостатком освещенности в последнее время стало модным бороться при помощи встраиваемых в камерофон вспышек. Но в силу своей небольшой мощности они эффективны лишь на расстоянии в два — два с половиной метра, да и типичные проблемы встроенных вспышек никуда не делись («красный глаз», плоские лица, блики).

Но больше всего у меня поднимается настроение, когда я слышу анонсы камерофонов с оптическим зумом. Зум — это всегда усложненная конструкция объектива, большее количество линз и, соответственно, больше преград для света, который через них должен проходить. К тому же в небольшой корпус телефона все необходимые линзы втиснуть получается далеко не у всех производителей, поэтому в довесок к худшей разрешающей способности объектива счастливый покупатель получает еще и большие геометрические искажения, чем обычно. Либо же телефон просто получается не в меру габаритным и менее солидным (яркий пример — Samsung G800).

Правда, выход есть. Например, изящное решение найдено в Nokia N93 и ее обновленном варианте N93i. Объектив и матрица имеют отдельную «трубу», в которой достаточно места для оптики, сравнимой хотя бы с «цифромыльницами» по 200 долларов.

Если вспомнить, как находят компромисс между зумом и компактностью в обычных имиджевых камерах (без телефонов J), то можно сказать, что неплох был бы вариант с перископным объективом, когда подвижные линзы, ответственные за зум, располагаются вдоль вертикальной оси телефона (вдоль экранчика, если так будет понятнее). Если такие модели появятся, то не стоит опасаться использования в оптической цепочке отражающего элемента, хорошее зеркало может давать даже меньшую потерю светосилы, чем еще одна линза. Правда, при таком расположении объектива важно понимать, что при небольшой толщине самого аппарата «перископ» может оказаться даже проигрышным решением, ведь в таком случае, как ни крути, места все равно мало. А конструкция усложняется.

Таким образом, можно прийти к простому и логичному выводу — максимум, с чем может тягаться камерофон по качеству снимков, это дешевые цифрокомпакты в диапазоне до 200 (потолок — 250) долларов США. И ограничения тут уже идут просто физические, так что кардинального улучшения в ближайшее время ждать не приходится. Посмотрите на объектив профессионального фотографа (если вы футбольный болельщик, то наверняка замечали по периметру поля людей с «подзорными трубами» на треногах — на самом деле это объективы, причем не с таким уж и большим зумом, как может показаться), и вы все поймете.

С другой стороны, раз уж хватает денег на хороший камерофон, то, пожалуй, имеет смысл сэкономить на отдельной камере. Проблем с местом для фотографий быть не должно, в телефон вы вставите флэш-карточку, которая если и будет дороже (при равном объеме), то на копейки. Зато телефон у современного человека практически всегда с собой.

Ну и напоследок напомню, что в отношении современных матриц в подавляющем большинстве случаев работает правило — не обращать внимание на количество мегапикселей, если оно превышает двойку. 2 Мп вполне достаточно для печати снимка на формате 10х15, 3 Мп уже «потянут» формат 15х21

Robo User
Web-droid редактор

     

Читайте також