Mažas kompiuteris tavo kišenėje
Prisimenu, kaip prieš kokius penkiolika metų pirmą kartą pamačiau žmogų, kuris telefone žiūrėjo internetą. Atrodė kaip mokslinė fantastika. Dabar kiekvienas iš mūsų kišenėje nešiojasi įrenginį, kuris galingesnis už kompiuterius, siuntinėjusius žmones į Mėnulį. Bet kaip gi tas stebuklas veikia?
Išmanusis telefonas – tai ne vienas įrenginys, o daugybė skirtingų technologijų, sugrūstų į vieną nedidelę dėžutę. Jame telpa procesorius, atmintis, ekranas, fotoaparatas, GPS imtuvas, įvairūs jutikliai ir dar keliolika kitų komponentų. Visa tai dirba kartu, valdoma sudėtingos operacinės sistemos, kuri koordinuoja visus procesus.
Pagrindinis telefonų skirtumo nuo paprastų telefonų bruožas – jie gali daryti daug daugiau nei tik skambinti. Tai universalūs įrenginiai, kurie prisitaiko prie tavo poreikių per programėles. Norit fotografuoti – turite fotoaparatą. Norit navigacijos – turite GPS. Norit žaisti – turite žaidimų konsolę. Viskas viename.
Širdis ir smegenys – procesorius bei atmintis
Kiekvieno išmaniojo telefono centre yra procesorius, arba kaip jį dar vadina – lustų rinkinys (chipset). Tai mikroskopinė elektroninė schema, kurioje sumontuoti milijardai tranzistorių. Taip, tikrai milijardai – šiuolaikiniuose telefonuose jų būna 10-15 milijardų. Šie tranzistoriai veikia kaip mažyčiai jungikliai, kurie įsijungia ir išsijungia milijonus kartų per sekundę, atlikdami skaičiavimus.
Procesoriai telefonuose paprastai turi kelis branduolius. Pavyzdžiui, aštuonių branduolių procesorius gali atlikti aštuonis skirtingus veiksmus vienu metu. Kai naršai internete, klausaisi muzikos ir fone atsisiunčia programėlės atnaujinimą – už kiekvieną užduotį gali būti atsakingas skirtingas branduolys.
Atmintis telefone yra dviejų tipų. Operatyvioji atmintis (RAM) veikia kaip darbo stalas – čia laikoma visa informacija, su kuria telefonas dirba dabar. Kuo daugiau RAM, tuo daugiau programėlių gali veikti vienu metu be stabdymo. Nuolatinė atmintis (ROM arba vidinė atmintis) – tai tarsi spintelė, kur saugomi visi tavo failai, nuotraukos, programėlės. Kai išjungi telefoną, operatyvioji atmintis išsivalo, bet nuolatinėje visa informacija lieka.
Ekranas – langas į skaitmeninį pasaulį
Dabartiniai išmanieji telefonai naudoja OLED arba LCD ekranus. LCD (skystųjų kristalų) ekranuose yra specialus sluoksnis, kuriame molekulės keičia savo padėtį priklausomai nuo elektros srovės. Už šio sluoksnio yra apšvietimas, o molekulės veikia kaip žaliuzės – praleidžia arba blokuoja šviesą, taip formuodamos vaizdą.
OLED ekranuose kiekvienas pikselis pats švyti. Tai organiniai šviesos diodai, kurie įsižiebia gavę elektros impulsą. Todėl juodas spalvas OLED ekranuose tikrai juodos – tie pikseliai tiesiog išjungti ir nesunaudoja energijos. Tai viena iš priežasčių, kodėl telefonai su OLED ekranais dažnai turi geresnę baterijos veikimo trukmę.
Jutiklinis ekranas veikia paprastai dviem būdais. Talpiniu principu – kai lieti ekraną pirštu, keičiasi elektros laukas ekrano paviršiuje. Specialūs jutikliai fiksuoja šį pokytį ir nustato, kur tiksliai palietei. Todėl jutikliniai ekranai neveikia su paprastomis pirštinėmis, bet veikia su specialiomis – jose yra įaustos laidžios gijos. Kai kurie telefonai naudoja ir spaudimo jėgos matavimą – ekranas jaučia ne tik kur, bet ir kaip stipriai spaudžiate.
Ryšys su pasauliu – kaip telefonas prisijungia
Telefonas turi kelias skirtingas sistemas ryšiui palaikyti. Mobiliojo ryšio antenėlė jungiasi prie bazinių stočių – tų bokštų su antenomis, kuriuos matote ant pastatų stogų ar atskirus bokštus laukuose. Kai skambinate arba naudojate mobilųjį internetą, signalas keliauja radijo bangomis tarp jūsų telefono ir artimiausios bazinės stoties.
4G ir 5G technologijos – tai skirtingi būdai, kaip šios radijo bangos koduojamos ir perduodamos. 5G naudoja aukštesnius dažnius, todėl gali perduoti daugiau informacijos per tą patį laiką, bet signalas keliauja trumpesnius atstumus. Todėl 5G tinklams reikia daugiau bazinių stočių, išdėstytų tankiau.
Wi-Fi veikia panašiai, tik naudoja kitus dažnius ir jungiasi ne prie bazinių stočių, o prie jūsų namų ar kavinės maršrutizatoriaus. Bluetooth – tai dar viena radijo ryšio forma, skirta trumpiems atstumams. Jis naudoja labai mažai energijos, todėl puikiai tinka belaidėms ausinėms ar išmaniesiems laikrodžiams.
GPS imtuvas telefone klausosi signalų iš palydovų, skriejančių Žemės orbita. Kiekvienas palydovas transliuoja savo tikslią poziciją ir laiką. Telefonas priima signalus iš kelių palydovų (paprastai reikia bent keturių) ir pagal signalo pasiekimo laiką apskaičiuoja, kiek toli nuo kiekvieno palydovo yra. Iš šių atstumų matematiškai nustato savo tikslią vietą Žemėje.
Fotoaparatas – kaip telefonas mato pasaulį
Šiuolaikiniai telefonų fotoaparatai nieko bendro neturi su senaisiais filmų fotoaparatais. Vietoj juostelės su chemikalais čia yra jutiklis – mikroschema su milijonais mažyčių šviesai jautrių elementų, vadinamų pikseliais. Kai paspaudžiate fotografavimo mygtuką, kiekvienas pikselis užfiksuoja, kiek šviesos į jį pateko.
Objektyvas – tai keletas stiklo lęšių, kurie surenka šviesą ir sufokusuoja ją ant jutiklio. Kuo didesnis objektyvo angos skersmuo (tai rodo f/ skaičius), tuo daugiau šviesos patenka į vidų. Todėl f/1.8 objektyvas praleidžia daugiau šviesos nei f/2.4, o tai reiškia geresnes nuotraukas prietemos metu.
Bet tikroji magija vyksta programinėje įrangoje. Kai darote nuotrauką, telefonas iš tikrųjų daro kelias nuotraukas per sekundės dalį su skirtingais nustatymais. Paskui procesorius jas sujungia, pašalina triukšmą, patobulina spalvas, paašrina detales. Tai vadinama skaitmeniniu apdorojimu, ir būtent dėl to naujesni telefonai daro geresnes nuotraukas net su panašiais jutikliais – jų procesoriai galingesni ir protingiau apdoroja vaizdą.
Kelių kamerų sistemos leidžia turėti skirtingus matymo kampus. Plačiakampė kamera mato didesnį vaizdą, telefoto – priartina tolimu objektus, o makro kamera leidžia fotografuoti iš arti. Kai kurie telefonai turi ir gylio jutiklį, kuris matuoja atstumą iki objektų, padedant sukurti fono suliejimo efektą.
Baterija ir energijos valdymas
Ličio jonų baterijos, naudojamos telefonuose, veikia cheminio proceso principu. Viduje yra du elektrodai – anodas ir katodas – atskirti specialiu skyreliu. Kai telefonas veikia, ličio jonai keliauja iš vieno elektrodo į kitą, generuodami elektros srovę. Kai kraunate telefoną, procesas vyksta atvirkščiai – jonai grįžta atgal.
Baterijos talpa matuojama miliampervalandėmis (mAh). Paprastai telefonų baterijos būna 3000-5000 mAh. Bet talpa – ne vienintelis veiksnys, lemiantis, kiek ilgai telefonas veiks. Svarbiau, kaip efektyviai telefonas naudoja energiją.
Šiuolaikiniai procesoriai turi specialią energijos valdymo sistemą. Kai telefonas nieko nedaro, procesorius sumažina savo darbo dažnį arba išjungia kai kuriuos branduolius. Ekranas – didžiausias energijos vartotojas, todėl sumažinus ryškumą galima žymiai pratęsti veikimo laiką. Tamsus režimas OLED ekranuose taip pat taupo energiją, nes juodi pikseliai visiškai išjungti.
Greitas krovimas veikia didinant srovės stiprumą arba įtampą. Įprastai telefonai kraunasi 5 vatais (5V, 1A), bet greitieji krovikliai gali tiekti 18, 30 ar net 65 vatus. Tačiau baterija negali priimti tokios didelės galios visą laiką – kai pasiekia 80%, krovimas sulėtėja, kad apsaugotų bateriją nuo perkaitimo ir pailgintų jos tarnavimo laiką.
Jutikliai – telefonas jaučia aplinką
Šiuolaikinis išmanusis telefonas primena mažą mokslinę laboratoriją su daugybe jutiklių. Akselerometras matuoja pagreitį ir nustato, ar telefonas juda, kokia kryptimi ir kaip greitai. Būtent dėl jo ekranas pasukasi, kai paverčiate telefoną. Giroskopas matuoja sukimąsi – jis žino, ar telefonas sukasi aplink savo ašį. Kartu šie du jutikliai leidžia tiksliai sekti telefono padėtį erdvėje.
Magnetometras – tai skaitmeninis kompasas, jis jaučia Žemės magnetinį lauką ir nustato, kur yra šiaurė. Navigacijos programėlės naudoja jį, kad žinotų, kuria kryptimi žiūrite. Barometras matuoja oro slėgį – pagal jį galima nustatyti aukštį virš jūros lygio. Kai kopiate laiptais ar kalnais, telefonas gali tai fiksuoti.
Artimojo jutiklis nustato, ar kas nors yra arti ekrano. Kai skambinate ir pridedate telefoną prie ausies, šis jutiklis tai jaučia ir išjungia ekraną, kad netyčia nepaspaudžiautumėte mygtukų skruostu. Apšvietimo jutiklis matuoja aplinkos šviesumą ir automatiškai reguliuoja ekrano ryškumą.
Naujesni telefonai turi ir daugiau egzotiškų jutiklių. Infraraudonųjų spindulių jutikliai gali matuoti atstumą arba net veikti kaip nuotolinio valdymo pultas televizoriui. Pirštų atspaudų skaitytuvai naudoja optinius arba ultragarsinius jutiklius, kad nuskaitytų jūsų piršto reljefą. Veido atpažinimo sistemos naudoja specialias kameras, kurios projektuoja tūkstančius infraraudonųjų taškų ant jūsų veido ir sukuria jo trimačio modelį.
Kas laukia ateityje – telefonai be ribų
Technologijos vystosi neįtikėtinu greičiu. Prieš dešimtmetį telefonai su 1GB operatyviosios atminties atrodė galingi, dabar tai minimumas. Ekranai tapo didesni, ryškesni, kai kurie net lanksčiūs – jau galite nusipirkti telefoną, kuris išsiskleidžia į planšetę.
Dirbtinis intelektas vis labiau integruojamas į telefonus. Procesoriai turi specialius AI branduolius, kurie atpažįsta veidus nuotraukose, verčia kalbas realiu laiku, nuspėja, kokią programėlę norėsite atidaryti. Fotoaparatai naudoja AI, kad atpažintų, ką fotografuojate – peizažą, portretą, maistą – ir automatiškai pritaikytų nustatymus.
Ateityje telefonai gali tapti dar universalesni. Jau dabar kai kurie modeliai gali veikti kaip automobilio raktas, mokėjimo kortelė, asmens tapatybės dokumentas. Holografiniai ekranai, dar galingesni procesoriai, baterijos, kurios kraunasi per kelias minutes ir veikia savaitę – visa tai jau ne fantastika, o technologijos, kuriomis dirba laboratorijos.
Bet svarbiausia, kad telefonas išlieka įrankiu. Nesvarbu, kiek jame transistorių ar kokia ekrano raiška – svarbu, kaip jis padeda jums gyventi, dirbti, bendrauti. Technologija turi tarnauti žmogui, o ne atvirkščiai. Todėl renkantis telefoną, galvokite ne tik apie specifikacijas, bet ir apie tai, ko jums iš tikrųjų reikia. Galbūt tas telefonas su vidutinėmis charakteristikomis, bet puikia baterija ir patogia operacine sistema bus geresnis pasirinkimas nei naujausias flagmanas su funkcijomis, kurių niekada nenaudosite.