В двоичной системе все точно так же, за исключением того, что каждая позиция отличается от предыдущей в два раза. То есть, на первом месте стоят единицы, на втором — двойки, на третьем — четверки и так далее:
Как работает сотовый телефон
Люди научились общаться на расстоянии очень давно. В древние времена они посылали гонцов с сообщениями, а вскоре после этого стали писать письма. Сегодня, чтобы поговорить с далеким собеседником, достаточно сделать телефонный звонок. Однако основным условием для такого звонка является наличие мобильного устройства у звонящего и его потенциального партнера. Но что делать, если между телефонами нет кабеля? В этой статье мы подробно рассмотрим, как работает мобильный телефон.
Мобильный телефон — это своего рода приемопередатчик, работающий в диапазонах частот 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц. В то же время, отправка и прием разделены разными частотами. Вся система под названием GSM состоит из трех основных элементов.
- Подсистема базовой станции,
- коммуникационная подсистема,
- центр управления и обслуживания.
Если объяснять простыми словами, то принцип работы следующий. Мобильное устройство взаимодействует с сетью мобильных радиовышек или базовых станций. Такие вышки чаще всего размещают в специальных наземных башнях, на крышах многоквартирных домов и других арендованных зданий. Их также можно встретить в промышленных трубах и трубах для котлов.
Как только телефон включается, или даже когда он выключен и вставлен аккумулятор, он постоянно ищет сигнал от базовой станции. Сигнал идентифицируется по определенному идентификатору, который поступает от вставленной SIM-карты. Если в радиусе действия есть сигналы, мобильный телефон выбирает самый сильный из них и отправляет запрос базовой станции на включение в сеть. Этот процесс считается авторизацией в системе.
Каждая SIM-карта, вставленная в мобильное устройство, имеет свой уникальный идентификатор IMSI. Когда мобильный телефон регистрируется в сети, данные передаются на базовую станцию, т.е. в центр идентификации. Идентификационный номер, своего рода код, необходимый для вычислений, затем отправляется на телефон по специальному алгоритму. Эти расчеты производятся одновременно в мобильном телефоне и в центре идентификации, и если данные совпадают, телефон подключается к сети.
Для мобильных телефонов идентификатором является уникальный номер IMEI, состоящий из 15 цифр в десятичной форме.
IMEI хранится в памяти мобильного телефона. Важно знать, что на старых моделях мобильных телефонов этот номер можно легко изменить с помощью специальной программы, а на современных смартфонах данные дублируются. Копия хранится в памяти, которую можно изменить, но копия хранится в ПДУ, который нельзя перепрограммировать.
IMEI позволяет легко определить местонахождение любого мобильного устройства в Интернете. Это очень полезная функция, поскольку в случае кражи мобильного устройства его можно отследить и вернуть злоумышленнику. Если номер был изменен, шансы на то, что мобильный будет найден, практически равны нулю.
Стоит отметить, что IMEI может быть поврежден, если программное обеспечение не работало должным образом или программа была неправильно обновлена. В этом случае устройство становится непригодным для использования. В этом случае вам необходима помощь специалистов, чтобы восстановить все данные и сделать ваш телефон снова работоспособным.
Что такое базовая станция и как она работает
Базовая станция — это набор выделенных радиопередающих устройств, включая передатчики, приемники и ретрансляторы, которые поддерживают связь с мобильным устройством абонента. Каждая базовая станция GSM рассчитана на 12 передатчиков, каждый из которых может поддерживать связь с 8 абонентами вызова. Несколько таких станций, расположенных рядом друг с другом, образуют так называемую ячейку.
Базовые станции подключаются к специальной панели через контроллер базовой станции. Коммутатор и контроллер установлены в одном помещении и соединены прямой оптической линией. Подключение осуществляется через сеть передачи данных на основе радиосвязи, медных и оптоволоконных линий.
В некоторых странах мачты мобильной связи ловко маскируются деревьями и другой растительностью, чтобы не нарушать ландшафт.
Зона покрытия каждой базовой станции напрямую зависит от высоты антенны, топографии населенного пункта и различных препятствий на пути к мобильному терминалу абонента. В связи с постепенным увеличением числа абонентов, максимальной пропускной способности базовой станции может не хватить. В этом случае абоненту на экране показывается, что сеть занята.
В городских районах иногда возникают зоны, где телекоммуникационной компании необходимо обеспечить локальное подключение к определенному месту с высоким трафиком. К ним относятся станции метро, главные дороги и крупные торговые центры. В этом случае используются устройства малой емкости, такие как микроячейки и пикоячейки. Эти устройства также можно размещать на небольшой высоте, например, в жилых домах или на уличных фонарях.
Если требуется хорошее покрытие внутри закрытых зданий, используются небольшие базовые станции с пикосотами.
Как происходит сам разговор
Сам телефонный звонок — довольно сложный процесс. Во время разговора голос абонента разбивается на небольшие 20-миллисекундные сегменты, а затем преобразуется в специальный цифровой сигнал. Затем данные шифруются с помощью специальной системы. Затем зашифрованные сигналы подвергаются постобработке для удаления посторонних шумов.
У многих операторов мобильной связи продолжительность звонка ограничена. Обычно время разговора ограничено 30 минутами, после чего звонок автоматически завершается, и вы должны перезвонить.
Современные мобильные телефоны служат не только для того, чтобы разговаривать друг с другом. Это небольшое устройство имеет встроенные часы, калькулятор, будильник, календарь и фонарик. Кроме того, смартфоны оснащены камерой высокого разрешения, доступом в Интернет и музыкальным плеером. С помощью современного смартфона можно не только общаться, но и писать электронные письма, смотреть любимые фильмы и слушать музыку.
Но главный вопрос остается открытым. Откуда процессор знал, что именно нужно делать при кодировании фильма? Или как он узнает, что определенная последовательность нулей и единиц относится к изображению и что теперь он должен включить свет в соответствии с этой последовательностью?
Мобильный телефон. Как работает сотовая связь. консультация по зож по теме
Презентация рассказывает о первом мобильном телефоне, первом смартфоне и о том, как работают мобильные телефоны. Наши дети активно пользуются мобильными телефонами, не задумываясь о том, как звонок другу доходит до абонента. Это показано почти пошагово (с картинками) в материале.
Дети младшего школьного возраста — любопытные люди. Они часто задают вопросы, на которые хотели бы получить ответ. Материал не содержит сложных технических деталей. В 1 и 2 классе можно использовать картинки и немного адаптировать текст.
Презентация также может быть использована родителями для просмотра вместе с детьми.
Подписи к слайдам:
Мобильный телефон. Как работают мобильные телефоны.
«Он не будет кричать на меня, он будет играть со мной, он будет заводить будильник по утрам. Он сфотографирует моих друзей, запишет мой голос на диктофон, я напишу на нем сообщение и отправлю его всем своим друзьям».
Кто был первым человеком, использовавшим мобильный телефон? 3 апреля 1973 года произошло историческое событие: звонок с помощью первого в мире мобильного телефона. Сотрудник Motorola Мартин Купер позвонил Джоэлу Энгелю, главе исследовательского отдела Bell Laboratories. Эти двое — заклятые враги. Затем Купер с триумфом сказал: «Угадайте, откуда я звоню? С настоящего мобильного телефона». Модель, которую Купер держал в руках, как и другие ранние телефоны Motorola Dyna-TAC, весила более 1 кг и могла совершать звонки около 30 минут без подзарядки. На корпусе было всего 9-12 кнопок, а в памяти — не более 30 номеров. На зарядку ушло почти 10 часов. Он стоил 3995 долларов, что эквивалентно 9000 долларов в сегодняшних деньгах.
Он стоил 3995 долларов, но в сегодняшних деньгах это 9000 долларов. Первый в мире мобильный телефон
Первый в мире смартфон На выставке COMDEX в Лас-Вегасе в ноябре 1992 года компания IBM представила прототип первого в мире смартфона — Simon Personal Communicator. Первый в мире смартфон мог совершать телефонные звонки, отправлять и принимать факсы, имел список дел, контакты, почту, игры, калькулятор, а также позволял запускать сторонние приложения. Устройство поступило в продажу в США в 1994 году по цене 899 долларов. Впоследствии цена была снижена до 599 долларов. Всего за шесть месяцев было продано около 50 000 таких устройств. Устройство имело монохромный сенсорный ЖК-экран с диагональю 4,5 дюйма (160×293) и использовало стилус для ввода информации. Устройство имело 1 МБ оперативной памяти и 1 МБ встроенной памяти для хранения данных. Персональный коммуникатор Simon может разговаривать около 1 часа на одной зарядке.
В 1993 году был представлен первый смартфон — мобильный телефон, который мог выполнять и другие задачи, помимо совершения телефонных звонков. Однако весил он около 400 граммов. Этот телефон уже был оснащен такими функциями, как пейджер, календарь, органайзер, книга контактов, электронная почта и калькулятор. Его цена составляла 899 долларов. Было произведено и продано около 2 тысяч таких моделей. Первый смартфон
Изобретатель SMS Герман Хиллебранд, которому принадлежала идея отправки 128-битных сообщений через сеть мобильной связи, задавался вопросом, сколько символов он будет использовать для SMS-сообщений, поскольку их длина по понятным причинам должна была быть ограничена. Он сел за пишущую машинку и попытался найти правильное количество символов для SMS и пришел к выводу, что короткое сообщение поместится на двух строках, то есть 160 символов. Впоследствии его поддержали все операторы мобильной связи, и в 1986 году стандарт был принят. Ограничение SMS до 160 символов
Что происходит, когда вы набираете номер друга на своем мобильном телефоне? Как мобильная сеть находит его, где бы он ни находился? Большая часть жилых районов нашей страны покрыта базовыми станциями (БС), которые на местности выглядят как красно-белые башни, а в городе они спрятаны на крышах нежилых зданий. Каждая станция принимает сигналы от мобильных телефонов на расстоянии до 35 километров и связывается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам. Как? Как?
Вы набрали номер друга → ваш телефон связывается с ближайшей базовой станцией (БС) по служебному каналу и запрашивает голосовой канал → базовая станция представляет собой пару железных шкафов, расположенных в хорошо кондиционируемом помещении. Антенна базовой станции разделена на несколько секторов, каждый из которых «излучает» в другом направлении. Вертикальная антенна связывается с телефонными аппаратами, круглая антенна соединяет базовую станцию с → блоком управления.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Урок «Мой друг — мобильный телефон»
Из 31 первоклассника, пришедшего ко мне на урок, у 18 был телефон! Все учителя знакомы с этой проблемой. Эта проблема остро стояла и в нашем классе. Мы провели урок и родительское собрание на эту тему.
Урок «Мобильные телефоны: польза и вред».
Учащиеся узнают некоторые факты из истории мобильных телефонов; определяют преимущества и недостатки мобильных телефонов; разрабатывают правила пользования мобильными телефонами.
Безопасность детей в интернет-СМИ и на мобильных телефонах.
Федеральный закон № 436-ФЗ «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» устанавливает правила обеспечения безопасности детей в СМИ при распространении продукции СМИ на территории России.
Тематическое исследование «Объем мелодий мобильного телефона»
Исследовательская работа в начальной школе по теме: «Мобильный телефон: друг или враг?».
Исследовательская работа в начальной школе в системе новых образовательных стандартов имеет большое значение.
Исследовательская работа: «Мобильный телефон: друг или враг?
Цель исследования: Изучить положительные и отрицательные аспекты влияния мобильного телефона на жизнь человека.
Презентация «Безопасность детей в СМИ, в интернете и в мобильной связи».
Презентация для родительского собрания на тему «Безопасность детей в СМИ, в Интернете и в мобильной связи».
Вы, наверное, заметили, что здесь всего 7 квадратов (мест). Это означает, что наше число состоит из 7 битов (семь нулей или единиц). Можно составлять числа из 8, 16 и так далее, и поэтому мы можем кодировать очень большие числа в двоичном формате. При 8 битах это будет 256, а при 16 битах — 65536.
Аппаратное и программное обеспечения
Большинство смартфонов работают с помощью процессоров (см. «Как это работает: микропроцессор»). Помимо процессоров, смартфоны также оснащены компьютерными чипами, которые обеспечивают их функции. Телефоны с камерами оснащены датчиками изображения с высоким разрешением, как и цифровые фотоаппараты. Другие чипы поддерживают более сложные функции, такие как веб-серфинг, обмен медиафайлами или воспроизведение музыки без значительного разряда батареи устройства. Некоторые производители разрабатывают чипы, сочетающие в себе несколько функций одновременно, чтобы снизить общую стоимость.
Программное обеспечение смартфона можно представить в виде стека программ. Стек состоит из следующих основных элементов:
- Ядро — система, управляющая процессами и драйверами оборудования.
- Middleware — библиотеки программного обеспечения, которые позволяют смартфону работать с приложениями (безопасность, веб-браузер, обмен сообщениями).
- Application Execution Environment (AEE) — интерфейсы прикладного программирования, позволяющие разработчикам создавать собственные программы.
- Каркас пользовательского интерфейса — графика и макеты, которые отображаются на экране.
- Набор приложений — основные приложения для доступа к повседневным задачам, например, открытие меню, календаря, сообщений, почтового ящика, калькулятора и др.
Операционные системы
Самым важным программным обеспечением в смартфоне является операционная система (ОС), которая управляет аппаратными и программными ресурсами смартфона. Некоторые платформы охватывают весь спектр программного стека. Другие охватывают более низкие уровни (обычно уровни ядра и промежуточного программного обеспечения) и полагаются на дополнительные программные платформы, которые служат основой пользовательского интерфейса. Далее я расскажу о наиболее распространенных операционных системах. Сразу отмечу: Я не собираюсь писать о том, что и без меня все прекрасно знают, но пару предложений напишу.
Android. Разработана в первую очередь для мобильных устройств с сенсорным экраном. Разработана компанией Google, первоначально была создана компанией Android Inc. Большинство людей считают операционную систему Android революционной технологией, поскольку она имеет открытый исходный код и позволяет людям писать программный код и приложения, что означает, что зеленый робот постоянно развивается. Операционная система Android может запускать несколько приложений одновременно — это все о многозадачности. В настоящее время в магазине приложений для Android, который называется Google Play, насчитывается более миллиона различных приложений.
iOS. С другой стороны, по мнению многих, компания Apple всегда была революционной и создавала подобные продукты — просто и логично. Продвигаемая производителем как самая передовая мобильная операционная система, iOS поддерживает широкий спектр функций. На момент написания статьи iOS 7 способна автоматически обновлять приложения и имеет центр управления, похожий на своего главного конкурента Green Robot, предоставляя пользователям доступ к наиболее часто используемым функциям. Плоский, минималистичный и привлекающий внимание дизайн новой операционной системы Apple был раскритикован многими, но был принят.
Критики утверждают, что эта операционная система так же проста в использовании, как и Android. Его величайшее достижение — живые плитки, которые можно запрограммировать как плитки разных размеров. С их помощью пользователи могут легко получить доступ к актуальной и свежей информации. Windows Phone 8 хорошо работает с другими продуктами Microsoft, включая такие приложения, как Office и Exchange. Для тех, кто часто звонит по телефону, постоянно общается в социальных сетях и пользуется текстовыми сообщениями, продукт редмондского софтверного гиганта как раз то, что нужно.
На первый взгляд Ubuntu Touch может показаться обычной операционной системой, считают эксперты, но это не так. Эксперты утверждают, что Ubuntu Touch — одна из самых простых в использовании операционных систем. В нем не используются аппаратные кнопки навигации, поскольку он полагается на жесты, как и другой продукт — Sailfish OS. С помощью Ubuntu Touch, разработанного компанией Canonical, пользователи могут разблокировать свой смартфон простым жестом. Они могут провести пальцем вниз от верхнего края, чтобы получить доступ к основной информации: Дата, время, сообщения (из различных приложений: Skype и Facebook) и беспроводные сети. Кроме того, владельцы смартфонов могут без проблем обмениваться фотографиями с помощью этой операционной системы. Каждая сделанная фотография автоматически загружается в персональное облако и, таким образом, доступна на всех устройствах, включая iOS, Android и Windows Phone.
Гибкие интерфейсы
Самое важное соотношение со смартфонами — это гибкость. Смартфоны обычно способны делать много вещей одновременно — с многозадачностью, да. Пользователь может посмотреть фильм, позвонить другу, а затем вернуться — не закрывая отдельные приложения, которые он использует. Или он может просматривать цифровой календарь и список дел, не прерывая телефонного разговора. Все данные, хранящиеся на устройстве, могут быть синхронизированы с внешними приложениями или обработаны сторонними приложениями различными способами. Вот некоторые интерфейсы, поддерживаемые современными смартфонами.
Bluetooth
Эта функция, использующая беспроводные сети, позволяет обмениваться информацией между различными мобильными устройствами. Основное назначение Blue-Tooth — беспроводная передача данных и недорогая радиосвязь. Некоторые из устройств, поддерживающих эту технологию, следующие: Принтеры, сканеры, устройства ввода, компьютеры и гарнитуры. Некоторые версии Bluetooth позволяют одновременно подключать только одно устройство, в то время как другие позволяют подключать несколько устройств одновременно. Чтобы узнать больше, прочитайте соответствующую статью в рубрике «Как это работает».
Синхронизация данных
Телефон, хранящий ваши личные данные: встречи, списки дел, адреса и номера телефонов, должен иметь возможность взаимодействовать со всеми устройствами, которые вы используете для хранения этих данных. Существуют сотни потенциальных платформ и приложений, которые могут использовать все это постоянно. Если вы хотите сохранить все эти данные, необходимо синхронизировать их с устройством.
Open Mobile Alliance (OMA) — это объединенная организация с определенной миссией. Они сформировали рабочую группу по синхронизации данных для продолжения работы, начатой в рамках инициативы SyncML. SyncML — это открытый проект, основанный на стандартах, целью которого является устранение проблем и обеспечение синхронизации информации и данных пользователей друг с другом и наоборот. Проект разработан таким образом, что любой тип данных может быть синхронизирован с любым аппаратным приложением по любой сети, если все запрограммировано в соответствии со стандартами OMA. Сюда входит синхронизация веб-протоколов, Bluetooth, протоколов электронной почты и сетей TCP/IP.
SyncML позволяет синхронизировать данные с телефона на устройство Windows, Mac или Linux через Bluetooth, инфракрасный порт (IR, IrDA), HTTP или USB-кабель. Если вам нужна более подробная информация, посетите веб-сайт Open Mobile Alliance.
Java
Имея смартфон, совместимый с языком программирования Java, пользователь может загружать и запускать приложения Java и MIDlets. Приложения MIDlets используют подмножество языка Java и специально запрограммированы для работы на беспроводных устройствах. MIDlets включают дополнения, игры, приложения и утилиты.
С тех пор в мире насчитываются миллионы разработчиков Java, а средства разработки Java находятся в свободном и открытом доступе, что позволяет пользователям смартфонов устанавливать на свои устройства тысячи сторонних приложений. Благодаря архитектуре большинства мобильных операционных систем, эти приложения могут получать доступ и использовать все данные, хранящиеся на мобильном устройстве пользователя.
Если объяснять простыми словами, то принцип работы следующий. Мобильное устройство взаимодействует с сетью мобильных радиовышек или базовых станций. Такие вышки чаще всего размещают в специальных наземных башнях, на крышах многоквартирных домов и других арендованных зданий. Их также можно встретить в промышленных трубах и трубах для котлов.
Типы антенн и частоты
Размер и форма антенны определяют частоту, на которой она работает. Производители мобильных телефонов стараются использовать антенны, которые могут работать в как можно более широкой полосе частот. Это связано с тем, что сегодня в мобильных телефонах и смартфонах используется большое разнообразие частот и технологий. Широкополосные антенны могут принимать сигналы LTE, GPS, UMTS, Wi-Fi и Bluetooth.
Антенна мобильного телефона играет самую важную роль. Он выступает в качестве основной коммуникационной антенны и выполняет главную задачу по приему и передаче данных. Он может охватывать как низкочастотный диапазон в диапазоне от 700 до 960 МГц, так и широкий диапазон в диапазоне от 1700 до 2700 МГц. Количество музыкальных групп в мире растет с каждым годом. В разных странах используются разные частотные диапазоны. Многие из них перекрываются, чтобы телефон мог хорошо работать и принимать сигнал в разных диапазонах.
Большой проблемой для большинства производителей мобильных телефонов является разработка мобильных телефонов, поддерживающих все диапазоны частот передачи данных. Неудивительно, что конструкция антенны в таких телефонах намного сложнее, чем в стандартных телефонах.
Мобильные телефоны — это технология современной эпохи, которая уже давно вышла за рамки фантастики. В то же время производители неустанно работают над обеспечением безопасности мобильных телефонов, чтобы излучаемые и принимаемые ими сигналы не оказывали негативного влияния на здоровье и благополучие их пользователей.
Мобильные телефоны — это технология современной эпохи, которая уже давно вышла за рамки фантастики. В то же время производители неустанно работают над обеспечением безопасности мобильных телефонов, чтобы излучаемые и принимаемые ими сигналы не оказывали негативного влияния на здоровье и благополучие их пользователей.
Чем отличаются поколения мобильной связи
Технология 1G позволяла абонентам совершать звонки без проводов, но у этого поколения было две проблемы: Первая заключалась в том, что беспроводная передача осуществлялась в аналоговой форме. Аналоговый сигнал мог быть легко нарушен помехами, поэтому его качество и безопасность были очень низкими. Вторая проблема заключалась в использовании мультиплексирования с частотным разделением FDMA. Имеющийся частотный спектр использовался неэффективно. Эти негативные факторы привели к появлению мобильной связи второго поколения.
p, blockquote 18,0,0,0,0 —>
p, blockquote 19,0,0,0,0 —>
Мобильная связь 2G использовала цифровую технологию TDMA или CDMA (Code Division Multiple Access) с мультиплексным доступом с временным разделением каналов. Второе поколение также представило революционную услугу передачи данных SMS и доступ в Интернет.
p, blockquote 20,0,0,0,0 —>
Технология 3G предназначена для увеличения скорости передачи данных. Для этого была использована широкополосная технология W-CDMA (Code Division Multiple Access) и увеличена пропускная способность. В результате была достигнута скорость 2 Мбит в секунду, что позволило передавать данные для таких целей, как GPS, видео, голосовые звонки и тому подобное. С появлением этой технологии мобильные телефоны были быстро заменены смартфонами.
p, blockquote 21,0,0,0,0 —>
Затем появилась технология 4G, позволяющая передавать данные со скоростью от 20 до 100 Мбит/с, что было достаточно для просмотра фильмов и телевидения высокой четкости. Более высокие скорости стали возможны благодаря технологиям OFDM и MIMO. MIMO использует несколько передающих и принимающих антенн одновременно как в мобильных телефонах, так и в сотовых вышках.
p, blockquote 22,0,0,0,0 —> p, blockquote 23,0,0,0,1 —>
Следующее поколение мобильной связи 5G, которое будет представлено в ближайшем будущем, будет использовать передовые технологии MIMO и миллиметровые волны. Это позволит обеспечить бесперебойную связь для так называемого Интернета вещей, что позволит эксплуатировать беспилотные автомобили и «умные» дома.
SyncML позволяет синхронизировать данные с телефона на устройство Windows, Mac или Linux через Bluetooth, инфракрасный порт (IR, IrDA), HTTP или USB-кабель. Если вам нужна более подробная информация, посетите веб-сайт Open Mobile Alliance.
Как работает смартфон #1. Что стоит за «разумом» этого устройства?
Как работает смартфон? Хммм… на первый взгляд довольно глупый вопрос.
Включите экран, коснитесь пальцем значка видеоплеера, сенсорный слой считывает координаты вашего прикосновения, смартфон определяет, какой это значок, и запускает соответствующее приложение. Теперь мы выбираем фильм, он загружается из памяти, изображение выводится на экран, а звук воспроизводится через динамики. Вот и все!
Но подождите минутку! Что означает фраза «смартфон понимает»? Что вы имеете в виду под словом «понимает»? А что такое видеоплеер? Действительно ли в смартфоне есть видеоплеер? Как фильм хранится в памяти? Это серия фотографий с 24 кадрами на каждую секунду фильма? Но даже если бы это были фотографии (а это не так), где они хранятся и в каком виде? Ведь звук уже не является изображением и должен каким-то образом храниться в смартфоне. Эти вопросы уже не кажутся такими простыми, не так ли?
А если копнуть чуть глубже и принять тот факт, что смартфон вообще не имеет мозга и не может ни понимать, ни думать, ни давать осмысленные ответы на вопросы типа «Какая погода будет завтра?», он вообще не понимает, что такое «завтра» или «погода». И это очень легко выяснить с помощью простого эксперимента.
Минутка безумия
Возьмите батарейку, подключите лампочку и выключатель. Когда вы замыкаете выключатель, лампочка включается; когда вы включаете его, лампочка выключается. Теперь спросите машину, какая погода будет завтра, и вы сможете очень быстро переключить переключатель. Как так получилось? Вы получили ответ? Если нет, попробуйте достать больше лампочек и выключателей, вы можете подключить к эксперименту больше людей, чтобы получить больше рук.
Что за безумие, спросите вы?
По сути, смартфон состоит из батареи (аккумулятора), миллиардов переключателей (транзисторов в процессоре) и нескольких миллионов лампочек (пикселей на экране). Ток вытекает из батареи, попадает в процессор, проходит через транзисторы, и чудесным образом на экране загораются нужные пиксели или из динамиков звучит ваша любимая песня. Как будто вся магия происходит внутри процессора!
Но волшебства не существует. В этой статье рассказывается о том, что происходит на самом деле.
Черно-белый мир
Говоря о смартфоне, вы должны понимать одну очень простую вещь: На базовом уровне нет никаких абстрактных понятий; нет ни звука, ни цвета, ни температуры, ничего. Его процессор не может думать, он ничего не знает, он не показывает вам картинки, не выбирает песни на основе ваших предпочтений, не управляет вашим противником в игре.
Все, о чем «заботится» процессор, это о том, находится ли каждый переключатель (транзистор) в своем текущем состоянии, т.е. открыт он или закрыт в данный момент. Смартфон выполняет такие проверки миллиарды раз в секунду.
Внутренний мир» смартфона, говоря метафорически, черно-белый. Мозг смартфона (процессор) состоит из миллиардов транзисторов, каждый из которых может находиться только в одном из двух положений — включен или выключен. Третьей позиции не существует.
Следовательно, память (будь то ОЗУ или оперативная память) хранит только одну часть информации — бесконечно длинный список из двух повторяющихся цифр — единиц и нулей.
Фотография состоит из миллионов последовательных единиц и нулей, книга — из серии единиц и нулей, видеоплеер — опять же из единиц и нулей.
Важно отметить, что единицы и нули — это уже абстрактные понятия; на самом деле, внутри смартфона нет никаких цифр, только два состояния — существующее напряжение/нулевое напряжение.
Например, если мы хотим сохранить изображение размером 12 Мп, нам придется каким-то образом преобразовать его в единицы и нули. Для хранения такого изображения в отдельных ячейках памяти потребовались бы миллионы единиц и нулей. А клетка — это крошечная ловушка, в которую электроны попадают и застревают навсегда (или пока мы не удалим наше изображение):
Если память смартфона составляет 64 Гб, это означает, что внутри него находятся миллиарды крошечных «механизмов» — электронных ловушек — которые могут хранить около полутриллиона «единиц и нулей» (ниже я не буду ставить эти слова через запятую, но помните, что единица — это напряжение, а ноль — нет, смартфон не работает с числами, только с электричеством).
В прошлом каждая ячейка памяти могла хранить только один ноль или единицу (просто контролируя наличие электронов в самой ловушке), но теперь каждая ячейка способна хранить несколько единиц и нулей, поскольку система может считывать заряд более точно.
Подведем итоги.
Смартфон хранит только «информацию» о том, должен ли транзистор быть включен («единица») или выключен («ноль»). Процессор не понимает приложения, не может обрабатывать видео, фото или аудио. Он хранит в памяти только миллиарды тузов и нулей в виде «пойманных» электронов в крошечных ловушках. Затем он обращается к конкретной ячейке и, в зависимости от того, есть ли там электроны (и сколько их), посылает соответствующие сигналы на конкретные транзисторы.
Итак, процессор обращается к ячейке памяти, считывает заряд (количество электронов в ловушке) и посылает этот сигнал (ток) на определенный транзистор. Вы взяли один из них из памяти и открыли конкретный транзистор. А если в памяти оказался не один, а ноль (то есть другое количество электронов), то процессор отключает именно этот транзистор.
Единички и нолики
Смартфон выполняет 3 основные задачи:
- Он собирает информацию с различных датчиков (сенсорный экран, камера, микрофон, датчик давления или температуры и т.д.).
- Он обрабатывает эту информацию, посылая ток через миллиарды транзисторов, которые выключаются и включаются в точно определенной последовательности.
- Затем результат извлекается. Это может быть изображение на экране, музыка, речь абонента во время разговора или мигающий индикатор низкого заряда батареи.
Вся собранная информация преобразуется в единицы и нули (двоичный код), которые затем присваиваются ячейкам памяти в виде определенного количества электронов. Процессор обращается к памяти и получает значение каждой ячейки, после чего открывает/закрывает определенные транзисторы.
Переводим текст в бинарный вид
Как можно представить букву «A» с помощью нулей и единиц, чтобы сохранить ее в памяти смартфона (ловушки для электронов)? Нет, конечно, не может. Эту букву можно разбить на палочки или маленькие точки, но в реальном мире буквы не состоят из последовательности единиц и нулей. И что же вы делаете?
Можно использовать числовое значение буквы «А». Допустим, это первая буква алфавита, поэтому это единица. Но как тогда быть со строчной буквой «а»? А как насчет знаков препинания и других букв? А если это китайские иероглифы, которых в латинском алфавите гораздо больше?
Решение проблемы оказалось элементарным! Предположите, что каждой букве или символу соответствует число, и создайте кодовую таблицу. Например, заглавные буквы A, B, C, D будут находиться под цифрами 65, 66, 67, 67, 68 и так далее. Строчные буквы начинаются с цифры 97. Теперь нужно пронумеровать все остальные символы, включая символы, которые говорят смартфону, что текст должен начинаться с абзаца.
И такая таблица была создана:
Сначала это была таблица ASCII, содержащая всего 127 чисел и соответствующих им символов. Но быстро стало ясно, что 127 — это довольно маленькое число для всех символов на разных языках. А потом появились смайлики, которые тоже нужно закодировать, чтобы «смайл» на смартфоне выглядел как улыбка, а не как грустная улыбка.
Поэтому мы обратились к Юникоду, который уже содержит более 65 тысяч цифр и соответствующих им символов, букв и смайликов.
Теперь нам остается перевести коды символов в таблицу Unicode. Нам нужно преобразовать эти коды из десятичных чисел (от 0 до 9) в двоичные, где есть только 0 и 1. Почему бинарный? Потому что эта система чисел идеально подходит для микросхем: 0 — нет тока, 1 — ток или 0 — транзистор закрыт (через него не течет ток) и 1 — он открыт, то есть через него течет ток.
Забавная математика или почему 1+1 не равно 2
Если мы посмотрим на большое число, например 2134, то увидим, что в нем есть две тысячи (1000), сто (100), три десятка (10) и четыре единицы (1).
Это дает нам интересную картину. Наше большое число состоит из ряда маленьких простых чисел от 0 до 9, каждое из которых находится на своем месте. Считая справа, в первой позиции четыре, во второй — три, в третьей — один, в четвертой — два. Каждая последующая позиция отличается на порядок (в 10 раз) от предыдущей.
