Как это работает: смартфоны

Разве это не здорово, когда научная фантастика становится научным фактом? Наверняка вы помните о крутом устройстве связи, которым обладал капитан Кирк из Стартрека, и я уверен, что вы даже желали быть обладателем этого чуда. Напомню, капитан Кирк и экипаж под названием «Энтерпрайз» могли общаться на расстоянии с помощью этих устройств персональной связи.

Теперь, когда мы живём в эпоху электроники и всего умного, в 21 веке, наши «коммуникаторы» кладут на лопатки устройства из Стартрека. Мы не только можем говорить друг с другом посредством нынешних смартфонов, но и читать сообщения, слушать музыкальный контент, играть в крутые трёхмерные игры, работать с документами, фотографировать, проверять электронную почту, находить рестораны, работать в Интернете, смотреть кино — всё это в одном устройстве. Залезешь под кат — узнаешь всё самое интересное!

В отличие от традиционных сотовых телефонов, смартфоны позволяют отдельным пользователям как вы и я устанавливать, конфигурировать и запускать различные приложения. Смартфон предлагает способность формировать устройство к вашему особому способу использования вещей. Программное обеспечение в олдстайл-телефонах предлагает только ограниченные возможности, вынуждая пользователя приспособиться к тому, как они созданы. На стандартном телефоне имеется встроенное приложение календаря и в некоторых случаях человек может застрять на одном приложении. Но если бы телефон был смартфоном, тогда пользователю открываются совершенно новые возможности — например, установить сторонний календарь, который вам нравится, но не доставалось ранее возможности им пользоваться.

Вот список некоторых возможностей, которыми сможет ежедневно пользоваться человек, обладающим смартфоном:

• Управление персональной информацией, включая заметки, календарь и списки дел
• Передача медиаконтента посредством беспроводных интерфейсов Wi-Fi, Bluetooth, NFC
• Связь с ноутбуком и персональными компьютерами
• Синхронизация данных с приложениями
• Многофункциональные приложения: статистика работы процессорных ядер, подробный прогноз погоды, чтение актуальных новостей, переводчики, электронная почта, мессенджеры, видеоигры наконец
• Сканирование документов, QR-кодов и штрих-кодов
• Замена кошелька. Смартфон может хранить информацию о кредитных картах
• Оплата счетов и услуг. Такие приложения, как WebMoney, PayPal или CardStar помогут вам
• Создание сети Wi-Fi, которую смогут использовать одновременно несколько устройств. Это означает, что вы можете получить доступ ко всемирной паутине с планшета iPad или ноутбука без использования маршрутизатора или другого периферийного устройства

Хотя сотовые телефоны и имеют общие черты с портативными компьютерами, пейджерами и другими устройствами, они имеют ряд особенностей, которые делают их развитие должным образом уникальным.

• Когда вы делаете звонок по мобильному телефону, вы хотите в то же время иметь доступ к другим функциям (вроде адресной книги или календаря)
• Сотовые телефоны должны быть «всегда на» как стандартный стационарный телефон, но достаточно эффективными, чтобы работать в автономном режиме столько, сколько это возможно
• Они должны быть максимально функциональными
• В то время как компьютер имеет вполне стандартные методы ввода данных — почти все они оснащаются клавиатурами и мышами — телефон может иметь цифровую клавиатуру, модифицированную раскладку клавиатуры, сенсорный экран или некоторые комбинации перечисленного

Сегодня каждый человек имеет смартфон, ну или по крайней мере мечтает о нём. На самом же деле, по оценкам насчиталось порядка 1.4 миллиарда используемых смартфонов в мире по состоянию на декабрь 2013 года. Люди постоянно используют их во многих сферах жизнедеятельности: звонки, фотографии, серфинг в Интернете и множество других вещей, включая покупки автомобилей — капитан Кирк будет ревновать.

По своей сути, смартфоны и все сотовые телефоны в этом отношении являются мини-радио, так как передают и принимают радиосигналы. Сотовые сети делятся на конкретные области, называемые клетками. Каждая ячейка имеет антенну, которая принимает сигналы сотового телефона. Антенна передает сигналы так же, как радиостанции, и ваш телефон подхватывает эти сигналы так же, как это делает радио.
Смартфоны используют сетевую технологию для отправки и получения данных (телефонные звонки, просмотр веб-страниц, передача файлов). Разработчики классифицируют эту технологию в поколениях. Вы помните первое поколение? Она включала в себя аналоговые технологии мобильного телефона. Однако, как сотовые технологии прогрессировали, протоколы стали более совершенными. В 2014 году сотовые телефоны находятся в мире четвёртого поколения сетей или 4G. В настоящее время многие производители оснащают смартфоны поддержкой сетей четвёртого поколения, но есть и такие компании, как Samsung, например, которые разрабатывают пятое поколение, то есть 5G, которая, если недавние испытания верны, позволит вам скачать весь фильм менее чем за секунду.

Аппаратное и программное обеспечения

Большинство смартфонов работает благодаря процессорам (как работает процессор читайте в статье "Как это работает: микропроцессор". Наряду с процессорами смартфоны имеют компьютерные чипы, которые обеспечивают им функциональность. Телефоны с камерами имеют датчики изображения с высоким разрешением, как и цифровые камеры. Другие микросхемы поддерживают более сложные функции, такие как работа в Интернете, обмен мультимедийными файлами или воспроизведение музыки, не значительно сажая при этом аккумулятор устройства. Некоторые производители разрабатывают чипы, объединяющие сразу несколько функций, чтобы помочь снизить общую стоимость. 

Вы можете визуализировать программное обеспечение для смартфонов как стек программного обеспечения. Стек состоит из следующих крайне необходимых вещей: 

• Ядро — система управления процессами и драйверами аппаратных средств
• Промежуточное программное обеспечение — библиотеки программного обеспечения, которые позволяют смартфону обзаводиться приложениями (безопасность, веб-браузер, передача сообщений)
• Среда исполнения приложений (Application Execution Environment, AEE) — интерфейсы прикладного программирования, которые позволяют разработчикам создавать свои собственные программы
• Структура пользовательского интерфейса (Framework UI) — графика и макеты, отображаемые на экране
• Пакет приложений — основные приложения для доступа к повседневным задачам, будь то открытие меню, календарь, сообщения, почтовый ящик, калькулятор и другие

Операционные системы

Наиболее важным программным обеспечением в любом смартфоне является его операционная система (ОС). Операционная система управляет аппаратными и программными ресурсами смартфонов. Некоторые платформы охватывают вес спектр программного стека. Другие же могут включать более низкие уровни (как правило, ядро и слои промежуточного программного обеспечения) и полагаются на дополнительные программные платформы, чтобы служить основой пользовательского интерфейса. Далее я расскажу о самых популярных операционных системах. Сразу отмечу: я не стану писать о том, что все и так без меня прекрасно знают, но парочку предложений таки напишу.

Android. Предназначена в первую очередь для сенсорных мобильных устройств. Разработана компанией Google, изначально была создана компанией Android Inc. Большинство людей считают операционную систему Android революционной технологией, потому что она имеет открытый исходный код и позволяет писать людям программные коды и приложения, что означает зелёный робот постоянно развивается. Операционная система Android может работать сразу с несколькими приложениями — это многозадачность. В настоящее время магазин приложений, используемый в Android и называемый Google Play, насчитывает более миллиона различных приложений.

iOS. Компания Apple, как снова же многие считают, всегда была революционной и создавала соответствующие продукты — простые и логичные. Рекламируемая производителем как самая передовая мобильная операционная система, iOS поддерживает большое количество функций. По состоянию на момент публикации данной статьи, iOS 7 способна автоматически обновлять приложения и обзавелась подобным главному конкуренту в лице зелёного робота центром управления, который даёт пользователям доступ к наиболее часто используемым функциям. Плоский, минималистичный и яркий дизайн новой версии операционной системы от Apple многие обругали, но свыклись. 

Windows Phone. Рецензенты говорят, что данная операционная система так же проста в плане использования, как и Android. Её главным достижением являются живые тайлы, которые запрограммированы как плитки разных размеров. С помощью них пользователь может легко получать доступ к нужной и актуальной информации. Windows Phone 8 хорошо работает в связке с другими продуктами Microsoft, в том числе и такие приложения, как Office и Exchange. Для тех, кто много звонит, постоянно зависает в социальных сетях и использует текстовые сообщения, детище софтверного тек-гиганта из Редмонда удовлетворит данные потребности.

Ubuntu Touch. На первый взгляд, по мнению экспертов, Ubuntu Touch может показаться обычной операционной системой, но это не так. Эксперты говорят, что Ubuntu Touch — одна из самых простых операционных систем для использования. Она не использует аппаратные кнопки навигации, потому как основана на жестах подобно другому продукту — Sailfish OS. Разработанная компанией Canonical, Ubuntu Touch позволяет пользователям разблокировать смартфон простым жестом. Вы можете провести пальцев вниз от верхнего края, чтобы получить доступ к основной информации — дате, времени, сообщениям (из различных приложений: Skype и Facebook) и беспроводным сетям. Кроме того, обладатели смартфонов под управлением данной ОС смогут без проблем обмениваться фотографиями. Каждая сделанная фотография автоматически загружается в личное облако, что делает её доступной на всех устройствах, в том числе и под управлением iOS, Android  и Windows Phone.

Гибкие интерфейсы

Основная ассоциация со смартфонами — многофункциональность. Смартфоны, как правило, способны делать одновременно несколько задач — с помощью многозадачности, да. Пользователь может смотреть фильм, позвонить другу, а затем вернуться к просмотру — всё это без закрытия каждого из используемых приложений. Или он или она может пролистывать цифровой календарь и список дел, не прерывая голосовой вызов. Все данные, хранящиеся на устройстве, можно синхронизировать с внешними приложениями или манипулировать ими с помощью сторонних приложений во многих отношениях. Вот несколько интерфейсов, которые поддерживают сегодняшние смартфоны.

Bluetooth
Эта функция, использующая беспроводные сети, обеспечивает обмен информацией между различными мобильными устройствами. Главная задача синего зуба — передача данных без помощи проводов и обеспечение экономичной и дешёвой радиосвязи. Среди поддерживающих данную технологию устройств стоит отметить следующие: принтеры, сканеры, устройства ввода, компьютеры и гарнитуры. Некоторые версии Bluetooth позволяют только связать одно устройство за раз, а другие способны связать одновременно несколько устройств. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с соответствующей статьёй из колонки «Как это работает».

Синхронизация данных
Телефон, который отслеживает вашу личную информацию: встречи, списки дел, адреса и номера телефонов, должен быть в состоянии общаться со всеми устройствами, которые вы используете, чтобы отслеживать всё вышеперечисленное. Существуют сотни возможных платформ и приложений, которые могут использовать всё это постоянно. Если вы хотите сохранить все эти данные, они должны синхронизироваться на вашем устройстве.

Open Mobile Alliance (OMA) является совместной организацией с одной миссией. Они сформировали рабочую группу синхронизации данных, которая продолжает свою работу, начатую в рамках инициативы SyncML. SyncML — проект на открытых стандартах, направленный на ликвидацию неприятностей и заботясь о том, чтобы пользовательская информация и данные синхронизировались между собой и наоборот. Проект разработан таким образом, чтобы любой вид данных мог быть синхронизирован с любым применением аппаратных средств через любую сеть, при условии, что они все запрограммированы по стандартам OMA. Это включает в себя синхронизацию веб, Bluetooth, а также почтовых протоколов и TCP/IP сетей.

SyncML позволяет синхронизировать данные с телефона на устройство под управлением операционных систем Windows, Mac, Linux с помощью Bluetooth, инфракрасного порта (ИК-порт, IrDA), HTTP или с помощью кабеля USB. Если желаете получить дополнительную информацию, вам стоит посетить веб-сайт Open Mobile Alliance. 

Java
Смартфон, который совместим с языком программирования Java позволяет пользователю загружать и запускать приложения Java и MIDlets. Мидлетс-приложения используют подмножество Java и специально запрограммированы для работы на беспроводных устройствах. Мидлетс включают в себя дополнения, игры, приложения и утилиты.

С тех пор миллионы разработчиков Java во всём мире и инструменты разработки Java находятся в свободном и открытом доступе, благодаря чему пользователи смартфонов могут устанавливать тысячи сторонних приложений на свои устройства. Из-за того, как архитектура большинства мобильных операционных систем устроена, эти приложения могут получать доступ и использовать все данные, хранящиеся на мобильном устройстве пользователя.

Будущее смартфонов

С такими скоростями передачи данных, что можно скачать фильм за секунду, и нынешними технологиями, небо — это предел того, что смартфоны ещё могут сделать. Возможно, самой захватывающей вещью о технологиях смартфоностроения является то, что данная область всё ещё широко открытая. Это идея, которая, вероятно, не нашла своего идеального, реального мира реализации. Каждая новая волна смартфонов приносит с собой новые проекты и новые интерфейсные идеи. Никакой разработчик или производитель ещё не придумали идеальную прекрасную форму, размер или метод ввода. Следующий «киллер-смартфон» должен быть похожим на стандартный телефон, планшетный персональный компьютер, шоколадный батончик или ещё что-нибудь — то, чего ещё никто не придумал.

Пожалуй, самым сложным фактором для будущего является обеспечение безопасности. Смартфоны могут быть уязвимы к нарушениям безопасности. Например, атака под названием Evil Twin (Злой Близнец), в процессе которой хакер устанавливает сервисный идентификатор сервиса, создавая легитимную точку доступа или сеть и одновременно блокируя трафик на реальном сервере. Когда пользователь подключается к серверу хакера, информация может быть попросту перехвачена и безопасность данных будет находится под угрозой. С другой же стороны, некоторые критики утверждают, что производители антивирусного программного обеспечения значительно преувеличивают риски, вред и объём телефонных вирусов, чтобы помочь таким образом самим же себе в продаже фирменных продуктов.