GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Lịch sử phát triển của điện thoại và điện thoại di động
Lịch sử điện thoại là một hành trình dài với nhiều cột mốc quan trọng, chứng kiến sự biến đổi mạnh mẽ của thiết bị này qua các tính năng ngày càng được cải tiến.
1.1.1 Sự ra đời của chiếc điện thoại đầu tiên
Ngày 10 tháng 3 năm 1876 Alexander Greham Bell người phát minh và thực hiện cuộc gọi đầu tiên trên thế giới Ông cùng người trợ lý của mình đã thực hiện cuộc gọi khoảng cách 4.5m và cuộc gọi đó cũng vô cùng ngắn ngủi chỉ trong một câu nói “Watson, anh đến đây nhé, tôi có việc cần”.
Hình 1.1: Alexander Granham Bell và chiếc diện thoại đầu tiên của nhân loại
Vào giữa thế kỷ 19, sự phát triển của công nghệ điện thoại đã đánh dấu một bước tiến đột phá trong lĩnh vực liên lạc Mặc dù ý tưởng về máy điện thoại đã được nêu ra từ năm 1844, phải đến hơn 30 năm sau, giấc mơ này mới trở thành hiện thực, thay thế cho các phương thức liên lạc thô sơ trước đó Sự nỗ lực nghiên cứu và tìm tòi đã dẫn đến việc tạo ra một phương thức giao tiếp mới, mang lại tiện ích cho xã hội.
Điện thoại ra đời đã thay thế cho máy điện báo thô sơ, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ giao tiếp Những chiếc điện thoại đầu tiên chủ yếu phục vụ cho giới thượng lưu, với thiết kế kiểu cách và cầu kỳ, bao gồm một đầu để nói và một đầu để nghe.
1.1.2 Sự ra đời của điện thoại di động
Chiếc điện thoại được coi là di động đầu tiên được quảng cáo vào năm
Vào năm 1967, điện thoại di động mang tên Carry phone ra đời, nhưng người dùng phải mang theo một chiếc hộp nặng tới 4,5 kg Với giá thành cao, thiết bị này hầu như không được phổ biến trong thời điểm đó.
Hình 1.4: Chiếc điện thoại được coi là di động đầu tiên
Vào ngày 3 tháng 4 năm 1973, Martin Cooper, nhà phát minh tiên phong của Motorola, đã ra mắt điện thoại di động đầu tiên tại New York Ông đã thực hiện cuộc gọi đến một kỹ sư của công ty đối thủ để khoe về thành tựu mà Motorola vừa đạt được, đánh dấu chiến thắng trong việc phát triển chiếc điện thoại di động đầu tiên trên thế giới.
Hình 1.5: Martin Cooper và chiếc điện thoại di động đầu tiên
Mặc dù nhiều người, bao gồm cả nhân viên tại Motorola, nghi ngờ về khả năng điện thoại di động trở thành sản phẩm tiêu dùng phổ biến, nhưng Martin Cooper và nhóm phát triển của ông lại tin tưởng vào điều đó Sự tin tưởng này đã được chứng minh là đúng khi sau 10 năm từ cuộc gọi lịch sử đầu tiên, chiếc điện thoại di động của Motorola đã chính thức ra mắt thị trường với giá gần 4.000 USD.
Sự ra đời và phát triển của điện thoại thông minh
Ngày nay, điện thoại di động đã trở nên phổ biến với khoảng 6 tỷ thuê bao toàn cầu, trong đó ước tính có 1 tỷ smartphone đang được sử dụng Khác với điện thoại thông thường, smartphone được trang bị bộ vi xử lý, RAM và bộ lưu trữ, cho phép người dùng thực hiện nhiều chức năng như kiểm tra email, xử lý phần mềm văn phòng và giải trí trực tuyến mọi lúc mọi nơi Với khả năng vượt trội, smartphone ngày nay đã trở thành một công cụ thay thế cho máy tính cá nhân, đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng.
Điện thoại thông minh đầu tiên trên thế giới, mang tên Simon, được sản xuất bởi IBM và ra mắt tại Hội nghị không dây năm 1993 Thiết bị này sở hữu màn hình cảm ứng LCD hai màu trắng và đen, đồng thời hoạt động như một công cụ nhận và gửi email, đọc văn bản điện tử, quản lý lịch làm việc, máy tính và sổ danh bạ.
Hình 1.6: IBM Simon mở ra khái niệm về điện thoại thông minh
Máy Simon được trang bị vi xử lý 16MHz, 1MB RAM và 1MB ổ cứng, tương tự như các điện thoại thông minh hiện nay Nó có màn hình cảm ứng 4.5 inch hỗ trợ viết bằng stylus, nhưng khác biệt ở chỗ màn hình chỉ hiển thị đơn sắc và chạy trên hệ điều hành ROM-DOS, một biến thể của DOS.
Năm 1998, Nokia 9110 Communicator đã đặt nền móng cho điện thoại thông minh với thiết kế bàn phím QWERTY gập và nhiều trò chơi mới, tạo thói quen giải trí trên điện thoại cá nhân Thiết bị này được trang bị bộ xử lý Intel 24MHz và chỉ nặng 317 gram Sau đó, vào những năm 2000, Nokia tập trung phát triển dòng điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Symbian.
Cuối thập niên 90, Research in Motion (RIM) đã nổi bật với các thiết bị nhắn tin hai chiều, phục vụ hàng triệu người dùng toàn cầu Từ năm 2002, RIM mở rộng sang thị trường di động với sản phẩm BlackBerry 5810, tích hợp e-mail và khả năng lướt web Đến đầu năm 2004, hãng tiếp tục phát triển BlackBerry 6210, nâng cao trải nghiệm người dùng.
Vào những năm 2000, thế giới chứng kiến sự ra đời của máy tính bỏ túi (Pocket PC) sử dụng hệ điều hành Windows CE của Microsoft Đến năm 2003, Pocket PC đã được nâng cấp với chức năng điện thoại thông thường, biến chúng thành những chiếc điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Windows Mobile.
Hình 1.8: Một điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Windows Mobile
Sự phát triển của điện thoại thông minh trước năm 2007 chủ yếu thuộc về Nokia với các sản phẩm chạy hệ điều hành Symbian Tuy nhiên, sự xuất hiện của iPhone 2G do Apple giới thiệu đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng, mang đến diện mạo hoàn toàn mới cho điện thoại thông minh iPhone 2G được xem là chiếc điện thoại thông minh đầu tiên đúng nghĩa, mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp di động.
Hình 1.9: IPhone 2G điện thoại thông minh đúng nghĩa đầu tiên
Cuối năm 2007 và đầu năm 2008, các hệ điều hành cho điện thoại thông minh chủ yếu là Windows Mobile, Symbian và BlackBerry OS, bên cạnh iOS trên iPhone 2G Đồng thời, Google đã giới thiệu Android, một hệ điều hành mã nguồn mở cho điện thoại thông minh, dẫn đến sự ra đời liên tục của các thiết bị chạy hệ điều hành này.
Hình 1.10: Chiếc Google G1 điện thoại Android đầu tiên trên thế giới
Năm 2010, thị trường điện thoại thông minh chứng kiến sự bùng nổ với sự thống trị của các thiết bị chạy hệ điều hành Android và iOS Nhận thấy Windows Mobile đang dần bị lãng quên, Microsoft đã quyết định ra mắt hệ điều hành Windows Phone vào tháng 2 năm 2010.
Microsoft đã xác định đúng hướng với Windows Phone 8, giúp nó trở thành một trong ba hệ điều hành chính cho điện thoại thông minh, bên cạnh Android và iOS.
Hình 1.11: Hệ điều hành Windows Phone 7 trên HTC HD 7
Ưu nhược điểm của điện thoại thông minh
Điện thoại thông minh không chỉ có các tính năng cơ bản như gọi điện và nhắn tin, mà còn kết hợp nhiều chức năng của các thiết bị khác như máy tính bỏ túi, máy ảnh kỹ thuật số và hệ thống định vị GPS Chính vì vậy, nó được gọi là điện thoại thông minh, mang đến sự tiện lợi và đa dạng cho người sử dụng.
Điện thoại thông minh vượt trội so với điện thoại di động thông thường nhờ vào nhiều tính năng ưu việt như gọi video, gọi miễn phí qua internet, lướt web, sử dụng mạng xã hội, kiểm tra email và cập nhật tin tức Nó còn cung cấp thông tin thời tiết, lịch vạn niên, phong thủy, và giải trí trực tuyến, đồng thời thay thế cho kim từ điển, máy đọc sách và máy ảnh kỹ thuật số Với khả năng thực hiện các tác vụ cơ bản của máy tính, điện thoại thông minh còn có thể kết nối mạng dữ liệu di động, nhỏ gọn và dễ dàng mang theo mọi nơi.
Điện thoại thông minh hiện đại có hệ thống lọc tạp âm trên micro, mang lại chất lượng cuộc gọi tốt hơn so với điện thoại thông thường Ngoài ra, với kho dữ liệu trực tuyến và hệ thống sao lưu thông minh, người dùng khó có khả năng mất dữ liệu như danh bạ, ảnh chụp hay ghi chú, ngay cả khi mất máy Hệ thống bảo mật cao của điện thoại thông minh giúp người dùng yên tâm về dữ liệu cá nhân, và tính năng định vị GPS cho phép tìm lại thiết bị khi cần thiết.
Điện thoại thông minh, do sử dụng hệ điều hành, dễ bị ảnh hưởng bởi phần mềm độc hại như virus, dẫn đến tình trạng mất ổn định Sau một thời gian sử dụng, người dùng thường gặp phải hiện tượng máy bị chậm và hoạt động không chính xác.
Thời lượng sử dụng pin của điện thoại thông minh thường không bằng điện thoại thông thường, với smartphone chỉ hoạt động hiệu quả trong khoảng ba ngày cho việc nghe gọi, trong khi điện thoại thường có thể kéo dài đến hai tuần Ngoài ra, điện thoại thông minh có màn hình cảm ứng lớn hơn, độ bền kém hơn và giá thành cao hơn, tạo ra rào cản cho người dùng có thu nhập thấp Mặc dù hiện nay có nhiều lựa chọn smartphone giá rẻ, nhưng chất lượng và độ bền của chúng vẫn không thể so sánh với điện thoại di động thông thường.
HỆ ĐIỀU HÀNH SỬ DỤNG TRONG ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH
Windows Mobile và Windows Phone của Microsoft
Hình 2.1: Logo hệ điều hành Windows của Microsoft
Hệ điều hành Windows của Microsoft rất phổ biến trên máy tính cá nhân, và hầu hết mọi người đều biết đến nó Không chỉ dừng lại ở máy tính, vào đầu thế kỷ 21, Microsoft đã phát hành Windows CE cho thiết bị máy tính bỏ túi Cùng với sự phát triển của điện thoại thông minh, Microsoft đã kết hợp máy tính bỏ túi và điện thoại, cho ra đời những chiếc điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Windows Mobile Đến năm 2010, Microsoft đã làm mới Windows Mobile bằng hệ điều hành Windows Phone.
Windows Mobile là hệ điều hành di động của Microsoft, được thiết kế với giao diện lập trình ứng dụng Win32, phục vụ cho các thiết bị như Pocket PC, điện thoại thông minh, Portable Media Center và máy tính lắp sẵn trên ô tô Hệ điều hành này cũng có thể được sử dụng trên một số máy tính xách tay siêu di động Windows Mobile mang lại giao diện và tính năng rút gọn từ các phiên bản Windows trên máy tính cá nhân, bắt đầu với tên gọi Pocket PC 2000 và đã trải qua nhiều lần nâng cấp, phiên bản cuối cùng là Windows Mobile 6.5.
Hình 2.2: Giao diện Windows Mobile 6 2.1.1.1 Đặc tính thông dụng
Windows Mobile mang đến trải nghiệm làm việc tương tự như máy tính trên thiết bị di động Hệ điều hành này đi kèm với bộ Office, tuy nhiên, các chức năng không đầy đủ như phiên bản dành cho máy tính Người dùng cũng có thể duyệt web thông qua trình duyệt Internet Explorer được thiết kế riêng cho Windows Mobile Giao diện của hệ điều hành này khá tương đồng với Windows 2000 hoặc XP nhưng được tối giản hơn.
2.1.1.2 Các phiên bản và phần mềm
Windows Mobile phát triển từ năm 2003 đến 2010, nhưng đã sụp đổ sau đó Trong suốt quá trình phát triển, hệ điều hành này trải qua một số phiên bản, bắt đầu từ Windows Mobile 2003, tiếp theo là Windows Mobile 5, và cuối cùng là Windows Mobile 6.5 Các phiên bản này chủ yếu chỉ được nâng cấp về giao diện, trong khi tính năng vẫn giữ nguyên, ngoại trừ Windows Mobile 6.5, phiên bản này bổ sung thêm ứng dụng Marketplace cho phép người dùng tải ứng dụng về thiết bị.
Windows Mobile tích hợp nhiều phần mềm như Internet Explorer, Office và Windows Media, cho phép người dùng cài đặt thêm ứng dụng với định dạng file exe giống như trên máy tính cá nhân Tuy nhiên, hệ điều hành này không hỗ trợ chạy file exe từ máy tính Trên Marketplace của Windows Mobile 6.5, người dùng có thể tải ứng dụng trực tiếp, nhưng kho phần mềm của Windows Mobile vẫn còn khá hạn chế.
Hình 2.3: Office trên Windows Mobile 2.1.1.3 Đánh giá
Windows Mobile thực ra là hệ điều hành thất bại toàn diện của Microsoft.
Thất bại trong ngành công nghệ chủ yếu xuất phát từ việc thiếu sự quan tâm của các hãng sản xuất phần cứng Khi đó, người dùng gặp khó khăn trong việc lựa chọn do giá thành thiết bị đầu cuối quá cao và độ ổn định của màn hình cảm ứng không đảm bảo.
Windows Phone là hệ điều hành của Microsoft dành cho smartphone, kế thừa từ nền tảng Windows Mobile nhưng không tương thích với nhau Khác với Windows Mobile, Windows Phone chú trọng phát triển chợ ứng dụng Marketplace, cho phép các nhà phát triển cung cấp sản phẩm đến người dùng Hệ điều hành này được ra mắt vào tháng 10 năm 2010 và được bán tại Châu Á vào đầu năm 2011.
Phiên bản mới nhất của hệ điều hành di động là Windows Phone 8, trong khi Microsoft đang phát triển Windows Phone Apollo Plus và có thể là Windows Blue (hoặc Windows 9) để tương thích với hệ điều hành Windows trên máy tính Giao diện người dùng mới mang tên Modern (trước đây gọi là Metro) đã được Microsoft tích hợp, giúp kết nối dễ dàng với phần cứng và phần mềm của bên thứ ba Phần mềm trên Windows Phone cũng gần gũi với phần mềm trên máy tính, mang đến nhiều tính năng độc đáo và thú vị hơn so với Windows Mobile.
Windows Phone 7 được ra mắt vào ngày 15 tháng 2 năm 2010 ở Mobile World Congress tại Barcelona, Tây Ban Nha và chính thức bán ra vào ngày 8 tháng 11 năm 2010 tại Mỹ.
Vào tháng 5 năm 2011, Microsoft đã phát hành bản nâng cấp lớn Mango (Windows Phone 7.5) sau bản cập nhật No Do Bản nâng cấp này giới thiệu phiên bản di động rút gọn của Internet Explorer 9, tính năng đa nhiệm cho phần mềm của bên thứ ba, tích hợp Twitter vào People Hub, và cho phép người dùng đăng nhập vào SkyDrive.
Vào năm 2012, Microsoft đã phát hành bản nâng cấp nhỏ mang tên "Tango", trong đó sửa chữa các lỗi cũ và hạ thấp cấu hình tối thiểu cho Windows Phone xuống chip 800 MHz và RAM 256MB, nhằm hỗ trợ các thiết bị giá rẻ với cấu hình thấp.
Tháng 1 năm 2013, Microsoft tung ra bản Windows Phone 7.8 Nó bổ sung thêm những tính năng từ Windows Phone 8, chẳng hạn như màn hình chủ,tăng số lượng tông màu lên 20 và khả năng đặt màn hình khóa là hình ảnh trong ngày của Bing Windows Phone 7.8 nhằm kéo dài tuổi thọ của các thiết bịWindows Phone 7, vì chúng không thể nâng cấp lên Windows Phone 8 bởi giới hạn phần cứng Windows Phone 7.8 vẫn sẽ được Microsoft hỗ trợ trong thời gian tới song song với Windows Phone 8 Dự kiến Microsoft ngừng hỗ trợ bản7.8 kể từ ngày 9 tháng 9 năm 2014.
Hình 2.4: Windows Phone 7 2.1.2.2 Windows Phone 8
Ngày 20 tháng 6 năm 2012, Microsoft giới thiệu Windows Phone 8, một thế hệ hệ điều hành mới, và 4 tháng sau, 29 tháng 10 năm 2012, Microsoft bắt đầu bán phiên bản này Windows Phone 8 không sử dụng lõi kiến trúc Windows
Windows Phone 8 sử dụng lõi kiến trúc Windows NT, được thiết kế cho Windows 8, giúp tăng cường khả năng tương thích giữa điện thoại thông minh và máy tính Hệ điều hành này hỗ trợ CPU đa nhân, nhiều độ phân giải, và cho phép tùy biến màn hình chính Ngoài ra, Windows Phone 8 tích hợp Internet Explorer 10 và Nokia Maps thay thế cho Bing Maps Theo thông báo từ Microsoft, Windows Phone 8 sẽ được hỗ trợ cho đến ngày 8 tháng 7 năm 2014.
Hình 2.5: Những tính năng mới trên Windows Phone 8 2.1.2.3 Giao diện người dùng
Windows Phone có giao diện người dùng (UI) dựa theo giao diện riêng của Microsoft những năm gần đây với biệt danh "Metro" Khởi thủy của Metro
Giao diện người dùng (UI) đã được giới thiệu trên máy nghe nhạc Zune HD của Microsoft để cạnh tranh với iPod của Apple, với màn hình chính gọi là "Start Screen" được cấu tạo từ các "Live Tiles" Những Tiles này liên kết đến ứng dụng, tính năng và thông tin như danh bạ, bookmarks, và tập tin nhạc Người dùng có thể thêm, sắp xếp hoặc xóa Tiles mà không làm mất ứng dụng khỏi thiết bị Live Tiles hoạt động theo thời gian thực, cung cấp thông tin cập nhật như số email chưa đọc, dự báo thời tiết, và lịch hẹn Từ Windows Phone 7.8 và Windows Phone 8, người dùng có thể điều chỉnh kích thước của Tiles thành nhỏ, vừa hoặc lớn, mang lại sự tiện lợi hơn trong việc theo dõi thông báo mà không cần truy cập thanh thông báo như trên Android hay iOS.
Hình 2.6: Giao diện trên Windows Phone 2.1.2.4 Các HUB
Windows Phone nổi bật với tính năng Hub, cho phép người dùng kết nối nội dung trên thiết bị và trực tuyến Tính năng này tích hợp sâu với các mạng xã hội như Facebook, LinkedIn, Twitter và dịch vụ điện toán đám mây, mang đến trải nghiệm liền mạch cho người sử dụng Windows Phone có nhiều loại Hub khác nhau để phục vụ nhu cầu đa dạng của người dùng.
Android của Google
Hình 2.7: Logo Android được rất nhiều người yêu thích
Android là hệ điều hành mã nguồn mở dựa trên nền tảng Linux, được thiết kế cho thiết bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh và máy tính bảng Ban đầu, hệ điều hành này được phát triển bởi Tổng công ty Android với sự hỗ trợ tài chính từ Google, và sau đó Google đã mua lại vào năm 2005 Android chính thức ra mắt vào năm 2007 cùng với tuyên bố thành lập.
Liên minh thiết bị cầm tay mở là một hiệp hội bao gồm các công ty trong lĩnh vực phần cứng, phần mềm và viễn thông, nhằm thúc đẩy các tiêu chuẩn mở cho thiết bị di động Chiếc điện thoại đầu tiên sử dụng hệ điều hành Android, Google G1, đã được ra mắt vào tháng 10 năm 2008.
Android là hệ điều hành mã nguồn mở được Google phát hành theo Giấy phép Apache, cho phép các nhà phát triển tự do điều chỉnh và phân phối Sự linh hoạt này đã thu hút một cộng đồng lập trình viên đông đảo, chuyên phát triển ứng dụng bằng ngôn ngữ lập trình Java sửa đổi để mở rộng chức năng thiết bị Đến tháng 10 năm 2012, Android có khoảng 700.000 ứng dụng, với ước tính 25 tỷ lượt tải từ Google Play, cửa hàng ứng dụng chính thức của nền tảng này.
Giao diện người dùng của Android sử dụng nguyên tắc tác động trực tiếp với cảm ứng chạm, cho phép người dùng thực hiện các động tác như vuốt, chạm, kéo dãn và thu lại để tương tác với màn hình Phản ứng của hệ thống với các tác động này diễn ra ngay lập tức, mang lại trải nghiệm cảm ứng mượt mà, thường kết hợp với tính năng rung để cung cấp phản hồi cho người dùng Ngoài ra, một số ứng dụng còn tận dụng các cảm biến như cảm biến ánh sáng, cảm biến tiệm cận và cảm biến chuyển động để điều chỉnh các hành động khác, chẳng hạn như tự động chuyển đổi giữa chế độ hiển thị dọc và ngang dựa trên vị trí của thiết bị.
Hình 2.8: Giao diện gốc của Android phiên bản 4.4 Kitkat
Màn hình chính của thiết bị Android, giống như desktop trên máy tính cá nhân, là điểm khởi đầu hiển thị thông tin chính với nhiều biểu tượng (icon) và tiện ích (widget) Biểu tượng ứng dụng cho phép mở ứng dụng tương ứng, trong khi tiện ích cung cấp nội dung sống động và cập nhật tự động như dự báo thời tiết và tin tức Người dùng có thể vuốt để xem nhiều trang khác nhau và tùy chỉnh giao diện màn hình chính theo sở thích, bao gồm việc thay đổi hình dáng và hành vi của thiết bị Ngoài ra, các ứng dụng từ bên thứ ba trên Google Play và các kho ứng dụng khác cũng hỗ trợ người dùng trong việc cá nhân hóa trải nghiệm sử dụng.
Màn hình chính của thiết bị Android có thể được tùy chỉnh theo chủ đề và hình dáng giống như hệ điều hành khác, ví dụ như Windows Phone, để tạo sự khác biệt giữa các nhà sản xuất và nhà mạng Ở phía trên cùng, thanh trạng thái cung cấp thông tin về thiết bị và tình trạng kết nối, có thể được kéo xuống để truy cập nhanh vào màn hình thông báo Màn hình này hiển thị các thông tin quan trọng như email và tin nhắn SMS mới mà không gây gián đoạn cho người dùng Các phiên bản sau này đã cải tiến tính năng thông báo, cho phép người dùng thực hiện các hành động nhanh chóng như gọi lại ngay từ thông báo cuộc gọi nhỡ mà không cần mở ứng dụng gọi điện Thông báo sẽ giữ nguyên cho đến khi người dùng đọc hoặc xóa chúng.
2.2.2 Các phiên bản và ứng dụng
Google thường phát hành các bản cập nhật lớn cho Android mỗi 6 đến 9 tháng, và hầu hết các thiết bị có thể nhận được qua sóng không dây Tuy nhiên, so với các hệ điều hành như iOS, các bản cập nhật Android thường mất thời gian lâu hơn để đến tay người dùng Đối với những thiết bị không thuộc dòng Nexus, người dùng thường phải chờ vài tháng sau khi phiên bản chính thức được phát hành Nguyên nhân chủ yếu là do sự đa dạng về phần cứng của các thiết bị Android, yêu cầu thời gian điều chỉnh bản cập nhật cho phù hợp Hiện tại, phiên bản Android mới nhất được phát hành vào tháng 10 năm 2013 là 4.4.x KitKat, với tên gọi thường dựa trên các món ăn.
Bảng 2.1: Các phiên bản Android từ đầu đến bây giờ
Phiên bản Tên phiên bản Ngày phát hành
4.3 jelly bean 25 thàng 7 năm 2013 4.2.x jelly bean 13 tháng 11 năm 2012 4.1.x jelly bean 9 tháng 7 năm 2012 4.0.x Ice Cream Sandwich 16 tháng 12 năm 2011
Android ngày càng có nhiều ứng dụng bên thứ ba, được phân phối qua các cửa hàng như Google Play và Amazon Appstore, hoặc bằng cách tải xuống file APK từ các trang web khác Google Play cho phép người dùng dễ dàng duyệt, tải về và cập nhật ứng dụng, và được cài đặt sẵn trên các thiết bị tương thích Ứng dụng sẽ tự động lọc danh sách ứng dụng phù hợp với thiết bị của người dùng, trong khi nhà phát triển có thể giới hạn ứng dụng theo nhà mạng hoặc quốc gia vì lý do kinh doanh Người dùng có thể hoàn tiền trong 15 phút nếu không hài lòng với ứng dụng đã mua, và một số nhà mạng hỗ trợ mua ứng dụng qua Google Play, tính phí vào hóa đơn hàng tháng Tính đến tháng 9 năm 2012, đã có hơn 675.000 ứng dụng Android và khoảng 25 tỷ lượt tải về từ Google Play.
Các ứng dụng cho Android được phát triển bằng ngôn ngữ Java sử dụng
Bộ phát triển phần mềm Android (SDK) cung cấp đầy đủ công cụ cho việc phát triển ứng dụng, bao gồm công cụ gỡ lỗi, thư viện phần mềm, giả lập điện thoại QEMU, tài liệu hướng dẫn, mã nguồn mẫu và hướng dẫn chi tiết Môi trường phát triển tích hợp (IDE) chính thức được hỗ trợ là Eclipse với phần bổ sung Android Development Tools (ADT) Ngoài ra, còn có các công cụ phát triển khác như Bộ phát triển gốc cho ứng dụng viết bằng C hoặc C++, Google App Inventor dành cho lập trình viên mới bắt đầu, và nhiều nền tảng ứng dụng web di động đa nền tảng khác.
Android là hệ điều hành mã nguồn mở phổ biến nhất thế giới, vượt qua Symbian từ quý 4 năm 2010 Với tính năng nhẹ nhàng và khả năng tùy chỉnh, Android được nhiều công ty công nghệ lựa chọn cho các thiết bị cao cấp thay vì phát triển hệ điều hành mới Hệ điều hành này không chỉ chạy trên điện thoại và máy tính bảng mà còn xuất hiện trên TV, máy chơi game và nhiều thiết bị điện tử khác Sự mở của Android đã khuyến khích cộng đồng lập trình viên phát triển các dự án mã nguồn mở, mang lại tính năng cao cấp cho người dùng Tính đến quý 3 năm 2012, Android chiếm 75% thị phần điện thoại thông minh toàn cầu, với 500 triệu thiết bị được kích hoạt và 1,3 triệu lượt kích hoạt mỗi ngày.
Sự thành công của hệ điều hành đã biến nó thành mục tiêu của các vụ kiện bằng sáng chế, tham gia vào "cuộc chiến điện thoại thông minh" giữa các công ty công nghệ.
IOS của Apple
iOS là hệ điều hành dành cho các thiết bị di động của Apple, được công bố lần đầu tại Macworld Conference & Expo vào ngày 09 tháng 1 năm 2007 trên chiếc iPhone 2G và chính thức phát hành vào tháng 6 cùng năm Thời điểm đầu, Apple không đặt tên riêng cho hệ điều hành, chỉ đơn giản gọi là "iPhone chạy hệ điều hành X" Ban đầu, iOS không hỗ trợ ứng dụng của bên thứ ba; Steve Jobs đã khuyến khích các nhà phát triển tạo ra ứng dụng web tương tự như ứng dụng gốc trên iPhone Đến ngày 17 tháng 10 năm 2007, Apple thông báo về bộ công cụ phát triển phần mềm (SDK) và dự kiến phát hành cho các nhà phát triển vào tháng 2 năm 2008 Ngày 06 tháng 3 năm 2008, Apple đã phát hành bản dùng thử đầu tiên của iPhone SDK.
Từ phiên bản iPhone OS 4.x, với sự ra mắt của iPod Touch – thiết bị giải trí thông minh chạy hệ điều hành của Apple, tên gọi iPhone OS đã được rút ngắn thành iOS.
Hình 2.10: Màn hình chủ trên giao diện IOS qua các phiên bản
Giao diện người dùng của iOS được xây dựng trên nền tảng thao tác trực tiếp, sử dụng các cử chỉ trên màn hình cảm ứng đa điểm như vuốt, chạm, kéo dãn và thu lại Các yếu tố điều khiển bao gồm thanh trượt, công tắc và nút, tạo ra trải nghiệm tương tác mượt mà Màn hình chính, hay còn gọi là "SpringBoard", hiển thị các biểu tượng ứng dụng và một dock chứa tối đa 4 biểu tượng ứng dụng thường dùng trên iPhone Khi người dùng cài đặt ứng dụng mới, biểu tượng của ứng dụng sẽ tự động xuất hiện trên màn hình chính, trong khi đó, việc xóa ứng dụng đồng nghĩa với việc xóa biểu tượng khỏi màn hình Do iOS là hệ điều hành không mở, việc tùy biến giao diện rất hạn chế; người dùng chỉ có thể thay đổi hình nền và sắp xếp lại vị trí các biểu tượng.
2.3.2 Các phiên bản và phần mềm
Apple phát hành phiên bản lớn của iOS hàng năm, thường xuyên cập nhật các phiên bản nhỏ để sửa lỗi và bổ sung tính năng Đến nay, đã có 7 phiên bản lớn của iOS, được đặt tên theo thứ tự cụ thể.
Bảng 2.2: Các phiên bản IOS
Phiên bản Ngày ra mắt Những thay đổi
Giới thiệu chợ ứng dụng Appstore
Thêm tính năng sao chép, dán và tin nhắn đa phương tiện MMS
Thêm tính năng đa nhiệm và thay đổi được hình nền màn hình chủ
Có thể cập nhật thông qua mạng không dây, trung tâm thông báo thông minh kéo từ trên xuống, trợ lý siri, kho lưu trữ trực tuyến icloud
Có Map riêng của Apple, Facebook tích hợp sẵn, FaceTime gọi video qua mạng không day.
Thay đổi gần như hình ảnh giao diện, thêm rất nhiều tính năng mới, cài đặt nhanh kéo từ dưới lên, nâng cao tính năng bảo mật từ icloud…
Phần mềm ứng dụng trên iOS không mở như trên Android, vì các nhà phát triển phải phụ thuộc vào bộ công cụ phát triển phần mềm mà Apple cung cấp.
Năm 2008 đánh dấu sự ra đời của nhiều chính sách quan trọng từ Apple, dẫn đến sự bùng nổ ứng dụng cho hệ điều hành iOS Hiện nay, có rất nhiều nhà phát triển ứng dụng cho iOS, cung cấp cho người dùng một kho tàng ứng dụng phong phú Người dùng có thể dễ dàng tải ứng dụng trực tiếp từ App Store trên thiết bị của mình hoặc tải tệp IPA qua iTunes để cài đặt.
Khi được ra mắt, iOS đã làm thay đổi cách nhìn nhận của thế giới về điện thoại thông minh, với nhiều người cho rằng iPhone là smartphone thực thụ đầu tiên Mặc dù iOS có ít tùy biến về giao diện và khả năng kết nối với các thiết bị khác, nhưng tính ổn định cao của nó đã thu hút được nhiều người dùng Vì vậy, iOS xứng đáng đứng trong top 3 hệ điều hành di động phổ biến nhất hiện nay.
Những hệ điều hành khác
Ngoài Windows Phone, Android và iOS, còn nhiều hệ điều hành khác cho điện thoại thông minh, trong đó Symbian và Blackberry OS đã từng chiếm lĩnh thị trường trong nhiều năm.
Symbian được hỗ trợ chủ yếu bởi Nokia, hãng đã tích hợp hệ điều hành này vào hầu hết các điện thoại thông minh cao cấp của mình Từ năm 2003 đến 2007, Nokia và Symbian đã đạt được thành công lớn với doanh số cao, biến Symbian thành biểu tượng của dòng điện thoại cao cấp Những mẫu điện thoại nổi bật bao gồm Nokia 6600 và Nokia 7610 Bên cạnh Nokia, Sony Ericsson cũng giới thiệu các mẫu sử dụng Symbian như P900 và P910i, trong khi các hãng khác như Samsung và Motorola chỉ có một số model sử dụng Symbian nhưng không đạt được thành công tương tự.
Trong thời kỳ hoàng kim, Symbian được đánh giá cao nhờ tính thân thiện, dễ sử dụng và khả năng tùy biến, cùng với nhiều ứng dụng phong phú Tuy nhiên, sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của iOS và Android đã khiến Symbian dần mất đi lợi thế cạnh tranh, trở thành một hệ điều hành lạc hậu và kém chuyên nghiệp Điểm yếu lớn nhất của Symbian là sự không tương thích giữa các phiên bản, gây khó khăn cho các nhà phát triển phần mềm và dẫn đến việc nhiều ứng dụng không thể chạy trên các phiên bản mới hơn Điều này khiến người tiêu dùng e ngại khi lựa chọn thiết bị mới, vì lo ngại không tìm được ứng dụng yêu thích từ thiết bị cũ Sự thiếu tầm nhìn trong phát triển và khả năng tương thích kém đã góp phần vào sự suy tàn của Symbian trước các đối thủ cạnh tranh.
Hầu hết các thiết bị chạy hệ điều hành Symbian không thể nâng cấp lên phiên bản mới, dẫn đến tình trạng phân mảnh và thiếu thân thiện Mặc dù một số thiết bị Symbian cuối cùng đã khắc phục được nhược điểm này, nhưng vào thời điểm đó, Android và iOS đã trở nên quá phổ biến.
Nhiều chuyên gia cho rằng Nokia và Symbian đã bỏ lỡ cơ hội khi không xây dựng một hệ sinh thái vững chắc quanh Symbian trong thời kỳ đỉnh cao Sự ra đời của các thiết bị mới gặp khó khăn trong việc tìm kiếm ứng dụng do sự thay đổi trong nền tảng Symbian, khiến cho nhiều ứng dụng cũ không còn khả dụng Nếu tất cả các thiết bị Symbian đều tương thích, tình hình có thể đã khác Vào ngày 25/1/2013, Nokia chính thức khai tử nền tảng Symbian sau khi mua lại từ tháng 6/2008, với thiết bị cuối cùng chạy Symbian là Nokia 808 PureView Đến tháng 11/2013, Nokia đã bán lại mảng thiết bị và dịch vụ cho Microsoft.
BlackBerry OS là nền tảng phần mềm độc quyền do Research In Motion phát triển cho điện thoại thông minh BlackBerry, nổi bật với khả năng đa nhiệm và thiết kế tối ưu cho các phương pháp nhập liệu như trackball và màn hình cảm ứng Hệ điều hành này hỗ trợ MIDP 1.0 và WAP 1.2, cho phép đồng bộ hóa không dây thư điện tử và lịch với Microsoft Exchange Server và Lotus Domino Phiên bản OS 4 hiện tại nâng cấp hỗ trợ MIDP 2.0, cung cấp khả năng kích hoạt không dây hoàn toàn và đồng bộ hóa thư điện tử, lịch, công việc, ghi chú và danh bạ với Exchange, đồng thời tương thích với Novell GroupWise và Lotus Notes thông qua BlackBerry Enterprise Server.
Hình 2.12: Giao diện của blackberry OS 9
Các bản cập nhật cho BlackBerry OS có thể có nếu nhà mạng cung cấp
Các bên thứ ba có khả năng phát triển ứng dụng thông qua các API tư hữu của BlackBerry Tuy nhiên, mọi ứng dụng sử dụng chức năng giới hạn đều phải trải qua quy trình chứng thực trước khi được cài đặt Quy trình này xác nhận danh tính tác giả của ứng dụng, nhưng không đảm bảo tính an toàn và bảo mật cho sản phẩm.
Người dùng thường xuyên sử dụng các ứng dụng văn phòng và thư điện tử rất ưa chuộng hệ điều hành Blackberry OS Tuy nhiên, hệ điều hành này lại có những hạn chế trong lĩnh vực giải trí, đặc biệt là về trò chơi và phim ảnh Chính vì vậy, doanh số bán ra của các thiết bị chạy Blackberry OS khá khiêm tốn.
KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG
Bộ vi xử lý – CPU
Giống như máy tính, CPU là bộ não điều khiển mọi hoạt động của thiết bị Tuy nhiên, do kích thước nhỏ gọn và yêu cầu tiết kiệm điện năng trên điện thoại thông minh, các thành phần như bộ vi xử lý, RAM, chip xử lý đồ họa và ROM thường được tích hợp trong một chip duy nhất.
3.1.1 Hệ thống trên chip (System-on-chip)
Bộ vi xử lý trong điện thoại thông minh hiện nay thực chất là hệ thống trên chíp (SoC), bao gồm CPU, GPU, RAM, ROM, trình điều khiển USB và công nghệ không dây Ý tưởng của SoC là tích hợp tất cả các thành phần quan trọng vào một diện tích nhỏ, giúp giảm kích thước vật lý, tăng tốc độ hoạt động và hiệu quả tiêu thụ điện năng Điều này cũng góp phần giảm chi phí lắp ráp sản phẩm.
Trước khi đi vào chi tiết về SoC cụ thể, không thể không nhắc đến ARM, một tên tuổi nổi bật trong lĩnh vực công nghệ ARM bao gồm hai thành phần chính: kiến trúc vi xử lý và bộ vi xử lý, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và phát triển các giải pháp điện tử hiện đại.
ARM Holdings, được thành lập vào năm 1983 và có trụ sở tại Anh, là công ty tiên phong trong việc phát triển kiến trúc vi xử lý ARM, được ứng dụng rộng rãi trong các bộ vi xử lý của hãng.
Hình 3.1: Trụ sở của ARM Holdings ở Cambridge của Anh
Các công ty sản xuất SoC như Nvidia, Texas Instruments và Samsung sử dụng lõi xử lý do ARM phát triển để tích hợp vào chipset của họ, bao gồm GPU và bộ nhớ Điều này giải thích tại sao nhiều SoC khác nhau có thể sử dụng cùng một loại vi xử lý, ví dụ như OMAP3630 của TI và Exynos 3310 của Samsung đều trang bị vi xử lý lõi đơn ARM Cortex-A8 với tốc độ 1GHz Tuy nhiên, hai SoC này lại khác nhau ở thành phần đồ họa, với OMAP3630 sử dụng GPU PowerVR SGX530 và Exynos 3310 sử dụng GPU PowerVR SGX540.
Khi tìm hiểu về điện thoại thông minh mới, kiến trúc ARM không phải là vấn đề đáng lo ngại, vì hầu hết các bộ vi xử lý ARM hiện nay đều sử dụng kiến trúc ARMv7.
Hiện nay, hai loại vi xử lý ARM phổ biến là ARM Cortex-A8 và ARM Cortex-A9, cả hai đều dựa trên kiến trúc ARMv7 ARM Cortex-A8 là vi xử lý lõi đơn, trong khi Cortex-A9 hỗ trợ nhiều lõi, lên tới 4 lõi Bên cạnh số lượng lõi, Cortex-A9 còn có tốc độ xử lý nhanh hơn so với Cortex-A8, với chỉ số DMIPS lần lượt là 2.0 DMIPS/MHz cho A8 và 2.5 DMIPS/MHz cho A9.
Bộ vi xử lý ARM Cortex-A8 thường trong các SoC như TI OMAP3 và Samsung SP5C (Hummingbird/Exynos 3xxx) Cortex-A9 xuất hiện trong dòng
TI OMAP4, Samsung Exynos 4xxx, Apple A5, Tegra 2 và Tegra 3 của Nvidia.
Hiện nay, các SoC sử dụng Cortex-A15 MPCore đã cho thấy tốc độ xử lý nhanh hơn 40% so với Cortex-A9, đồng thời các vi xử lý ARM cũng đang áp dụng kiến trúc ARMv8.
3.1.3 Các vi xử lý Qualcomm và SoC Snapdragon
Qualcomm khác biệt so với các nhà sản xuất SoC khác bởi vì hãng không hoàn toàn sử dụng thiết kế vi xử lý của ARM Họ dựa trên ARM Cortex-A8 và phát triển các vi xử lý Scorpion và Krait của riêng mình, yêu cầu nhiều công nghiên cứu và phát triển hơn so với TI OMAP hay Samsung Exynos Nhờ vậy, vi xử lý của Qualcomm có tốc độ xử lý đa phương tiện tốt hơn và tiêu thụ điện hiệu quả hơn so với vi xử lý ARM Cortex-A8 tiêu chuẩn.
Vi xử lý Scorpion và Krait được tích hợp trong các SoC Snapdragon của Qualcomm, với các dòng sản phẩm được đánh số từ S1 đến S4, 600, 800, và 801 Số series càng lớn thể hiện tốc độ xử lý mạnh mẽ hơn, với những SoC mới nhất hiện nay Hiện tại, một số sản phẩm sử dụng Snapdragon 801 đã được ra mắt, bao gồm Galaxy S5 4G LTE và Sony Xperia Z2, với 4 nhân và tốc độ xử lý lên đến 2.3GHz.
Hình 3.2: Snapdragon được tích hợp CPU, GPU, GPS, RAM, kết nối mạng và chip quản lý năng lượng
Các SoC Snapdragon S1 và S2 là vi xử lý lõi đơn, đạt tốc độ tối đa 1.5GHz và sử dụng kiến trúc Scorpion S1 là vi xử lý độc quyền cho thế hệ Windows Phone đầu tiên và cũng được trang bị trên nhiều điện thoại Android như HTC Desire và Nexus One.
Snapdragon S2 được trang bị bộ vi xử lý đồ họa mạnh mẽ hơn S1 và được sản xuất trên quy trình 45nm, giúp tăng tốc độ xung nhịp CPU Vi xử lý Snapdragon S2 MSM8x55 được sử dụng trong nhiều điện thoại Android nổi bật như HTC Desire HD và Sony Xperia Play.
Dòng SoC Snapdragon S2 bao gồm nhiều phiên bản với tốc độ xử lý nhanh, nổi bật là MSM8x55 với xung nhịp từ 1.4GHz đến 1.5GHz SoC này được trang bị trên các điện thoại Windows Phone thế hệ hai, bao gồm các mẫu Lumia của Nokia, HTC Titan và Samsung Focus S, cũng như một số điện thoại Android như HTC Flyer và Samsung Galaxy W.
Snapdragon S3 đánh dấu sự chuyển mình từ lõi đơn sang lõi kép với sự cải thiện đáng kể về khả năng đồ họa Các SoC này được sản xuất trên quy trình 45nm và sử dụng bộ vi xử lý Scorpion dựa trên kiến trúc Cortex-A8, khác biệt so với các SoC lõi kép của các hãng khác sử dụng công nghệ Cortex-A9 hiện đại hơn Vi xử lý S3 MSM8x60 có tốc độ từ 1.2GHz đến 1.5GHz, được trang bị trong các sản phẩm nổi bật như HTC EVO 3D và Samsung Galaxy S2.
Mỗi dòng Snapdragon mới không chỉ khác biệt về chip xử lý và đồ họa, mà còn có những cải tiến đáng kể về độ phân giải camera, độ phân giải màn hình và khả năng xử lý đa phương tiện, nhờ vào quy trình sản xuất tiên tiến hơn.
- Snapdragon S1: Hỗ trợ màn hình độ phân giải 720p, mở và quay video độ phân giải 720p Hỗ trợ camera lên đến 12megapixel Hỗ trợ kết nối tớiHSPA.
- Snapdragon S2: Cải thiện hỗ trợ kết nối HSPA+ Phần cứng đồ họa tốt hơn
Bộ xử lý đồ họa – GPU
GPU đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý đồ họa 2D/3D trên điện thoại thông minh, tương tự như trên PC Khác với PC, nơi GPU và CPU được tích hợp riêng biệt, trên điện thoại thông minh, hai chip này thường được đặt cạnh nhau trong một SoC (System on Chip).
Hình 3.14: GPU là phần "xử lý đồ họa 2D/3D" trong SoC Tegra 2
Công dụng của GPU phụ thuộc vào kiến trúc của SoC và hệ điều hành của thiết bị Trước đây, GPU chủ yếu được sử dụng để xử lý video độ nét cao do thiếu chip xử lý hình ảnh riêng Trong các hệ điều hành hiện đại, GPU đảm nhiệm việc xử lý game và ứng dụng 3D, trong khi CPU không được thiết kế cho những tác vụ này Mặc dù CPU hỗ trợ tính toán, chip đồ họa vẫn là người thực thi chính Ngoài ra, nhiều chip đồ họa cũng hỗ trợ xử lý hình ảnh 2D, như phóng to thu nhỏ và đồ họa máy tính, nhưng CPU cũng có thể đảm nhận những tác vụ này tùy thuộc vào hệ điều hành.
Windows Phone thường có nhiều yếu tố đồ họa nặng, nhưng các SoC trong điện thoại này lại có cấu hình yếu Do đó, việc xử lý mượt mà giao diện không thể chỉ dựa vào CPU GPU đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý đồ họa, giúp mang lại trải nghiệm mượt mà cho người dùng.
Trong giai đoạn đầu, các thiết bị Android thấp cấp không được trang bị GPU mạnh, dẫn đến việc không thể xử lý hình ảnh 2D hiệu quả Google đã lựa chọn như vậy để đảm bảo tính tương thích cao với nhiều loại thiết bị, nhưng điều này đã ảnh hưởng đến khả năng xử lý đồ họa của các điện thoại Android Tuy nhiên, sự thay đổi đã diễn ra với phiên bản Android 4.0, khi mà các SoC hiện nay đều tích hợp GPU mạnh mẽ, cho phép các thiết bị chạy phiên bản Android mới nhất xử lý các yếu tố giao diện bằng GPU.
Hệ điều hành iOS trên iPhone hoạt động mượt mà nhờ vào việc xử lý giao diện chủ yếu bằng GPU So với Android, Apple có lợi thế khi chỉ cần làm việc với một số ít lựa chọn phần cứng, giúp họ tích hợp iOS với phần cứng một cách chặt chẽ hơn, từ đó giảm thiểu các vấn đề liên quan đến việc cần nâng cấp GPU để đạt hiệu suất tối ưu.
Bộ vi xử lý đồ họa Adreno là chip đồ họa độc quyền của Qualcomm, trước đây được gọi là Imageon và sản xuất bởi ATI, một đơn vị con của AMD Sau khi Qualcomm mua lại, tên gọi được đổi thành Adreno Các dòng GPU Adreno 1xx cũ được sử dụng trong các SoC Qualcomm 7xxx, trong khi dòng Adreno 2xx mới hơn được tích hợp trong các SoC Snapdragon.
Trong dòng SoC Snapdragon, hiện có ba dòng GPU Adreno: Adreno 200, Adreno 205 và Adreno 220, tương ứng với Snapdragon S1, S2 và S3 Số hiệu càng lớn cho thấy GPU càng mạnh, với Qualcomm khẳng định rằng mỗi thế hệ GPU mới có tốc độ nhanh gấp đôi thế hệ trước Điều này có nghĩa là Adreno 220 nhanh hơn gấp bốn lần so với Adreno 200.
Hình 3.15: Hiệu năng xử lý của các dòng Adreno
Các GPU Adreno trong Snapdragon S3 hỗ trợ OpenGL ES 2.0, 1.1 và Direct3D 9.3, trong khi các GPU Adreno trước đó như Adreno 205 hỗ trợ SVG và Adobe Flash Những API này rất quan trọng để đảm bảo các game di động hiện đại hoạt động hiệu quả trên điện thoại thông minh tích hợp GPU Adreno Tuy nhiên, hiện nay, số lượng game sử dụng nền tảng OpenGL mới vẫn còn rất hạn chế.
Trong tương lai, Qualcomm sẽ giới thiệu GPU Adreno 225 đầu tiên trong SoC Snapdragon S4, nền tảng sử dụng bộ vi xử lý Krait mới Công ty khẳng định rằng GPU Adreno 225 sẽ có tốc độ nhanh hơn so với phiên bản Adreno trước đó.
Bộ vi xử lý đồ họa PowerVR SGX543MP2, được tích hợp trong Apple A5, có khả năng thực hiện 19,2 tỷ phép tính mỗi giây (GFLOPS) ở tốc độ xung nhịp 300 MHz, đạt khoảng 50% hiệu suất so với các bộ vi xử lý khác.
3.2.2 GPU PowerVR của Imagination Technologies
Imagination Technologies là hãng chip đồ họa lớn thứ hai, nổi tiếng với việc sản xuất GPU PowerVR cho thiết bị di động Hiện nay, nhiều thiết bị sử dụng các dòng GPU PowerVR SGX 5 hoặc 5XT.
GPU PowerVR được cung cấp cho các nhà sản xuất SoC, do đó xuất hiện trong nhiều thiết bị khác nhau Chúng được sử dụng trong các SoC OMAP của Texas Instruments, cũng như trong một số SoC Exynos của Samsung và các vi xử lý Apple A4 hoặc A5 Ngoài ra, GPU PowerVR còn được tích hợp vào các vi xử lý x86 của Intel, phục vụ cho các laptop cấp thấp.
Dòng PowerVR SGX 5 chứa nhiều loại GPU nhưng chỉ có một vài loại được sử dụng phổ biến PowerVR SGX530 được dùng trong OMAP 3 của TI và
Nokia N9 được trang bị vi xử lý PowerVR SGX530 với tốc độ xung nhịp 200 MHz, cho khả năng xử lý đạt 1,6 GFLOPS So với PowerVR SGX535, được sử dụng trong iPhone 3GS và iPhone 4, SGX530 có kích thước lớn hơn nhưng tốc độ xử lý tương đương Trong khi SGX535 hỗ trợ DirectX 9.0c, SGX530 lại không có tính năng này.
Hình 3.16: Hình ảnh kiến trúc dòng PowerVR SGX 5XT
GPU nổi tiếng nhất trong dòng 5 là PowerVR SGX540, được sử dụng trong SoC Exynos Hummingbird của Samsung, tích hợp trong điện thoại Galaxy S và các dòng OMAP 4 của TI PowerVR SGX540 hỗ trợ DirectX10 và có khả năng thực hiện 3,6 GFLOPS ở xung nhịp 200 MHz, gấp đôi so với PowerVR SGX530 Khác với PowerVR SGX530, PowerVR SGX540 có khả năng ép xung lên 400 MHz, cho phép GPU này lý thuyết đạt tới 7,2 GFLOPS.
Một số người có thể thắc mắc về sự xuất hiện của SGX540 trong SoC Hummingbird cũ (được sử dụng trong Galaxy S) và các SoC hai lõi OMAP 4460 trong Galaxy Nexus Nguyên nhân chính là do tốc độ xung nhịp của hai SoC này khác nhau: Hummingbird trong Galaxy S có tốc độ 200 MHz, cho khả năng thực hiện 3,2 GFLOPS, trong khi OMAP 4430 trong Droid Razr có tốc độ 304 MHz (4,8 GFLOPS) và OMAP 4460 đạt tốc độ 384 MHz (6,1 GFLOPS).
RAM và bộ lưu trữ
Trên điện thoại thông minh, RAM cũng có vai trò quan trọng như trên máy tính, là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên giúp lưu trữ mã chương trình và dữ liệu trong suốt quá trình thực thi.
3.3.1 Tìm hiểu về bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM)
RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là linh kiện thiết yếu trong điện thoại thông minh, bên cạnh vi xử lý và bộ xử lý đồ họa Thiếu RAM, điện thoại không thể thực hiện các tác vụ cơ bản, dẫn đến việc truy cập dữ liệu trở nên chậm chạp.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) là thiết bị trung gian quan trọng giữa các tập tin hệ thống lưu trữ trên ROM và vi xử lý, với chức năng cung cấp thông tin cần thiết một cách nhanh chóng Vi xử lý lưu trữ các thông tin, bao gồm tập tin hệ điều hành, dữ liệu ứng dụng, đồ họa game, hoặc bất kỳ nội dung nào cần truy xuất nhanh, trên RAM để sẵn sàng cho việc truy cập.
RAM trong điện thoại thông minh sử dụng công nghệ DRAM (Dynamic Random Access Memory), trong đó mỗi tụ điện trên mạch RAM lưu trữ 1 bit dữ liệu Do tính chất rò điện, DRAM cần được "làm tươi" liên tục, cho phép nội dung trong mô-đun RAM được thay đổi nhanh chóng để lưu trữ thông tin mới So với RAM tĩnh (Static RAM), RAM động có ưu điểm là khả năng thay đổi dung lượng tùy thuộc vào tác vụ hệ thống, giúp tối ưu hóa hiệu suất Ví dụ, nếu hệ điều hành yêu cầu 2GB, bộ nhớ RAM không nhất thiết phải có dung lượng tương đương.
RAM khác với ROM ở chỗ nội dung lưu trữ trong RAM sẽ bị mất khi không còn điện, vì vậy nó được gọi là bộ lưu trữ khả biến Tính chất này giúp RAM có thời gian truy cập rất thấp Khi khởi động lại máy, dữ liệu trong RAM bị xóa và máy phải lấy dữ liệu từ ROM, quá trình này chậm hơn, dẫn đến thời gian khởi động phụ thuộc vào tốc độ đọc của ROM.
RAM trên điện thoại thông minh thường được đặt ngay trên SoC, tạo thành cấu hình khối-trên-khối Điều này giúp SoC truy cập trực tiếp vào RAM, giảm thiểu khoảng cách giữa hai khối, từ đó giảm nhiệt độ và tiết kiệm năng lượng Nếu không đủ không gian để đặt RAM trên SoC, nó sẽ được bố trí ở các chip xung quanh.
3.3.2 Dung lượng và tốc độ là yếu tố quan trọng nhất Điều đầu tiên cần quan tâm khi nói đến RAM của điện thoại thông minh là dung lượng Dễ thấy dung lượng RAM lớn thì sẽ tốt hơn vì dung lượng lớn đồng nghĩa RAM có thể lưu trữ nhiều thông tin hơn Nói chung, không nên lo ngại dùng RAM lớn sẽ tiêu thụ điện nhiều hơn bởi vì RAM chỉ chiếm một phần nhỏ trong tiêu thụ điện của điện thoại thông minh nếu như so với vi xử lý và màn hình.
Một hệ điều hành tốt không yêu cầu dung lượng RAM quá lớn, vì các ứng dụng trên điện thoại thông minh thường chỉ chiếm khoảng 50MB Điều này cho phép điện thoại chạy nhiều ứng dụng đồng thời Hệ điều hành cũng có khả năng tắt những ứng dụng không cần thiết để tiết kiệm RAM cho các ứng dụng khác Quản lý RAM hiệu quả là lý do giúp Windows Phone hoạt động mượt mà ngay cả trên các thiết bị chỉ có 512MB RAM.
Mặc dù dung lượng RAM lớn không phải lúc nào cũng cần thiết, nhưng nó vẫn đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong các trò chơi 3D Những trò chơi này yêu cầu nhiều RAM để lưu trữ đồ họa, hình khối 3D và âm thanh Trong khi RAM 512 MB có thể đủ cho các ứng dụng cơ bản và hệ điều hành, nó có thể không đáp ứng được yêu cầu của các trò chơi có cấu hình cao.
Khi chơi game trên điện thoại Android với RAM 1GB, thường chỉ có khoảng 300 MB RAM được sử dụng cho trò chơi Tuy nhiên, nếu tính cả các tác vụ ngầm của hệ điều hành như tin nhắn, cuộc gọi và ứng dụng trên màn hình chính, hơn một nửa dung lượng RAM đã bị chiếm dụng Do đó, nếu hệ thống chỉ có 1GB RAM, việc quản lý tài nguyên trở nên rất quan trọng để đảm bảo trải nghiệm mượt mà.
512 MB RAM thì việc chạy trò chơi sẽ khá khó khăn.
Tốc độ RAM là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu năng của điện thoại thông minh, bên cạnh dung lượng RAM Mặc dù dung lượng lớn mang lại lợi ích, nhưng tốc độ truy cập dữ liệu trong RAM cũng cần được chú trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho thiết bị.
Khi đánh giá bộ nhớ máy tính, ba yếu tố quan trọng cần xem xét là tốc độ xung nhịp, loại RAM và số kênh RAM Mặc dù việc giải thích ảnh hưởng của những yếu tố này đến hiệu năng có thể phức tạp, nhưng một điều rõ ràng là RAM có tốc độ xung nhịp cao và nhiều kênh nhớ sẽ mang lại hiệu suất tốt hơn cho hệ thống.
Tốc độ xung nhịp của RAM ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng đọc và ghi dữ liệu Xung nhịp cao hơn cho phép RAM xử lý nhiều dữ liệu hơn trong cùng một khoảng thời gian Để tiết kiệm năng lượng, RAM trên điện thoại thông minh thường có tốc độ từ 300-500MHz, nhưng mức tốc độ này vẫn đủ để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng hiện tại.
Loại RAM ảnh hưởng đến hiệu năng, bao gồm hiệu suất ghi thông tin trong mỗi nhịp xử lý và công suất tiêu thụ trên MHz Trên điện thoại thông minh, loại RAM được sử dụng là DDR SDRAM, tương tự như trên máy tính, cho phép tốc độ truyền tải dữ liệu gấp đôi.
Hình 3.19: RAM LPDDR2, dung lượng 512 MB, tích hợp ngay trong SoC A5 trên chiếc IPhone 4S
Hiện nay, hầu hết các máy tính sử dụng DDR SDRAM thế hệ 3 (DDR3), trong khi điện thoại thông minh chủ yếu trang bị LPDDR2, với LP là viết tắt của Low-power (tiêu thụ điện năng thấp) LPDDR2 có cấu trúc tương tự như DDR2, nhưng tiêu thụ điện năng thấp hơn, dẫn đến hiệu năng cũng thấp hơn SoC đầu tiên sử dụng DDR3 là Qualcomm Snapdragon 801, được giới thiệu vào đầu năm 2014.
Màn hình
Màn hình là phần cứng quan trọng của điện thoại thông minh, đóng vai trò là cầu nối giao tiếp giữa người dùng và thiết bị Với sự phát triển của công nghệ cảm ứng, màn hình không chỉ cho phép người dùng điều khiển thiết bị mà còn hiển thị nội dung một cách sinh động Hiện nay, các hãng điện thoại cung cấp nhiều loại màn hình chất lượng cao với độ phân giải tốt, trong đó hai loại màn hình chính là LCD và LED.
Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) là một loại màn hình sử dụng tinh thể lỏng, bao gồm bốn lớp chính: lớp bảo vệ bên ngoài, lớp phân cực, lớp tinh thể lỏng và đèn nền Lớp bảo vệ bên ngoài được làm từ nhựa hoặc kính, có chức năng bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi hư hỏng.
Lớp phân cực giúp lớp tinh thể lỏng truyền ánh sáng chính xác tới mắt người xem.
Hình 3.23: Sơ đồ đơn giản của một tấm nền LCD TFT
Lớp tinh thể lỏng là phần quan trọng nhất trong màn hình, điều khiển màu sắc và hình ảnh hiển thị Khi dòng điện đi qua, các tế bào tinh thể lỏng kết hợp với bộ lọc màu đỏ, xanh da trời và xanh lá, tương ứng với từng điểm ảnh Các tinh thể được "xoắn" để ánh sáng từ đèn nền đi qua với cường độ khác nhau, từ đó lọc ra nhiều màu sắc Sự kết hợp của nhiều tinh thể cạnh nhau tạo ra hàng triệu màu sắc phong phú.
Lớp đèn nền thường sử dụng đèn LED, với đèn nền LED màu trắng là loại phổ biến nhất Những đèn nền này rất mỏng và được đặt ngay sau lớp tinh thể lỏng, giúp cung cấp ánh sáng cho các tinh thể lọc màu Mặc dù đèn nền LED RGB, gồm các màu đỏ, xanh da trời và xanh lá, có khả năng tái tạo màu sắc tốt hơn, nhưng giá thành của chúng cao hơn và ít được sử dụng trong điện thoại thông minh.
Màn hình LCD trên điện thoại thông minh chủ yếu sử dụng công nghệ ma trận động (active matrix) và TFT (transistor màng mỏng) Công nghệ TFT mang lại khả năng tái tạo màu sắc chân thực hơn, độ tương phản cao và tốc độ hiển thị nhanh Ngoài ra, công nghệ TFT còn có hai loại khác nhau.
Các nhà sản xuất thường không sử dụng cụm từ "Twisted Nematic" mà chỉ mô tả tinh thể được "xoắn" trong màn hình để tái tạo màu sắc Công nghệ này thường được áp dụng cho các điện thoại thông minh giá rẻ do quy trình sản xuất đơn giản và hiệu quả.
So với màn hình In-Plane Switching (IPS), màn hình TN có góc nhìn hẹp hơn và chất lượng màu sắc cùng độ tương phản kém hơn, vì vậy chúng thường không được sử dụng cho các điện thoại thông minh cao cấp Tuy nhiên, màn hình TN vẫn được ưa chuộng trong các thiết bị như máy tính và TV.
TN Hình ảnh hiển thị của tấm màn hình TN không hề xấu nhưng nó vẫn xếp sau những công nghệ khác.
Màn hình TN cao cấp nhất hiện nay là Super LCD (S-LCD), được sản xuất bởi Sony và Samsung, nổi bật với độ tương phản và màu sắc trung thực vượt trội so với tấm nền TN thông thường Thế hệ Super LCD 2 đã ra mắt, mang đến những cải tiến đáng kể trong chất lượng hình ảnh.
3.4.1.2 In-Plane Switching (IPS) LCD
Màn hình IPS LCD, với cấu trúc tinh thể được tổ chức tốt hơn, mang lại chất lượng hình ảnh vượt trội và thường được sử dụng trong các điện thoại thông minh cao cấp So với màn hình TN, IPS LCD có ưu điểm nổi bật về góc nhìn rộng và màu sắc trung thực, giúp giảm hiện tượng chuyển màu khi thay đổi góc nhìn Ngoài ra, màn hình IPS còn có tỉ lệ tương phản cao hơn và trong một số trường hợp, có thể so sánh với công nghệ AMOLED.
Hình 3.24: HTC One X với màn hình Super LCD 2 IPS với chất lượng cao
Hầu hết các màn hình IPS trên điện thoại thông minh hiện nay đều thuộc loại Super IPS (S-IPS) hoặc Advanced Super IPS (AS-IPS) Một số nhà sản xuất có thể gọi màn hình của họ là IPS LCD hoặc TFT IPS LCD, nhưng thực tế, nhiều trường hợp chỉ là cách gọi khác nhau cho cùng một công nghệ.
Retina là thuật ngữ chỉ các màn hình IPS do LG sản xuất cho Apple, nổi bật với mật độ điểm ảnh cao Công nghệ này được áp dụng trong nhiều sản phẩm như iPhone, iPad và MacBook, mang đến trải nghiệm hình ảnh sắc nét và sống động.
NOVA là thuật ngữ mà LG sử dụng để tiếp thị cho các màn hình IPS LCD của hãng, với khả năng đạt độ sáng lên tới 700 nits, vượt trội hơn so với nhiều màn hình khác trên thị trường.
Super LCD 2 là thế hệ màn hình S-LCD thứ hai do Sony sản xuất, sử dụng công nghệ IPS thay vì TN Màn hình này mang lại màu sắc trung thực, độ tương phản cao, độ sáng tốt và góc nhìn rộng nhờ vào việc giảm kích thước và khoảng cách giữa các lớp thành phần Nhiều tổ chức đánh giá Super LCD 2 là một trong những màn hình điện thoại thông minh tốt nhất hiện nay.
3.4.1.3 Các ưu nhược điểm của màn hình LCD
Màn hình LCD là một trong hai loại màn hình chính, và việc hiểu rõ những ưu điểm và hạn chế của loại màn hình này sẽ giúp bạn lựa chọn điện thoại thông minh phù hợp hơn.
- Màn hình IPS LCD có khả năng tái tạo màu sắc chính xác.
- Ít bị hiện tượng biến đổi màu
- Có thể đạt độ sáng cao giúp dễ nhìn khi xem ngoài trời
- Do cần có đèn nền nên màn LCD khó đạt được tỉ lệ tương phản cao và màu đen tuyệt đối
- Màn hình TN LCD có góc nhìn kém
- Trong một số trường hợp, màn hình LCD tiêu tốn nhiều điện năng và kích cỡ dày.
Màn hình AMOLED, viết tắt của Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode, hoạt động đơn giản hơn so với LCD nhờ vào việc phát màu trực tiếp từ các đèn đi-ốt hữu cơ mà không cần lớp phân cực, tinh thể hay đèn nền Cơ chế này mang lại cho AMOLED nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ LCD.
Các phần cứng khác
Bộ vi xử lý, bộ xử lý đồ họa, RAM, bộ lưu trữ và màn hình là những phần cứng cơ bản của một chiếc điện thoại thông minh Tuy nhiên, để tạo nên một chiếc điện thoại hoàn chỉnh, còn cần nhiều linh kiện khác như bo mạch chủ, các thiết bị chức năng, vỏ máy và pin.
Bo mạch chủ của điện thoại thông minh là mạch điện chính, đóng vai trò trung gian giao tiếp giữa các thiết bị Khác với máy tính, bo mạch chủ của điện thoại được thiết kế nhỏ gọn để phù hợp với kích thước di động Các thành phần như SoC, RAM và bộ lưu trữ được gắn trực tiếp vào bo mạch, khiến việc tháo rời trở nên khó khăn và cần thiết bị chuyên dụng.
Hình 3.27: Bo mạch chủ của Samsung Galaxy Note3
Bo mạch chủ được sản xuất từ các nhà máy chuyên chế tạo thiết bị, và mỗi loại thiết bị đều có bo mạch chủ riêng biệt Trên bo mạch chủ có nhiều linh kiện quan trọng như IC xử lý năng lượng, tụ điện, điện trở và diot, do đó, khi bo mạch chủ gặp sự cố, việc sửa chữa trở nên rất khó khăn.
3.5.2 Các thiết bị chức năng Điện thoại thông minh có rất nhiều chức năng để con người khai thác. Mỗi một chức năng đều có một IC xử lý và các thiết bị tạo nên.
Chức năng nghe gọi và nhắn tin là yếu tố quan trọng nhất của điện thoại, không thể thiếu để được gọi là điện thoại Để thực hiện chức năng này, điện thoại thông minh cần một tổ hợp phần cứng bao gồm thiết bị đọc và phân tích thẻ SIM, giúp nhận diện số điện thoại và gửi thông tin đến bộ xử lý Hệ thống anten, đặc biệt là IC công suất sóng, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối, nhận và phát tín hiệu Tất cả các linh kiện này được gắn trên bo mạch chủ, trong khi anten được gắn trên vỏ máy và kết nối thông qua dây dẫn Hơn nữa, để đảm bảo chất lượng cuộc gọi, điện thoại còn cần hệ thống loa và micro, trong đó micro hiện đại được trang bị công nghệ chống ồn để nâng cao trải nghiệm nghe gọi.
Điện thoại thông minh được trang bị hệ thống xử lý và cổng kết nối để kết nối với máy tính và các thiết bị ngoại vi Hệ thống xử lý kết nối USB có thể được điều khiển bởi bộ vi xử lý hoặc một IC riêng biệt Hiện nay, cổng kết nối phổ biến trên điện thoại thông minh là microUSB, được sử dụng chung bởi hầu hết các hãng (ngoại trừ Apple) và cũng phục vụ cho việc sạc pin.
Điện thoại thông minh không chỉ phục vụ cho việc nghe gọi mà còn cho phép người dùng lướt web và kiểm tra email thông qua kết nối internet Để kết nối internet, điện thoại sử dụng dữ liệu di động 3G, 4G và Wi-Fi Để hỗ trợ các kết nối này, thiết bị cần nhiều phần cứng, bao gồm IC xử lý kết nối 3G và 4G, thường được hỗ trợ bởi bộ vi xử lý Nếu bộ vi xử lý không hỗ trợ 4G, thiết bị sẽ không thể kết nối mạng 4G Đối với Wi-Fi, thiết bị sẽ có hệ thống IC xử lý và anten riêng, đồng thời tích hợp thêm các kết nối Bluetooth, NFC và GPS.
Trên điện thoại thông minh, các IC xử lý kết nối 3G, 4G, wifi, Bluetooth, NFC và GPS được tích hợp trong một hệ thống gọi là baseband, tương tự như SoC Mỗi baseband được nạp phần mềm điều khiển riêng biệt theo từng hãng phát hành, dẫn đến việc người dùng chỉ có thể sử dụng mạng của nhà mạng phân phối điện thoại.
Điện thoại thông minh hiện nay không chỉ là một công cụ liên lạc mà còn là thiết bị giải trí đa phương tiện vượt trội Với camera chất lượng cao lên đến 41 Megapixel, nó có khả năng thay thế máy ảnh du lịch, nhờ vào các công nghệ cảm biến và ống kính hiện đại Hệ thống loa ngoài cũng được thiết kế tinh vi với bộ khuếch đại và bộ xử lý công suất riêng, đảm bảo âm thanh sống động cho việc xem phim và nghe nhạc Bộ xử lý công suất, tích hợp trên bo mạch chủ và gọi là IC audio, quản lý toàn bộ hệ thống âm thanh, bao gồm cả cuộc gọi, mang đến trải nghiệm âm thanh độc quyền cho từng nhà sản xuất.
Điện thoại thông minh được trang bị nhiều phần cứng hỗ trợ như cảm biến ánh sáng, cảm biến tiệm cận và cảm biến xoay Những cảm biến này giúp thiết bị nhận diện môi trường xung quanh và điều chỉnh hoạt động cho phù hợp.
Cảm biến ánh sáng trên thiết bị giúp điều chỉnh độ sáng màn hình tự động, tối ưu hóa trải nghiệm người dùng trong các điều kiện ánh sáng khác nhau Khi người dùng xoay thiết bị, cảm biến xoay sẽ tự động điều chỉnh màn hình theo chiều nhìn của họ Ngoài ra, các mẫu điện thoại thông minh mới nhất của Samsung và Apple còn tích hợp cảm biến vân tay, nâng cao tính bảo mật Bên cạnh đó, cảm biến tiếp xúc cũng hỗ trợ đo nhịp tim và bước chạy, mang lại nhiều tiện ích cho người dùng.
- Vỏ của điện thoại thông minh là phần cứng được nhà phát hành thiết kế.
Thiết kế và màu sắc của thiết bị được quyết định bởi vỏ ngoài, có thể được làm từ nhiều chất liệu như nhựa, kim loại hoặc kính tùy thuộc vào ý tưởng của nhà phát hành Nhiều smartphone hiện nay được trang bị thiết kế chống nước, cho phép người dùng chụp ảnh dưới nước mà không lo hư hại.
Pin là phần cứng cung cấp năng lượng cho thiết bị, có khả năng sạc nhiều lần với dung lượng, kích thước, kiểu dáng và tính năng do nhà sản xuất quyết định Điện thoại thông minh tiêu tốn nhiều năng lượng, nên thời lượng pin tối ưu chỉ đáp ứng được 5 đến 6 giờ sử dụng liên tục Hiện nay, công nghệ hiện đại đã cho ra đời loại pin không dây cho điện thoại thông minh.
