移动通信终端技术体系的分析介绍

移动通信终端和计算机一样，也分为硬件和软件两部分，其中硬件是基础，软件基于硬件之上为消费者提供使用特定功能的操作界面。下面以手机为例来介绍移动通信终端的硬件和软件架构。

手机屏幕－1 分钟小知识

1.手机的硬件架构

（1）屏幕

手机屏幕也称显示屏，用于显示图像及色彩，其参数主要有尺寸、分辨率、材质、色彩指数等。

①屏幕尺寸。依屏幕对角线计算，通常以英寸（inch）作单位，指屏幕对角的长度。现在主流智能手机屏幕基本为5.5 英寸（14 cm）左右，其比例也由正方形过渡到4∶3、16∶9 的矩形。

②屏幕分辨率。也称为解析度，是指屏幕图像的精密度，也即显示器所能显示的像素的多少。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的。显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样地，屏幕区域内能显示的信息也越多。

③屏幕材质。随着手机彩屏的逐渐普遍，手机屏幕的材质也越来越显得重要。目前智能手机主流的屏幕可分为两大类：一种是液晶显示器（liquid crystal display，LCD）；另一种是有机发光二极管（organic light－emitting diode，OLED）。LCD 和OLED 的对比见表3－1。

表3－1　LCD 与OLED 的对比

④屏幕色彩指数。屏幕色彩指数实质上为色阶的概念。色阶是表示手机显示屏亮度强弱的指数标准。当彩屏代替了单色屏，屏幕能否真实再现客观世界就显得越来越重要了，在经历了256 色、4096 色、65536 色、26 万色以后，目前主流的屏幕支持1600 万色。其实65536 色已基本可满足人类肉眼的识别需求，但是消费者还是希望自己的手机色彩指数越高越好。

（2）中央处理器

中央处理器（central processing unit，CPU）是手机的运算核心和控制核心，通过运行存储器内的软件、调用存储器内的数据库来完成手机运行控制。CPU 的性能决定了整部手机的性能。随着集成电路生产技术及工艺水平的不断提高，手机CPU 的性能也越来越强大。

手机CPU 的参数主要有CPU 型号、CPU 主频、CPU 核心数等。

①CPU 型号。目前生产手机CPU 的厂商主要有高通、德州仪器、三星、华为等。一般手机生产厂商会根据选定的CPU 进行一系列相关设计形成产品线，并且随着CPU 型号的升级而升级，以适应新的变化。

②CPU 主频。即CPU 内核工作的时钟频率，是表示在CPU 内数字脉冲信号振荡的速度，与CPU 实际的运算能力并没有直接关系。虽然主频并不直接代表运算速度，但提高主频对于提高CPU 运算速度却是至关重要的。提高CPU 工作主频主要受到生产工艺的限制。CPU 是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要用导线进行连接，而在高频状态下要求导线越细、越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU 运算正确。

③CPU 核心数。多核手机是指配备双核、四核、六核CPU 的手机，最大的优势是运算速度更快，但相应的功耗也大。此外多核手机性能的充分发挥，需要软件针对多核进行必要的设计优化推出新的定制版本。

★通信小知识

【多核手机】

2012年下半年开始，各家手机厂商推出的主打旗舰机型多以四核处理器为卖点，多核手机似已成为主流。所谓多核手机，指的是配备双核、四核CPU 的手机，最大的优势是运算速度更快。

（3）存储器

手机系统内存分为运行内存RAM（random access memory）和非运行内存ROM（read only memory）。

运行内存RAM，通常是作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质，也称作系统内存。运行内存RAM 类似于计算机中的内存条，内存条容量越大，计算机就有越多的内存来存储同时运行的任务，这样系统响应的速度也就越快。

非运行内存ROM 则是机身存储空间，主要包含自身系统占据的空间和用户可用的空间两部分。ROM 相当于计算机上的硬盘，用来存储和保存数据。即使是断电，ROM 也能够保留数据。手机中的系统文件、图片、音乐、视频等通常是存储在ROM 中。

（4）电池

手机电池是为手机提供电力的储能工具，由电芯、保护电路和外壳组成。手机一般用的是锂离子电池和镍氢电池。

手机电池的参数主要有电池容量、待机时间、充电时间、是否可拆卸等。

①电池容量。衡量手机储能的最重要的指标，单位为毫安时（mA·h），常规电池容量在2 500 mA·h 以上。

②待机时间。待机时间是衡量手机续航能力的关键指标。手机待机时间与电池容量没有绝对关系，它取决于手机内部元器件的功耗和手机的使用情况，手机厂商往往会给出一些典型应用场景下的参考时间，如最长静置待机时间、最长通话时间、最长使用移动互联网观看视频时间等。

③充电时间。这一指标在各种快充技术的推进下，也渐渐被消费者所重视。快充技术从本质上可分为加大充电电流类、提高充电电压类。各种快充技术的引入也成为手机厂商的销售卖点之一。

④是否可拆卸。涉及用户心理的重要指标，在需要频繁使用手机的场景下，如果是可拆卸式电池，则消费者可多备一块电池，这对消费者来说，在心理上是莫大的抚慰。当然现在的手机消费者也习惯随身携带体积更大的移动电源以供不时之需。

（5）接口

手机的接口类型一般有数据口、充电口和耳机口，通常将数据口和充电口合二为一。

①数据口。手机数据口有Android 系统的Micro USB 接口、Windows Phone 系统的USB Type－C 接口以及iOS 系统的Lightning 接口，如图3－7所示。

图3－7　手机接口

Micro USB 接口是USB 2.0 标准的一个便携版本，为单面插入结构，支持OTG（on the go，插上即用）功能，兼容USB 1.1 和USB 2.0。

USB Type－C 接口是USB 3.1 标准的一个连接类型，具有正反都能插、传输速率快等特点。

Lightning 接口是苹果公司设计的高速多功能I／O 接口，从iPhone 5 开始，所有iPhone与iPad 都配备了这种数据接口。Lightning 接口两侧都有8 个触点，正反都能插，并可根据不同的配件传递配件所需的特定信号。

②耳机口。早期耳机口有两种直径标准，即3.5 mm 和2.5 mm，其中3.5 mm 的耳机口后续成为国际标准。随着手机的轻薄化，3.5 mm 耳机口成为阻碍手机轻薄化的壁垒。目前已有手机厂商尝试取消耳机口，使耳机口与数据口共享使用。(www.xing528.com)

（6）天线

手机天线是无线信号收发的必要器件，在外观上经历了可见、不可见、微可见的历程。最早的手机天线是外置的单极天线或螺旋天线，影响了手机的外观和收纳。此后均被设计为隐藏的、内置的微带天线、倒F 注模贴片天线等，这类设计多将天线藏于手机的背壳下。随着手机外壳金属化，隐藏在手机背壳下的天线被金属外壳所屏蔽，于是现在的手机往往在金属背壳上开出上下两条透明带，用塑料填充，以增强内置的手机天线的信号收发效能。

手机天线通常包括上下两条天线，一条是主天线，发射和接收移动通信网络信号；另一条则集成WiFi、全球定位系统（global positioning system，GPS）和蓝牙等多个天线。

（7）摄像头

摄像头已经成为智能手机的标配，并从早期的一个背面摄像头，扩展成了前后两个摄像头，再由单摄像头扩展成了双摄像头。

手机摄像头的参数主要有镜头认证、像素、帧数、变焦方式、双摄配置。

①镜头认证。目前手机配备的蔡司镜头、徕卡镜头等并不是真正的原厂镜头，只是由第三方镜头厂商制造的手机摄像头通过了名厂的质量标准认证，具备了相当的品质，或者是手机厂商获得了名厂提供的软件技术支持与镜头硬件调校，因此摄像头的成像效果获得了保障。

②像素。又称为分辨率。分辨率主要由图像传感器决定，分辨率越高，图像就越细腻，效果也越好，但图像所占存储空间更大。通常所说的摄像头像素是拍照模式下的最大像素，拍摄视频时的像素通常比较小，例如某摄像头有500 万像素，但拍摄视频模式下的最大分辨率只有640 像素×480 像素。

③帧数。即传输速率，主要由数字信号处理（digital signal processing，DSP）芯片决定，该参数主要对连拍和摄像有影响。一般传输速率越高，视频越流畅。常见的传输速率有15 f／s、30 f／s、60 f／s、120 f／s 等。传输速率与图像的分辨率有关，图像分辨率越低，传输速率越高。

④变焦方式。变焦方式有数字变焦和光学变焦。手机摄像头多数采用数字变焦。

数字变焦，也称数码变焦，是通过处理器把图片内的每个像素面积增大，从而达到放大目的。数码变焦是在感光器件垂直方向上变化而给人以变焦效果的。在感光器件上的面积越小，那么视觉上就会让用户只看到景物的局部。但是由于焦距没有变化，所以图像质量比正常情况要差。通过数码交焦，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一定程度的下降，因此数码变焦并没有太大的实际意义。由于手机本身的纤薄特性，使得手机摄像头几乎不可能具备光学变焦，但手机摄影爱好者仍然可以通过外置摄像头提升手机拍摄的效果。

2.手机的软件架构

完整的手机软件系统包括操作系统、中间件、应用软件3 部分。

（1）操作系统

手机操作系统是管理和控制手机硬件与软件资源的底层程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统协调配置手机的资源，使得各种软硬件有序运行，以达到安全、流畅的目的。目前应用在手机上的操作系统主要有Android、iOS、Windows Phone、BlackBerry OS、Symbian 等。

①Android。又名“安卓”，是一种基于Linux 的开放源代码的操作系统，主要用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由谷歌（Google）公司和开放手机联盟领导及开发。Android 的平台优势体现在开放性、丰富的硬件支持、方便开发及大量的Google 应用。

开放性对于Android 的发展而言，有利于积累人气，这里的人气包括消费者和厂商，而对于消费者来讲，最大的受益正是丰富的软件资源。开放的平台也会带来更大竞争，如此一来，消费者将可以用更低的价位购得心仪的手机。

丰富的硬件支持与Android 平台的开放性相关。由于Android 的开放性，众多的厂商会推出功能特色各异的多种产品。功能上的差异和特色，并不会影响数据同步及软件的兼容，消费者既可以延续以往的操作习惯，又能将诸如联系人等资料方便地进行转移。

Android 平台提供给第三方开发商一个十分宽泛、自由的环境，诞生了许多新颖别致的软件，但一些恶意软件也会时常困扰消费者和运营方。

★通信小知识

【Android】

围绕历代Android 系统的名称，也是一个有趣的话题，安卓官方习惯以小吃为不同的版本命名：Android 1.5 Cupcake（纸杯蛋糕）、Android 1.6 Donut（甜甜圈）、Android 2.0／2.0.1／2.1 Eclair（松饼）、Android 2.2／2.2.1 Froyo（冻酸奶）、Android 2.3 Gingerbread（姜饼）、Android 3.0／3.1／3.2 Honeycomb（蜂巢）、Android 4.0 Ice Cream Sandwich（冰激凌三明治）、Android 5.0 Jelly Bean（果冻豆）、Android 6.0 Key Lime Pie（青柠派）、Android 7.0 Nougat（牛轧精）、Android 8.0 Oreo（奥利奥）。

②iOS。iOS 是由苹果公司开发的移动操作系统。iOS 的平台优势体现在封闭性、安全性、稳定流畅以及大量的高质量应用。

封闭性是指iOS 不开放源代码，这是iOS 最显著的特点。

安全性既来自iOS 系统的封闭性，也来自安全审查机制以及权限可控。在App Store 上线的应用都经过了严格的安全测试，一般不会被装上木马或者其他垃圾软件。

稳定流畅也是用户对比体验各种手机操作系统后对iOS 系统的普遍评价，这是源于iOS一系列的策略。首先，iOS 的渲染机制是屏幕响应的优先级最高，用户只要触摸屏幕，系统就会最优先处理屏幕显示这个层级，马上给出动画效果，然后才处理媒体、服务、核心的架构；其次，iOS 的后台机制是伪后台，当用户Home 键退出应用时，iOS 其实关闭了程序，只保留应用的图像入口，只会默认将应用最后的运行数据记录在RAM 中，这样不会造成有限内存的垃圾堆积；最后，iOS 执行程序的效率较高，它采用Objective－C 编程，专业性强、效率高，运行时不必调用Java 虚拟机。

由于iOS 的用户大多数是付费用户，极大地激发了软件应用开发者的积极性，开发者也乐于优先优化iOS 版本，同时由于苹果产品线硬件规格较少、参数稳定，优化工作也容易进行，所以使得iOS 版本的App 硬件利用效率非常高。

③Windows Phone。Windows Phone 是微软于2010年10月21日正式发布的一款手机操作系统，初始版本命名为Windows Phone 7.0。基于Windows CE 内核，采用了一种称为Metro 的用户界面（user interface，UI），并将微软旗下的Xbox Live 游戏、Xbox Music 音乐与独特的视频体验集成至手机中。2015年1月22日凌晨1 点，微软召开主题为“Windows 10，下一篇章”的Windows 10 发布会，发布会上提出Windows 10 将是一个跨平台的系统，无论手机、平板、笔记本电脑、PC 等，Windows 10 将全部适应，这就意味着Windows Phone 已经不复存在。

Windows Phone 最显著的特点是动态磁贴，这是出现在Windows Phone 中的一个新概念。Metro UI 是一种界面展示技术，和苹果的iOS、谷歌的Android 界面最大的区别在于后两种都是以应用为主要呈现对象，而微软的Metro 界面强调的是信息本身，而不是冗余的界面元素。

使用Windows Phone、Windows 10 及其后续版本还有一个好处就是可以和台式计算机、笔记本电脑中广泛使用的Windows 系统共享操作习惯和文档数据等，做到无缝过渡。

④BlackBerry OS。BlackBerry OS 是Research In Motion 专用操作系统，是Research In Motion 为其智能手机产品BlackBerry 开发的专用操作系统。该系统具有多任务处理能力，并支持特定输入装置，如滚轮、轨迹球、触摸板及触摸屏等。

BlackBerry OS 主要面向高端商务市场，在产业链上缺乏强有力的支持。

⑤Symbian。Symbian 系统是塞班公司为手机而设计的操作系统。2008年12月2日，塞班公司被诺基亚收购。2011年12月21日，诺基亚官方宣布放弃塞班品牌。2014年1月1日，诺基亚正式停止了Nokia Store 应用商店内对塞班应用的更新，也禁止开发人员发布新应用。

（2）中间件

手机中间件是处于操作系统和应用程序之间的软件，也可以认为它是操作系统的一部分。具体地说，中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，为各种应用软件提供使用手机各个功能部件的规范接口，使程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性。

（3）应用软件

手机应用软件（application，App），是手机完善其基础功能并为用户提供更丰富的使用体验的主要手段。App 是用户使用手机的接口界面，除了部分必备功能被固定在手机桌面以外，其余功能的App 由消费者自行按需下载使用。

手机应用软件的运行需要有相应的手机操作系统，目前主流的手机操作系统平台是谷歌公司的Android 和苹果公司的iOS。因此，同一个手机应用软件通常会提供多个基于不同操作系统的版本供用户下载使用。

不同操作系统平台的手机应用软件有不同的后缀，例如，Android 平台上安装文件的后缀名是“.apk”，iOS 平台上安装文件的后缀名是“ipa”。早期的手机应用软件通常将网络上分享的安装包直接导入手机内安装使用，但随着对手机安全性的重视程度越来越高，这种直接安装的方式渐渐被淘汰。现在手机应用软件通常在手机软件商店购买，各个手机操作系统平台都建有官方的手机软件商店，iOS 的手机软件商店是App Store，Google 的手机软件商店是Google Play。

App Store 是iPhone、iPod Touch、iPad 的服务软件，允许用户从App Store 浏览和下载应用程序。用户可以购买收费项目和免费项目，将应用程序直接下载到iPhone、iPod Touch、iPad 中，App Store 中的应用程序包含游戏、日历、图库，以及其他丰富多彩的实用软件。

手机应用软件商店通常提供的应用包括浏览器、游戏、社交、地图导航、生活消费、支付、出行、拍摄美化、影音播放、图书阅读、新闻资讯、生活辅助、办公辅助等。