Hasta ahora me he centrado en un ordenador personal, estilo sobremesa, para explicar la arquitectura de un ordenador. Sin embargo, hay otros muchos tipos de ordenadores: portátiles, tabletas, teléfonos móviles. En concreto, el teléfono móvil es incluso más numeroso que el ordenador personal y su arquitectura presenta algunas diferencias remarcables con el primero. Por ello, me he decidido a escribir este post sobre las partes de un teléfono móvil.

Características y hardware

El primer teléfono inteligente, o Smartphone, fue comercializado por IBM. Se trataba del Simon, con una pantalla táctil monocroma de cristal líquido, que se lanzo al mercado en la última década del siglo pasado, en concreto en 1994 en EEUU.

Primer smartphone - Simon

Este primer dispositivo, ya proveía funciones como: texto predictivo, agenda, correo electrónico o un modem fax con conexión a internet. Todo esto era bastante innovador para la época, ya que estas funciones normalmente las encontrábamos en las famosas PDAs (asistentes personales), que hoy en día han sido totalmente sustituidas por los smartphones.

El procesador

Entonces si el teléfono móvil es básicamente un ordenador, cabe pensar que la parte más importante del mismo será el procesador, como en el ordenador personal. Cierto, pero como adelantaba al principio de este post, existen diferencias entre las arquitecturas de ambos dispositivos.

En un Smartphone, cuando hablemos del procesador, en realidad nos vamos a referir a una parte del teléfono móvil que incluye bastantes más cosas que el procesador. Es un circuito integrado llamado sistema SoC (system on a chip), que como su nombre indica, integra varias partes del sistema en un único circuito integrado.

El sistema SoC contiene la CPU, la GPU, las memorias RAM y ROM, controladores USB, wifi y muchas otras partes. En cierto modo, es como si en nuestro afán de reducir el tamaño de los dispositivos, hubiéramos querido meter toda la arquitectura de un ordenador personal, en un único chip. Al final el aspecto es un circuito integrado rodeado de conectores, como puede apreciarse en la siguiente figura del chip A8, empleando en el Iphone 6.

Procesador ARM A8

Chip A8: procesador ARM v8A de 1.38 Ghz con dos núcleos y un procesador gráfico (GPU) PowerVR Series 6XT GX6450 (quad-core)

En este punto, es necesario mencionar a la empresa británica ARM Holdings, que fabrica los procesadores ARM, presentes en más del 95% de los smartphones actuales.

La memoria RAM

La memoria RAM empleada en los teléfonos móviles es del tipo RAM dinámica (DRAM). Recuerda que en este tipo de memorias no se mantienen los datos de forma indefinida, aunque las tengamos alimentadas. Es necesario, refrescar estos datos de forma periódica.

Son memorias RAM muy rápidas que se localizan lo más cerca posibles de la CPU y GPU dentro del SoC. De esta forma tenemos menor consumo de energía y menor calentamiento.

Esta memoria es compartida por la CPU y la GPU, es decir, no tenemos una memoria gráfica dedicada.

Pantallas móviles

En las pantallas de los móviles vamos a encontrar dos tecnologías: LCD y  OLED. Si necesitas recordar el funcionamiento de estas tecnologías puedes ir al post en el que explicaba el funcionamiento del monitor.

Las primeras, las pantallas LCD, son las de cristal líquido, y funcionan igual que las de los monitores para ordenador personal, aprovechando las características del cristal líquido, para dejar pasar la luz o no en función de su polaridad.

Entre este tipo de pantallas encontramos: TFT, LED, IPS, Retina y Super PLS.

Las segundas, las pantallas OLED (Organic Light-Emitting Diode), utilizan LED como retroiluminación. Produciendo luz por ellas mismas, cosas que no pueden hacer las pantallas LCD. De esta forma, consiguen colores más realistas, reducen el consumo y obtienen mejores tiempos de respuesta.

El fabricante de las pantallas OLED es Samsung, que emplea dos tecnologías: Amoled y  Super Amoled.

Cámaras

La cámara o cámaras fotográficas de un Smartphone se ha convertido en un componente muy apreciado y demandado por los usuarios. No en vano, es uno de los componentes que mas miramos cuando nos vamos a comprar un Smartphone.

La cámara tienen la misma estructura que cualquier otra cámara: un bloque óptico y un sensor.

camara de movil

El bloque óptico está bastante limitado aunque existen algunos teléfonos con cámaras a las que puedes conectarle un objetivo.

El sensor está compuesto por multitud de fotorreceptores que traducen las señales luminosas a señales eléctricas. Estos receptores están ordenados en una matrix, y cuando incide la luz sobre ellos, y obtenemos la señal eléctrica correspondiente, podemos interpretar el punto de la imagen registrado por ese receptor. En fin, igual que el sensor de cualquier cámara digital.

Podemos distinguir dos tecnologías de sensores: CCD (Charge-Coupled Device) y CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). La segunda, CMOS, está ganando la partida, ya que son más baratos de fabricar y consumen menos energía.

GPS

Este componente se ha vuelto muy popular en los teléfonos móviles debido a la cantidad de aplicaciones que lo utilizan.

GPS es un sistema de posicionamiento que nos permite ubicarnos en las coordenadas geográficas. Con este componente en los teléfonos móviles se abre todo un abanico de posibilidades de los llamados servicios LBS (Location based services), servicios basados en localización.

GPS movil

Acelerometro

El acelerómetro es el componente que detecta las aceleraciones a las que se ve sometido un cuerpo, en este caso el teléfono. Normalmente integrado en el SoC, este componente detecta la aceleración que se produce en los tres ejes, lo que nos permite detectar el giro, la vibración, la inclinación y la colisión del teléfono.

acelerometro movil

Giroscopio

El giroscopio o giróscopo, detecta la rotación a la que se somete un cuerpo que gira alrededor de un eje de simetría.

Te preguntaras entonces para que quiero un giroscopio en el móvil, si ya tengo un acelerómetro que me indica la rotación sobre los tres ejes. La respuesta es muy sencilla, el giroscopio es mucho más preciso que el acelerómetro, y en algunas aplicaciones, como las de realidad aumentada, se necesita esa precisión extra.

Por ello, no todos los móviles lo incluyen. Si el móvil es de gama alta, hay muchas probabilidades de que lo incluya, pero otros móviles de gama media o baja no lo incluyen.

giroscopio movil

La brújula digital

La brújula nos sirve para orientarnos, nos indica en que dirección se encuentran los polos magnéticos de la tierra. La emplearemos para saber donde se encuentra el norte geográfico.

Brujula digital de un móvil

Sensor de Luz

El sensor de luz de un teléfono móvil, recoge información de la luz ambiental que tenemos y la traduce a señales eléctricas que entiende el terminal. Con esta información, el móvil puede adaptar el brillo de la pantalla para optimizar la visibilidad y comodidad de uso.

Sensor de proximidad

Es un sensor que tenemos en el teléfono que funciona con un LED infrarrojo y un receptor de infrarrojo. Básicamente, el LED emite una luz infrarroja que cuando es devuelta por algún objeto, es registrada por el receptor infrarrojo. De esta forma, el teléfono detecta cuando hay un  objeto próximo al sensor.

Un uso habitual de este sensor en el teléfono móvil es cuando recibimos una llamada, y acercamos nuestra oreja al teléfono, este la detecta y apaga la pantalla para ahorrar batería.

Sensor de huella

El sensor de huella es un sensor biométrico, que lee huellas dactilares. El uso de este sensor es para aportar más seguridad en el acceso al teléfono móvil.

Sensor de huella en móvil

En los teléfonos móviles, normalmente nos encontraremos dos tipos de sensores de huellas:

  • Los ultrasónicos que constan de un emisor de ultrasonidos y un micrófono. El primero emite ultrasonidos y el segundo recoge las señales producidas al chocar los ultrasonidos con la superficie del dedo. De esta forma detectan las irregularidades de la huella dactilar.
  • Los capacitivos que detectan la electricidad estática de los dedos del usuario, y de esta forma crean un mapa de la huella táctil que ha tocado el sensor.

NOTA:

Este post es parte de la colección “Arquitectura de Sistemas” que reproduce los apuntes de la clase que imparto sobre el tema en ESIC. Puedes ver el índice de esta colección aquí.