История создания мобильных устройств

История создания мобильных устройств

Мобильные или портативные устройства, в широком смысле слова, существовали всегда. Каменные молоток, лук, мушкет и т.д., в прошлом - самые необходимые вещи для пропитания (средство производства) и самосохранения (средство безопасности). С течением времени суть потребностей не меняется, меняется форма.

В современном мире со словом «мобильный» большинство людей ассоциирует понятие мобильной связи, олицетворением которого является сотовый телефон. Действительно, степень проникновения сотовой связи в развитых странах близка 100% (практически все население знает, что такое «сотовый телефон»). Кроме этого, сотовый телефон объединяет в себе все технологии, применяемые в других мобильных устройствах (классификация будет дана позже).

По этой причине рассмотрим историю создания мобильных телефонов, подразумевая, что она, по нашему мнению, является наиболее показательной и отражает основные механизмы эволюции мобильных устройств в целом.

История создания мобильных телефонов

Первый мобильный телефон был установлен в автомобиле Ларса Магнуса Эрикссона, великого шведского телефонного промышленника, в 1910 году. Эрикссон часто разъезжал с супругой Хильдой по живописным местам родной Швеции, прихватив с собой телефонный аппарат, провода от которого были присоединены к двум длинным шестам.

Сеанс общения происходил следующим образом. Хильда подходила к столбам телефонных линий, протянутых вдоль дороги, и дотягивалась шестами до разных пар, а Ларс слушал трубку телефона. Когда находилась свободная пара, Эрикссон крутил ручку вызова и заказывал телефонному оператору нужный разговор.

Такой способ и раньше использовался для армейских переговоров и, вдобавок, для хулиганства. Однако именно Эрикссон был первым обладателем гражданского и полностью легального мобильного телефона. Ведь телефон стоял в машине, а чета Эрикссонов путешествовала, значит – телефон мобильный! Хотя пока и не сотовый.

К тому времени уже было сделано открытие радио. 25 апреля (7 мая) 1895 на заседании физического отделения Русского физико-химического общества Попов сделал научный доклад об изобретении им системы связи без проводов и продемонстрировал её работу. Однако радиостанции могли передавать только телеграфную азбуку. Следующий, вполне предсказуемый шаг сделал канадец Реджинальд Фессенден. Он интересовался разработками в области радио и предпочитал «искровой» системе Маркони собственное изобретение — передачу с помощью высокоскоростного мотора. Такие моторы были громоздкими и шумными, зато делали передачу более надежной. А самое главное — они позволяли передавать голос. В рождественскую ночь 1906 года Фессенден играл на скрипке, и его слушали радисты морских кораблей — такой была первая звуковая радиопередача.

К созданию радиотелефона человечество подтолкнули, как ни странно, американские гангстеры. В Америке 20-х годов их было так много, что полиция крупных городов готова была сложить оружие и перейти в полном составе в бандиты.

Грабители, планируя нападение на банк, в первую очередь выясняли, далеко ли от здания банка расположен полицейский участок. Пока дежурная часть получала сигнал тревоги, пока полицейские машины добирались до места, предприимчивые флибустьеры успевали не только вычистить все сейфы, но и «малым ходом» убыть в более спокойные воды. Полиции оставалось изучать следы и тосковать над очередным «глухарем».

В 1917 году в городе Детройт, который почему-то особенно страдал от таких преступлений, появились «полицейские будки» с автомобилями и телефонами. Теперь патруль мог приехать от ближайшей «будки». Но как только автомобиль отъезжал на вызов, связаться с ним было уже нельзя. И второй банк в этом же районе можно было грабить беспрепятственно, чем налетчики и пользовались: первое ограбление было отвлекающим, а второе — основным.

Естественным выходом из ситуации была радиосвязь, и в 1921 году в Детройте начались первые эксперименты. О двусторонней связи, впрочем, не приходилось даже мечтать — запихнуть тогдашний передатчик в автомобиль было невозможно. Поэтому на машинах были только приемники, а задания передавались с базовой радиостанции полицейского участка. Разумеется, чтобы подтвердить получение, приходилось звонить в участок из ближайшей телефонной будки. Но наличие приемника все-таки позволяло перевести машины на постоянное патрулирование, и скорость реагирования повышалась многократно.

Но не все поначалу было гладко. Заставить работать систему удалось далеко не сразу. Радиолампы в приемниках норовили разбиться от тряски в машине. Батарей хватало ненадолго, а собственные генераторы автомобилей были слишком слабыми для приемников. Да и Федеральная комиссия по радио (FRC) чуть не отняла у радиостанции лицензию — она официально считалась развлекательной (!) и потому должна была для соблюдения правил в перерывах между сообщениями о преступлениях и пропавших людях передавать музыку и новости! К тому же сначала город не хотел выделять денег, но вскоре благодаря радио был найден пропавший мальчик, и отношение к новой технике улучшилось.

К 1928 году все проблемы были решены, и началось регулярное патрулирование улиц нарядами на машинах с радиоприемниками. За первый год такой работы благодаря радио полиция смогла провести 551 арест.

Тем временем разрабатывались все более легкие и надежные передатчики. И с 1933 года американская полиция стала внедрять уже двухстороннюю связь — полноценный радиотелефон с приемом и передачей на разных длинах волн. Иногда от радиостанции к машинам передача шла на средних волнах (так радиус действия больше), а вот в обратную сторону — на ультракоротких, потому что только такой передатчик влезал в машину.

Еще один толчок развитию голосовой связи дала Вторая мировая война. Появились относительно компактные рации, способные напрямую «слышать» друг друга. Они устанавливались на танках и в самолетах, и после войны электроника оказалась достаточно совершенной для появления первых гражданских мобильных телефонов.

Первая сеть мобильной телефонной связи была открыта в городе Сент-Луис (США) в 1946 году. Вскоре такие же системы появились в других крупнейших городах США, а затем в Европе. Тяжелая, но достаточно надежная рация устанавливалась в автомобиле. Радио блок отправлялся в багажник, а трубку вместе с панелью управления монтировали в кабине водителя. Конструкция портативностью не отличалась, но от нее того не требовалось.

Позвонить по телефону было непросто: водитель поднимал трубку и... начинал переключать каналы, стремясь найти свободный – связь-то аналоговая. (В Сент-Луисе каналов было всего три, а, например, в Нью-Йорке — 12). Затем нужно было поговорить с оператором и назвать городской номер. И только после этого наконец-таки удавалось пообщаться не с барышней на узле связи, а с тем, кого, собственно, и разыскивал.

В 1947 году исследовательская лаборатория Bell Laboratories (принадлежащая компании AT&T) выступила с предложением создать мобильный телефон уже в нашем современном понимании. Техника понемногу совершенствовалась. В 1960-е годы появились системы на транзисторах (23-го декабря 1947 года Бардин, Браттэйн и Уильям Шокли открыли транзистор), которые автоматически искали свободный канал; многие из них позволяли непосредственно, без участия оператора, набрать номер. С этого начинается период бурного развития мобильных телефонов. Нет смысла перечислять все вехи на этом пути, отметим лишь пару любопытных фактов.

В 1983 году был выпущен первый портативный сотовый телефон — Motorola DynaTAC 8000X. Считается, что первый звонок по этому телефону был сделан 3 апреля 1983 г., когда его изобретатель, сотрудник Motorola Мартин Купер (Martin Cooper) позвонил конкуренту из AT&T Джоэлю Энгелю (Joel Engel). DynaTAC весил около 1.15 кг и имел размер 22.5х12.5х3.75 см (по другим данным 800 граммов с габаритами 33 х 4,5 х 9 см). На его передней панели было расположено 12 клавиш, из них 10 цифровых и две для отправки вызова и прекращения разговора. У DynaTAC-а отсутствовал дисплей (по другим данным был оснащён светодиодным дисплеем) и не было ни каких дополнительных функций. В режиме ожидания он мог работать до восьми часов, в режиме разговора около часа (по другим данным 35 минут), заряжать его приходилось чуть более 10 часов. Потребителей настолько поразила возможность всегда оставаться на связи при помощи портативного телефона, что в очередь на приобретение DynaTAC 8000X записывались тысячи человек: и все это несмотря на внушительную первоначальную цену новинки — 3995 долларов.

9 сентября 1991 в России появился первый оператор сотовой связи на базе технологии NMT-450 — ЗАО «Дельта Телеком». Цена телефона Mobira - MD 59 NB2 (весом около 3 кг) с подключением составляла около $4000. Минута разговора стоила около $1. За первые четыре года работы «Дельта Телеком» подключила 10 000 абонентов.

Результатом бурного развития за последние 40 лет явилось то, что на конец 2005 года в мире насчитывалось около 2 млрд. абонентов мобильной связи (число линий стационарной связи составляет 1,2 млрд.). В 2005 сбыт сотовых телефонов в мире составил 836 млн. штук. на $110 млрд. Около 32 % рынка сотовых телефонов занимал Nokia, 18 % — Motorola, 12 % — Samsung, 7 % - Sony Ericsson.

История развития элементной базы

Мобильный телефон, как и любое другое комплексное мобильное устройство, аккумулирует в себе результаты деятельности огромного числа смежных отраслей, которые обеспечивают конечный продукт необходимыми компонентами – элементной базой.

Любое мобильное устройство можно представить в виде конечного числа блоков:

        корпус

        процессор

        экран

        память

        аккумулятор

        радио и проводные интерфейсы

        печатная плата

Развитие мобильных устройств идет рука об руку с развитием элементной базы. Несмотря на то, что детальный анализ данного процесса является предметом отдельной работы, рассмотрим историю развития процессоров и жидкокристаллических дисплеев (самых дорогостоящих и самых значимых по функциональности компонентов устройства).

История развития процессоров

Изначально термин Центральное Процессорное Устройство (ЦПУ) описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложной последовательности математических операций – программного кода. С появлением процессоров – это термин был ими унаследован. Начало применения термина ЦПУ было положено в 60-х годах 20 века.

Исторически разделение процессоров на просто процессоры и микропроцессоры возникло в начале 70-х годов XX века, с началом производства больших интегральных схем (БИС). БИС начали производить в конце 60-х годов XX века, когда, во-первых, уменьшились габариты транзисторов, а во-вторых, увеличился процент выхода годных. Тогда появился смысл проводить исследования по построению процессора на одной микросхеме. От слов «микросхема» (MICROCHIP) и «процессор» (PROCESSOR) возникло понятие «микропроцессор» (MICROPROCESSOR). Путь микропроцессора от идеи до господства на рынке был совсем не прост.

Началось все, пожалуй, с компании Fairchild Semiconductor, основанной группой ученых для разработки и внедрения технологии массового производства кремниевых транзисторов по методу двойной диффузии и химического травления. Эта технология позволяла одновременно получать на одной пластине сразу сотни транзисторов. Конечно, ни о каких процессорах они и не думали, но вот команда подобралась там очень сильная, и долгое время Fairchild Semiconductor была кузницей кадров для электронной отрасли США.

В апреле 1965 года, Гордон Мур, занимавший в ту пору должность директора отдела разработок компании, в статье для журнала Electronics дал прогноз развития микроэлектроники, получивший вскоре название закона Мура. Если такая тенденция продолжится, заключил Мур, то мощность вычислительных устройств экспоненциально возрастет на протяжении относительно короткого промежутка времени. В самой сложной микросхеме компании Fairchild было всего 64 транзистора, о каких-либо достоверных статистических данных в этой отрасли не приходилось и говорить. Остается лишь догадываться, как при таких исходных данных Гордон Мур сумел предугадать фантастическое будущее развития всей отрасли на несколько десятилетий вперед.

Неудовлетворенные положением дел в Fairchild Semiconductor, двое из основателей Роберт Нойс (Robert Noyce) и Гордон Мур (Gordon Moore), приняли решение покинуть компанию и основать собственный бизнес. В поисках финансирования Нойс и Мур обратились к Артуру Року (Arthur Rock) - финансисту, который ранее помог создать Fairchild Semiconductor. И через два дня, как в сказке, компаньоны получили два с половиной миллиона долларов. В 60-х годах прошлого века это было целое состояние, притом, что их бизнес план составлял всего два коротких абзаца текста.

Настала очередь выбора названия. Первое пришедшее в голову название было составлено из имен отцов - основателей компании - Moore Noyce. Однако товарищи подняли их на смех. Такое название произносилось бы как more noise («много шума»), что для электроники хуже некуда. В результате составили список, из которого Мур и Нойс выбрали сокращение «интегрированная электроника» - Intel. Правда, такое название уже было зарегистрировано для сети мотелей. Пришлось его выкупать. В первые годы своего становления компания делала микросхемы на заказ. В отсутствие современных средств проектирования, инженеры вычерчивали черновые варианты на миллиметровке, а затем чертежники переносили их на специальную вощеную бумагу. Прототип маски изготавливали вручную, нанося линии на огромные листы лавсановой пленки. Проверка правильности производилась путем "прохода" по всем линиям цветным фломастером. Сама маска изготавливалась путем переноса чертежа с лавсановой пленки на рубилит. Гравировка на рубилите также осуществлялась вручную. Затем несколько дней приходилось перепроверять точность гравировки. В том случае, если необходимо было убрать или добавить какие-то транзисторы, это делалось скальпелем. Малейшая ошибка на любом этапе - и все приходилось начинать сначала.

В апреле 1969 года в Intel обратились представители японской фирмы Busicom, занимающейся выпуском калькуляторов. Для своего нового настольного калькулятора Busicom хотела заказать 12 микросхем различного назначения. Сложность заключалась в том, что 12 новых микросхем Intel физически потянуть не могла, но Мур и Нойс решили рискнуть и взяться за выгодный заказ. Выход нашел один из сотрудников Intel, Тед Хофф (Ted Hoff). Раз компания не имеет возможности спроектировать 12 микросхем, нужно сделать всего одну универсальную микросхему, которая по своим функциональным возможностям заменит их все. Иначе говоря, Тед Хофф впервые сформулировал идею микропроцессора. В июле 1969 года была создана группа по разработке, и работа началась. В сентябре к группе присоединился также перешедший из Fairchild Semiconductor Стэн Мазор (Stan Mazor). Представителем заказчика в группу вошел японец Масатоси Сима (Masatoshi Shima). Чтобы полностью обеспечить работу калькулятора, необходимо было изготовить не одну, а четыре микросхемы. Изготовлением микросхем такой сложности до этого никто не занимался.