Tiểu luận: Kiến trúc máy tính - Smartphone - Samsung - HĐH Android

TIỂU LUẬN: TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC SMARTPHONE, KIẾN TRÚC BỘ VI XỬ LÝ VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, nhóm nghiên cứu tập trung vào kiến trúc cơ bản của smartphone, trong đó tập trung nghiên cứu dòng thiết bị Samsung Galaxy, cụ thể là dòng Samsung Galaxy S6. Nghiên cứu liên quan đến lịch sử, thị trường, phần cứng, vi xử lý và hệ điều hành Andoid gốc sử dụng trên thiết bị Galaxy S6; qua đó so sánh với một số dòng điện thoại/HĐH khác .

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- -TIỂU LUẬN TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC SMARTPHONE, KIẾN TRÚC BỘ VI XỬ LÝ VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH

Hà Nội, 02/2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI MỞ ĐẦU 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5

A ĐẶT VẤN ĐỀ 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Phạm vi nghiên cứu 7

B NỘI DUNG 8

CHƯƠNG I KIẾN TRÚC SMARTPHONE 8

2.1.1 Sơ lược về Smartphone 8

2.1.1.1 Lịch sử Smartphone 8

2.1.1.2 Phân biệt điện thoại và Smartphone 9

2.1.2 Kiến trúc cơ bản Smartphone 10

2.1.2.1 Bo mạch chính/Bảng mạch điện tử (Printed Cirruit Board - PCB) 11 2.1.2.2 Bộ vi xử lý (Processors) 16

2.1.2.3 Bộ nhớ (Memory & Storage) 26

2.1.2.4 Màn hình (Displays) 29

2.1.2.5 Pin (Batteries) 32

2.1.2.6 Cameras 32

2.1.2.7 Các cảm biến (Sensors) 34

2.1.3 Kiến trúc của ARM-based smartphones 39

2.1.3.1 Kiến trúc ARM 41

2.1.3.2 Tìm hiểu cấu trúc lệnh RISC 43

2.1.3.3 Tập lệnh của ARM 46

2.1.3.4 Cách tổ chức và thực thi tập lệnh của ARM 49

2.1.3.5 Cấu trúc máy tính sử sụng tập lệnh (Stored-program) 53

2.1.3.6 Các thành phần trong lõi xử lý ARM 53

CHƯƠNG II TÌM HIỂU KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ DÙNG CHO THIẾT BỊ SAMSUNG GALAXY S6 58

2.2.1 Sơ lược về thiết bị Samsung Galaxy S6 58

2.2.2 Tìm hiểu phần cứng Samsung Galaxy S6 58

2.2.3 Danh sách các thiết bị phần cứng 61

2.2.4 Kiến trúc vi xử lý Samsung S6 - Exynos 7420 Octa 62

2.2.4.1 Vi xử lý Exynos 7420 Octa 62

2.2.4.2 Kiến trúc Vi xử lý ARM CortextTM-A57 70

2.2.4.3 Kiến trúc Vi xử lý ARM CortextTM-A53 75

2.2.4.4 Nhân đồ họa MaliTM-T760 76

CHƯƠNG III HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 79

2.3.1 Hệ điều hành Android 79

2.3.1.1 Giới thiệu về Android 79

2.3.1.2 Tính năng Android 79

2.3.1.3 Kiến trúc Android 81

2.3.1.4 Kiến trúc Android GUI 85

2.3.1.5 Ứng dụng Android 86

2.3.2 Tìm hiểu về Android Market 93

2.3.3 Sự khác biệt Android 8.0 cho các thiết bị trong tương lai 96

C KẾT LUẬN 109

D DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện thoại di động đã trở thành một trong những công cụ liên lạc thiếtyếu của con người Không chỉ thế, ngoài chức năng liên lạc, cùng với sự phát triển củacông nghệ, kết nối toàn cầu, điện thoại di động còn được trang bị nhiều ứng dụng giảitrí, định vị, mua sắm, thanh toán trực tuyến,…

Sự bùng nổ về cả số lượng và chất lượng của smartphone một lần nữa khẳng định

vị trí quan trọng của nó trong cuộc sống Và tất nhiên, những nhà kinh doanh nhạy bénsớm tận dụng xu thế này để quảng bá và bán sản phẩm của mình và đã nhận được sựhưởng ứng tốt từ người tiêu dùng

Sự cạnh tranh của các nhà sản xuất cũng khiến cho lượng điện thoại trên thịtrường càng phong phú cả về số lượng lẫn chất lượng, hình thức mẫu mã đa dạng Nổibật nhất phải kể đến Samsung, một trong những nhà sản xuất luôn dẫn đầu với sốlượng bán ra đáng kể Theo thống kê Q1-2017 mới đây của IDC, hệ điều hành Androidchiếm tới 85% thị phần (iOS chiếm 14.7%), phần lớn là do có rất nhiều những ưu việtcho người dùng trải nghiệm với kho ứng dụng khổng lồ Google Play

Tiểu luận “Tìm hiều về kiến trúc Smartphone, kiến trúc bộ Vi xử lý và Hệ điều hành Android”, được sự hướng dẫn tận tình của Thầy TS.Nguyễn Kim Khánh,

nhóm chúng em đã cố gắng hoàn thành các nội dung đặt ra Tuy nhiên vẫn còn nhữngthiếu sót không thể tránh khỏi Xin cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy trong suốt quá trìnhtìm hiểu và hoàn thành tiểu luận

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮTSTT Ký hiệu, chữ viết tắt Ý nghĩa

A ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, Công nghệ đã và đang thay đổi sâu sắc cuộc sống hàng này, hiện hữukhắp nơi chạm vào từng ngõ ngách đời sống, giúp cuộc sống thêm năng động, hiệuquả và tập trung hơn vào những thứ bạn muốn, cần tới và cảm nhận được Mobilephone (bao gồm Smartphone) trở thành một trong những vật dụng thiết yếu của conngười Từ đơn thuần là chức năng liên lạc, cùng với sự phát triển của công nghệ, kếtnối toàn cầu, điện thoại di động ngày nay được trang bị nhiều tính năng, ứng dụngphục vụ công việc, lập lịch, an ninh, giải trí, định vị, dẫn đường, mua sắm, thanh toántrực tuyến,… Smartphone cũng chính là tác nhân giúp toàn bộ ngành công nghiệpkhác thay đổi, như nhà thông minh, thực tế ảo, , phương tiện bay không người lái,…Thế giới hiện đang có 4 tỷ người sở hữu smartphone Mỗi năm, thiết bị này mang lạihàng trăm tỷ USD doanh thu

Hình 1 Dự báo 90% dân số thế giới (độ tuổi<6) sẽ có 1 mobile phone vào năm 2020

Trong tổng số hàng chục nghìn doanh nghiệp XNK của nước ta, 3 doanh nghiệpdẫn đầu về trị giá kim ngạch đều thuộc Tập đoàn Samsung Dù chưa có những đánhgiá, thống kê cụ thể, đầy đủ, nhưng có thể thấy rằng vai trò, sự ảnh hưởng của Tậpđoàn Samsung đến nền kinh tế Việt Nam đang và ngày càng lớn Ảnh hưởng đó tácđộng đến việc hết tháng 5/2017, Hàn Quốc đã vượt Hoa Kỳ trở thành đối tác thươngmại lớn thứ 2 của Việt Nam (chỉ sau Trung Quốc) chiếm tới 14,7% tổng trị giá kim

ngạch xuất nhập khẩu cả nước; đồng thời vượt Trung Quốc để trở thành thị trườngnhập siêu lớn nhất của Việt Nam.

2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 9 t h á n g 2 0 1 7

317

591 623 727

981 106818.6

Lợi nhuận Doanh thu

Hình 2 Kết quả kinh doanh của Samsung Việt Nam trong 5 năm trở lại đây

Nghiên cứu về Công nghệ Smarphone là tìm hiểu … không những góp phần …

mà còn

2 Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, nhóm nghiên cứu tập trung vào kiến trúc

cơ bản của smartphone, trong đó tập trung nghiên cứu dòng thiết bị Samsung Galaxy,

cụ thể là dòng Samsung Galaxy S6 Nghiên cứu liên quan đến lịch sử, thị trường, phầncứng, vi xử lý và hệ điều hành Andoid gốc sử dụng trên thiết bị Galaxy S6; qua đó sosánh với một số dòng điện thoại/HĐH khác

1.1.1 Sơ lược về Smartphone

1.1.1.1 Lịch sử Smartphone

 Năm 1876, Alexander Graham Bell nhận bằng sáng chế ra điện thoại

(Telephone).

Từ những chiếc điện thoại ban đầu với thiết kế thô sơ chỉ có 2 đầu: một ống nói và

một ống nghe, đến sự ra đời tiếp sau đó của những chiếc bốt điện thoại Bốt điện thoại báo

hiệu một xu hướng của tương lai khi mà chúng giúp bạn có thể gọi cho bất cứ ai khi đi trên

đường Đây chính là tiền đề để các mẫu điện thoại tiến gần hơn đến “mốc” di động

 Năm 1967, Bell tạo ra chiếc điện thoại có thể “di động”

đầu tiên có tên Carry phone

“Carry phone” là chiếc điện thoại đầu tiên được cho là “có thể di

động”, đánh dấu một bước tiến gần hơn đến mẫu điện thoại di động

nguyên bản Tuy nhiên, nó vô cùng bất tiện khi hộp máy to và nặng tới

4-5 kg trong khi giá thành lại rất cao nên hầu như không được phổ biến

rộng rãi

 Năm 1973, Motorola ra đời chiếc Điện thoại di động đầu

tiên (Mobilephone) Motorola DynaTAC 8000x

Mẫu điện thoại cầm tay đầu tiên Motorola Dyna Tac được “trình làng”

thực sự đã làm công chúng kinh ngạc và đầy sửng sốt mặc dù trông nó

giống như một “cục gạch” nặng nề với hình dáng thô kệch và vô cùng bất

tiện khi mang theo

 1993 – IBM tạo ra smartphone đầu tiên có tên IBM

Simon

 1999 - RIM tạo ra Blackberries

 2000 – Symbian Ltd ra đời HĐH Symbian

 2007 – Apple giới thiệu iPhone 1 và HĐH iPhone chạy OS

Hình 5 Motorola

DynaTAC 8000x

Hình 6.

Smartphone IBM Simon

Chiếc điện thoại iPhone của Apple ra đời đã đánh dấu sự sáng tạo

đột phá, nó đã tạo nên cơn sốt chưa từng có từ khi xuất hiện và chính

thức khởi đầu cho một cuộc cạnh tranh quyết liệt giữa các hãng trong

phân khúc dòng điện thoại thông minh (smartphone)

 2008 – Apple phát hành bản iOS đầu tiên (iOS3.1.3)

 2008 - Android v1.0 (chưa có mã chính thức)

…

 Ngày nay – iPhone 8 & iphone X (iOS 11.2), Samsung Galaxy S8 & S8

Plus cùng Android 8.1 (Oreo)

Khi Apple tạo ra chiếc điện thoại cảm ứng đầu tiên, nó đã dần thay thế chức năngcủa một chiếc máy tính Kể từ thời điểm đó đến nay, smartphone đã không ngừng pháttriển cả về công nghệ và kiểu dáng Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, đặcbiệt là công nghệ thực tế ảo, những chiếc smartphone tương lai sẽ còn thay thế chứcnăng của nhiều sản phẩm khác

Ngày nay, điện thoại di động/smartphone đã trở thành một phần không thể thiếutrong cuộc sống của con người Các thương hiệu sản xuất smartphone hàng đầu trênthị trường có thể kể đến như Nokia, Blackberry, Samsung, LG, Sony Ericsson,Motorola…

1.1.1.2 Phân biệt điện thoại và Smartphone

Những tính năng chính của Smartphone phân biệt với điện thoại di động được liệt

kê như sau:

 Hệ điều hành: Nói chung, Smartphone phải có một hệ điều hành (OS)

cho phép nó chạy các ứng dụng Các HĐH phổ biến cho Smartphone là: iOS,Android, BlackBerry OS, Symbian, webOS, Windows Phone

 Ứng dụng (Apps): Điện thoại di động cũng có thể có sẵn một số ứng

dụng (ví dụ, phần mểm quản lý danh bạ thông minh, to-do list), tuy nhiênSmartphone có khả năng làm được nhiều hơn Các ứng dụng của smartphone rấtnhiều và đa dạng, đồng thời smartphone cho phép lập trình/cài/tải thêm ứng dụng từcác nguồn khác nhau

 Truy cập Web: duyệt web tốc độ cao thông qua wifi, 3G hoặc 4G.

Hình 7 iPhone 1

(iPhone 2G)

 Email/chat: Smartphone có thể nhận và gởi email, chat và tùy chỉnh

nhiều hơn điện thoạ thông thường

Đây mới chỉ là một số tính năng làm cho Smartphone thông minh Tuy nhiên, công nghệ xung quanh smartphone và điện thoại di động liên tục thay đổi, những yếu tố phân biệt một chiếc smartphone ngày hôm nay có thể thay đổi vào tuần tới, tháng tới hoặc năm tới mà khó có thể đoán trước được.

1.1.2 Kiến trúc cơ bản Smartphone

Một Smartphone thông thường bao gồm các thành phần cơ bản sau:

Hình 8 thể hiện các thành phần 1 kiến trúc Mobilephone cơ bản

Hình 8 Chức năng của một GSM Mobilephone cơ bản

Smartphone có nhiều thành phần phức tạp hơn, do đó sẽ bổ sung thêm nhiều khốichức năng Kiến trúc một smartphone cơ bản như hình dưới đây Chúng ta sẽ tìm hiểuchi tiết các thành phần này trong mục tiếp theo.

Hình 9 Sơ đồ phân rã chức năng của 1 Smartphone

Một smartphone hiện đại được ví như một máy tình thu nhỏ, thậm chí nhiều chứcnăng hơn một máy tính thông thường Do đó, cấu tạo của các smartphone ngày nayliên tục thay đổi và ngày càng phức tạp do phải bổ sung nhiều chức năng tinh vi hơn

1.1.1.1 Bo mạch chính/Bảng mạch điện tử (Printed Cirruit Board - PCB)

Bo mạch chính của 1 smartphone là nơi chứa những thành phần/bộ phận quantrọng nhất của smartphone, thông thường chứa 3 thành phần chính như sau:

 Bộ xử lý ứng dụng (Application Processor)

 Bộ xử lý Tín hiệu/Băng tần (Baseband Processor)

 Các thành phần ngoại vi để tương tác với Người dùng

Sơ đồ khối của Bo mạch chính như hình vẽ:

Hình 10 Sơ đồ khối bảng mạch (PCB) của một smartphone cơ bản

Nhìn vào kiến trúc bảng mạch smartphone (Printed Circuit Board-PCB), ta thấy có

3 khối chức năng chính: Bộ xử lý ứng dụng (Application Processor) với nhiệm vụtrung tâm điều khiển phần mềm, Bộ xử lý Băng tần (Baseband Processor) dùng để xử

lý hoạt động thu phát tín hiệu và các điều khiển ngoại vi để tương tác với người dùng.Đây là bảng mạch thực tế của smartphone Apple iPhone 4s (vị trí của Bộ xử lýứng dụng trong vòng tròn màu đỏ)

4s

1.1.1.1.1 Bộ xử lý ứng dụng (Application Processor)

a Nhiệm vụ:

 Là Trái tim của Smartphone, cho phép Smartphone chạy Hệ điều hànhsmartphone như Android, iOS và Windows Mobile, điều khiển, xử lý các ứng dụng,v.v… Trước đây, Bộ xử lý ứng dụng bao gồm nhiều thành phần riêng lẻ trên bảngmạch, ngày nay, Bộ xử lý ứng dụng được tích hợp trong một khối chính là SoC

 Được tối ưu hóa để chạy một số ứng dụng người dùng Nhấn mạnh vào

xử lý đa phương tiện (audio / video / hình ảnh tĩnh / 2D / 3D)

 Không xử lý băng tần (baseband - truyền thông không dây)

 Giao diện thiết bị dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi (ví dụ: Bànphím, USB, thẻ nhớ, máy ảnh, màn hình,…)

c Sơ đồ hoạt động:

Sơ đồ khối của Bộ xử lý ứng dụng như hình sau:

Hình 11 Vị trí Bảng mạch (PCB) trên iPhone 4s

Hình 12 Sơ đồ khối của Bộ xử lý ứng dụng

Hình dưới đây cho thấy Vị trí của Bộ xử lý ứng dụng và Bộ xử lý Băng tần trênBảng mạch Samsung Galaxy S6

Hình 13 Bộ xử lý ứng dụng và Bộ xử lý Băng tần trên Samsung Galaxy S6

Tương tự đối với các điện thoại của Apple như trong hình sau (vị trí của Bộ xử lýứng dụng trên Bảng mạch iPhone 4s màu đỏ)

Bộ thu phát Bluetooth

Bộ xử lý ứng dụng + DRAM (Samsung Exynos 7420 K3RG3G30MM- DGCH)

Bộ xử lý băng tần Shannon 333 + Flash Memory (KLUBG4G1BD- E0B1)

1.1.1.1.2 Bộ xử lý Băng tần (Baseband processor)

a Nhiệm vụ:

 Nó có một bộ giao thức kết nối (communication protocol) kiểu ngăn xếp

để xử lý các loại công nghệ không dây khác nhau như LTE, WCDMA, CDMA,ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi

 Nó cung cấp các chức năng liên quan đến truyền thông vô tuyến: điềuchế tín hiệu (signal modulation), dịch chuyển băng tần (RF shifting), mã hóa / giải

Bộ khuếch đại Power Amplifier

Chip Quad-Band GSM/GPRS/EDGE

Apple A4 Application Processor

Hình 14 Vị trí Bộ xử lý ứng dụng trên bảng mạch iPhone 4s

Hình 15 Sơ đồ hoạt động của Bộ xử lý Băng tần (Baseband Processor)

Hình dưới đây cho thấy Vị trí của Bộ xử lý ứng dụng và Bộ xử lý Băng tần trênBảng mạch iPhone 4s

Kiến trúc máy tính tiên tiến Trang 16

Màn hình cảm ứng (Touch screen)

Bộ Mã hóa/giải

mã âm thanh

Bộ nhớ (Flash Memory)

Quản lý điện năng (Power

Bộ xử lý Băng tần (Baseband Processor)

RAM (Mobile

1.1.1.2 Bộ vi xử lý (Processors)

Bộ vi xử lý bên trong Smartphone có thể được xem như não bộ,

một trong những phần tử cốt lõi nhất của thiết bị Có thể hình dung

đây là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập

trước, một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu transistor với kích thước siêu nhỏ.Thường thì tốc độ xử lý của Smartphone phụ thuộc vào tốc độ và cấu trúc của cácProcessors

Hình 17 Một số vi xử lý thông dụng

Công nghệ phát triển vi xử lý đang là một trong những công nghệ phát triển mạnh

mẽ nhất thế giới smartphone.Tại thời điểm 2008 snapdragon S1với công nghệ 65nm là

Hình 16 Bộ xử lý Băng tần trên bảng mạch iPhone 4s

một bước đột phá lớn tại thời điểm đó, sau 10 năm, snapdragon 835 với tiến trình10nm đã ra đời với hiệu năng tuyệt vời với những tác vụ: load game, ứng dụng hay trảinghiệm đồ họa 3D hầu như không gây ra bất kỳ độ trễ nào

Hình 18 Vai trò của Bộ vi xử lý trong một smartphone hoàn chỉnh

1.1.1.1.1.System-on-a-Chip (SoC)

Ngày nay, khi nói về các bộ Vi xử lý bên trong một

chiếc smartphone, nghĩa là đề cập đến System-on-a-Chip

(Hệ-thống-trên-một-chip, viết tắt là SoC): một chipset tích

hợp có các tính năng như nhân xử lý thực sự, chipset đồ

hoạ, RAM và cả ROM, bộ điều khiển giao diện cho mọi

thứ như USB và công nghệ không dây.v.v.,

Ý tưởng đằng sau một hệ thống-on-a-chip, hay SoC, là tất cả các thành phần quantrọng của một thiết bị được đặt trong một diện tích nhỏ (all-in-one) Nó nhằm làm

Hình 19 SoC Chip

giảm kích thước của chúng trên bo mạch đồng thời tối ưu hóa cho chúng chạy nhanhhơn, tiêu hao ít điện năng hơn Kết quả cuối cùng mà nhà sản xuất quan tâm nhất đó làchi phí lắp ráp và người dùng nhận được sản phẩm nhỏ gọn thẩm mỹ, giá rẻ.

Kiến trúc cơ bản của một SoC được mô tả như hình dưới dây, trong đó:

 CPU: Bộ vi xử lý chính, điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống

 Hệ thống BUS (bus system): Là cầu nối phục vụ cho mục đích truy xuất

dữ liệu đến một thành phần trong hệ thống Trong một SoC phức tạp, sẽ có nhiều hệthống bus được nối với nhau và với các module khác nhau Các BUS này sẽ có tầng

số hoạt động khác nhau ứng với module mà nó kết nối (Giống như việc chạy xe trênđường cao tốc và trong nội thành) Có thể tìm hiểu về kiến trúc AMBA BUS (AHB,APB, AXI) (AMBA = Advanced Microcontroller Bus Architecture)

 INTC (Interrupt Controller): Điều khiển ngắt cho hệ thống Đối với một

số kiến trúc ARM CPU, INTC là một thành phần gắn liền (đi kèm với CPU)

 Peripheral: Các module có sự tương tác trực tiếp với một module bênngoài khi kết nối với chip, ví dụ như USB2.0 controller hoặc ADC (Analog toDigital Converter)

 RAM controller: Điều khiển bộ nhớ ngoài của chip

 Clock và Reset: Bộ điều khiển xung clock và reset của hệ thống

 Bộ điều điểu khiển IN/OUT:Điều khiển trạng thái của từng pin là inputhoặc ouput ứng với một chức năng cụ thể nào đó của từng module

 Các module thông dụng như Timer, WatchDog, DMAC,

 Ngoài ra, trong SoC không thể thiếu các module xử lý chính phục vụ chomột mục đích cụ thể nào đó Ví dụ SoC xử lý về âm thanh, hình ảnh, sẽ có nhữngmodule được thiết kế tương ứng để phục vụ cho việc xử lý âm thanh và hình ảnhriêng biệt

Hình 20 Sơ đồ khối của Vi xử lý dựa trên kiến trúc ARM Cortex V8 (Galaxy S6)

di động, mạng gia đình Module và công nghệ truyền thông không dây và các dự án hệthống nhúng khác do các lợi ích, chẳng hạn như tiêu thụ điện năng thấp, hiệu suất hợp

lý, vv

Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến ARM trởthành cấu trúc 32-bit được sản xuất nhiều nhất trên thế giới CPU ARM được tìm thấykhắp nơi trong các sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết bị cầm tay (PDA, điện thoại

di động, máy đa phương tiện, máy trò chơi cầm tay, và máy tính cầm tay) cho đến cácthiết bị ngoại vi máy tính (ổ đĩa cứng, bộ định tuyến để bàn.) Một nhánh nổi tiếng của

họ ARM là các vi xử lý Xscale của Intel

Kiến trúc ARM là nền tảng cho kiến trúc hầu hết các bộ vi xử lý trong các dòngsmartphone tiên tiến như Samsung Exynos 7420 và Apple A8, A9, QualcommSnapdragon 820,….

Có hai loại bộ xử lý ARM được sử dụng rộng rãi: ARM Cortex-A8 và ARMCortex-A9 MPCore; cả hai đều sử dụng kiến trúc ARMv7 Cortex-A8 thường đượctìm thấy trong các ứng dụng đơn lõi và Cortex-A9 trong các thiết bị có tới 4 lõi A9 làphiên bản mới hơn và thường là đa nhân, tốc độ này nhanh hơn một chút so với bộ xử

lý A8 (2.0 DMIPS / MHz so với 2.5 DMIPS / MHz) ARM cũng làm ra nhân xử lý đồhoạ của Mali, mà chúng ta sẽ xem xét trong phần đồ họa trong mục 2.2.1.2

Hình 21 Kiến trúc ARM bên trong Vi xử lý Apple iPhone A9

Hình 22 Kiến trúc ARM Cortex TM -A53-A57 trên Vi xử lý Samsung Exynos 7420

Chúng ta sẽ tìm hiểu sâu về kiến trúc ARM trong Smartphone trong mục 2.1.3.K

iến trúc của ARM-based smartphones

1.1.1.1.3.Vi xử lý Qualcomm và Snapdragon SoCs

Qualcomm hơi khác so với các nhà sản xuất SoC khác vì họ không thực sự sửdụng thiết kế lõi của bộ xử lý ARM Thay vào đó, họ lấy kiến trúc từ ARM Cortex-A8

và thực hiện những cải tiến mà họ đưa vào nhân Scorpion và Krait của họ Qualcomm

có nhiều nghiên cứu và phát triển hơn mô hình TI OMAP, một số bài test cho thấyhoạt động truyền thông và hiệu suất năng lượng có thể tốt hơn so với Cortex-A8

Hình 23 Một sơ đồ khối Vi xử lý của Snapdragon S4 SoCs sử dụng CPU Krait

1.1.1.1.4.Bộ xử lý đồ họa (Graphics/GPU)

GPU là công cụ đồ họa chuyên dụng được thiết kế chủ yếu dành cho đồ họa 3D,đồng thời có thể xử lý tốt cả đối tượng 2D Nó hoạt động dựa trên một mô hình tamgiác kết hợp với thuật toán để đổ bóng các đối tượng tạo ra môi trường 3D trên mànhình 2D

Có ba nhà sản xuất GPU di động lớn thời điểm hiện tại gồm ARM với chip Mali,Qualcomm có Andreno và PowerVR của Imagination

Sản phẩm GPU của ARM đã trải qua ba phiên bản kiến trúc lớn Đầu tiên làUtgard sử dụng trên các dòng chip đồ họa như Mali-400, Mali-470 Tiếp theo đếnMidgard, nền kiến trúc hỗ trợ mô hình đổ bóng hợp nhất và OpenGL ES 3.0 Phiênbản mới nhất có tên mã Bifrost được sử dụng trên hai dòng GPU là Mali-G71 và Mali-G51

GPU Adreno 530 của Qualcomm dùng cho Snapdragon 820 và 821, trong khiSnapdragon 835 mới nhất sử dụng Adreno 540 Chip đồ họa 540 dựa trên kiến trúctương tự Adreno 530, nhưng được cải tiến một số tính năng và tăng 25% khả năngtrình diễn 3D Adreno 540 cũng hỗ trợ đầy đủ DirectX 12, OpenGL ES 3.2, OpenCL2.0, API đồ họa của Vulkan cũng như nền tảng Google Daydream VR

1.1.1.1.5.Đơn vị quản lý bộ nhớ (MMU)

MMU (Memory Management Unit) là đơn vị quản lý bộ nhớ thường được tíchhợp vào CPU hoặc đôi khi là một mạch tích hợp riêng Nó hỗ trợ ánh xạ từ địa chỉ bộnhớ ảo ra địa chỉ bộ nhớ vật lý Cụ thể, khi CPU muốn truy suất tới địa chỉ bộ nhớ ảo,MMU sẽ tự động ánh xạ tới một địa chỉ vật lý thực sự

1.1.1.1.6.Bộ nhớ đệm cache L1 và L2

Bộ nhớ RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên – Random Access Memory) có thể đủnhanh và rõ ràng vượt trội hơn bộ nhớ trong, nhưng so với tốc độ xử lý của CPU thì nócòn chậm hơn rất nhiều Vì thế, hệ thống gặp phải vấn đề là khi CPU cần xử lý cái gì,

nó phải đợi RAM nạp dữ liệu với tốc độ chậm đó Để giải quyết khác biệt này, SoCcần tích hợp thêm bộ nhớ đệm địa phương có tốc độ nhanh như CPU Bản sao lệnh và

dữ liệu từ bộ nhớ RAM sẽ được lưu trữ tại đây giúp cải thiện đáng kể hiệu suất củaSoC Dung lượng của bộ nhớ đệm chỉ được tính bằng Kilobyte hoặc Megabyte và chiphí sản xuất loại bộ nhớ này cao hơn nhiều RAM

Hình 24 Bộ nhớ đệm L1 và L2 được tích hợp trên chip Cortex A57

Bộ nhớ cache chạy ở tốc độ tương tự CPU thuộc cấp độ một và được gọi L1(Level 1) Đây là bộ nhớ đệm nhanh nhất, gần với CPU hơn cả và mỗi lõi đều sở hữucache L1 của riêng nó Cấp độ thứ hai là L2 dung lượng lớn hơn, chi phí thấp nhưng

L2CacheL1

Cache

tốc độ lại chậm hơn Nó phục vụ tất cả các lõi CPU, trở thành bộ nhớ đệm thống nhấtcho toàn SoC.

Tác dụng của L2 là khi dữ liệu yêu cầu không chứa trong bộ nhớ cache L1 thìCPU sẽ truy suất từ L2 trước khi thử ở bộ nhớ chính Mặc dù L2 chậm so với L1,nhưng vẫn nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ chính, đồng thời hỗ trợ lưu trữ nhiều dònglệnh và dữ liệu hơn L1

Ví dụ thiết kế của lõi Cortex-A72 gồm 48K dung lượng bộ nhớ L1 xử lý câu lệnh

và 32K bộ nhớ L1 lưu trữ dữ liệu Toàn bộ SoC sẽ có thêm bộ nhớ L2 cache từ 512Kđến 4MB, tùy nhà sản xuất

1.1.1.1.7.Bộ xử lý tín hiệu số và ngược lại (DSP và DAC)

DSP viết tắt của cụm từ Digital Signal Processor (bộ xử lý tín hiệu số) là bộ phậnchuyên dụng của phần cứng được thiết kế để xử lý tín hiệu âm thanh Các tập lệnh của

nó nhỏ hơn so với tập lệnh của vi xử lý nên cần bộ giải mã đơn giản, nhờ thế tốc độlàm việc sẽ nhanh hơn

Hình 25 Mô phỏng cơ chế hoạt động của DSP & DAC

Hình dưới đây thể hiện việc DSP và DAC tương tác với các hệ thống bên trong Vi

xử lý

Hình 26 Kiến trúc DSP (Digital Signal Processor) truyền thống

DSP của Qualcomm là Hexagon, dù được biết đến như một Bộ xử lý tín hiệu sốthì tính năng đã vượt ra ngoài giới hạn xử lý âm thanh để đảm nhiệm thêm vai trò nângcao chất lượng hình ảnh, tăng cường thực tế ảo, xử lý video và các cảm biến

DAC viết tắt từ cụm từ Digital to Analog Converter (bộ chuyển đổi tín hiệu sốsang Analog) có nhiệm vụ nhận dữ liệu số từ file âm thanh rồi chuyển đổi sang dạngsóng để gửi đến tai nghe hoặc loa, từ đó phát ra âm thanh tai người có thể nghe được.DAC tốt là loại tái tạo tín hiệu sang dạng âm thanh hiệu quả nhất, ít nhiễu

Hình 27 Sơ đồ hoạt động của DAC

1.1.1.3 Bộ nhớ (Memory & Storage)

1.1.1.1.8. Internal - Bộ nhớ trong

1.1.1.1.1.1 RAM

a Định nghĩa và cấu tạo:

RAM (viết tắt từ Random Access Memory - bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), là mộttrong những thành phần quan trọng của điện thoại thông minh cùng với lõi xử lý và đồhọa chuyên dụng RAM được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên vì nó có đặc tính: thờigian thực hiện thao tác đọc hoặc ghi đối với mỗi ô nhớ là như nhau, cho dù đang ở bất

kỳ vị trí nào trong bộ nhớ Không có RAM điện thoại thông minh của bạn sẽ khôngthực hiện các nhiệm vụ cơ bản bởi vì truy cập vào các tập tin sẽ vô cùng chậm

RAM là “người trung chuyển” giữa hệ thống tập tin, được lưu trữ trên ROM, vàlõi xử lý, với mục đích phục vụ bất kỳ yêu cầu thông tin càng nhanh càng tốt RAMlưu trữ các tệp quan trọng cần thiết cho bộ vi xử, được chờ để được truy cập Các tệpnày có thể là những thứ như các thành phần hệ điều hành, dữ liệu ứng dụng và đồ họatrò chơi; nói chung mọi thứ cần phải được truy cập ở tốc độ nhanh hơn so với các bộnhớ khác có thể cung cấp

RAM được sử dụng trong smartphone là loại DRAM chuyên dụng (D làDynamic) Nó có nghĩa là nội dung của Module DRAM có thể được thay đổi nhanhchóng và dễ dàng để lưu trữ các tệp khác nhau

Hình 28 Một sơ đồ cho thấy một cài đặt package-on-package Phần thay thế thấp hơn sẽ

là SoC và phần trên của RAM

b Các loại RAM

Các loại DRAM (Dynamic RAM - RAM động):

• SDRAM (Viết tắt từ Synchronous Dynamic RAM) được gọi là DRAM đồng bộ.SDRAM gồm 3 phân loại: SDR, DDR, DDR2 va DDR3

• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), thường được giới chuyên môn gọitắt là "DDR" DDR SDRAM là cải tiến của bộ nhớ SDR với tốc độ truyền tải gấp đôiSDR nhờ vào việc truyền tải hai lần trong một chu kỳ bộ nhớ Đã được thay thế bởiDDR2

• DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM), Thường được giới chuyên môngọi tắt là "DDR2" Là thế hệ thứ hai của DDR, lợi thế lớn nhất của nó so với DDR là

có bus speed cao gấp đôi clock speed

• DDR III SDRAM (Double Data Rate III SDRAM): gọi tắt là "DDR3", có tốc độbus 800/1066/1333/1600 Mhz

c Kích thước và tốc độ là tất cả mọi thứ

Khả năng của điện thoại để chạy đồng thời các ứng dụng phụ thuộc vào dunglượng RAM còn trống và bộ nhớ RAM không bao giờ là quá nhiều đối với 1 chiếcSmartphone Ví dụ: iPhone 4 và Samsung Nexus S có 512MB RAM có thể chạy nhiềuứng dụng mà không sợ làm giảm hiệu suất của điện thoại

Hình 29 IPhone 4S có 512 MB LPDDR2 được nhúng trong Vi xử lý A5 SoC Các dấu hiệu

bao quanh bằng màu vàng cho thấy điều này

1.1.1.1.1.2 ROM

Bộ nhớ chỉ đọc (Read-Only Memory - ROM) là một loại thiết bị lưu trữ dùngtrong máy tính và các thiết bị khác Không giống như RAM, thông tin trên ROM vẫnđược duy trì dù nguồn điện cấp không còn

ROM, rất quan trọng đối với hoạt động của điện thoại thông minh; vì nó lưu trữ hệđiều hành và các tập tin quan trọng của điện thoại Ngay cả khi một điện thoại không

có bộ nhớ truy cập cho người dùng, sẽ có một số hình thức lưu trữ nội bộ lưu trữ hệđiều hành

Tùy thuộc vào hệ điều hành được nạp trên thiết bị, sẽ có nhiều chip lưu trữ bêntrong thiết bị, được phân chia thành nhiều khu vực cho các mục đích khác nhau, chẳnghạn như lưu trữ ứng dụng, bộ nhớ cache và các tệp hệ thống Thông thường chip lưutrữ các tập tin hệ thống được gọi là ROM cho bộ nhớ chỉ đọc; tuy nhiên bộ nhớ ở đây

có thể được sửa đổi thông qua các bản cập nhật hệ thống, không chỉ bởi người dùngcuối

Một số thiết bị, chẳng hạn như Samsung Galaxy S, có cài đặt đa ROM Một chipnhớ nhỏ hơn khoảng 512 MB, nhưng nhanh hơn và lưu trữ các tệp hệ thống chính, bộnhớ cache và dữ liệu ứng dụng trong các phân vùng riêng biệt Chip thứ hai lớn hơn,

và thường là phân vùng 1-2 GB của bộ nhớ người dùng chậm hơn nhưng cho phép lưutrữ các ứng dụng

ROM, theo đúng nghĩa, chỉ cho phép đọc dữ liệu từ chúng tuy nhiên tất cả các loạiROM đều cho phép ghi dữ liệu ít nhất một lần, hoặc khi sản xuất lần đầu hoặc trongbước lập trình Một số loại ROM cho phép xóa và lập trình lại nhiều lần

1.1.1.1.9. External - Bộ nhớ ngoài

Thẻ nhớ là một dạng bộ nhớ mở rộng của các thiết bị số cầm tay nói chung (baogồm: PocketPC, Smartphone, Điện thoại di động, Máy ảnh số, Máy quay video số…)thường có kích thước khá nhỏ Thẻ nhớ sử dụng công nghệ flash để ghi dữ liệu

Trong ba hệ điều hành smartphone chính (iOS, Android và WP7), Android là hãngduy nhất có thể hỗ trợ lưu trữ di động Với thiết bị iOS như iPhone, Apple cho phépbất kỳ phương pháp mở rộng dung lượng lưu trữ nào, thay vào đó cung cấp cho người

dùng dung lượng lưu trữ nội bộ rộng rãi mà họ có thể sử dụng cho các ứng dụng,video, âm nhạc và v.v…

Thẻ nhớ có một số loại như sau:

 CompactFlash Type I/II (CF)

 xD (Độc quyền của hãng Fujifilm và Olympus)

Tốc độ đọc và ghi của các loại thẻ nhớ càng lớn có thể giúp thực hiện các tác vụnhanh hơn, làm giảm nguy cơ gây lỗi khi làm việc

1.1.1.4 Màn hình (Displays)

Hầu hết smartphone ngày nay đều sử dụng Màn hình cảm ứng, là màn hình hiểnthị hình ảnh điện tử có lớp cảm ứng cho phép người dùng tương tác trực tiếp với giaodiện của điện thoại bằng bút stylus, ngón tay hoặc bàn tay… Có 2 loại màn hình cảm

ứng điện dung (Capacitive touchscreen) và cảm ứng điện trở (Resistive touchscreen).

Hai công nghệ Màn hình chính được sử dụng trong Smartphone là LCD và Led.Các loại màn hình sử dụng 2 công nghệ này bao gồm:

 LCD (viết tắt của Liquid Crystal Display - màn hình tinh thể lỏng) là

một công nghệ màn hình thường được sử dụng trên nhiều thiết bị Màn hình LCDkhông tự tạo ánh sáng mà phải nhờ đến đèn nền để phát sáng Mật độ của màn hìnhLCD rất thấp vì vậy trong ánh sáng mặt trời màu sắc xuất hiện rất kém Chất lượngcủa màn hình LCD thay đổi tùy theo quá trình sản xuất và sử dụng, hầu hết các mànhình trên điện thoại giá rẻ hiện nay điều được làm từ màn hình LCD cung cấp màusắc và góc nhìn rất hẹp

 TFT LCD (viết tắt của TFT là Thin Film Transistor – bóng bán dẫn

dạng phim mỏng) bắt đầu được đưa vào smartphone vào năm 2005, có khả năng táitạo màu tốt hơn và độ phân giải hình ảnh cao hơn so với các màn hình LCD thế hệ

trước đó Do chi phí sản xuất màn hình TFT đã giảm đáng kể từ sau 2005, côngnghệ màn hình này đã xuất hiện phổ biến trên điện thoại cơ bản và smartphone giáthấp

Hình 30 Một sơ đồ cơ bản của một màn hình TFT LCD | Hình ảnh: TEAC

 Màn hình Super LCD: Super LCD là phiên bản nâng cấp đặc biệt của

TFT-LCD Super LCD có độ tượng phản tốt hơn, màu sắc sinh động hơn và hiển thịdưới ánh sáng mặt trời dễ nhìn hơn so với màn hình AMOLED Tuy nhiên, mànhình này hao pin hơn so với màn hình AMOLED và có độ sáng thấp hơn

 Màn hình IPS LCD: Màn hình IPS bao gồm những thành phần đặc

trưng của LCD, tuy nhiên điểm khác biệt của màn hình này là các lớp tinh thể lỏnggiờ đây được xếp theo hàng ngang (đây là nguồn gốc của cụm từ "In Plane") songsong với 2 lớp kính phân cực ở trên và dưới thay vì vuông góc Sự thay đổi này làmgiảm lượng ánh sáng tán xạ, cung cấp góc nhìn rộng và tái tạo màu sắc tốt

Hình 31 Thiết kế màn hình IPS

Màn hình IPS hiển thị hình ảnh với gam màu rộng hơn, thường được sử dụng trongcác thiết bị cao cấp, rất thích hợp cho thiết kế đồ họa vốn đòi hỏi khắt khe về chấtlượng hiển thị, ngoài ra màn hình IPS còn cung cấp góc nhìn lên tới 178 độ so vớiphương ngang, điều này có nghĩa là người dùng không nhất thiết phải ngồi trực diệnvẫn có thể trải nghiệm hết chất lượng của hình ảnh.

 Màn hình OLED: OLED (Organic Light Emitting Diode) là một diode

phát sáng (LED), trong đó lớp phát ra ánh sáng được làm bằng hợp chất hữu cơ.Một màn hình OLED không yêu cầu đèn nền, do đó nó làm giảm điện năng tiêu thụcũng như hiển thị màu đen tốt hơn và không giống như màn hình LCD Một trongnhững lợi thế của màn hình OLED là màu sắc sống động, góc nhìn rộng hơn, cảithiện độ sáng và hiệu quả năng lượng tốt hơn

 AMOLED (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode còn gọi là Ma

trận động Diode phát quang hữu cơ) Công nghệ này là một trong những công nghệmàn hình mới có nhiều ưu thế và được đánh giá sẽ thay thế màn hình TFT Mànhình AMOLED hiển thị rực rỡ hơn màn hình TFT và tiêu thụ điện thấp hơn

Hình 32 Một sơ đồ của bảng điều khiển AMOLED | Hình ảnh: Wikimedia Commons

 Super AMOLED: Đây là phiên bản khác của màn hình AMOLED do

Samsung phát triển Bằng cách kết hợp màn cảm ứng (touch panel) và lớp kính trêncùng, Samsung đã tạo ra màn hình có màu sắc nổi bật hơn so với các màn hìnhAMOLED thông thường và có khả năng hiển thị rõ hơn dưới ánh sáng mặt trời.Công nghệ màn hình này đã được đưa vào các smartphone cao cấp của Samsungnhư Galaxy S

 Màn hình Retina: Retina là một thuật ngữ của Apple, nhằm chỉ loại

màn hình IPS-LCD có mật độ điểm ảnh cao đến mức mắt thường của người khôngthể phân biệt được từng điểm ảnh riêng biệt ở góc nhìn thông thường Màn hìnhRentina thường được sử dụng trong các sản phẩm của Apple

 ClearBlack: Công nghệ màn hình này thuộc về Nokia Nó có khả năng

kết hợp các phản ứng trong tấm hiển thị và tấm cảm ứng làm giảm phản xạ và cungcấp hiệu suất tốt hơn nhiều khi nhìn ngoài trời Mặc dù những lợi ích của màn hìnhnày tương tự như màn Super AMOLED nhưng công nghệ làm ra chúng rất khácnhau Màn hình này có góc nhìn tốt hơn và hiển thị màu đen tốt hơn Hiện nay, nóđược sử dụng rộng rãi trong các thiết bị Lumia của Nokia

Hình 33 Sự khác nhau giữa công nghệ LCD và OLED

1.1.1.5 Pin (Batteries)

Smartphone lấy năng lượng hoạt động từ pin Công nghệ pin hiện nay là loại ion (Lithium ion) Pin Lithium ion sử dụng hợp chất Lithium làm vật liệu điện cực, cácion di chuyển từ cực dương đến cực âm trong quá trình sạc và theo chiều ngược lại khi

Li-sử dụng

1.1.1.6 Cameras

Smartphone ngày nay không chỉ có mỏng hơn và nhanh hơn, các thiết bị thông

minh này vẫn đang tiến hóa bằng những công nghệ mới Theo New York Times,

camera và những phần mềm, cảm biến giúp chụp ảnh đẹp sẽ là điểm nhấn mới củasmartphone

Hầu hết smartphopne có hai camera, một ở phía trước và một ở mặt sau Máy ảnhđược tạo nên từ ba thành phần: bộ cảm biến, các ống kính và bộ xử lý hình ảnh Một

số dòng sản phẩm hiện nay trang bị camera kép giúp xử lý tốt hơn trong điều kiệnthiếu sáng và mô phỏng hiệu ứng độ sâu trường ảnh

Hình 34 Mô hình Camera Galaxy S6 (16 Megapixel, khẩu độ F1.9) với các thấu kính

Chỉ số megapixel cho chúng ta biết độ phân giải của cảm biến, nhưng không hẳn

cứ nhiều chấm sẽ tạo ra bức ảnh đẹp hơn Số lượng megapixel chỉ là một trong số cácyếu tố quyết định đến chất lượng hình ảnh, bênh cạnh độ nhạy của cảm biến và khảnăng giảm nhiễu khi chụp trong điều kiện thiếu sáng

Hình 35 Bộ xử lý hình ảnh IPS trên SoC Snapdragon 820 của Qualcomm.

Một thành phần rất quan trọng không thể không nhắc tới là bộ xử lý tín hiệu hìnhảnh ISP (Image Signal Processor) thường được tích hợp trên SoC Bộ phận này giúp

xử lý dữ liệu từ máy ảnh để cho ra bức hình hoàn thiện Pixel (điểm ảnh) là thành phần

cơ bản nhất với tiêu chí càng nhiều điểm ảnh thì độ chính xác và sắc nét của ảnh cànglớn IPS sử dụng thuật toán để gộp và tái tạo lại màu sắc, cũng như đảm nhiệm các vaitrò như lấy nét tự động, kiểm soát độ phơi sáng, cân bằng trắng

Thông thường, nếu di chuyển máy ảnh trong lúc chụp thì hình sẽ bị mờ Vì vậy,điện thoại di động sử dụng bộ ổn định hình ảnh quang học (OIS), công nghệ làm giảmhiện tượng mờ do rung tay hoặc di chuyển camera

Camera ngày nay sẽ nhận diện ra bạn ngay khi bạn

cầm smartphone lên, và biết bạn chính là chủ nhân của

chiếc smartphone để mở khóa màn hình Cùng với

phần mềm, bạn sẽ có thể chĩa camera vào thực đơn

nhà hàng để nó dịch tên các món ăn Khi mua sắm đồ

đạc, bạn dùng camera điện thoại và nó sẽ phác thảo cho bạn chỗ để bàn cà phê trông sẽthế nào, di chuyển không gian xung quanh ra sao…

1.1.1.7 Các cảm biến (Sensors)

Smartphone ngày càng thông minh và ngày càng được trang bị các loại cảm biếnhiện đại hơn Một số cảm biến được sử dụng trong smartphone như sau:

1.1.1.1.10 Gia tốc kế

Cảm biến này sẽ giúp smartphone của bạn cảm nhận được sự

dịch chuyển của smartphone dựa trên 3 trục XYZ Cảm biến này

sử dụng trong các trường hợp ví dụ như tự xoay màn hình khi thay

đổi hướng, xoay camera, nhấc điện thoại lên màn hình sẽ mở, úp

điện thoại xuống màn hình tắt… Rất nhiều ứng dụng, game hành

động, đua xe, bắn súng cũng cần, nhưng để có độ chính xác cao hơn chúng ta cùng tìmhiểu thêm loại cảm biến thứ hai

1.1.1.1.11 Con quay hồi chuyển

Con quay hồi chuyển là một thiết bị cơ học và nó sẽ

chống lại lực hút của trái đất: Khi có tác động từ bên

ngoài hướng của con quay hồi chuyển vẫn được cố định

Người ta đã tạo ra một con chip mô phỏng gần như

chính xác cách hoạt động của con quay hồi chuyển và

tích hợp vào smartphone Loại cảm biến này không chỉ quan trọng trên những chiếcđiện thoại mà nó còn được trang bị trên máy bay, các tàu thăm dò không gian và nhiềuthiết bị khác

Trên smartphone con quay hồi chuyển sẽ kết hợp với gia tốc kế để đưa ra nhữngthông tin chính xác về sự chuyển động của thiết bị Khi bạn chơi game đua xe, chỉ cầnnghiêng điện thoại là chiếc xe được chuyển hướng, hay một số game bắn súng nghiêng

về phía trước giúp nhân vật chạy nhanh hơn, nghiêng về phía sau để dừng lại… Tất cảđều nhờ tốt sự kết hợp của hai loại cảm biến vô cùng quan trọng này

cảm biến này được trang bị lần đầu trên chiếc Galaxy Note 2 và hiện nay khá phổbiến

1.1.1.1.14 Cảm biến ánh sáng

Loại cảm biến này dùng để xác định ánh sáng môi trường xung quanh để tự độngđiều chỉnh ảnh sáng của màn hình Không những smartphone mà nhiều dòng laptoptrên thị trường cũng được trang bị cảm biến này

1.1.1.1.15 Nhiệt kế

Cảm biến này xuất hiện khi ra mắt Galaxy S4, Samsung cho biết sản phẩm này cóthể đo được nhiệt độ môi trường xung quanh chứ không chỉ là đo nhiệt độ dựa vàothông tin thời tiết và vị trí từ internet Chức năng chính của nhiệt kế trong máy khôngphải để đo nhiệt độ bên ngoài mà là để đo nhiệt độ trong máy: Khi máy quá nóng thiết

bị sẽ cảnh báo người dùng, đưa ra các chỉ dẫn để tránh hư hại cho thiết bị

1.1.1.1.16 Cảm biến tiệm cận

Loại cảm biến này sử dụng một nguồn phát hồng ngoại và một cảm biến hồngngoại Ánh sáng từ nguồn phát hồng ngoại không nhìn thấy được sẽ chiếu vào các vậtnằm trước nó và phản xạ lại, cảm biến hồng ngoại ghi nhận và dựa vào thời gian phản

xạ sẽ tính toán được khoảng cách Nhờ cảm biến tiệm cận mà mỗi khi chúng ta áp điệnthoại lên tai thì màn hình sẽ tự tắt

1.1.1.1.17 Cảm biến đo bước chân

Các smartphone hiệu nay, đặc biệt là các sản phẩm cao cấp được trang bị tínhnăng theo dõi sức khỏe, một phần quan trọng của tính năng này là khả năng đếm sốbước đi/chạy của người dùng Các đồng hồ thông minh cũng có cảm biến này để lấythông tin về chuyển động của người dùng Để theo dõi sức khỏe, Samsung còn tíchhợp thêm cảm biến đo nhịp tim vào dòng S và Note của mình Theo đánh giá thì cảmbiến này cho kết quả có độ chính xác khá cao, đặc biệt sẽ hữu ích với những người bịbệnh liên quan đến tim mạch

1.1.1.1.18 Cảm biến vân tay

Khi iPhone với cảm biến vây tay ra mắt thì nó đã trở

thành một tiêu chuẩn cho smartphone cao cấp và ngày càng

phổ biến Tính năng chính của nó là để bảo mật, ngoài dùng

để đăng nhập vào thiết bị, cảm biến vân tay còn dùng để mua ứng dụng trên Store, truycập vào ứng dụng ngân hàng, thanh toán qua các ứng dụng nhà sản xuất tích hợp…1.1.1.1.19 Các kết nối (Connectivity)

Tính năng quan trọng của smartphone chính là khả năng kết nối Điện thoại thôngminh đi kèm nhiều tùy chọn kết nối và giao tiếp khác nhau như 3G, 4G LTE, WiFi,Bluetooth và NFC Tất cả các giao thức này cần sự hỗ trợ phần cứng gồm modem vàchip phụ khác

Hình 36 Các bộ phận hỗ trợ kết nối trên smartphone

Ngày nay, phần lớn nhà sản xuất SoC tên tuổi đều tích hợp modem 4G LTE trênchip của mình Qualcomm có lẽ là nhà lãnh đạo thế giới trong lĩnh vực này Samsung

và Huawei cũng bám khá sát theo sau Chip của MediaTek không có xu hướng tíchhợp công nghệ tiên tiến LTE do công ty tập trung tiếp cận các thị trường mới nổi.Nhưng quan trọng hơn cả, các nhà mạng tại từng quốc gia phải triển khai dịch vụ

hỗ trợ tốc độ LTE thì thiết bị được tích hợp công nghệ mới phát huy tác dụng Thế hệmodem mới nhất tích hợp công nghệ 4G LTE là Snapdragon X16 LTE, được sản xuấttrên dây chuyền 14nm FinFET cho tốc độ lên đến 1Gbps

Ta có thể tìm thấy chip Bluetooth, NFC và WiFi trên smartphone Những côngnghệ này được phát triển bởi các công ty như NXP hoặc Broadcom

NFC (Near-Field Communications) là công nghệ kết nối không dây trong phạm vitầm ngắn trong khoảng cách 4 cm Công nghệ này sử dụng cảm ứng từ trường để thựchiện kết nối giữa các thiết bị (smartphone, tablet, loa, tai nghe …) khi có sự tiếp xúctrực tiếp (chạm) Sau đây là Sơ đồ xử lý tín hiệu NFC.

Hình 37 Sơ đồ xử lý tín hiệu cảm biến NFC

Cuối cùng là các cổng kết nối Hầu hết smartphone đều có cổng sạc loại microUSB hoặc USB Type-C và trang bị jack tai nghe chuẩn 3.5mm Việc xây dựng mộtmẫu điện thoại không cổng kết nối hoàn toàn khả thi nhờ sử dụng công nghệ sạckhông dây và tai nghe Bluetooth

1.1.3 Kiến trúc của ARM-based smartphones

ARM Holdings plc là công ty có trụ sở tại Anh, từ năm 1983, đã phát triển Kiến trúc tập lệnh bộ vi xử lý ARM và sử dụng bên trong các vi xử lý ARM của họ ARM

sở hữu 2 thứ cơ bản mà các hãng khác rất cần đến nó là kiến trúc vi sử lý(microprocessor architecture) và bộ vi xử lý (processor core) ARM sở hữu một loạtthiết kế lõi CPU rồi cấp phép dưới thương hiệu Cortex-A, như Cortex-A53, Cortex-A57 và Cortex-A73 để khách hàng tự làm chip Các công ty như Qualcomm,Samsung, MediaTek, Huawei sẽ sử dụng các thiết kế lõi này để tích hợp lên SoC củamình

ARM còn cung cấp một loại giấy phép nữa là giấy phép kiến trúc: Nghĩa là kháchhàng sẽ tự thiết kế lõi riêng tương thích với kiến trúc ARM để phù hợp với cấu hìnhriêng Qualcomm, Samsung và Apple đều sử dụng loại giấy phép này Ví dụ lõiMongoose (M1) trong Exynos 8890 hoàn toàn tương thích kiến trúc ARM nhưng lạiđược thiết kế bởi Samsung Apple A9 sử dụng kiến trúc ARMv8-A với 2 lõi, SamsungExynos 7420 sử dụng 4 lõi ARM Cortex-A57 và 4 lõi Cortex-A53, Huawei Kirin 960

sử dụng bốn lõi Cortex-A53 và bốn lõi Cortex-A73 trong cấu hình đa xử lý khôngđồng nhất (Heterogeneous Multi-Processing - HMP)

Đây là lý do tại sao hai SoC từ các công ty khác nhau đều có thể có cùng bộ vi xử

lý như TI OMAP3630 và Samsung Exynos 3310 sử dụng một giải pháp ARM A8 lõi đơn 1 GHz Chúng khác nhau trong việc sử dụng các thành phần khác, chẳnghạn như cách OMAP sử dụng GPU PowerVR SGX530 nhưng Exynos có SGX540