Анализ и оценка функциональных возможностей портативных компьютеров и соответствующих операционных систем

  ВВЕДЕНИЕ

  В  настоящее время, когда каждая потерянная минута может привести к краху всего бизнеса,  особое внимание уделяется экономии рабочего времени сотрудников, в связи с чем, многим пользователям (журналистам, менеджерам, торговым представителям и т.д.) стали необходимы мобильные вычислительные средства с автономным электропитанием. Очевидным решением является использование мобильных технологий, представленных широким рядом моделей.

  Все портативные компьютеры можно формально  разделить на два класса согласно их габаритным размерам и весу:

  - ноутбуки (лэптопы)

  В этот класс входят устройства весом  около 3,5 кг и более, а габаритные размеры зависят, в основном, от диагонали встроенного дисплея. Современные ноутбуки, как правило, оснащаются дисплеями с диагональю 15 или 17 дюймов, поэтому работа за такими машинами почти ничем не отличается от работы с настольным компьютером, снабженным отдельным дисплеем. В свою очередь, в этом классе выделяют подкласс субноутбуков, отличающихся меньшим весом (от 0,9 до 2,7 кг),  меньшей толщиной самого ноутбука в закрытом состоянии и дисплеем, как правило, с диагональю от 14,1 до 15,1 дюйма.

  - карманные портативные компьютеры (КПК, PDA, наладонники)

  К карманным портативным компьютерам  можно отнести самых маленьких  и легких представителей мобильных  технологий. Обычно КПК весит не более 200 грамм, а по размеру помещается на ладони взрослого человека, за что и получил свое название «наладонник».   Если первое время КПК не воспринимались всерьез и считались игрушками для обеспеченных людей, то теперь отношение к ним в корне переменилось, в основном в связи с новыми решениями в области беспроводной связи.

  Эволюция, которую претерпели портативные  компьютеры за последние два десятилетия, кардинально изменила как наше отношение  к ним, так и сам подход к получению информации, доступу к развлечениям. Компьютеры предоставили нам новые способы общения, побывали на покоренных людьми горных вершинах и даже на орбитальных космических станциях.

  Современные портативные компьютеры обладают всеми  функциями, доступными для настольных компьютеров. В том числе, на них можно производить сложные математические вычисления, работать с чертежными инженерными  CAD-программами,  создавать сложных слайд-презентаций и т.д., стали доступны множество функций благодаря беспроводному подключению к сети Интернет или подключению через мобильный телефон. Современный   портативный компьютер можно рассматривать как своеобразную рабочую станцию, подключив к нему   периферического оборудование, такое как принтеры, сканеры, цифровые фото и видео камеры,  тем самым кардинально меняя его назначение.

  В последнее время интерес к  портативным технологиям только увеличивается, разработчики и производители соревнуются за право назвать свою продукцию самой миниатюрной, самой отлаженной, доступной и удобной. Рынок портативных компьютеров растет, и все большее количество пользователей решаются заменить стационарный компьютер современным переносным.

  Целью является рассмотрение современных  портативных компьютеров и анализ их функциональных возможностей и соответствующих  операционных систем.   

  Задачи  данного дипломного проекта:

• рассмотрение современных портативных компьютеров
• анализ функциональных возможностей ноутбуков и карманных компьютеров
• рассмотрение соответствующих операционных систем.

  1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

     1.1. Современные ноутбуки

  1.1.1. История появления и развития  ноутбуков

  Стандартно  ноутбук реализует принцип «ничего  лишнего» и, в общем, имеет конструкцию, состоящую из: откидывающейся крышки, которая выполняет функцию плоского жидкокристаллического экрана, кнопок на переднем торце, которые позволяют  использовать ноутбук для проигрывания музыки. К ноутбуку можно подключать дополнительную литий-ионную батарею питания (аккумулятор), внешний накопитель на гибком диске и сетевой адаптер, а также,  репликатор (размножитель портов) (рис. 1), который позволяет подключать ноутбук к настольному ПК, принтеру, внешнему дисплею, сканеру и массе других внешних устройств.

  Рис. 1  Вид на репликатор портов со стороны  разъемов

  Принято считать, что история ноутбука берет  свое начало в 1970-х, когда сотрудник исследовательского центра Xerox Palo Alto Research Center (США) Алан Кей  задумался над тем, как обеспечить людям возможность носить вычислительные устройства с собой. Он представил себе переносной компьютер размером с блокнот, которым мог бы обладать любой человек и который был бы способен удовлетворять все его информационные потребности, и дал ему название «Dynabook».

  Почти в это же время корпорация Intel (основанная в 1968 года) только разрабатывала свой первый микропроцессор — 4004. Сам по себе процессор был мал, но потребовалось еще несколько лет, прежде чем другие компьютерные компоненты уменьшились настолько, чтобы их можно было применять в ноутбуках.

  В 1979 году Вильям Могридж (William Moggridge) из компании Grid Systems Corp сделал первый шаг к созданию портативного компьютера. Это было устройство, которое сегодня в отрасли называют «дорожным» компьютером. Оно содержало запоминающее устройство на цилиндрических магнитных дисках с огромной по тем временам емкостью 340 килобайт, имело штампованный корпус из магниевого сплава и откидной электролюминесцентный графический дисплей. В компьютере использовался процессор Intel i80c86, который позволял работать на внушительной тогда тактовой частоте 8 мегагерц.

  Машина, названная Grid Compass, имела существенные преимущества перед стандартными для того времени компьютерами, обладая впятеро меньшей массой, чем у любой модели с эквивалентной производительностью. И в начале 1980-х годов агентство НАСА уже использовало машины Grid Compass в программе «космического челнока» (space shuttle).

  Многие  считают первым ноутбуком машину Ampere WS-1, появившуюся в 1985 году. Ampere WS-1 — это первый лэптоп с APL (А Programming Language — языком программирования). Этот портативный компьютер был произведен компанией Nippon-Shingo по разработке Ampere. В нем использовался процессор 68000 с тактовой частотой 8 МГц и оригинальная многофункциональная операционная система «BIGDOS». Вес был удивительно малым — 4 кг. В ноутбуке использовался плоский дисплей. В историю эта машина вошла не только как первый ноутбук, но и как компьютер с удивительным дизайном. При закрытой крышке его вполне можно принять за современный прототип ноутбука.

  В те времена подобные компьютеры и  получили сове название «лэптопы» (от laptop — наколенный). Имелось в виду, что для работы такой компьютер можно (например, в кресле самолета или электропоезда) поместить у себя на коленях. Но габариты компьютеров уменьшились до размера книги или приличного блокнота, и их стали называть блокнотными или ноутбуками (рис. 2). Первым производителем, соединившим идею мобильного компьютера и зарождающегося стандарта IBM PC, стала компания Compaq. Ее машина пользовалась огромным успехом и дала начало эволюции IBM-совместимых мобильных ПК, особую роль в которой сыграла корпорация Intel с семейством своих микропроцессоров.

  Рис. 2  Один из первых ноутбуков Toshiba T1000SE

  И в 1986 году, корпорация IBM представила  первую «трансформируемую» модель ноутбука на базе процессора корпорации Intel. Кроме  того, это был первый компьютер, укомплектованный 3,5-дюймовым флоппи-дисководом и собственным прикладным программным обеспечением, включавшим в себя: базовый текстовый редактор, календарь-ежедневник, телефонная/адресная книга, калькулятор. Он весил 5,4 кг и продавался за 3500 $.

  В 1990 году в корпорации Intel осознали, что  мобильность — это не просто перенос  настольной системы в дорожные условия. Откликаясь на потребности более эффективного использования мобильных технологий, принимая во внимание достижения в технологиях создания аккумуляторных батарей и учитывая революционное развитие мобильной телефонии, корпорация Intel представила миру процессор Inte1386 SL — первый специализированный процессор для мобильных ПК. Он содержал архитектурное расширение для управления энергопотреблением, а построенные на его основе системы становились все более компактными и портативными и все меньше напоминали кейсы и чемоданы. В этом же году корпорация Intel предлагает технологию снижения напряжения питания, которая позволила увеличить время работы мобильных компьютеров от батарей.

  В период с начала до середины девяностых годов появились ноутбуки с цветными жидкокристаллическими дисплеями. Многие ноутбуки стали оснащаться встроенными трекболами (в виде вращающегося пальцем руки шарика), выполнявшими функцию мыши.  Главным недостатком таких систем было проникновение пыли в щель вокруг вращающегося шарика. Но наряду с этим появились и другие устройства ввода: миниатюрные джойстики и сенсорные панели.

  В 1994 и 1995 годах большая часть всех проданных ноутбуков базировалась на процессорах Intel 486 для мобильных  систем, что позволило корпорации Intel стать одной из главных движущих сил эволюции этих устройств. Кроме  того, для более экономного расходования энергии аккумуляторов корпорация Intel предложила технологии Intel QuickStart и Веер Sleep. Они увеличивают время функционирования батарей посредством переключения компьютера в режим низкого энергопотребления во время пауз в работе пользователя, например, в промежутках между нажатиями клавиш, и моментального возврата к нормальному энергопотреблению, когда это становится необходимо.

  Широкое распространение на рынке мобильных  ПК получили разъемы PCMCIA для модемов  и сетевых карт, а производители  стали во многих моделях устанавливать встроенные модемы. Кроме того, ноутбуки стали мультимедийными: они оснащались приводами CD-дисков и средствами обработки файлов MPEG. Все это еще более ужесточило требования к емкости аккумуляторных батарей. Прогресс в развитии этих технологий обеспечило появление литий-ионных батарей, которые позволили создавать более компактные блоки питания, обеспечили более длительную работу в автономном режиме и ускорили процесс перезарядки.

  В 1996 году IBM выпускает свой очередной  технический шедевр — ноутбук  ThinkPad 560. Это первый в отрасли ультрапортативный компьютер толщиной около 3 см и массой менее 2 кг.

  Бурное  развитие Интернета в этот период породило потребность в ноутбуках  для работы в сети Интернет. Ответом  компьютерной отрасли на это стала  продажа машин с предустановленными Интернет-браузерами. Рынок ноутбуков к этому моменту стал более зрелым, и пользователи стали совсем по-другому смотреть на ноутбуки, у них появилось четкое представление о том, что им необходимо. Среди их важных предпочтений стали: более компактный и легкий форм-фактор; ноутбук как замена настольной системы; ноутбук, способный одновременно заменить настольный ПК и обеспечить более эффективную мобильную работу.

  В 1998 году Microsoft выпускает знаменитую операционную систему Windows 98. Она сразу же раскупается миллионами копий и, конечно, появляется на ноутбуках. Intel, в свою очередь, выпускает в массовом количестве процессоры Pentium ММХ с новыми 57 командами мультимедиа расширения MultiMedia eXtension, посредством которых в мир ноутбуков приходит музыка и живое видео.

  Одним из главных достижений конца 90-х  стала возможность доступа в  Интернет по мобильному телефону, и в это же время были сделаны первые шаги по реализации беспроводных сетей. К этому времени у ноутбуков не только существенно увеличился объем оперативной памяти, повысилась скорость, и уменьшились габариты, но и, благодаря совершенствованию технологии сенсорных панелей, позволяющих значительно повысить качество управления курсором, ими стало гораздо проще пользоваться.

  На  заре нового тысячелетия в мире мобильных  устройств настала эпоха мультимедиа, и на рынке появляются модели, оснащенные приводами DVD, стал доступен не только просмотр мультимедийных приложений, но и их создание. В некоторых новых моделях появились встроенные Web-камеры, что позволило одним нажатием кнопки посылать со своего ноутбука изображения, отснятые в любой точке мира.

  В 2001 году тема сетевого взаимодействия мобильных устройств была по-прежнему актуальна, а большая часть новых  разработок имела отношение к  беспроводным сетям, которые займут место прежних сетей, объединяющих настольные ПК, и станут для ноутбуков столь же «обязательной» и гибкой технологией.

  Благодаря приходу эпохи беспроводных сетей, основанных на технологии Bluetooth, совершенствованию  мультимедийных приложений, дальнейшему  прогрессу в технологиях дисплеев, систем хранения, аккумуляторных батарей  и процессоров пользователи ноутбуков  могут буквально носить свой офис с собой.

  Современные  ноутбуки на новых процессорах намного  совершеннее своих предшественников, они оснащены гораздо более мощными  видеокартами, жесткими дисками большой емкости, большими экранами и новейшими средствами мультимедиа.

  1.1.2. Классификация и возможности  современных ноутбуков

  Современный ноутбук - это вершина инженерной мысли в проектировании сложнейших вычислительных устройств. Если в начале своего появления основной проблемой в проектировании ноутбуков было размещение в миниатюрном корпусе миниатюрных компонентов ноутбука (системной платы, процессора, дисковых накопителей и др.), то сейчас ситуация стала несколько иной. Миниатюризации всех компонентов ноутбуков привели к тому, что конструкция их стала достаточно совершенной и даже унифицированной. Большинство ноутбуков стали похожи друг на друга — это плоский корпус с клавиатурой и графическим манипулятором (тачпэдом) и крышка, выполняющая роль дисплея. На рисунке 3 изображен стандартный вид открытого ноутбука.

  Рис. 3  Вид открытого ноутбука

  Тем не менее,  ноутбуки принято делить на четыре основные категории:

  -дорогие  презентационные ноутбуки предельно  высокой производительности, использующие наиболее мощные мобильные микропроцессоры и экраны дисплея большого размера;

  -мультимедийные ноутбуки умеренной стоимости, отличающиеся от презентационных менее мощными процессорами и меньшим количеством технических приспособлений;

  -облегченные  ноутбуки малого веса (до 1 кг) для  пользователей, которые вынуждены постоянно носить их в своих портфелях и дипломатах;

  -специальные  ноутбуки для работы в тяжелых  условиях (военного назначения, промышленные, с прочным корпусом и влагонепроницаемые).

  Основные  характеристики ноутбука. Выбор ноутбука.

  Сейчас  в продаже появилось очень  большое количество ноутбуков с  самыми разными характеристиками, размерами  и формами. Самое главное перед  покупкой - это определиться, для каких целей вам нужен компьютер. Допустим, если вы планируете работать в стационарных условиях, то ноутбук должен полностью заменять настольный ПК, значит выбираем модель с максимально возможной диагональю экрана, с полноразмерной клавиатурой и наличием всех основных интерфейсов и функций. Соответственно, чем чаще ноутбук придётся носить с собой, тем внимательнее стоит подойти к выбору его веса. Существуют ультрапортативные модели, имеющие не только небольшие габариты, но и вес менее оного килограмма. Как правило приводы DVD-ROM подключаются отдельно, что позволяет не носить их с собой без надобности. Что касается самых дорогих, не только с топовыми характеристиками, а в большей степени необходимых для имиджа, моделей, то здесь особое внимание уделяется широким возможностям работы с 3D-графикой, основанным на последних разработках nVidia и ATI, и, естественно, внешнему виду.

    Вес

  Представленные  на данный момент на рынке ноутбуки имеют приличный разброс в  массе, основная часть портативных  компьютеров весит около 2,5-3 кг. Модели, созданные для замены стационарных компьютеров, в основном весят несколько  больше, ультрапортативные (нетбуки), вмещают в корпус меньше устройств, имеют небольшой экран и являются самыми легкими. Ноутбуки с 14-15-дюймовыми экранами как правило очень легкими не являются, конечно если это, не сверхдорогие и прогрессивные модели. Различные по характеристикам процессоры, различный объем оперативной памяти, BD-ROM вместо DVD-ROM не влияют на общий вес устройства.

  Экран

  Легкие  ноутбуки чаще всего оснащаются 12-ти-дюймовыми  экранами. Площадь видимой области ноутбука с 14.1-дюймовой матрицей соответствует 15-дюймовому ЭЛТ монитору.

  Что касается разрешения, то даже у моделей  с одинаковой диагональю экрана оно может отличаться. Покупая ноутбук следует обратить внимание на рекомендуемое производителем рабочее разрешение, именно с ним и предстоит работать, потому как уменьшение или увеличение разрешения делает изображение менее комфортным для глаз.

  Выбор размера экрана зависит от требуемых  размеров самого ноутбука. На компактные модели очень редко устанавливают  матрицы более 12 дюймов. Среди них  основная масса имеет рабочее  разрешение 1024х600 и 1280х800. С точки  зрения соотношения цены и величина экрана самые сбалансированные решения  оснащены 14,1 - 16-дюймовыми матрицами. В этом случае ноутбуком очень  удобно заменять настольный монитор. Для  таких матриц разрешение 1280х800 и 1366х768 является практически стандартным. Такие разрешения, как 1440х900, используются в основном в ноутбуках с диагональю от 17 дюймов.

  Оперативная память

  Все современные ноутбуки оснащаются минимум 1 Гб оперативной памяти и все  чаще 2-4 Гб. Даже самые простые модели позволяют наращивать объём памяти до 4Gb. Самые продвинутые экземпляры позволяют увеличивать память до 16 Гб. Используется как правило память DDRII, но появляется всё больше ноутбуков с DDRIII. Экономить на памяти не рекомендуется, так как ее нехватка может привести к существенной потере производительности. Как гласит древняя компьютерная мудрость: "Памяти много не бывает".

  Жесткий диск

  Сейчас  на рынке представлены жесткие диски  объёмом от 80 до 640Gb. В основной массе ноутбуков используются 2,5 дюймовые жёсткие диски объёмом 160-320 Гб. В дорогих ультрапортативных ноутбуках используются 1,8 дюймовые диски и SSD накопители. Замену жёсткого диска на диск большей ёмкости в большинстве моделей можно производить самостоятельно. Иногда для этого нужно обращаться в сервисный центр. К ноутбуку без проблем можно подсоединить внешний жесткий диск, для этого можно использовать оставшийся после замены старый диск.

  Аккумуляторы

  Наиболее  распространенные элементы питания - литий-ионные. Литий-полимерные и металлогидридные сейчас уже не встречаются. На ёмкость аккумулятора нужно обращать внимание, если планируется постоянное передвижение вместе с ноутбуком, когда вес и срок автономной работы являются критическими параметрами. Хорошим результатом является время работы от батареи более четырёх с половиной часов.

  Устройство  позиционирования

  В основном используется технология TouchPad. Эта чувствительная к нажатиям панель находится под клавиатурой вместе с кнопками, заменяющими кнопки мыши. Перемещение курсора осуществляется за счет передвижения пальца по поверхности панели. Совершать действие (кликать) можно с помощью кнопки, или просто нажимая на саму панель. TouchScreen - сенсорный дисплей, используемый как правило в карманных компьютерах или Tablet PC. Данная технология получает всё большее развитие. Пользователи, которые привыкли только к мышке, могут носить ее вместе с компьютером, ее очень легко подключить, она имеет маленький вес, а в продаже имеются очень миниатюрные модели.

  Центральный процессор

  Выбор процессора определяется задачами, для  которых предназначен ноутбук. Если предполагается работа по оцифровке видео, редактированию и созданию изображений или хотите поиграть в современные игры, то необходим максимально мощный процессор, и не стоит обращать внимание на энергопотребление. Если же важна работа с офисными приложениями или в интернете, намного выгоднее не переплачивать и обратить внимание на Atom, Celeron M или Celeron Dual-Core. Помимо приличной экономии денег такие процессоры имеют очень низкое энергопотребление. Для задач, требующих больших вычислительных ресурсов стоит обратить внимание на 2х и 4х ядерные процессоры.

  Аудио- и видеоподсистемы

  Интегрированный звук сейчас присутствует во всех моделях, и стоит отметить, не уступает по качеству дискретным звуковым картам. Дополняется он обычно встроенными микрофоном и динамиками, однако качество звучания большинства динамиков оставляет желать лучшего. Также стоит обратить внимание на наличие встроенной Web-камеру.

  Ноутбуки  со встроеной видеокартой имеют аппаратную поддержку воспроизведения HDTV и Blu-Ray. Дискретные видеокарты дают возможность использовать самые требовательные к видеоподсистеме приложения и игры.

  Дополнительные  возможности

  Во  всех современных ноутбуках можно  встретить USB, разъем для настольного монитора, аудиовход и аудиовыход,разъём сетевой карты и модема. Стоит обратить внимание на количество разъёмов USB, от этого зависит сколько внешних устройст можно подключить (мыши, клавиатуры, принтеры, сканеры, флеш-карты, внешниежёсткие диски и т.д.). Также во многих ноутбуках присутствует разъём E-SATA, Fire-Wire и картридер.

  Беспроводные  технологии

  Все ноутбуки поддерживают технологию Wi-Fi, многие имеют Bluetooth. В последнее время  выпускается всё больше ноутбуков  с поддержкой технологии WiMAX и 3G (UMTS).

  К сожалению, независимо от того, к какой  категории  принадлежит ноутбук, существуют две проблемы, которые  беспокоят  как разработчиков, так  и пользователей - это автономное питание от аккумуляторов и экран дисплея ноутбуков.

  Ноутбук — это переносной компьютер и  нужно, чтобы он мог работать не только от сети, как настольный ПК, но и в  автономном режиме. Именно это делает ноутбук особенно привлекательным — с ним можно работать в любом месте квартиры, даже если нет розетки сети, его можно взять с собой в дорогу. Аккумуляторы ноутбука выполняют и еще одну важную функцию — они служат источником бесперебойного питания. Немалое внимание уделяется и экономичности ноутбука в затрате энергии аккумулятора (табл.1). 
 

  Таблица 1

  Потребление энергии узлами ноутбуков при  различных видах работы

  Из  этой таблицы следует, что больше всего ноутбук потребляет электроэнергии во время игр и компрессии изображений. Так же как и при выполнении различных программ автоматического проектирования — CAD-программ и приложений, широко используемых инженерами и научными работниками. При играх даже мощной батареи с емкостью 70 А/ч едва хватает на час работы. Отсюда можно сделать вывод, что пока энергетическая экономичность ноутбуков – скорее миф, чем реальность.

  Автономность  питания ноутбуков обеспечивается  необходимостью применения аккумулятора. В ноутбуках применяются самые совершенные аккумуляторные батареи с напряжением примерно от 9 до 21 В и большой емкостью — нередко десятки А/ч. Но даже в этом случае  микропроцессоры и прочие узлы ноутбука ограничивают время его работы двумя-тремя часами. Тогда как вес аккумуляторной батареи доходит до 1/3, а иногда  и 1/2 от веса ноутбука.

  Благодаря появлению массы мобильных устройств (радиоприемники, плееры, мобильные и карманные компьютеры и т. д.) в мире появилась мощная промышленность по производству химических источников электроэнергии.

  К сожалению, источники электроэнергии развиваются очень медленно, и  основные надежды возлагаются на новые материалы для аккумуляторов.

  Мощные  кислотные аккумуляторы (как в  автомобилях) в ноутбуках не применяются — они слишком тяжелы, а выделяемая при разрушении корпуса кислота опасна для электроники ноутбука и для его владельца. Никель-кадмиевые и даже металлогидридные аккумуляторы в современных ноутбуках тоже не применяются уже давно, так как имеют малую удельную емкость. Основной тип аккумуляторов – это литий-ионные (LiIon) аккумуляторы, которые имеют умеренную емкость и сотни циклов заряда/разряда. Есть определенные надежды на то, что применение новейших аккумуляторов на основе метанола позволит получить время автономной работы классических ноутбуков более 8 часов.

  Другая  проблема при конструировании ноутбуков  – это плоский экран. Обзор имеющихся на рынке ноутбуков показывает, что эта проблема на данный момент уже успешно решена. Табл. 2 иллюстрирует успехи в создании дисплеев с плоскими экранами для ноутбуков.

  Таблица 2

  Характеристики  дисплеев с плоским экраном для  ноутбуков