Android设备里的那些事儿｜硬核科普

前言

之前有一位小伙伴要了解 Android 设备，找到我，问了我一连串问题：

“听说你是Android开发，LCD 和 OLED 屏有什么区别？”

“LPDDR5 是什么，可以解释一下？”

“UFS 3.1 又是什么，它有什么帮助吗？”

我：

“这个问题很好，下次不许问了”

好家伙，一连串的问题，直接给我问傻了。

相信大家在了解 Android 设备的时候，也会遇到这样的情况。接下来我们就好好聊聊这些知识～

一、屏幕

屏幕里有很多词儿需要了解，比如 LCD 和 OLED、高刷、以及去年大火的 LTPO 技术。

不过在了解屏幕中的专业名词之前，我们先聊聊基本知识。

1. 分辨率

我们都知道，屏幕中展示的内容是一个个像素点组成的，这些像素点极小，肉眼可分辨不出来。

就像这样：

比如我的手机的分辨率是 2376 * 1080，它代表手机的场边可以存放 2376 个像素点，短边可以存放 1080 个像素点。

大家买手机常常念叨的 2K 屏，一般是这样划分的：

• 720P：1280 * 720
• 1K屏：1920 * 1080
• 2K屏：2560 * 1440

一些厂商在宣传手机屏幕的时候，通常还有这样一个词 PPI，这又是什么呢？

PPI 代表着每英寸像素值，计算方式如下：

还是以我的手机为例，我的手机分辨是 2376 * 1080，屏幕尺寸是 6.57 英尺。

计算公式就是：(2376^2 + 1080^2)的结果开根号，再除以 6.57，结果就是 397。

不少 Android 开发小伙伴看到分辨率的时候总是很头疼，因为 Android 碎片化的问题很严重，总有太多的分辨率需要适配。

2. LCD和OLED

这些年高端机型都用上了 OLED 屏，是不是就意味 OLED 屏就跟好了呢？

2.1 展示原理

要了解这两屏幕的区别，首先得了光学三原色，三个颜色分别是红色、绿色和蓝色，通过配置不同的比列，就能形成不同的颜色。

屏幕中的每一个像素点，都是由三个子像素点组成的，就像这样：

虽然都用了这种方法，但是 LCD 和 OLED 的原理却大不相同，往简单了说，LCD 是背光源，OLED 是自发光。

掏出他们两的设计图：

LCD 背部发出的都是清一色的白光，经过红绿蓝颜色薄膜，从而得到三原色。假设我们不做处理，红绿蓝三个颜色一综合，得到的还是实实在在的白色，所以，中间层得加一层开关，这就是所谓的液晶部分，可以改变开合程度，改变光的射出强弱，从而让三种颜色组成不同的光。

OLED 的原理就简单了，相当于自带能够控制光强度的红绿蓝的小灯泡。

所以，对于 LCD 来说，即使屏幕全黑，背部也需要发光，这也是大家常常说的漏光。

再聊聊它们像素排列方式的区别：

LCD 一般采用 RGB 的排列方式（左图），而 OLED 一般采用 Pentile 排列（右图），这也就导致了同等大小的情况下 OLED 屏幕像素点低的问题，所以就会有这句话：

无2K（2560X1440），不A屏（AMOLED屏幕）

2.2 各自优缺点

OLED 与 LCD 相比：

• 优点：更薄、可以用作柔性屏、色彩更鲜艳、可单独点亮更省电、屏幕响应快
• 缺点：容易烧屏、频闪、像素密度

想要更详细的了解它们之间的区别，可以看：

《OLED 和 LCD 有什么区别？》

3. 屏幕刷新频率

貌似是从前年开始，各大厂商都推出了 120 HZ 的高刷手机。

120 HZ 代表着，一秒钟屏幕可以绘制 120 帧的画面，如果用看到画面描述，是这样的：

记得同事刚用上高刷手机的时候，就说出了这样一句话：用了高刷手机以后，回不去了！

不过更高的刷新帧率意味着更高的能耗。

于是，从 2021 年开始，各大厂商又推出了 LTPO 技术。

LTPO 的全称是 Low Temperature Polycrystalline Oxide，中文的字面意思低温多晶氧化物。

往简单了说，它可以动态的改变屏幕的刷新帧率。

比如，我们在看小说的情况下，不需要 120 HZ 的高刷，于是，手机会将帧率设置成 30 HZ，而在玩游戏的情况下，高刷就会被我们需要，手机又会将帧率改成 120 HZ，当然，也得这个游戏支持高刷，这样的一增一减，就可以降低能耗，提升续航。

更详细的知识可以前往：

《LTPO技术科普：手机屏幕的下一个行业标杆》

二、运行内存RAM

RAM 指的是运行内存，近些年，Android 手机的运行内存基本上 8GB 起步，高一点的运行内存甚至达到了 16 GB。

关于 RAM，大家最常听见的就是 LPDDR，厂商在宣传 LPDDR5 的时候可没少下功夫：

看一下 LPDDR 的族谱：

DRAM 是内存存储数据的一种方式，它通过给电容充电，计算电容差，从而转化成二进制，但是电容存在漏电的情况，所以需要周期性的充电，所以这里的 D 指的 dynamic，动态的。

CPU 的频率一般是以 GHZ 为单位，比如最新的骁龙8 Gen1 是最大的一核频率在 3.0 GHZ。

而运行内存的工作频率还在 MHZ 单位，于是 CPU 和运行内存达成了共识，在指定的周期，CPU 一定可以拿到数据，无需等待，所以 SDRAM 里的 S 是 synchronous，同步的意思。

DDR 其实应该叫做 DDR SDRAM，把后面的 SDRAM 给省略了，DDR 是 Double Date Rate 的缩写，意思是双倍速率：

以前一个时钟周期内，只做一次数据存取，现在可以在上升沿和下降沿做了两次存取，妥妥的效率提升了。

最后就是本文要介绍的 LPDDR，它的 LP 是 Low Power 的意思，低功耗，所以它的全称是 Low Power Double Data Rate SDRAM，是JEDEC固态技术协会面向低功耗内存而制定的标准。

LPDDR 功耗小，体积小，天生就适合移动设备，最后了解一下 LPDDR 的参数：

2021年11月份，一些公司已经研制出最新的 LPDDR5X DRAM，速度提升 30%，功耗降低 20%。

三、存储内存ROM

ROM 称为只读存储器，跟 RAM 不一样，不会因为电源关闭而导致数据消失。 而且它就是购买手机的时候标注的 32G\64G\128G 等的那串数字，它决定着我们的手机可以存储多少视频和游戏。

还记得当年网络的调侃，鲁迅说过，买手机不要买 16G 存储空间的手机！

1. ROM的分类

虽然 ROM 是只读存储器，只能读出无法写入信息，就跟 Android 设备中存储系统的那块区域我们是永远无法修改删除的一样的道理，但是为了方便用户生产和使用，又出现了：

• 可编程只读器（PROM）
• 可擦可编程只读器（EPROM）
• 带电可擦可编程只读存储器（EEPROM）等不同的种类

移动设备中使用的 ROM 是快闪存储器（flash memory），它的定义是：

快闪存储器是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。

闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM。它的成本低、数据不易丢失、可靠性强，所以被移动设备广泛采用。

2. UFS和eMMC

厂商介绍手机的时候，也常常有 UFS 3.1，它又是什么呢？

闪存下常见的分类有 SSD、eMMC 和 UFS。

SSD 不用说，是用在 PC 上的，记得上大学那会儿，把笔记本中的机械硬盘换成了 SSD，电脑就跟新生了一样，打撸啊撸都能多赢几把。

而 eMMC 和 UFS 是针对移动设备的，他们的特点是：体积小、功耗低、性能适中，近些年来，很多手机都推出了 1TB 大容量的手机，大有赶超 PC 的意思。

最近的几年的手机都采用了 UFS，舍弃了 eMMC，因为 UFS 采用了接口串行化，提高了传输频率，看一下 UFS 的参数：

而 eMMC 的带宽只有 400 MB/S，所以，抛弃 eMMC 是不可以避免的。

更详细的信息在：

《UFS 3.1 是如何让 App 启动、加载速度更快的？》
《浅谈 SSD，eMMC，UFS》

3. 文件系统

我们在 Android 中学习 IO 调用链路的时候：

常常看到文件系统这个词，VFS 提供给应用程序统一的文件接口，具体的实现交给了文件系统。

如今主流的文件系统有 ext4 和 F2FS，比如我的 Android 手机：

我的手机内部存储器使用的 f2fs，系统存储器使用的 ext4。

对于 App 来说，随机 I/O 的场景更加频繁，所以用在应用层级的内部存储更加合适。但同等条件下，f2fs 占用的存储空间更高，大约是 ext4 的1.1到1.5之间，并且连续读写大文件的性能没有 ext4 强，所以系统存储器选择了 ext4。

四、处理器

处理器就是手机的大脑，我们买的 Android 中常见的处理器有高通骁龙系列、联发科的天玑系列、华为的麒麟系列和三星的 Exynos 系列。

通常，在 PC 上，处理器就是指 CPU，比如酷睿 i7-12700。

移动设备中的处理器可不一样，考虑到体积和功耗，使用高集成度的 SoC（System on Chip），一个处理器将系统关键部分都集中在一个芯片上。

1. SoC集成了哪些东西

麻雀虽小，五脏俱全，说的就是SoC， 它是一个微小系统：

• 中央处理器（CPU）
• 图形处理单元（GPU）
• 图像处理单元（ISP）
• 数字型号处理器（DSP）
• 神经处理单元（NPU）
• 调节解调器（Modem）
• 等功能模块

看一下最新的某芯片的 SoC 布局：

很多重要的部件已经标注出来了。

通过 SoC 集成，可以最大限度的节省主板布局，帮助设备瘦身，提升IP单元的交流速度，还能显著降低整体功耗。

2. 制程工艺

移动设备中的 SoC 是从一整块的晶圆中切割而出，如果它的制程工艺越先进，意味着可以解锁更高主频、发热量更低、功耗更低、不易降频，运行更强更稳定！

所以啊，厂家在介绍芯片，一定会介绍他们采用的是 xxnm 的工艺。

比如上面的芯片采用的是三星 4nm 的工艺，而联发科的天玑 9000 采用的是台积电的 4nm 工艺，虽然同为 4nm，但是台积电的 4nm 工艺更强一点。

3. CPU

CPU 是 SoC 中最关键的核心单元之一，它决定着手机的性能。

还拿上面的处理器来说，它是八核处理器：

包括：

• 1 个 3.0GHz Cortex-X2 大核心
• 3 个 2.5GHz Cortex-A710 中核新
• 4 个 1.8GHz Cortex-A510 小核心

事实证明，SoC 全速运行的时候（打游戏）非常容易发热导致降频，所以这种大中小核的思路才会适应当今的潮流。

除了 CPU 的布局，我们还需要了解简单的架构知识。

我们在写 Android 程序的时候，常常需要去兼容不同架构的 CPU，比如常见的 armeabi (ARM v5)、armeabi-v7a (ARM v7)、 arm64-v8a (ARM v8) 和 x86 等架构。

以 arm 开头的是 arm 架构，移动设备一般会选用这个架构；PC 端的 CPU 大部分是 x86 架构，很早以前也出现过手机上。

简单来说：

• arm 架构处理器源于 RISC（精简指令集），通过对常用的命令进行优化，赋予它更简洁和高效的执行环境。RISC 将复杂度交给了编译器，牺牲了程序大小和指令带宽，从而换取了简单和低功耗的硬件实现。
• x86 架构对应的 CISC（复杂指令集），以增加处理器本身复杂度作为代价，换取更高的性能。

所以说，低功耗和高效率的 arm 架构显然更适合移动设备，值得一提的是，去年苹果发布的用在电脑上的 m1 芯片也是基于的 arm 架构。

4. GPU

GPU 对应着移动设备的显卡，一款手机能支持多高的分辨率、刷新率、玩游戏能跑出多少帧数，几乎都需要看GPU的脸色。它会提供很多图形渲染的接口给游戏和应用，比如常见的 openGL。

常用的 GPU 有高通的 Adreno 系列 和 Arm 公司的 Mail 系列。

更多关于处理器的知识，可以阅读：

《硬核科普！为啥说SoC的性能取决于架构和工艺？》

总结

即使是应用层级的开发工程师，阅读相关文档的时候，也不可避免的遇到硬件的相关知识。

所以，学习简单的硬件知识还是有点必要的。

因为硬件知识了解不多，本文难免会有纰漏，欢迎指正！

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