Hugs, tyskarane hadde dei beste ingeniørane. Den eldre kollegaen min har vore ute ei vinternatt før. I 1942, blåfrosen på eit skipsdekk i ein konvoi over Atlanteren. Dei tyske ubåtane herja vilt, og skip sokk i røyk og flammar rundt venen min. Ubåtane jakta i flokk og kunne kommunisera fritt fordi dei hadde forbetra krypteringsmaskina si. Dei allierte måtte kapra ubåtar og stela kodebøker for å halda tritt med tyskarane.

Tyskarane var også langt framme med radarteknologi. Engelskmenn gjekk til åtak på ein radarstasjon på franskekysten. Sju blei drepne, men dei fekk med seg heim delar av radaren og ein operatør. Då dei opna boksane, fekk dei sjokk og ny lærdom. Tyskarane konstruerte ved hjelp av modular for å takla kompleksiteten, medan engelsk elektronikk på den tida minte meir om skjorereir.

Lat oss prøva å forstå noko ved å bruka slik omvend ingeniørkunst. Me kan pitla i sund eit eller anna. Kva med å starta med ein iPhone? Eg har ein iPhone 4 liggjande. Garantien ryk når eg bryt han opp, men kva gjer ein ikkje for å få ny kunnskap? Ein ser med det same at tyskarane sin måte å gjera ting på, har overlevd. Etter mykje kvalitetstid saman med venen min Google har eg klart å finna ut kven det er som lagar dei ulike modulane. I figur 1 ser du elektronikken med ei liste over produsentane.

Det første som slår ein, er at her har det vore mange med. Apple er ikkje åleine om å laga telefonen sin. Dei hentar kunnskap og delar frå andre og set dei saman til eit framifrå produkt. Det neste ein må gjera, er å prøva å forstå korleis dei ulike komponentane samspelar.

Det er på sin plass å laga eit blokkskjema som fokuserer på funksjonalitet. Blokkskjemaet er ingeniørens måte å ordna verda på. Somme trur det er politikarar eller kapitalismen som styrer. Ingeniørane veit at det er blokkskjema som har gjort at me er der me er. Utan blokkskjema, ingen atombomber, datamaskiner, internett eller tur til månen.

Okke som, lat oss heller sjå på detaljane. Figur 2 er eit blokkskjema for iPhone 4. Der er dei ulike modulane gitt ulik farge for å visa ulik funksjonalitet, og linjene mellom blokkene fortel oss kven som snakkar saman.

Me kan starta i nedre høgre hjørne. Der har me høgtalar og mikrofon. For å kunne behandla lyden frå mikrofonen må han omsetjast frå analog til digital. Det motsette må gjerast med det som kjem ut av høgtalaren. Det er òg ein inngang for data, nemleg USB-porten.

Applikasjonsprosessoren er sjølve hjernen i telefonen og held orden på dei andre delane. Dersom kommunikasjonen går via mobilnettet, blir han send vidare til den digitale prosessoren og transceiveren, det vil seia sendaren og mottakaren, frå det tyske selskapet Infineon. Her blir straumen av binære tal, 0 og 1, til og frå applikasjonsprosessoren til analoge signal tilpassa radiooverføring. Neste steg er tre modular frå firmaet Triquent. Kvifor tre stykk? Jau, UMTS, som er fagsjargong for tredje generasjon mobiltelefoni, brukar tre frekvensband til å kommunisera med. Til slutt har me antenna.

Nedst til venstre har me ei rekkje andre radioar. GPS fortel oss kor me er, wi-fi kan kommunisera med lokalnett og blåtann med dingsar i heimen og andre stader. Ved sida av i blokkskjemaet ser me modular for kamera og den følsame skjermen. Sistnemnde ser me no som sjølvsagd, men han var hysterisk morosam å leika seg med i 2007.

Kvar er alle bileta og alt anna ein har lagra på mobilen? I 16 gigabyte minne frå Toshiba. 16 gigabyte er 16 milliardar bytar, og ein byte er 8 bitar. Dei to andre minneblokkene er raske statiske og dynamiske minne som hjelper applikasjonsprosessoren. Innhaldet i det dynamiske minnet vert borte når ein skrur av straumen.

Ja, og kva med energiforbruket? Me kan fort bli einige om at batteria har for låg kapasitet. I blokkskjemaet står det 1219 mAh. Kva betyr det? Milliamperetimar er eit mål på ladingsmengda i batteriet. For å kunna finna energien som kan leverast, må me vita spenninga som driv ladingane. Ho er 3,7 volt. Energien er produktet av spenning og lading, og med litt rekning finn me at batteriet inneheld ein energi på 16.237 joule, som er 3,9 kilokaloriar. Det same som ein halv sukkerbit. Utruleg kor mykje ein kan få gjort med så lite energiforbruk.

Som med kinesiske øskjer kan ein fortsetja innover i modulane. Lat oss for moro skuld sjå nærare på applikasjonsprosessoren. I figur 3 har me eit blokkskjema for den òg.

Det me ser, er ei lita data­maskin. Inne i applika­sjons­prosessoren er det ei rekkje blokker som utfører ulike operasjonar for å driva einingane i telefonen. Oppe i høgre hjørne er det ei namnlaus blokk forma som ei pil. Dette er den aritmetisk logiske eininga som utfører rekneoperasjonar og logiske operasjonar.

Og slik kan ein fortsetja å drilla seg nedover. Med sitatet frå den kjende fysikaren Richard Feynman, «Det er mykje plass på botnen», endar me til slutt nede på brikker som inneheld millionar av transistorar som vert brukte til å utføra basale logiske operasjonar på binære tal.

I botnen av Pandoras øskje var håpet, i den digitale elektronikken finn ein sanninga i form av tallause samverkande logiske NAND-portar med tilhøyrande sanningstabellar som i figur 4.

Per Thorvaldsen

Per Thorvaldsen er førsteamanuensis i kommunikasjonssystem ved Høgskulen på Vestlandet.

pth@hvl.no