I sistemi di comunicazione
Lezione del corso di
Storia della Tecnologia
07/04/2008
Filippo Nieddu
Spedire e ricevere informazione
Metodi di comunicazione a grande distanza
Metodo
Primo uso documentato
Ultimo uso
Piccioni
Egitto
2900 AC
California
1981
Corrieri
Egitto
1928 AC
Pony Express
1860
Torce
Troia
1184 AC
Inghilterra
1588
Posta a cavallo
Persia
400 AC
Germania
1796
Bandiere
Grecia
400 AC
Uso marittimo
oggi
La gestione dell’informazione
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1745 Jacques de Vaucanson sviluppa il controllo dei telai per mezzo di
schede perforate.
1765 James Watt migliora la macchina a vapore in modo da renderla
una vera fonte di potenza. La macchina è adottata velocemente in tutto il
mondo.
1803 Richard Trevithick applica la macchina a vapore alle ferrovie,
inventando la progenitrice della locomotiva.
1804-5 Joseph-Marie Jacquard migliora la realizzazione di Vaucanson,
permettendo la sostituzione delle schede perforate. Ciò dà una vera
possibilità di programmazione.
1807 Robert Fulton applica la macchina a vapore alla navigazione
marittima.
1820-1830 In Inghilterra si diffondono le prime ferrovie.
1838 Samuel F. B. Morse migliora in modo significativo il telegrafo,
inventando anche un codice che prenderà il nome da lui.
Trasmettere
con fili e funi
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1850 il primo cavo subacqueo
internazionale del telegrafo è
posato fra Dover, (Regno Unito) e
Calais (Francia).
1853 Elisha Otis inventa il freno di
sicurezza dell'ascensore, che lo
rende ragionevolmente sicuro per
un uso anche da parte di utenti
umani. Otis fonda l’Otis Elevator
Company.
1854-66 Cyrus Field compie
quattro tentativi infruttuosi di
trasmettere con un cavo
transatlantico, sino al successo
Il tempo diviso
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1869 Charles Dowd propone le
zone di tempo standard al fine
di evitare gli incidenti ferroviari.
Attraverso il lavoro di Sandford
Fleming, l'idea è accettata e le
zone di tempo standard sono
accettate universalmente con
un trattato stipulato nel 1884
La telegrafia ottica
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La trasmissione a distanza dei
segnali fu concepita per lungo
tempo attraverso sistemi visivi
Dai segnali di fumo ai telegrafi
Chappe, la visione di un segnale fu
per lungo tempo l’unico mezzo di
trasmissione a distanza di
informazioni (eccezion fatta, si
intende, per la trasmissione del
mezzo insieme con il messaggio,
come nel caso della pergamena o
della carta)
Il telegrafo Chappe
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Claude Chappe (1763-…), insieme
con i fratelli, sviluppò un telegrafo
ottico capace di collegare i punti
estremi dell’impero napoleonico.
Breguet, il famoso orologiaio, lo
aiuterà a costruire il complicato
sistema di pulegge necessarie per
manovrare il sistema.
L’hardware
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Sperimentati i sistemi ad
otturatore (usato ad esempio in
Svezia), nel 1793 Chappe
brevetta un sistema con bracci
mobili:
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il regolatore, di maggiori
dimensioni;
gli indicatori, posti alle
estremità del primo.
Il 12 luglio 1793 avviene il
primo esperimento: 27 parole
sono inviate in circa 10 minuti.
Il software
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Nella prima versione del 1791, il
sistema di trasmissione Chappe
prevedeva l’uso di due pendoli
sincronizzati, che compivano
l’handshaking per mezzo di
segnali sonori od ottici
A garantire la segretezza del
messaggio, gli operatori intermedi
conoscono solamente parte del
codice, e il messaggio è
transcodificato solo all’inizio e alla
fine del percorso.
La rete
I segnali convenzionali
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I segnali:
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Inizio / fine della trasmissione
Sospensione delle trasmissioni per un'ora / due ore
Sincronizzazione, per permettere alle stazioni lungo la linea del telegrafo di
risincronizzare i propri orologi
Conflitto, a indicare che due messaggi provenienti da sensi opposti sono
arrivati simultaneamente ad una stazione
Priorità, a indicare la precedenza di uno dei messaggi in conflitto
Riconoscimento, indicante la ricezione di un messaggio correttamente
decifrato alla destinazione finale
Errore, annullare l'ultimo segno trasmesso
Problema secondario, a indicare un piccolo problema con il telegrafo, o
l'assenza provvisoria dell'operatore
Problema primario, a indicare un problema più serio che blocca il telegrafo
Limitazione della visibilità a causa della nebbia o della pioggia
Trasmissione di notte
Il calcolo combinatorio
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Qual è il numero massimo di configurazioni del semaforo,
supponendo che il regolatore e gli indicatori possono essere
ruotati di 45 gradi? 8 x 8 x 4 = 256 configurazioni
Ma le posizioni con gli indicatori estesi o nascosti dietro il
regolatore sono difficili da distinguersi visivamente: 7 x 7 x 4 =
196 configurazioni
Se si limitasse il regolatore soltanto alla posizione orizzontale o
verticale: 7 x 7 x 2 = 98 configurazioni
4 - 6 posizioni sono riservate alle indicazioni speciali,
lasciandone 92 - 94 per i dati: un numero sufficiente per lettere,
cifre, caratteri e segni speciali
La mobilità
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L’immagine a fianco
illustra un sistema ottico
Chappe portatile.
Fu utilizzato nella guerra
di Crimea (1855), nota
anche per il primo uso
della fotografia sul
campo di battaglia
I tempi di trasmissione
Migliori tempi di trasmissione del segnale
Destinazione
Stazioni
Tempo (s)
Tempo/Stazione (s)
Calais
27
180
6.7
Brest
80
480
6
Lille
22
120
5.5
Strasburgo
45
390
8.7
Lione
50
540
10.8
Totale
224
1710
7.6
Il learning by using
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I miglioramenti:
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Stazioni ausiliarie sviluppate per
l’uso in caso di visibilità minima.
Aumento delle dimensioni del
regolatore: da 4 m a 15 m
Studio di un nuovo trasmettitore
basato su 7 bracci invece di 2:
maggiore contenuto informativo
e minore tempo per trasmettere
un messaggio. Suggerito da
Gaspard Monge, un
matematico.
Nuovo codice di segnalazione.
Ferrovie e telegrafi
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1840-1860 le ferrovie si svilupparono velocemente negli Stati
Uniti ed altrove. Nessun’altra tecnologia nella storia precedente
aveva richiesto una tale scala di complessità dell'amministrazione
o di velocità nella comunicazione.
Conseguenze:
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Le ferrovie hanno adottato il telegrafo per fornire le comunicazioni ad
alta velocità necessarie per evitare gli scontri e per controllare il
trasporto del passeggero e di merci.
I problemi nella programmazione hanno condotto allo sviluppo della
richiesta di zone di tempo standard dalle ferrovie
La costruzione ed i rifornimenti hanno decretato lo sviluppo delle
industrie dell'acciaio, del petrolio e del legname negli Stati Uniti.
Le ferrovie hanno promosso la costruzione di poderi e ranch in
prossimità della linea. Ciò ha provocato uno spostamento importante
della popolazione dagli Stati Uniti verso Ovest.
Suoni diffusi e riprodotti
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1877 Alexander Graham Bell
inventa il telefono
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in uno degli esempi classici
dell'invenzione parallela, la
domanda di brevetto di Elisha
Gray raggiunse l'ufficio brevetti
lo stesso giorno di Bell.
Bell ricevette il brevetto del
telefono; ma un'azienda
fondata da Gray si trasformò
nella Western Electric
Manufacturing Company, il
braccio operativo dell'impero
telefonico di Bell.
1877 Thomas Alva Edison
inventa il fonografo
Il telefono
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La voce fu per la prima volta convertita in impulsi grazie all'invenzione
dell'americano Elisha Gray del trasmettitore a resistenza variabile
(registrata lo stesso giorno del brevetto di Bell, il 14 febbraio 1876).
Attraverso tale dispositivo, le onde vocali fanno variare la resistenza e
quindi la corrente nella linea e nel ricevitore, utilizzando un filo conduttore
collegato al diaframma e immerso in una soluzione conduttrice.
L'idea del microfono fu realizzata praticamente da Hughes nel 1877. Il
suo dispositivo era costituito da una sbarretta verticale di carbone, i cui
estremi erano situati fra due altri blocchetti di carbone, in grado di
compiere piccoli spostamenti. Tra tali blocchetti erano inseriti la pila e il
ricevitore. Qualunque suono, trasmettendosi come perturbazione degli
strati d'aria, originava una pressione sulla sbarretta verticale, mutando
così l'entità del contatto con i blocchetti e quindi la resistenza del circuito.
Cambiava di conseguenza la corrente nel ricevitore, e ciò consentiva la
modulazione del suono.
Sempre nel 1877, a distanza di poco più di un mese, Edison presentava
la propria variante, nella quale la pasticca di carbone era mantenuta da
due lamine metalliche.
Il diodo
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La valvola termoionica (o triodo)
Il successivo passo fu portato a termine da Lee De Forest, che nel 1906
inventò il triodo, o valvola termoionica. Tale dispositivo si impose come
fondamentale per lo sviluppo della radio, ma anche per ciò che concerne
il telefono, per il suo utilizzo come amplificatore. Il funzionamento di
questo componente si basa sulla proprietà di un filamento riscaldato di
rilasciare una grande quantità di elettroni (catodo), che arrivano ad un
polo positivo (anodo) passando attraverso un elemento discontinuo, che
nella fattispecie conduce un segnale debole (quello telefonico).
L'elemento discontinuo, il terzo del triodo, "filtra" il flusso degli elettroni
verso l'anodo, imprimendo il segnale sul flusso e producendone così
l'amplificazione.
L' utilizzo della valvola termoionica nella telefonia come amplificatore,
particolarmente efficace per rapporto di amplificazione e per l'ottima
selettività di sintonia (poteva essere modulata con grande precisione), fu
compreso solo a partire dal 1912. Gli amplificatori a valvole fecero fare
un enorme salto in avanti, permettendo tra l'altro la realizzazione della
prima linea telefonica transcontinentale, aperta tra New York e San
Francisco nel 1915.
L’aliasing
Riferimenti bibliografici essenziali
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Chiara OTTAVIANO, Mezzi per comunicare, Torino :
Paravia, 2000
Chiara OTTAVIANO et al., L’Italia al telefono, CDROM, Milano : Telecom, 2002 (v. anche
http://italiaaltelefono.alice.it/)