Componenti Hardware e gestione periferiche
Le Porte I/O
Componenti Hardware
e gestione periferiche
Docente: Massimiliano Bianchi
Componenti Hardware e gestione periferiche
La Terminologia
• Una porta è costituita da un connettore saldato o meno su una
•
•
•
•
scheda o comunque disponibile sul proprio computer e può avere
varie forme.
Un connettore è un capo di un cavo (che contiene all'interno più
fili); normalmente è dotato di alcuni punti di connessione detti pin.
I connettori possono essere maschi o femmine. Il maschio è dotato
di alcuni pin che sporgono, mentre il connettore femmina riceve
questi pin in alcune prese (piccoli fori). Per fare un esempio è
sufficiente osservare una presa elettrica. La scatola a muro contiene
la femmina, mentre la spina (che si infila) è un maschio.
Periferica: è l'apparecchiatura esterna al computer e che va
collegata ad esso per poter funzionare. Tipiche periferiche:
stampanti, modem, macchine fotografiche digitali, scanner, ecc.
Driver: è un programma che va installato sul proprio computer per
fare in modo che esso possa dialogare con la periferica. Acquistando
una periferica il produttore normalmente fornisce un floppy o un cdrom contenente il driver.
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In fase d'acquisto di una periferica, accertarsi che:
• la periferica è compatibile con il sistema
•
•
•
operativo utilizzato;
la confezione contenga i drivers aggiornati;
il PC dispone della porta di connessione
necessaria;
sul proprio PC esista una porta libera per
connettere la nuova periferica.
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Tipi di porte
I produttori di hardware da qualche tempo a
questa parte hanno iniziato ad etichettare in
modo pressoché universale i tipi di connettori
con dei simboli. Qui di seguito illustreremo
quelli più diffusi e il loro uso.
Si ricorda che per porta si intende un
connettore situato normalmente nel lato
posteriore del computer, capace di ricevere un
cavo per consentire un collegamento ad una
periferica.
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plug and play
• In informatica il termine plug and play indica
una tecnologia che permette al sistema
operativo di assegnare automaticamente
all'hardware compatibile risorse hardware quali
IRQ, porte di I/O e canali DMA. In questo modo
anche utenti molto inesperti possono installare
nuove schede di espansione.
• La tecnologia plug and play è nata sui computer
Amiga: AmigaOS dalla versione 1.3 (1987)
implementava tale tecnologia che viene
identificata sui computer Amiga con il nome di
AutoConfig. Nel 1990 una tecnologia similare
venne adottata dai computer Macintosh di Apple
e nel 1995 sul sistema Windows 95 di Microsoft.
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Simbolo
Foto
Tipo
Connessione tensione
elettrica (3 punti di
contatto,
quello
centrale è sfalsato):
1. uscita dal PC verso il
monitor (attualmente i
monitor si collegano
alla
rete
elettrica
direttamente,
senza
passare dal cabinet);
2. ingresso tensione
per il PC.
Utilità
Collega il PC ad un
monitor.
Spegnendo il PC
viene
tolta
la
tensione anche al
monitor.
La tensione del
monitor è quindi
collegata
in
'cascata'
ed
è
necessario un cavo
apposito
per
collegarlo al PC.
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Simbolo
Foto
Tipo
Utilità
Porta seriale 9 pin (una
fila di 5 e una di 4). I
singoli
elementi
di
un'informazione
sono
trasmessi un bit alla volta.
Tale tipo di porta viene
identificata dai sistemi
operativi Microsoft come
COM (quindi le varie porte
presenti, tipicamente 2,
sono chiamate COM1 e
COM2).
Collegava in passato il
mouse o altre periferiche
al PC, ad esempio:
tavoletta grafica, modem,
ecc.
Ora
serve
per
collegare piccoli dispositivi
come un cellulare o un
data bank.
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Simbolo
Foto
Tipo
Utilità
Porta seriale minidin PS/2
mouse (7 punti di contatto
disposti all'interno di un
cerchio).
Collega un mouse al PC
(ultimamente, però, anche
i mouse si collegano al PC
tramite porta USB).
Porta seriale minidin PS/2
tastiera PC (7 punti di
contatto
disposti
all'interno di un cerchio).
Collega la tastiera al PC.
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Simbolo
Foto
Tipo
Utilità
Porta parallela 25 pin PC
(una fila di 13 e una di
12). Trasmissione di dati,
un byte alla volta,
attraverso otto cavetti
(più altri di alimentazione
elettrica, messa a terra
ed altre funzioni). E' più
veloce di quella seriale,
ma i dati transitano in
una sola direzione (dal
computer alla periferica).
Può
collegare
varie
periferiche al PC, anche
in cascata. Di solito è
usata per connettere una
stampante.
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Simbolo
PLUG AND PLAY
Foto
Tipo
Utilità
Porta USB (Universal
Serial Bus); nella foto
una coppia di porte
montate su uno slot.
Recentemente
stanno
per essere soppiantate
dalle USB 2 che sono più
veloci. Le periferiche si
collegano "in parallelo",
cioè ad un connettore si
collega
una
sola
periferica. Per collegarne
più di una (se ne
possono collegare fino a
63) è necessario disporre
di un hub.
Porta universale sulla
quale
è
possibile
collegare
qualsiasi
periferica a sua volta
dotata di connessione
USB.
Destinata
a
sostituire nel tempo tutte
le altre porte seriali,
minidin e parallele. In
genere una PC dispone
di 2 o più porte USB.
Esistono moltiplicatori di
porta acquistabili a basso
costo per aggiungere
altre porte. Questi hub
possono essere senza o
con alimentazione, per le
periferiche che hanno
bisogno
di
maggior
energia.
Sempre più spesso sono
disponibili porte USB
anche
sulla
parte
anteriore del cabinet e, a
volte, sui monitor.
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Simbolo
PLUG AND PLAY
Foto
Le specifiche di USB 2.0 sono state rilasciate al
WinHEC nell'aprile 2000: elaborate da USB 2.0
Promoter Group composto da Compaq, Hewlett
Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC e Philips.
Le nomenclature Hi-Speed USB e USB 2.0 anche se
molte volte usate indifferentemente non sono in realtà
equivalenti:
USB 2.0 copre le tre velocità 480 Mbps, 12 Mbps e 1.5
Mbps, "Hi-Speed USB" si riferisce alla sola posizione
da
480
Mbps
delle
specifiche
USB
2.0.
Cosicchè nell'accezione comune si utilizza il termine
"USB" per riferirsi alle velocità 12 Mbps e 1.5 Mbps e
USB 2 per la velocità maggiore. Le USB 2 possono
essere anche acquistate come schede PCI.
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Componenti
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Simbolo
Foto
PLUG AND PLAY
Tipo
Utilità
Porta Firewire. Nella foto una porta a 4
pin (esiste anche quella da 6). Il cavo
FireWire supporta fino a 45 Watt e è
quindi in grado di alimentare la
maggior parte dei dispositivi portatili.
(Nota: L'implementazione della Sony
ha solo quattro pin e quindi non è
provvista
delle
alimentazioni,
i
dispositivi vanno alimentati in modo
indipendente.
La
connessione
FireWire
viene
comunemente usata per collegare
dispositivi di archiviazione o dispositivi
di acquisizione video. Viene utilizzato
anche
in
apparecchiature
di
acquisizione
audio
e
video
professionali per via della ampiezza di
banda della connessione della sua
predisposizione a trattare flussi
multimediali
della
capacità
di
sopportare potenze maggiori e della
possibilità di stabilite una connessione
tra dispositivi senza il tramite di un
computer. L'interfaccia FireWire è
tecnicamente superiore all'interfaccia
USB, ma questa è molto più diffusa
per via del fatto che Apple e altre ditte
richiedono il pagamento del brevetti
per l’implementazione della FireWire. I
produttori
realizzano
prodotti
a
bassissimo margine di guadagno e
quindi hanno preferito utilizzare la
tecnologia USB che consente di
ottenere prodotti più economici.
Si tratta di porte universali
molto veloci. Esistono di 2 tipi: a
400 e 800 Mbps di velocità. Utili
per collegare periferiche digitali
ad alta velocità. Le periferiche si
collegano "a catena", cioè è
possibile collegarne più d'una
utilizzando un solo connettore
sul PC. La FireWire supporta
fino a 63 periferiche organizzate
in una rete non ciclica (a
differenza per esempio della
catena SCSI). Permette una
comunicazione
"peer-to-peer"
tra i dispositivi. Quindi i vari
dispositivi possono comunicare
tra loro senza dover utilizzare il
computer come arbitro. Per
esempio
una
videocamera
digitale potrebbe riversare il
filmato video su un Hard Disk
esterno senza l'intervento del
computer.
Supporta
il
collegamento a caldo e la
presenza di più Host tramite
una gestione degli IP software.
Quindi
una
connessione
FireWire può essere utilizzate
per creare una rete locale tra
due computer quattro volte più
veloce di una normale rete
Ethernet a 100 Mbit.
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Simbolo
Foto
Tipo
Utilità
Porta monitor (tre file di 5
pin, la seconda fila è
sfalsata)..
Collega la scheda grafica
del computer al proprio
monitor. Si trova in uno
degli slot presenti sul
computer. Può essere
dotata o meno dell'icona
(che può trovarsi sul
cavo).
Porta SCSI, nell'ordine:
SCSI1 e SCSI2; esistono
numerose versioni e cavi.
In
genere
occorre
acquistare un controller,
non
essendo
spesso
montate sulle schede
Per collegare periferiche
SCSI: dischi rigidi esterni,
lettori ottici o magnetici,
scanner, ecc. Vi sono
numerosi tipi di porte,
tutti diversi ed altrettanti
convertitori, dipende dal
tipo di tecnologia. Ormai
abbastanza in disuso.
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Simbolo
Foto
Tipo
Utilità
Jack scheda audio, icone
dall'alto in basso: uscita
audio, ingresso audio,
microfono.
Alcune schede sono più
complesse e dispongono
di
altri
connettori.
Le icone possono variare
da
produttore
a
produttore e avere diversi
colori.
Uscita
audio:
es.
collegare il PC ad un
registratore o impianto
stereo ed ascoltare o
registrare quanto suonato
dal cd-rom o da file
digitale;
Ingresso
audio:
collegamento
ad
un
registratore,
impianto,
ecc. per ricevere il suono
(ad es. registrare da un
mangianastri).
Microfono, collega un
microfono per registrare la
voce o usare programmi
interattivi,
riconoscitori
vocali, ecc.
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Simbolo
LAN
Foto
Tipo
Utilità
Porta della scheda di rete
a sinistra raffigurata una
scheda con tre uscite, da
sinistra
a
destra:
- uscita bnc (in disuso),
uscita
per
cavo
transceiver
(in
disuso)
- uscita RJ45, usata oggi in
tutte le schede.
Connette la scheda alla presa a
muro e quindi permette al PC di
inserirsi nella rete locale LAN
(local
area
network).
L'uscita universalmente presente
è oggi la RJ45, la terza da
sinistra
nella
foto.
Attenzione a non confonderla
con la presa telefonica (nel caso
sia presente un modem).
Porta MIDI/Joystick 15 pin
(una fila di 8 e una di 7).
Per collegare una tastiera
MIDI, joystick, periferiche
di gioco in genere o
musicali.
Attualmente, specialmente per quanto riguarda i computer
portatili si sono sviluppate altre porte di comunicazione
wireless come Bluetooth e IrDA (infrarosso).
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Prospetto delle varie velocità di trasmissione
Porta
Velocità massima
Porta Seriale RS232
115 Kbps
Porta Parallela standard
150 Kbps
Porta Parallela ECP
2 Mbps
USB 1.1
12 Mbps
USB 2.0
480 Mbps
FireWire 400
400 Mbps
FireWire 800
800 Mbps
Bluetooth 1.1
723 Kbps
Bluetooth 2.0
2.1 Mbps
Ethernet
10/100/100 Mbps
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Tipi di connettori e cavi
Il presente documento descrive i connettori più diffusi nell'ambito
dei PC; alcuni produttori come ad esempio la Apple inc. possono
utilizzare porte e connettori qui non descritti in quanto poco usati e
tipici di sistemi hardware meno diffusi.
Si ricorda che per connettore si intende un capo di un cavo dotato
di un sistema capace di connettersi (attraverso piccoli punti di
contatto detti pin) ad una porta del PC o della periferica.
Alcuni produttori di cavi scrivono sul connettore i simboli utilizzati
nelle porte (vedi sopra) oppure colorano il connettore con il colore
della porta in modo da evitare errori nella connessione.
Non è possibile qui di seguito raffigurare tutti i cavi a disposizione;
ci limitiamo a descrivere quelli più usati (mouse, modem, tastiera)
necessari per assemblare la macchina.
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SERIALE MINIDIN 9 PIN.
Collega il mouse alla porta seriale minidin.
Notare la freccia al centro: indica che come va inserito il cavo (seguire la freccia per inserire correttamente il
connettore).
Seguire la colorazione del produttore qualora presente.
USB STANDARD.
Collega una periferica USB alla porta del PC (cavo standard).
SERIALE TASTIERA.
Collega la tastiera del PC alla relativa porta. Seguire la colorazione del produttore qualora presente.
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USB PER STAMPANTE.
Collega una periferica USB, tipicamente la stampante; il connettore in figura rappresenta il capo del cavo
che va collegato sulla porta della stampante; la porta corrispondente ha una forma rettangolare.
SERIALE.
Collega il capo del cavo femmina da 9 pin (seriale db9), alla porta seriale del PC (l'altro capo da collegare al
modem può essere a 9 pin o a 25 pin, dipende dal modello). La massima lunghezza del cavo è di 15 metri
USB PER MACCHINA DIGITALE.
Collega una periferica USB, tipicamente macchina fotografica digitale, alla porta USB del computer
FIREWIRE.
Collega varie periferiche digitali al Pc, dalle semplici macchine fotografiche o telecamere digitali a periferiche
più complesse come hard disk esterni. Esistono di 3 tipi di spinotto, classificati in base al numero di pin: 4/4,
4/6, 6/6. La lunghezza del cavo è limitata a 4.5 m e fino a 16 cavi possono essere collegati tramite dei
dispositivi che provvedono a rigenerare il segnale per arrivare a una lunghezza massima consentita di 72
metri.
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PARALLELA (in genere PER STAMPANTE O SCANNER).
Il capo del cavo è un maschio da 25 pin e va connesso alla porta parallela del PC. Il cavo è molto più
spesso di quello seriale e può raggiungere distanze di 8 metri.
CAVO TELEFONICO RJ11.
Collega il PC ad una linea telefonica.
E' dotato di 6 pin, ma utilizza solo i 4 pin centrali.
Sul lato posteriore una linguetta fa presa sulla porta per evitare distacchi accidentali.
Non va inserito nella porta dedicato alla scheda di rete.
CAVO DI RETE RJ45.
Collega la scheda di rete alla rete locale.
E' dotato di 8 pin, connettore MMJ.
Sul lato posteriore una linguetta fa presa sulla porta per evitare distacchi accidentali (come nelle prese
telefoniche)
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Tipi di periferica più diffusi
Tastiera e mouse
La tastiera ed il mouse ricevono corrente elettrica direttamente dal computer, quindi
non sono dotati di cavo di alimentazione. Basta collegare il capo opposto del cavo
alla relativa porta sul cabinet, generalmente seguendo i colori corrispondenti. Salvo
l'utilizzo di funzionalità particolari, queste periferiche non richiedono l'installazione
di driver.
Monitor
Il monitor può essere alimentato direttamente o tramite computer (modalità non più
a norma); in ogni caso è provvisto di due cavi: uno di alimentazione, uno da
collegare all'apposita porta presente sul cabinet. Salvo l'utilizzo di funzionalità
particolari, questa periferica richiedono solo la corretta installazione del driver della
scheda video.
Casse e cuffie
Le casse, di norma 2, sono collegate tra loro. Una delle due presenta i dispositivi
per la connessione alla rete elettrica, alla scheda audio del PC, l'interruttore di
accensione e la regolazione dei volumi.
Il funzionamento, oltre che dal corretto collegamento di tutti i cavi e dall'accensione
dell'interruttore, dipende dalla regolazione dei volumi:
•sul potenziometro della cassa principale;
•a livello di scheda audio, dalla Barra delle applicazioni o da Pannello di controllo.
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L'eventuale collegamento di una cuffia, esclude, generalmente, l'ascolto dagli
altoparlanti esterni.
La cuffia può essere collegata alla cassa principale (se la possibilità è prevista) o
direttamente alla scheda audio del PC, al posto delle casse.
Se la cuffia è fornita anche di microfono, esso sarà utilizzabile solo se anche il
relativo jack sarà collegato all'apposita porta della scheda audio e i relativi parametri
debitamente impostati sulla scheda audio.
Salvo l'utilizzo di funzionalità particolari, questa periferica non richiedono
l'installazione di driver.
Stampanti e scanner
Queste periferiche utilizzano sempre più connessioni USB invece della vecchia porta
parallela. Queste periferiche richiedono quasi sempre l'installazione di driver ed
eventuale ulteriore software di gestione (fare riferimento alle istruzioni fornite dal
costruttore).
Periferiche di archiviazione USB ("chiavette“ o “pen drive”)
Hanno diversi nomi, ma tutte somigliano a degli evidenziatori.
Attualmente la capacità arriva fino a 1 Gb; ma oltre i 128-256 Mb sono ancora poco
convenienti. Se installate su Windows 98 hanno bisogno dei driver; da Windows
2000 e ME vengono caricate automaticamente.
Una volta riconosciute dal Sistema Operativo vengono gestite come normali
periferiche di archiviazione (dischi fissi, floppy) e identificate come "Disco rimovibile".
Prima di scollegarle è preferibile disattivarle utilizzando il pulsante "Scollegare o
rimuovere una periferica hardware" presente sulla Barra delle applicazioni.
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I modem
I modem presentano collegamenti diversi a seconda delle tipologie (interno/esterno,
Ethernet/USB, analogico/digitale, dati/dati+voce...)
in generale un modem ha bisogno di: alimentazione elettrica, collegamento al PC e
connessione telefonica.
Una rete telematica è fisicamente costituita da un insieme di computer e da una
determinata infrastruttura di comunicazione. Ma per far funzionare il tutto c'è bisogno
di un terzo elemento: dei dispositivi di interfaccia che consentano la connessione di
ciascun computer ai corrispondenti terminali della rete. La più semplice interfaccia di
rete è il modem. Come abbiamo già avuto modo di vedere, il modem è un dispositivo
che permette di collegare due computer mediante una normale linea analogica,
come quelle della tradizionale telefonia. Poiché i computer rappresentano
l'informazione in formato digitale, essi non possono utilizzare direttamente una linea
analogica come canale di trasmissione. Il modem rende possibile questa
comunicazione trasformando il flusso di segnali digitali in un flusso di segnali
analogici e viceversa mediante i processi di "modulazione" e "demodulazione".
Ovviamente, per collegare in questo modo due computer occorre dotarli entrambi di
un modem. Il flusso di bit in uscita dal computer trasmittente passa attraverso il
modem, dove viene trasformato in un segnale analogico. Quando arriva al modem
del computer ricevente, il segnale analogico subisce il trattamento inverso,
ritrasformandosi in una catena di bit, che il computer può tranquillamente
manipolare.
Docente: Massimiliano Bianchi
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I modem possono essere collegati al computer in vari modi. I modem esterni, i più
diffusi, si presentano come piccole scatole di plastica, dotate di una presa telefonica
e di una presa di tipo seriale. Questa si collega al computer mediante un apposito
cavo che si inserisce nella porta seriale, in dotazione su tutti i moderni personal
computer. Di recente sono comparsi modem che adottano un nuovo tipo di porta
presente nei computer più evoluti, la porta USB (Universal Serial Bus), che ha delle
caratteristiche di velocità ed efficienza maggiori rispetto alla tradizionale seriale.
Infine esistono anche dei modem interni, che possono essere inseriti direttamente in
uno degli slot di espansione presenti sulla scheda madre del computer.
D'altra parte, la scarsa velocità della porta seriale non è certo un grande problema
per i modem. A causa dei limiti intrinseci alla comunicazione analogica su doppino
ritorto (che è il tipo di cavo, lo ricordiamo, usato dalla rete telefonica) la velocità di
trasmissione di un modem non può essere troppo alta. Attualmente i migliori
permettono di ricevere dati con una banda passante teorica di 56 Kbps, e di inviare
a 32 Kbps.
I limiti di velocità dei modem sono bilanciati dalla opportunità che essi offrono di
collegare un computer ad una rete sfruttando l'infrastruttura telefonica, l'unica rete
ad avere una diffusione capillare, fino alle abitazioni private. In genere si tratta di
connessioni temporanee, che si prolungano fintanto che l'utente ha necessità dei
servizi di rete (anche perché in molti paesi la tariffa per l'impiego delle linee
telefoniche è calcolata in base al trascorrere del tempo).
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Per raggiungere velocità più elevate è necessario utilizzare una sistema
interamente digitale, come ISDN (che arriva fino a 128 Kbps). Le interfacce per
l'accesso ISDN si chiamano Terminal Adapter, ma poiché il loro aspetto esterno è
simile a quello dei modem analogici, nel linguaggio comune ci si riferisce loro come
"modem ISDN". Stessa cosa accade con i “modem” Adsl, che permettono ancora
maggiori velocità.
Se invece si deve collegare un computer in modo permanente ad una rete digitale ad
alta velocità (locale o geografica) è necessario utilizzare una scheda di rete. Si tratta
di una scheda, contenente i microprocessori che gestiscono l'accesso alla rete, che
va inserita in uno degli slot di espansione della piastra madre, in modo simile alle
schede che controllano il video o lo scanner, o altri dispositivi di input ed output.
Sulla parte esterna è dotata di speciali prese, nelle quali vanno inserite le spine (o
plug) dei cavi di collegamento. In genere si tratta di prese per cavi coassiali (dette
prese BNC) o di prese per cavi ritorti (dette prese RJ45), che sono molti simili alle
prese usate negli impianti telefonici più recenti (RJ11).
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I cavi di rete
Il più diffuso mezzo di trasmissione è la coppia intrecciata di cavi, o doppino ritorto.
Si tratta di una coppia di fili in materiale conduttore di elettricità (in genere il rame)
intrecciati l'uno con l'altro, in modo tale da ridurre gli effetti delle interferenze. Questa
soluzione è adottata sia in applicazioni telematiche, sia soprattutto nei tratti delle reti
telefoniche pubbliche che arrivano fino all'utente, il cosiddetto "ultimo miglio".
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Purtroppo la coppia intrecciata, rispetto ad altri mezzi, è molto sensibile al rumore.
Questo ne limita sia la banda passante, che la lunghezza massima oltre la quale il
segnale diventa inutilizzabile. Per distanze di poche centinaia di metri, ed usando
cavi schermati, si possono raggiungere velocità massime di 10 Mbps. Su distanze
maggiori le prestazioni diminuiscono notevolmente: i cavi della rete telefonica che
collegano le utenze alle centraline con tratti non superiori al paio di chilometri
possono arrivare fino a 8 Mbps, ma solo in una direzione, e solo grazie allo
sfruttamento intensivo delle tecniche di compressione dei dati. Naturalmente
prestazioni migliori possono essere ottenute unendo in un unico cavo una serie di
doppini: ad esempio la rete Fast Ethernet, un'evoluzione della tradizionale rete
Ethernet, usa un cavo composto da 4 coppie su cui riesce sviluppare una banda
passante di 100Mbit.
Un altro mezzo di trasmissione molto diffuso sia nelle reti locali di computer sia nella
televisione via cavo, è il cavo coassiale. Si tratta di un cavo rotondo composta da
vari strati: al centro c'è un di un filo di rame (di diametro variabile), ricoperto da uno
strato di materiale isolante, a sua volta rivestito da un conduttore a maglia, il tutto
all'interno di una guaina isolante. Rispetto al doppino, questo tipo di cavo presenta
una maggiore resistenza al rumore, ed offre un'ampiezza di banda più elevata: si va
dai 140 Mbps su distanze brevi ai 20 o 30 Mbps per tratti di alcune centinaia di metri.
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I mezzi di trasmissione che abbiamo visto finora veicolano i segnali sotto forma di
una piccola corrente elettrica. Ma l'elettricità non è il solo veicolo possibile per il
trasferimento di segnali. Sotto molti punti di vista sono assai più efficienti le
radiazioni elettromagnetiche. In particolare due sono i tipi di radiazioni
elettromagnetiche usate nei sistemi di comunicazione telematica.
La prima è la luce visibile, che viene utilizzata nelle fibre ottiche. Come il termine
lascia immaginare, le fibre ottiche si basano sulla conduzione di impulsi di luce.
Possiamo immaginare una fibra ottica come un sottilissimo tunnel (della dimensione
di un capello!) rivestito di specchi, in grado di intrappolare un fascio di luce e di
condurlo, attraverso una sequenza di riflessioni, da un capo ad un altro.
Per essere più precisi, la trasmissione di un impulso luminoso all'interno attraverso
un conduttore si basa su un particolare tipo di rifrazione (anche se viene denominato
"riflessione interna totale").
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Come forse saprete, la rifrazione è la deviazione subita da un raggio di luce
nell'attraversare il confine tra due mezzi trasparenti diversi. Un classico effetto di
questo fenomeno, che compare in tutti i libri scolastici di fisica, è l'illusione che una
matita immersa in un bicchiere d'acqua si spezzi proprio in corrispondenza della
superficie del liquido. L'angolo di questa deviazione si chiama indice di rifrazione. Ora,
se un raggio proviene da un mezzo con l'indice di rifrazione maggiore, e se il suo
l'angolo di incidenza (ovvero l'angolo con cui il raggio di luce incontra il confine tra i
due mezzi) è minore di un certa grandezza, esso non riesce più ad attraversare il
confine tra i due mezzi e viene riflesso totalmente. In questo modo è possibile
intrappolare un raggio luce dentro un cavo. Un fibra ottica infatti è composta da un
nucleo in vetro o plastica con un alto indice di rifrazione (detto core) rivestito da un
materiale con un indice di rifrazione leggermente minore (detto cladding), il tutto
ricoperto da un materiale opaco che isola la fibra dalla luce esterna. In queste
condizioni tutti i raggi di luce che colpiscono il confine tra i due mezzi con un angolo
inferire ad un certo valore vengono riflessi. Gli impulsi luminosi, emessi da un laser,
viaggiano dunque dentro la fibra a "zigzag" fino al capo opposto dove sono raccolti da
un sensore detto fotodiodo (una specie di cellula fotoelettrica) e trasformati in impulsi
elettrici.
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I vantaggi apportati da questa tecnologia, messa a punto solo negli anni 70 (sebbene
i principi fossero già noti sin dagli anni 50), sono enormi. A differenza dei cavi
metallici, una fibra ottica può trasportare enormi quantità di informazioni codificate
mediante impulsi di luce per lunghissime distanze. Oggi la banda passante di una
singola fibra (un capello!) arriva fino a 2 ,5 miliardi di bit (il prefisso per indicare valori
dell'ordine del miliardo è "giga", abbreviato "G") al secondo! E naturalmente i cavi in
fibra ottica che vengono posati effettivamente sono composti da un fascio di fibre.
Per farci un'idea della quantità di informazioni che possono passare attraverso tali
canali di telecomunicazione, pensate che una banda passante di 1,7 Gbps permette
di trasmettere un milione di conversazioni telefoniche contemporanee. E in sede
sperimentale sono state sviluppate delle fibre che arrivano alla velocità stratosferiche
di 100 Gbps!
Con questi numeri la fibra ottica si candida ad essere il mezzo di trasmissione ideale
per il villaggio elettronico digitale, in cui video a richiesta e commercio elettronico
dovrebbero essere all'ordine del giorno. Ma ci sono delle controindicazioni: i costi di
installazione. Il passaggio ad un sistema di comunicazione capillare interamente in
fibra ottica comporterebbe la sostituzione di tutti i preesistenti cavi in metallo. Se per
le lunghe distanze e per i collegamenti transoceanici questa sostituzione ha un
rapporto costi/benefici vantaggioso, questo non è più vero per il collegamento degli
utenti finali. La transizione dell'ultimo miglio alla fibra ottica ha dei costi così alti che
poche compagnie telefoniche sono disposte ad affrontare, specialmente in vista di
guadagni incerti (il caso italiano, con la chiusura del progetto di cablatura nazionale
"Socrate" da parte della Telecom Italia è un esempio di questa difficoltà).
Docente: Massimiliano Bianchi