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

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.

Trasmetterecon fili e funi

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

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

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

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

Sperimentati i sistemi ad otturatore (usato ad esempio in Svezia), nel 1793 Chappe brevetta un sistema con bracci mobili:

– 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

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

I segnali:– 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

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

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

I miglioramenti:– 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

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:– 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

1877 Alexander Graham Bell inventa il telefono

– 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

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

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

Chiara OTTAVIANO, Mezzi per comunicare, Torino : Paravia, 2000

Chiara OTTAVIANO et al., L’Italia al telefono, CD-ROM, Milano : Telecom, 2002 (v. anche http://italiaaltelefono.alice.it/)