STORIA DELLA TECNOLOGIA

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1 STORIA DELLA TECNOLOGIA LEZIONE 24 Massimo Guarnieri Dipartimento di Ingegneria Elettrica - Università di Padova Teoria dell informazione Stati Uniti A mathematical theory of communication Claude E. Shannon ( ) - Bell Labs Bit, entropia, trasmissione efficiente dei dati, velocità massima di trasmissione 1937: A symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits tesi di master al MIT, sulle macchine di Vannenar Bush modello dei circuiti logici basati sull algebra booleana e sull aritmetica binaria 2 Cibernetica Stati Uniti Cybernetics Norbert Wiener ( ) Anticipazioni di Pavel Florenskij nel Stati Uniti Elaboratore elettrico-elettronico digitale - SSEC IBM Principi di Babbage + architettura di von Neumann Capace di calcoli scientifici e contabili Usato a fini pubblicitari (in una vetrina di New York) L informatica entra nel mondo commerciale Induce un nuovo modo di progettare hardware e software e un nuovo modo di riflettere su un ampia gamma di problemi (scienza del comportamento,.) 1949: Filtro di Wiener Riduzione ottimale del rumore (eliminazione dei disturbi dai segnali) 3 4

2 Gran Bretagna Elaboratore elettronico digitale - EDSAC Maurice Wilkes (1913) Prima macchina elettronica con architettura di von Neumann: Unica memoria per dati e programma 1948: Baby, macchina dimostrativa di Williams e Kilburn (UK) Stati Uniti Primo elaboratore elettronico commerciale - UNIVAC John W. Mauchly ( ) e John P. Eckert ( ) Architettura di von Neumann 5 6 Orologio atomico Stati Uniti Harold Lyons ( ) - NBS - USA Modello perfezionato del 1955: Louis Essen ( ) - NPL - UK Drastico miglioramento della precisione (10-9 s/dì) Utilizzo non immediato: missioni spaziali, sistemi di controllo dei voli, GPS, esperienze di laboratorio (verifica della relatività einsteiniana) Stati Uniti, Giappone, Europa, INFORMAZIONE E AUTOMAZIONE Avvento dell automazione nei processi produttivi Macchine che governano altre macchine Capaci di sostituire l uomo nella gestione delle informazioni necessarie ai processi produttivi Le macchine sono esecutori ideali di attività di routine che richiedono precisione, affidabilità, velocità, potenza, ubbidienza assoluta. Spostamento dell occupazione dal secondario (industria) al terziario (servizi) 7 8

3 Stati Uniti, Giappone, Europa, INFORMAZIONE E AUTOMAZIONE Le macchine prendono completamente il posto che nei tempi antichi (talvolta non molto antichi ) fu degli schiavi (anche nell effettuare scelte nei processi produttivi) Ma c è anche il rovescio della medaglia.... l abuso, anche inconsapevole, delle enormi possibilità che la tecnologia è ora in grado di offrire, il suo uso miope.. TECNOLOGIA E SOCIETA` CONSAPEVOLE C è chi già percepisce l importanza di assumere un atteggiamento critico sull uso poco consapevole di una tecnologia tanto potente I nostri nuovi schiavi chiedono moltissimo alla nostra onestà ed intelligenza. Il mondo del futuro sarà una battaglia sempre più impegnativa contro le limitazioni alla nostra intelligenza, non un amaca confortevole su cui stenderci serviti dai nostri schiavi meccanici Norbert Wiener ( ), God & Golem Inc TECNOLOGIA E SOCIETA` CONSAPEVOLE Va emergendo un atteggiamento critico sull uso poco consapevole della tecnologia. l errore consiste nel credere che il comfort, le grandi possibilità materiali siano i soli vantaggi della civiltà Ma il benessere e la sicurezza possono danneggiare la vita quanto i disagi e la mancanza di sicurezza. G. Elgozy, Automation and Humanisme, Finlandia Fusione del rame a flash (flash smeltimg) Outokumpu Uno dei primissimi esempi di tecnologia etica e sostenibile Processo di fusione autogeno a bassissime emissioni Sfrutta l ossidazione dei minerali, usando aria surriscaldata ed arricchita di ossigeno evita il ricorso a combustibile addizionale Recupera i gas liberati dalla reazione (elimina il 99% delle emissioni di composti solforosi) Produzione secondaria di acido solforico 11 12

4 Austria Altoforno basico ad ossigeno (convertitore) per la produzione dell acciaio (BOF: Basic Oxygen Furnace) Voest-Alpine Insufflazione di ossigeno per ossidare le impurità carbone, silicio, zolfo e fosforo Cariche da 400 t Drastica riduzione dei tempi di produzione (da 10 ore a 45 minuti e meno), dell energia necessaria e dei costi Ferro nel XX secolo Nel XX secolo la produzione mondiale dell acciaio continua ad aumentare vertiginosamente: 1900: 40 milioni di tonnellate 2005: 1100 milioni di tonnellate I principali paesi produttori di minerali sono (Mt 2004): Cina (280), Australia (220), Brasile (220), India (110), Russia (95), Ucraina (66), Stati Uniti (54), Sud Africa (40), Canada (31), Svezia (22) I due processi produttivi attualmente più usati sono altoforno basico (convertitore) ad ossigeno altoforno ad arco elettrico (ac e cc) ~1950 Processi di cracking per ottenere i polimeri dal petrolio (invece che dal carbone) Passaggio definitivo dal carbone al petrolio Affermazione degli Stati Uniti come massima potenza industriale Esaltazione delle economie di scala Produzione di massa delle materie plastiche ~1950 Piena affermazione delle materie sintetiche, sostitutive di quelle naturali: Fibre sintetiche al posto di cotone e lana Plastica al posto di cuoio, legno, metalli non ferrosi, e altro Gomma sintetica al posto di quella naturale Detergenti sintetici al posto degli oli vegetali Pesanti conseguenze sui mercati di produzione dei paesi meno avanzati, storici fornitori delle materie prime naturali 15 16

5 Germania, Italia 1953: Propilene Karl Ziegler ( ) 1954: Polipropilene Guilio Natta ( ) Polimero destinato ad un enorme diffusione: Casalinghi, giocattoli, bottiglie, rivestimenti, tubazioni, imballaggi, isolamenti elettrici, Innovazioni in chimica L innovazione chimica è dominata da concentrazione e specializzazione Le innovazioni fondamentali fino al 1955 sono in Germania (30 in IG Farben) 43 negli Stati Uniti (12 in Du Pont) 15 in Gran Bretagna (7 in ICI - Imperial Chimical Industries) 8 negli altri paesi Stati Uniti Aviazione civile a reazione Lungo dominio americano del mercato mondiale Dal 1945 l industria dell aviazione americana gode di fondamentali investimenti in R&S, finanziati in gran parte dal governo federale Adozione del know how britannico (turboreattore di Frank Whittle - in seguito agli accordi di collaborazione bellica) Aumento della spinta del 50% Riduzione del consumo del 33% Riduzione dei costi (del 90% rispetto a quelli degli anni 20) Grazie a varie innovazioni (turboreattore a doppio flusso, turboreattore a doppio flusso con elevato rapporto di bypass) N.b.: I trattati di pace proibiscono alla Germania di sviluppare i suoi motori a reazione, ideati durante la Seconda Guerra Mondiale e lasciano libero il mercato per l industria statunitense 19 ~ Stati Uniti Elettronica dello stato solido Supporto del Department of Defence (governo federale) alle ricerche nel settore dei semiconduttori In particolare a quelle sul transistor L industria dei semiconduttori rappresenta forse la storia di successo più rilevante di tutto il dopoguerra, per gli Stati Uniti, in termini di politiche governative atte a stimolare il progresso tecnico, oltre che la crescita della produzione e dell occupazione Nathan Rosenberg (Stanford University), Dentro la scatola nera,

6 Stati Uniti URSS Prima centrale elettrica operativa a fissione nucleare AM-1 (Atom Mirny, ossia atomo pacifico) a Obninsk 5 MW - tipo RBMK (lo stesso della centrale di Chernobyl) 1951: EBR-1 a Arco (ID) USA Stanford Industrial Park University of Stanford (California), Frederick E.Terman ( ) e Wallace Sterling Promozione della collaborazione tra industria e ricerca universitaria primo nucleo della Silicon Valley 100 kw, primo reattore elettronucleare sperimentale 1959: Calder Hall (Gran Bretagna) 90 MW, prima centrale elettronucleare operativa occidentale 1955: Nautilus (USA), primo sottomarino atomico 1 kg di uranio arricchito fornisce tanta energia quanto cinque milioni di litri di benzina Stati Uniti Videoregistratore magnetico a nastro G. L. Ginsburg ( ), Ampex Corporation Apparecchio molto complesso e costoso Trasmissioni televisive in differita Stati Uniti, Giappone Inizia l uso industriale del transistor 1954: Stati Uniti - radiolina portatile a transistor e pile - Regency TR-1 I.D.E.A. (da un prototipo non commerciale di Texas Instruments) 1955: Giappone - radiolina portatile a transistor e piletr-55 Akio Morita ( ) Tokio Tsushin Kogyo (Sony) I transistor richiedono materiali altamente puri e promuovono lo sviluppo di tale industria 23 24

7 Giappone Nuovo protagonista dei mercati industriali internazionali Automazione dei processi produttivi Elettronica e meccanica di largo consumo Siderurgia Strategia industriale pianificata a livello governativo: Sfruttamento di innovazioni tecnologiche sviluppate in altri paesi, producendole a basso costo e introducendovi (col tempo) sostanziali miglioramenti di processo e di prodotto India, Gran Bretagna Fibra ottica Narinder S. Kapany Hopkins Van Hell Vari altri lavori pionieristici Uso iniziale in campo medico (endoscopi) Trovano piena applicazione pochi anni dopo, con lo sviluppo del laser URSS 4/10/1957: Primo satellite artificiale - Sputnik I 1952: inizio del programma Primato assoluto sovietico mantenuto nei primi anni dell esplorazione dello spazio STATI UNITI Satellite artificiale - Explorer 1 Prima satellite USA, dopo precedenti tentativi falliti e ulteriori altri insuccessi (ma falliscono anche molti lanci sovietici) 12/04/1961: primo cosmonauta con la navicella Vostok 1 Yuri Gagarin ( ) Volo orbitale Motivazioni propagandistiche e strategiche In piena guerra fredda, è iniziata la gara per la conquista dello spazio tra le due superpotenze 27 28

8 Stati Uniti 1958: Circuito integrato Jack S. Kilby (1923), Texas Instruments 1 transistor, 3 resistori, 1 condensatore a base germanio Nobel nel : modello planare, industrializzabile Robert Noyce ( ) Stati Uniti, Germania Elaboratori di seconda generazione 1946: prima generazione Tubi elettronici, memoria a tamburi magnetici, 1958: seconda generazione Transistor, memoria a matrici di nuclei di ferrite, linguaggi di alto livello Siemens & Halske con 2002 (erede dei modelli di K.Zuse), IBM con 7070 e Sperry Rand, Digital Equipment con Pdp-1 (nel 1960) 1964: terza generazione Circuiti integrati, memoria a semiconduttori (ci), sistemi operativi, time sharing IBM 360, Digital PDP-8,. 1971:. Microprocessori Stati Uniti, Germania Elaboratori di seconda generazione 1946: prima generazione Prestazioni di riferimento (=1) 1958: seconda generazione memoria x10, velocità x10, affidabilità x10, dimensioni x1/100, costo x1/ : terza generazione memoria x1000, velocità x100, affidabilità x1000, dimensioni x1/1000, consumo x1/1000, costo x1/ :. Microprocessori Germania Pacemaker cardiaco artificiale interno Siemens & Halske Primo modello interno (a transistor) Ideato da Rune Elmquist ( , S) Impiantato da Ake Senning ( , S) Precedente: 1950: apparecchio esterno rudimentale (a valvole termoelettroniche) - John Hopps (CAN) 31 32

9 Stati Uniti Fotocopiatrice a secco commerciale Xeros 914 Derivata dall archetipo di Carlson del 1938 L innovazione tecnologica si rivolge sempre più anche al terziario, ove si sta spostando la forza lavoro URSS Prima sonda spaziale - Luna 1 2 gennaio 1959 Transita a 5995 km dalla superficie lunare Primo oggetto artificiale a raggiungere la velocità di fuga e ad abbandonare la Terra Dopo gli insuccessi americani di Pioneer 0 e Pioneer 1 (1958) Laser al rubino Stati Uniti Theodore H. Maiman (1927) Primo laser di successo commerciale Precedenti: 1953 maser di Townes, e di Basov e Prochorov Robot industriale Stati Uniti George Charles Devol (1912), Joseph Engleberger (1925) Primi utilizzi alla General Motors, che nel 1951 aveva introdotto la prima linea di produzione automatizzata (per motori) Sviluppi: 1962 laser a semiconduttore di Robert Hall (1919) molto più economico Impieghi: ricerca di base, comunicazioni, fibre ottiche, processi industriali. lettori per dischi ottici, stampanti laser, 35 36

10 Italia 1960 Olivetti Programma 101 Pier Giorgio Perotto ( ) Calcolatrice elettronica programmabile da tavolo Precorre il personal computer che sarà sviluppato circa 10 anni dopo Riscuote un clamoroso successo, specialmente negli Stati Uniti, essendo molto più economica dei calcolatori concorrenti (3.200 $, contro i circa $ di un elaboratore Digital) Sopravvento dell aeroplano sulla nave nei collegamenti passeggeri transatlantici (e rapida sostituzione) Andrea Doria ( ) Stati Uniti 1976 Francia, Gran Bretagna Lockheed SR-71 Constellation - TWA (Hughes) Nasa Ricognitore strategico Concord Messo fuori servizio nel 1989 (alla fine della guerra fredda), per i costi di esercizio eccessivi aereo supersonico per passeggeri (Mach 2, km/h) sofisticatissimo, ma carissimo non competitivo rispetto ad aerei più lenti, capienti e economici, (come il Boeing 747 Jumbo), ritirato dal servizio nel 2003 Velocità di crociera: Mach 3,2 (3.300 km/h); quota di tangenza: m, autonomia: km a 60 anni dal volo del Flyer dei Wright 39 40

11 Stati Uniti Stati Uniti Satellite per telecomunicazioni - Telstar Satellite per telecomunicazioni geosincroni / geostazionari Bell Labs Ø = ~1 m, ~100 kg, ~1000 transistor 600 comunicazioni telefoniche intercontinentali o 1 televisiva Nasa 36000km di quota 1963: geosincrono Syncom-1 posizionamento fallito 1964: geostazionario Syncom-3 posizionamento corretto usato per le Olimpiadi di Tokyo : satelliti geostazionari Syncom 1965: Early Bird (Intelsat-1), satellite commerciale per telecomunicazioni 1972: Landsat-1, satellite per rilevamento 1991: Ers-1, satellite europeo per rilevamento 1945 concezione dell idea, inizialmente accolta con diffidenza Arthur C. Clark (1917) Astronomo, futurologo e scrittore (2001 Odissea nello Spazio) SONDE SPAZIALI Stati Uniti Sbarco sulla luna - Apollo 11 Nasa Programma Apollo lanciato da J. F. Kennedy nel 1961 Motivazioni propagandistiche e strategiche vettore Saturn V, realizzato dal gruppo di von Braun Iniziano vari programmi (URSS, NASA, ESA, CAN, J) di esplorazione spaziale con sonde interplanetarie come Nuova prova delle capacità scientifico -tecnico-gestionali americane (linee transcontinentali, progetto Manhattan, ENIAC, radar,.) 43 Mariner 10 (NASA 1972) con tre passaggi su Mercurio, grazie a Bepi Colombo (PD) Giotto (ESA 1986) che avvicina la cometa di Halley 44

12 SONDE SPAZIALI Esplorazione spaziale dei pianeti esterni, con sonde interstellari, come Stati Uniti ARPANET - prima rete di calcolatori prima rete informatica sperimentale, nata in campo militare Pioneer 10 (1972) nel 2001, dopo 29 anni di viaggio, sono stati captati segnali della sonda, oramai lontana dal sistema solare Pioneer 11 (1973) Voyager 1 (1977) Stati Uniti Microprocessore - chip - Intel 4004 Ted Hoff (1937), Federico Faggin (1941), INTEL Circuito integrato miniaturizzato: 2300 transistor in 13 mm 2 Unità logica di elaboratore: più potente di ENIAC, ed enormemente più piccolo, affidabile ed economico Stati Uniti Evoluzione della microelettronica: Bell Labs: Shockley (transistor con Bardeen e Brittain) Shockley Semiconductor lab: Noyce, Moore Fairchild Semiconductor Intel: Hoff, Faggin Zilog Una buona parte della microelettronica scaturisce da un manipolo di uomini collegati tra loro INIZIA LA MICROELETTRONICA 47 48

13 Sviluppo della microelettronica Buona parte è frutto delle interazioni di pochi uomini - una scuola di eccellenza non strutturata Bell Labs: Shockley transistor Fairchild Semiconductor - Noyce, Moore circuito integrato industriale Zilog - Z80 Cygnet Technology, Synaptic Inc. Shockley Semiconductor Lab Noyce, Moore Intel Hoff, Faggin Intel Stati Uniti Sviluppo della Microelettronica 1970: Intel 4004 (4 bit, 2300 transistor, 740 khz, 13 mm 2 ) 1972: Intel 8008 (8 bit, 3300 transistor, 14 mm 2 ) 1974: Intel 8080 (16 bit, 4800 transistor, 4,47 MHz, 14 mm 2 ) 1978: Digital VAX 11/78 (32 bit, LSI) 1982: Intel ( transistor, 12 MHz) 1993: Pentium I (64 bit, 3,3 milioni di transistor, 75 MHz, VLSI) 1994: Pentium III (28 milioni di transistor, 133 MHz) 2000: Pentium IV (42 milioni di transistor, 400 MHz, ULSI) Uso sempre più vasto e generalizzato, Non solo verso l alto ma anche verso il basso Computer, elettrodomestici, apparecchi professionali, automobili, telefoni, giochi,.. Anche in oggetti semplici ed economici 50

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