Enrico Ambrosini Ippolito Perlasca. Telecomunicazioni 1. Articolazione telecomunicazioni. Edizione mista

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1 Enrico Ambrosini Ippolito Perlasca Telecomunicazioni 1 Articolazione telecomunicazioni Edizione mista

2 0020.colophon.fm Page 1 Tuesday, May 8, :47 PM ISBN RCS Libri S.p.A. - Milano Ristampe Stampa: Lito Terrazzi, Firenze Di seguito si indicano le competenze di massima degli autori (i riferimenti alle unità di apprendimento sono comprensivi delle lezioni multimediali, dei software e dell altro materiale per aula digitale). Ambrosini: coordinamento e messa a punto finale di tutto il testo: stesura delle unità di apprendimento 2, 3, 4, 5, 6 e 7 (solo sezione A). Perlasca: stesura delle unità di apprendimento: 1 e 8. La sezione 7B nasce dall unione, curata da Ambrosini, di materiale fornito da Perlasca per la parte teorica e da Filippo Spadaro per le lezioni multimediali Hanno collaborato alla realizzazione dell opera: Coordinamento editoriale Barbara Speziali Progetto grafico e realizzazione Thèsis Contents S.r.l., Firenze-Milano Copertina Gandini & Rendina Il software installato sul DVD è 2011 National Instrument Corporation. Tutti i diritti sono riservati. LabVIEW, MULTISIM, National Instruments, NI, Ultiboard, il logo di LabVIEW ed il logo di National Instruments sono marchi di proprietà di National Instruments. Il corso, il libro e il DVD sono prodotti da RCS Libri S.p.A. che è la sola responsabile, sia del corso che del libro che del DVD, nonché dei loro relativi contenuti. Né RCS Libri S.p.A. né qualsiasi libro o altri beni, servizi offerti da RCS Libri S.p.A. sono pubblicazioni, servizi ufficiali di National Instruments o attribuibili in qualsiasi modo a National Instruments. Il DVD allegato al libro di testo include i software Circuit Design Suite versione Education e NI LabVIEW Student Edition della National Instruments. L utilizzo dei software Circuit Design Suite versione Education e NI LabVIEW Student Edition è limitato a fini didattici in ambito domestico I diritti di traduzione e riproduzione, totali o parziali anche ad uso interno e didattico con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i paesi. Fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuare nei limiti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n. 633, ovvero dell accordo stipulato tra SIAE, AIE, SNS e CNA, CONFARTIGIANATO, CASA, CLAAI, CONFCOMMERCIO, CONFESERCENTI il 18 dicembre Le riproduzioni per uso differente da quello personale potranno avvenire, per un numero di pagine non superiore al 15% del presente volume, solo a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da CLEARedi, c.so di Porta Romana 108, Milano, autorizzazioni@clearedi.org La realizzazione di un libro presenta aspetti complessi e richiede particolare attenzione nei controlli: per questo è molto difficile evitare completamente errori e imprecisioni. L editore ringrazia sin da ora chi vorrà segnalarli alle redazioni. Per segnalazioni o suggerimenti relativi al presente volume scrivere a: Direzione Editoriale RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, via Rizzoli, 8, Milano, fax L editore è presente su Internet all indirizzo: L editore è a disposizione degli aventi diritto con i quali non gli è stato possibile comunicare per eventuali involontarie omissioni o inesattezze nella citazione delle fonti dei brani o delle illustrazioni riprodotte nel presente volume. L editore si scusa per i possibili errori di attribuzione e dichiara la propria disponibilità a regolarizzare. Le immagini utilizzate in questo libro non vanno interpretate come una scelta di merito da parte dell editore, né come invito all acquisto di prodotti. Le illustrazioni o riproduzioni sono state riportate a scopo esclusivamente didattico. I contenuti del tuo libro non si trovano solo sulla carta. Adesso puoi trovare esercizi, espansioni e molto altro sul web, all indirizzo Tali strumenti ti consentiranno di integrare lo studio sul testo cartaceo con la possibilità di ripassare, prepararti alle verifiche orali e scritte, approfondire quanto affrontato in classe, ecc. Su ogni pagina del sito troverai un campo in cui digitare il codice che hai trovato nel volume, così avrai accesso diretto ai materiali digitali ad esso relativi. Potrai scaricare e salvare i materiali sul tuo computer in modo che tu possa poi ritrovarli facilmente in qualsiasi momento.

3 0030.presentazione.fm Page 3 Wednesday, January 25, :03 AM Presentazione 6A 6B 6C Schede integrative 6A.1 Integratori sui flip-flop Laboratorio integrativo 6A.3 Uso dei flip-flop come divisori di frequenza per due Schede integrative 6B.1 Contatori integrati Nel libro 6A 6B 6C Teoria, test e problemi Lezioni multimediali Laboratori 6A.1, 6A.2 Teoria, test e problemi Lezioni multimediali Laboratori 6B.1, 6B.2 Teoria, test e problemi Questo corso di Telecomunicazioni in tre volumi copre il secondo biennio e il quinto anno dell indirizzo di Informatica articolazione Telecomunicazioni degli Istituti Tecnici Industriali riformati. I singoli volumi del corso sono divisi in unità di apprendimento, normalmente ripartite in più sezioni e ogni unità presenta una pagina iniziale con l obiettivo di competenza finale da raggiungere e gli obiettivi di competenza intermedi delle singole sezioni. In questa pagina, inoltre, è presente una sintesi di tutti i contenuti (cartacei e digitali) dell unità, infatti il singolo libro del corso presenta, a integrazione della parte cartacea o dell equivalente nel caso di ebook, una sezione digitale (scaricabile via Internet tramite apposito codice allegato al libro) individuata con il simbolo Struttura del libro (parte cartacea o equivalente per gli ebook) Testo base con lo sviluppo essenziale degli argomenti. Test di verifica, problemi svolti e da svolgere, questi ultimi con soluzioni in Schede di laboratorio, raccolte a fine volume e classificate secondo le unità e sezioni di riferimento. Lezioni multimediali, ovvero dei testi per l uso passo-passo di simulazioni appositamente create e fornite nella sezione aula digitale, che vogliono essere un approccio intuitivo ai concetti più impegnativi e che, senza rinunciare all approccio teorico, comunque sempre presente, permettono la realizzazione di lezioni meno tradizionali tramite l uso di LIM o proiettori. Elementi didattici inseriti nel testo (parte cartacea o equivalente per gli ebook) F acciamo il punto Circuiti combinatori con IC MSI esempi significativi MUX e DEMUX Facciamo il punto, ovvero mappe che riassumono i concetti più significativi, al termine di singoli raggruppamenti di contenuto omogeneo. Post-it con piccoli riassunti concettuali. Multiplexer: tramite n ingressi di selezione stabilisce tra 2 n ingressi di segnale quello il cui segnale verrà inviato all unica uscita esempi applicativi conversione parallelo/serie dei dati realizzazione di reti combinatorie Demultiplexer: tramite n ingressi di selezione stabilisce tra 2 n uscite quella a cui inviare il segnale dell unico ingresso di segnale esempi applicativi conversione serie/parallelo dei dati I segnali periodici sono normalmente di tipo strumentale, quelli aperiodici sono i più diffusi in natura. Note storiche riferite a personaggi e avvenimenti significativi per la materia. La teoria degli automi a stati finiti è in gran parte opera di John Von Neumann ( ), grande matematico e uomo di potere. Fu consulente della Casa Bianca durante la Guerra Fredda: la sua Teoria dei Giochi fu sviluppata anche come modello della confrontation nucleare con l URSS. 3

4 0030.presentazione.fm Page 4 Wednesday, January 25, :03 AM Presentazione non solo teoria 4 Le origini del diodo e del transistor Uno dei primi prototipi di diodi a emissione termoionica realizzati da Ambrose Fleming (a). Moderni diodi al silicio di potenza (b). Un classico diodo al silicio per uso generale (c). Il prototipo del primo transistor a punta di contatto realizzato da William Shockley, Walter Brattain e John Bardeen (d). Un moderno transistor per usi generali (e). Un moderno transistor di potenza (f). a) b) c) d) e) f) Non solo teoria, ovvero schede che affrontano in forma pratica aspetti e applicazioni della materia. Evidenziazione in riquadri delle formule concettualmente conclusive di un discorso. Indicazione grafica del grado di difficoltà dei problemi e dei paragrafi di riferimento. Rimandi ai laboratori e alle lezioni multimediali. Rimandi ai contenuti della sezione : schede integrative, problemi integrativi, laboratori integrativi, ulteriori lezioni multimediali, ulteriori sezioni di teoria, specifici file di simulazione per i laboratori e le lezioni multimediali. Apertura delle singole sezioni con un immagine di parole che sintetizza i contenuti e utilizzabile per un ripasso finale. Ampio uso di software di simulazione (senza necessità di particolari prerequisiti) con particolare riferimento a Multisim, Ultiboard e LabVIEW della NI nei laboratori, nelle lezioni multimediali, ecc. Parte digitale DVD allegato al volume di inizio corso con Software National Instruments (Multisim, e LabVIEW) con licenza gratuita per uso limitato a fini didattici in ambito domestico. Nella sezione scaricabile via Internet File di simulazione previsti per le lezioni multimediali, l attività di laboratorio, ecc. Schede integrative per ampliare la teoria del testo base. Sezioni delle unità teoriche e schede di laboratorio aggiuntive a quelle del testo base. Problemi integrativi svolti e non svolti per approfondire contenuti non essenziali. Manuale dei data sheet per i componenti dell elettronica digitale di base e data sheet dei costruttori per gli altri componenti considerati nel testo. Guide (in italiano) all uso dei programmi National Instruments. Questo primo volume introduce la disciplina sviluppandone un ampia introduzione storica, dalle origini più antiche fino all inizio delle telecomunicazioni moderne nate con l elettricità. Successivamente, rivolgendosi a studenti privi di nozioni in ambito elettrico ed elettronico, vengono sviluppati, in termini minimali, tutti i prerequisiti che si rendono necessari (si ricorda che le telecomunicazioni moderne utilizzano apparati il cui hardware è essenzialmente di natura elettronica). Lo sviluppo effettivo delle telecomunicazioni è demandato ai volumi successivi. Particolarmente utile per un approccio intuitivo risulta la sezione dedicata alle lezioni multimediali che, senza voler essere sostitutive della teoria, permettono un primo contatto con i contenuti in una forma accattivante e concettualmente semplice. 4

5 0030.presentazione.fm Page 5 Wednesday, January 25, :03 AM Presentazione Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali e unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio Vol. 1 (terzo anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative al vol. 2 Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in entrambi i volumi Caratterizzazione nel dominio del tempo delle forme d onda periodiche: SZ. 2C Reti elettriche in regime continuo e in regime alternato: SZ. 2A Elettronica digitale in logica cablata: U.A. 4, 5 e 6 Modelli e rappresentazioni di componenti e sistemi di telecomunicazione: SZ. 2B, 3B, U.A. 5, 6, 7, 8 e 9 Decibel e unità di misura: SZ. 2C e 9A Analisi di segnali periodici e non periodici: SZ. 2C Principi di elettronica analogica per le telecomunicazioni: U.A. 9 Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua inglese: distribuito nel testo Corrispondenza tra conoscenze delle linee guida ministeriali e unità di apprendimento (U.A.) e relative sezioni (SZ.) Secondo biennio Vol. 2 (quarto anno) Le conoscenze ministeriali non considerate sono relative al vol. 1 Alcune conoscenze ministeriali possono comparire in entrambi i volumi Reti elettriche in regime continuo e in regime alternato: U.A. 12 Modelli e rappresentazioni di componenti e sistemi di telecomunicazione: U.A. 10, 11 Analisi di segnali periodici e non periodici: SZ. 13A Portanti fisici e tecniche di interconnessione tra apparati e dispositivi: U.A.15 Ricetrasmissione e propagazione delle onde elettromagnetiche; installazione dei sistemi d antenna: SZ. 15B Principi di elettronica analogica per le telecomunicazioni: U.A 10 e 11 Tecniche di modulazione nei sistemi di trasmissione analogici: U.A. 16 Reti a commutazione di circuito e tecniche di multiplazione e commutazione: SZ. 16C Caratteristiche e prestazioni dei sistemi di accesso e di trasporto nelle reti a commutazione di circuito: U.A. 17 Lessico e terminologia tecnica di settore anche in lingua inglese: distribuito nel testo 5

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7 0040.indice.fm Page 7 Monday, January 16, :57 PM Indice unità di apprendimento 1 Una storia lunga e affascinante Sezione 1A Le origini delle telecomunicazioni 1 Premessa 18 2 Una possibile definizione e l origine di un nome 18 3 Nella notte dei tempi 19 4 Nascita delle prime tecniche 19 5 Le telecomunicazioni crescono e diventano un fatto pubblico: politica, potere e società 21 1B Tutta la sezione unità di apprendimento 2 Alle basi delle telecomunicazioni Sezione 2A Richiami di fisica 1 Struttura della materia 28 2 La corrente elettrica 30 Quantità di elettricità 30 Intensità di corrente elettrica 30 3 Il generatore elettrico 31 4 Multipli e sottomultipli delle unità di misura 32 F acciamo il punto Nozioni introduttive 33 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 34 Sezione 2B Componenti e circuiti elementari 1 Componenti e circuiti 36 Classificazione dei componenti elettrici 36 Definizioni sui circuiti 36 2 La resistenza, il resistore e la legge di Ohm 37 3 La legge di Joule e la potenza elettrica 39 Linearità e temperatura 40 4 Forme costruttive dei resistori 40 Il codice a colori 40 F acciamo il punto La legge di Ohm 42 5 Il generatore elettrico nel circuito 42 6 Circuiti serie 43 Il partitore di tensione 45 7 Le grandezze elettriche in un circuito e gli strumenti per misurarle 46 8 La legge di Ohm in un circuito chiuso 47 9 Il potenziometro e il trimmer 48 Forme costruttive Circuiti parallelo 49 F acciamo il punto I circuiti serie e parallelo 51 7

8 0040.indice.fm Page 8 Monday, January 16, :57 PM Indice 11 Risoluzione delle reti elementari Generatori elettrici di tensione e di corrente 53 Il generatore di tensione 53 Il generatore di corrente 55 Equivalenza tra generatore di tensione e generatore di corrente Le condizioni di massimo trasferimento tra generatore e utilizzatore 57 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 59 non solo teoria 1 Le luci dell albero di Natale, 48 2 Cambio portata di un voltmetro, 49 Sezione 2C Introduzione ai segnali e agli strumenti di misura 1 Segnali 68 2 Segnali unidirezionali e bidirezionali 70 F acciamo il punto I segnali 71 3 Il valore medio 71 4 Segnali alternati 72 5 Il valore efficace 73 6 Alcuni segnali tipici 73 7 Il valore efficace in presenza di componente continua 76 F acciamo il punto I segnali periodici 77 8 L alimentatore stabilizzato 77 Uso pratico dell alimentatore stabilizzato 78 F acciamo il punto Alimentatore stabilizzato 79 9 Il multimetro digitale 80 Gli strumenti multifunzione di tipo palmare 81 F acciamo il punto Multimetro digitale Il generatore di funzioni L oscilloscopio 83 F acciamo il punto Generatore di funzioni 85 e oscilloscopio 12 Il teorema di Fourier 86 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 89 non solo teoria 1 Le origini delle telecomunicazioni, 70 2 Un accordatore per strumenti musicali, 88 2A 2B Schede integrative 2B.1 Resistività e conducibilità 2B.2 Inserzione potenziometrica 2C Approfondimento 2C.1 Il valore medio Schede integrative 2C.1 Studio analitico dei segnali 2C.2 Il generatore di funzioni 2C.3 L oscilloscopio Laboratori integrativi 2C.4 I segnali a due livelli con Multisim 2C.5 Limiti in frequenza del DMM unità di apprendimento 3 Le reti Il condensatore Sezione 3A Metodi di risoluzione delle reti elettriche 1 Premessa 96 2 Principi di Kirchhoff 96 3 Il principio della sovrapposizione degli effetti 99 4 Il principio di Thevenin Principio di Norton 103 F acciamo il punto La risoluzione delle reti elettriche 104 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 105 8

9 0040.indice.fm Page 9 Monday, January 16, :57 PM Indice Sezione 3B Il condensatore 1 La capacità elettrica e il condensatore 110 La relazione tensione corrente in un condensatore Condensatori in serie e in parallelo 114 F acciamo il punto Il condensatore I fenomeni transitori nei circuiti RC 116 Transitorio di carica 116 Transitorio di scarica 118 Studio analitico 118 F acciamo il punto I transitori RC 120 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 121 non solo teoria 1 La bottiglia di Leyda e i condensatori variabili, 114 3A Problemi integrativi Scheda integrativa 3A.1 Altri metodi di risoluzione delle reti Laboratorio integrativo 3A.3 Valutazione sperimentale del circuito equivalente di Thevenin di un bipolo lineare 3B Scheda integrativa 3B.1 Circuiti derivatore e integratore Laboratorio integrativo 3B.3 Analisi sperimentale dei transitori RC e dei derivatori e integratori unità di apprendimento 4 Le basi del digitale Sezione 4A Introduzione 1 Premessa Universalità dell elettronica digitale Sistemi digitali 129 VERIFICA Test Problemi svolti 132 F acciamo il punto Operazioni in binario 141 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 142 non solo teoria 1 I diagrammi che ispirarono Leibniz, 135 Sezione 4B Sistemi numerici 1 Sistemi di numerazione Conversioni 135 Conversione da binario a decimale 135 Conversione da decimale a binario 135 F acciamo il punto Sistemi di numerazione 137 posizionali 3 Aritmetica binaria 138 Addizione 138 Sottrazione 138 La sottrazione con il metodo del complemento alla base 139 Moltiplicazione e divisione 141 Algebra di Boole e circuiti Sezione 4C combinatori 1 Variabili logiche e circuiti combinatori 146 Circuiti combinatori Algebra di Boole 147 Proprietà e teoremi dell algebra 3 di Boole 148 Funzioni logiche primarie 150 Funzione logica AND 150 Funzione logica OR 150 Funzione logica NOT 151 Il problema della minimizzazione Altre funzioni logiche 152 La funzione NAND 152 La funzione NOR 152 La funzione OR esclusivo (EX-OR) 153 9

10 0040.indice.fm Page 10 Monday, January 16, :57 PM Indice 5 Gruppi universali 154 Verifica dell universalità dei NAND 154 Verifica dell universalità dei NOR 154 Altri gruppi universali 158 F acciamo il punto Circuiti combinatori 158 e algebra di Boole 6 Livelli logici e circuiti Il concetto di porta logica Forme canoniche 161 Prima forma canonica 161 Seconda forma canonica Le mappe di Karnaugh 165 Minimizzazione di espressioni logiche non canoniche 168 Le condizioni di indifferenza 169 F acciamo il punto Forme canoniche e minimizzazione 170 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 171 non solo teoria 1 I primi calcolatori, Un circuito che fa le somme in binario, Due luci intermittenti, Un gioco che diventa serratura a combinazione, La tastiera di una calcolatrice, 165 4A 4B Schede integrative 4B.1 Sistemi di numerazione ottale ed esadecimale 4B.2 I numeri negativi 4C Problemi integrativi Scheda integrativa 4C.1 Il progetto dei circuiti combinatori unità di apprendimento 5 Le famiglie logiche e gli integrati digitali Sezione 5A Le famiglie logiche 1 Le scale di integrazione Le famiglie logiche 181 La famiglia TTL 182 La famiglia CMOS 183 La famiglia BiCMOS Parametri dei dispositivi digitali 184 La caratteristica di trasferimento 184 Correnti in ingresso e in uscita a una porta 185 Margine di rumore 186 La dissipazione di potenza 187 Tempi di commutazione e di propagazione 188 F acciamo il punto I parametri dei dispositivi logici Introduzione al diodo e al transistor 190 Il diodo 190 Porte logiche con i diodi 191 Diodi particolari 192 Il transistor bipolare 192 Il transistor MOS Dispositivi logici di tipo particolare 196 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 197 non solo teoria 1 Gli integrati e il silicio, Una semplice sonda logica, Le origini del diodo e del transistor, Come pilotare un carico di potenza, 195 Sezione 5B I circuiti combinatori con integrati MSI 1 Considerazioni preliminari 200 Livelli logici attivi Multiplexer 201 I data sheet 202 Come aumentare gli ingressi di un multiplexer 203 Conversione parallelo-serie 203 Uso del multiplexer per realizzare reti combinatorie Demultiplexer 205 I data sheet 205 MUX e DEMUX con le porte di trasmissione 206 F acciamo il punto Il diodo e il transistor 196 F acciamo il punto MUX e DEMUX

11 0040.indice.fm Page 11 Monday, January 16, :57 PM Indice 4 I codici 207 Codici binari numerici 207 Codici alfanumerici Gli encoder 210 I data sheet I decoder 212 I data sheet I display 214 Display a LED 214 Display a cristalli liquidi I decoder per display a LED 216 I data sheet 216 Come collegarsi a un display 217 Altri decoder 218 Display con decoder incorporato I decoder per LCD Visualizzazone con dati multiplati 221 F acciamo il punto Codici binari Encoder e decoder 2222 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 223 non solo teoria 1 Il multiplexer in telefonia, Le luci rotanti, La macchina Enigma, Visualizzatore per switch rotatorio, 220 5A Schede integrative 5A.1 I circuiti integrati 5A.2 I data sheet degli IC digitali 5A.3 Dispositivi logici di tipo particolare Laboratorio integrativo 5A.3 Misura dei tempi di propagazione 5B Schede integrative 5B.1 I circuiti logici negli IC combinatori MSI 5B.2 Simbologia nei circuiti digitali Problemi integrativi Laboratori integrativi 5B.4 Analisi dinamica della serializzazione dei dati tramite MUX unità di apprendimento 6 I circuiti sequenziali Sezione 6A Latch e flip-flop 1 Premessa Il latch SR (Set-Reset) 231 Logica antirimbalzi 233 Latch SR con enable Il latch D 235 Integrati commerciali La logica temporizzata 235 Il caso SR edge triggered 236 Ingressi sincroni e asincroni Classificazione dei flip-flop 237 Il flip-flop D edge triggered 237 Il flip-flop JK edge triggered 238 Il flip-flop T 238 La lettura dei data sheet Trasformazioni tra flip-flop 240 Trasformazione di un SR in un JK 240 Trasformazione di un SRFF e di un JKFF in un DFF 240 Trasformazione di un JKFF in un TFF 240 Trasformazione di un DFF in un TFF 241 F acciamo il punto Latch e flip-flop 241 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 242 non solo teoria 1 Registri e memorie, Il gioco del testa o croce, 239 Sezione 6B Contatori 1 Generalità Contatori asincroni 246 Contatori asincroni modulo 2 n 246 Contatori di modulo qualunque 247 Contatori a decremento 250 Limite in frequenza dei contatori asincroni Contatori sincroni 252 Contatori integrati 255 F acciamo il punto I contatori 256 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 257 non solo teoria 1 Uso dei contatori, Realizziamo un semaforo, Contatore-contapezzi UP/DW,

12 0040.indice.fm Page 12 Monday, January 16, :57 PM Indice Sezione 6C Registri 1 Classificazione 261 Registro con ingresso seriale e uscita seriale (SISO: Serial Input Serial Output) 261 Registro con ingresso seriale e uscita parallelo (SIPO: Serial Input Parallel Output) 262 Registro con ingresso parallelo e uscita seriale (PISO: Parallel Input Serial Output) 262 Registro con ingresso parallelo e uscita parallela (PIPO: Parallel Input Parallel Output) 263 F acciamo il punto I registri Dispositivi commerciali Applicazioni dei registri 267 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere269 non solo teoria 1 Dado elettronico, 263 6A Schede integrative 6A.1 Integrazioni sui flip-flop Laboratorio integrativo 6A.3 Uso dei flip-flop come divisori di frequenza per due 6B Schede integrative 6B.1 Contatori integrati 6C unità di apprendimento 7 I circuiti programmabili Sezione 7A Introduzione ai sistemi programmabili 1 Le memorie 272 Definizioni 272 Classificazione delle memorie Memorie a semiconduttore Uso delle memorie 275 F acciamo il punto Le memorie I dispositivi ASIC 277 Dispositivi semi-custom 277 Dispositivi custom 278 Conclusioni Sistemi a microprocessore 280 Trasferimento dati Struttura di un microprocessore 282 Programmazione di una CPU 282 Blocchi funzionali di una CPU 283 Unità logico-aritmetica 283 I registri 284 Circuiti di decodifica e controllo microprogramma 286 F acciamo il punto I microprocessori Il ciclo di istruzione La programmazione di un microcomputer 288 I linguaggi ad alto livello 289 Scelta del livello di programmazione La gestione dei segnali di ingresso-uscita 290 Tecniche di colloquio I/O I microcontrollori 292 VERIFICA Test 293 non solo teoria 1 La RAM di un PC, I dispositivi ASIC, Alle origini dei microprocessori, 286 7A Schede integrative 7A.1 Temporizzazioni delle memorie 7A.2 La RAM e la cache di un PC 7B Teoria Lezioni multimediali 7B.1 Programmare una rete combinatoria con il PIC 7B.2 Simulare la NAND mediante MCU modulo di Multisim Laboratori integrativi 7B.1 Programmare un circuito logico elementare 7B.2 Creare un decoder per display 7 segmenti con il PIC 7B.3 Realizzare un contatore fino al modulo 256 con il PIC 7B.4 Programmare i PIC: analisi dei listati 7B.5 Un multiplexer a 8 ingressi con il PIC Schede integrative 7B.1 Il set di istruzioni della famiglia PIC16 7B.2 Le direttive MPASM 12

13 0040.indice.fm Page 13 Monday, January 16, :57 PM Indice unità di apprendimento 8 Automi a stati finiti Sezione 8A Modelli e realizzazione degli automi 1 Sistemi senza memoria e sistemi con memoria Il modello dell automa a stati finiti Automi di Mealy e automi di Moore Automi riconoscitori di sequenze Automi asincroni e automi sincroni La realizzazione hardware degli automi Automi software 307 F acciamo il punto Automi a stati finiti 308 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere309 8A Lezioni multimediali 8A.1 Sistemi con memoria 8A.2 Riconoscere sequenze 8A.3 Un problema di tempi: automi sincroni e asincroni 8A.4 Automi di Mealy e automi di Moore 8A.5 Ulteriori esempi di automi unità di apprendimento 9 Sistemi analogici Sezione 9A Quadripoli 1 Premessa I generatori dipendenti L amplificatore 316 Caratteristiche di un amplificatore Il decibel Unità assolute e relative 324 Equivalente di trasmissione 324 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere 327 Sezione 9B Amplificatori a retroazione 1 Schemi a blocchi 330 Sistemi ad anello aperto 331 Sistemi ad anello chiuso e retroazione Amplificatori a retroazione negativa 332 Effetti della retroazione sul guadagno 332 Effetti della retroazione sui disturbi 333 Effetti della retroazione sulla distorsione 336 Altri effetti della retroazione 337 F acciamo il punto La retroazione negativa 338 VERIFICA Test Problemi svolti Problemi da svolgere339 9A 9B 13

14 0040.indice.fm Page 14 Wednesday, January 25, :03 AM Indice Lezioni Multimediali Sezione 2B Componenti e circuiti elementari 1 Componenti elettrici Collegamenti in serie e in parallelo. La misura di corrente e tensione Legge di Ohm 346 Sezione 2C Introduzione ai segnali e agli strumenti di misura 1 Il teorema di Fourier Utilità pratica del teorema di Fuorier 349 Metodi di risoluzione Sezione 3A delle reti elettriche 1 I principi di Kirchhoff 351 I circuiti combinatori Sezione 5B con integrati MSI 1 Alcune funzioni combinatorie complesse 359 Sezione 6A Latch e flip-flop 1 Il latch SR Approfondiamo la conoscenza del latch SR 363 Sezione 6B I contatori 1 Il contatore asincrono in avanti Il contatore asincrono all indietro 366 Sezione 4C Algebra di Boole e circuiti combinatori 1 Gli assiomi dell algebra di Boole Le proprietà dell algebra di Boole 356 7B.1 Programmare una rete combinatoria con il PIC 7B.2 Simulare la NAND mediante MCU Module di Multisim 8A.1 Sistemi con memoria 8A.2 Riconoscere sequenze 8A.3 Un problema di tempi: automi sincroni e asincroni 8A.4 Automi di Mealy e automi di Moore 8A.5 Ulteriori esempi di automi 14

15 0040.indice.fm Page 15 Monday, January 16, :57 PM Indice Schede di Laboratorio Laboratorio 2 Scheda di laboratorio 2B.1 Impariamo a riconoscere i resistori 371 Scheda di laboratorio 2B.2 Verifica dei circuiti serie 372 Scheda di laboratorio 2B.3 Verifica dei circuiti parallelo e serie-parallelo 374 Scheda di laboratorio 2B.4 Analizziamo semplici circuiti in DC con Multisim 375 Scheda di laboratorio 2C.1 Visualizzazione di un segnale periodico 378 Scheda di laboratorio 2C.2 Analizziamo i segnali alternati con Mutlisim 379 Scheda di laboratorio 2C.3 Valutazione della componente continua di un segnale (comando AC-DC-GND dell oscilloscopio) Regolazione del duty cycle 380 Scheda di laboratorio 2C.4 I segnali a due livelli con Mutlisim Scheda di laboratorio 2C.5 Limiti in frequenza di un DMM Laboratorio 3 Scheda di laboratorio 3A.1 La risoluzione delle reti elettriche tramite PC 382 Scheda di laboratorio 3A.2 Usiamo Multisim per comprendere il principio di Thevenin 384 Scheda di laboratorio 3A.3 Valutazione sperimentale del circuito equivalente di Thevenin di un bipolo lineare Scheda di laboratorio 3B.1 Analisi sperimentale dei transitori RC tramite EXCEL 385 Scheda di laboratorio 3B.2 Simuliamo i transitori RC con Multisim 386 Scheda di laboratorio 3B.3 Analisi sperimentale dei transitori RC e dei derivatori e integratori Laboratorio 4 Scheda di laboratorio 4C.1 Analisi statica di una funzione logica 389 Scheda di laboratorio 4C.2 Analisi dinamica di una funzione logica 393 Laboratorio 5 Scheda di laboratorio 5A.1 Il tracciamento della caratteristica di trasferimento 395 Scheda di laboratorio 5A.2 Circuiti ON-OFF a componenti discreti 397 Scheda di laboratorio 5A.3 Misura dei tempi di propagazione Scheda di laboratorio 5B.1 Uso del multiplexer per realizzare reti combinatorie 401 Scheda di laboratorio 5B.2 Uso degli encoder e dei decoder per display a LED e a LCD 402 Scheda di laboratorio 5B.3 Display con dati multiplati 404 Scheda di laboratorio 5B.4 Analisi dinamica della serializzazione dei dati tramite MUX Laboratorio 6 Scheda di laboratorio 6A.1 Analisi sperimentale del DFF 406 Scheda di laboratorio 6A.2 Analisi dinamica di un flip-flop

16 0040.indice.fm Page 16 Monday, January 16, :57 PM Indice Scheda di laboratorio 6A.3 Uso dei flip-flop come divisori di frequenza per due Scheda di laboratorio 6B.1 Analisi sperimentale di contatori elementari asincroni 407 Scheda di laboratorio 6B.2 Un contatore sincrono con integrati commerciali 411 Laboratorio 7 Scheda di laboratorio 7B.2 Creare un decoder per display 7 segmenti con il PIC Scheda di laboratorio 7B.3 Realizzazione di un contatore fino al modulo 256 con il PIC16F84A Scheda di laboratorio 7B.4 Programmare i PIC: analisi dei listati Scheda di laboratorio 7B.5 Programmare un multiplexer a 8 ingressi di segnale con il PIC16F84A Scheda di laboratorio 7B.1 Programmare un circuito logico elementare Bibliografia, 413 Indice analitico,

17 0050.U1_apertura.fm Page 17 Monday, January 16, :04 PM unità di apprendimento Una storia lunga e affascinante 1 obiettivi di competenza finale collocare le innovazioni tecnologiche relative alle telecomunicazioni nei contesti sociali, economici e politici delle epoche in cui sono state introdotte; comprendere il rapporto fra invenzione e sua accettazione sociale; riconoscere le costanti di una tecnologia attraverso il suo sviluppo storico, nello specifico i concetti di mezzo trasmissivo, codice, protocollo, sincronizzazione S ezione 1A Le origini delle telecomunicazioni S ezione 1B Dalla prima rivoluzione industriale alla nascita dell elettronica Nel libro 1B Tutta la sezione 1A Tutta la sezione

18 0060.U1_UD1A.fm Page 18 Monday, January 16, :04 PM sezione 1A Le origini delle telecomunicazioni 1. Premessa Non di sola tecnica Sezione 1B Gli autori di questo libro sono affezionati a un idea che di questi tempi ha forse un sapore un po antico: che la scuola sia non solo preparazione al lavoro ma anche (o forse soprattutto) educazione a una cittadinanza consapevole e critica. Così, visto che scriviamo di telecomunicazioni per un pubblico di futuri tecnici, ci è sembrato importante cominciare con la storia di questa tecnologia, la più pervasiva, quella che più definisce i nostri modi di essere, operare nel mondo e interagire con gli altri. Ci piacerebbe passare allo studente alle prese con codici, messaggi e circuiti la sensazione che quello che sta apprendendo lo rende parte di un avventura umana antica e nello stesso tempo proiettata al futuro, in cui la conoscenza dei fatti tecnici non può essere disgiunta dalla comprensione delle loro connessioni con l economia, la società e la politica. In un mondo sempre più plasmato dalle tecnologie, il tecnico-cittadino non può abdicare alle sue responsabilità, che sono quelle di lavorare bene ma anche di partecipare consapevolmente al dibattito e alle scelte sulle risorse, le opportunità e i possibili effetti collaterali dei saperi che contribuisce a mettere in campo. Per ovvi motivi di spazio, invece di tentare impossibili sintesi che avrebbero sacrificato pezzi importanti e idee centrali di questa bella storia, abbiamo deciso di parlare qui solo dei suoi inizi, di quando gli uomini cercavano di intendersi a distanza prima dell elettricità e dell elettronica. Vi accorgerete che i problemi le idee i principi, qualche volta le soluzioni di quei tempi lontani sono, mutate le tecniche, gli stessi su cui lavoriamo oggi. Per i volonterosi (meglio, gli avventurosi) che ci prendessero gusto, il resto della storia è reperibile su file (sezione 1B) 1. Le telecomunicazioni Telecomunicazioni: inviare segnali, senza muovere uomini e cose. Etimologia di telecomunicazioni Un etimo che è una bella promessa: condividere con chi è lontano, attraverso i luoghi e le culture. 2. Una possibile definizione e l origine di un nome Le telecomunicazioni sono l insieme delle tecniche e dei mezzi che servono per trasmettere a distanza messaggi, notizie, ordini e informazioni. Possiamo essere più specifici, e dire che parliamo di telecomunicazioni quando questa trasmissione avviene senza spostare uomini o cose da luogo a luogo, ma attraverso l uso di segnali: luminosi, sonori, elettrici, elettromagnetici. In questo senso i segnali di fumo dei nativi americani costituiscono un sistema di telecomunicazione, i piccioni viaggiatori no. Il termine telecomunicazione è relativamente recente: compare in Francia nel 1904 (télécommunication), lo inventa Édouard Estaunié, ingegnere delle Poste e Telegrafi francesi. Come molte parole nuove, è costruita prendendo in prestito parole antiche: comunicazione viene dal verbo latino communicare (rendere comune qualche cosa, rendere partecipi di qualche cosa, condividere da cui il nostro comunicare) e il prefisso tele- dal greco antico (τηλε-) che significa lontano. 1. Una proposta agli insegnanti di telecomunicazioni: fate leggere questo capitolo a qualche collega di Storia. Sarebbe interessante che ne nascessero percorsi comuni, in cui il racconto dell avventura umana si arricchisse del ruolo, spesso trascurato, delle scienze delle tecniche. 18

19 0060.U1_UD1A.fm Page 19 Monday, January 16, :04 PM Le origini delle telecomunicazioni sezione 1A 3. Nella notte dei tempi Tuttavia l uomo ha telecomunicato dagli inizi della sua storia, certamente ben prima di inventare la scrittura: fuochi visibili a distanza e ancor prima il suono di strumenti a percussione devono aver permesso ai nostri antenati di avvisare a distanza i loro simili di pericoli imminenti o della presenza della selvaggina. Non ci sono al proposito molte evidenze archeologiche, ma in epoca storica abbiamo conosciuto popolazioni (etichettate come primitive dal nostro pregiudizio razziale e culturale) che hanno utilizzato o ancora utilizzano queste tecniche. Ad esempio gli Yámanas, popolazione autoctona della Patagonia (che non è sopravvissuta ai benefici della civilizzazione, ed ormai estinta), usavano fuochi per segnalare le balene spiaggiate, da cui dipendeva molto della loro sussistenza. Furono questi fuochi che indussero Magellano a chiamare la loro terra Terra del Fuoco. Gli inizi di una lunga storia Fuochi, segnali di fumo (fig. 1), tamburi, corni e altri strumenti a fiato usati per segnalazioni costituiscono così il primo capitolo di questa storia. I messaggi che potevano essere trasmessi con questi metodi rudimentali erano pochi, ma la loro efficienza poteva essere notevole: nell Antica Cina, lungo la Grande Muraglia costruita nel a.c. dal primo imperatore Qin Shi Huang contro la minaccia dei popoli mongoli del Nord, la segnalazione tramite torce da una torre di guardia all altra poteva far viaggiare l allarme in caso di attacco per migliaia di km in poche ore. In linguaggio moderno, la maggior parte di questi sistemi si limitavano a trasmettere alternative binarie (un fuoco acceso ci può dire solo il nemico attacca, se è spento che il nemico non c è). Altri incorporavano una sorta di codice, cioè un mezzo per rappresentare e trasmettere, con i segnali disponibili, intere parole e messaggi diversi: un esempio antico e raffinato è quello dei tamburi parlanti africani, i cui suoni sono articolati e strutturati come una vera e propria lingua e possono esprimere messaggi ( parole ) di relativa complessità. Figura 1 Nativi americani in un quadro di Frederic Remington ( ). I primi esempi tecnologici risalgono all antica Grecia. Il telefono idraulico 4. Nascita delle prime tecniche Al tempo degli Antichi Greci più precisamente all epoca ellenistica risalgono i primi due esempi tecnologici, che incorporano tecniche e saperi diversi, tra cui la scrittura, la matematica e le prime conoscenze di fisica. Il primo risale a uno stratega greco di nome Aeneas che lo inventò intorno al 350 a.c. Le postazioni trasmittente e ricevente erano costituite da serbatoi identici pieni d acqua, in cui galleggiava un sughero su cui era fissata un asta verticale (fig. 2a). Sull asta erano incisi i possibili messaggi. Chi voleva trasmettere un messaggio agitava una torcia e contemporaneamente apriva lo scarico del suo serbatoio; il corrispondente vedeva la torcia e a sua volta apriva lo scarico. Un secondo sventolamento della torcia segnalava il momento in cui il messaggio che si desiderava comunicare 19

20 0060.U1_UD1A.fm Page 20 Monday, January 16, :04 PM unità di apprendimento 1 Una storia lunga e affascinante Il Quadrato di Polibio arrivava a filo del bordo del serbatoio: il ricevente poteva allora leggerlo sull asta del suo serbatoio, purché i due serbatoi fossero sufficientemente uguali da scaricarsi alla stessa velocità. In termini moderni lo sventolare della torcia ricorda un segnale di sincronismo, o la coppia bit di start/bit di stop in una trasmissione seriale. Lo storico greco Polibio (II secolo a.c.) racconta che il telegrafo di Aeneas fu usato dai Cartaginesi nella prima Guerra Punica ( a.c.). Il secondo sistema è anch esso riportato da Polibio, che ne fu l inventore o almeno il perfezionatore, ed è per questo conosciuto come il Quadrato di Polibio (fig. 2b). Figura 2 Il telegrafo idraulico di Aeneas (a); il Quadrato di Polibio (b). a) b) I Greci usano i codici e inventano la crittografia. Dall Antichità alla Rivoluzione francese Le lettere dell alfabeto (greco, ovviamente) erano sistemate in una tabella quadrata di 5 colonne e 5 righe. Ogni lettera era individuata dal numero della sua riga e da quello della sua colonna, secondo un metodo che anticipa di 1700 anni le coordinate cartesiane. Per comunicare il telegrafista si metteva dietro un riparo con 5 torce accese alla sua sinistra e altre cinque alla sua destra. Se voleva trasmettere ad esempio la lettera Θ (teta), alzava 2 torce alla sua sinistra (numero della riga) e 3 alla sua destra (numero della colonna). Lento ma efficace; incidentalmente, il Quadrato di Polibio è stato anche uno dei primi esempi di cifrario per crittografia (scrittura segreta): un messaggio poteva essere secretato traducendolo in coppie di numeri. Un cifrario simile fu usato dai nichilisti russi che lottavano contro lo Zar alla fine 800: cosa che ci meraviglia un po, visto che un cifrario a monosostituzione come questo (alla stessa lettera corrisponde sempre lo stesso codice) è molto facile da decrittare; se si conosce la lingua in cui il messaggio originale è scritto, basta confrontare le frequenze delle coppie di numeri nel testo criptato, purché abbastanza lungo, con quelle delle singole lettere nella lingua. Per molti secoli i progressi furono pochi e, soprattutto, restarono appannaggio del potere politico e militare. Nel corso del medioevo sulle coste del Mediterraneo furono costruite numerose torri di avvistamento per difendersi dalle incursioni dei pirati barbareschi e turchi. Le segnalazioni da torre e torre e dalle torri al retroterra erano basati su fuochi e, di giorno, su specchi usati per riflettere la luce del sole, i cosiddetti eliografi che scrivono con il sole anch essi risalenti peraltro all Antica Grecia. Nel sec. XVI cominciarono ad affermarsi le bandiere di segnalazione, usate soprattutto in marineria. Furono sviluppati numerosi codici basati sulle bandiere, ad esempio nella battaglia navale di Trafalgar, in cui il 21 Ottobre 1805 la flotta inglese comandata da Orazio Nelson distrusse la flotta di Napoleone, fu usato un codice basato su 10 bandiere che rappresentavano le cifre da 0 a 9. Combinazioni di bandiere issate sull albero maestro rappresentavano cifre che corrispondevano a parole, riportate in un libro distribuito a tutta la flotta. Ecco in figura 3 il famoso messaggio di Nelson a tutte le navi, che diede il via alla battaglia (L Inghilterra si aspetta che ogni uomo faccia il proprio dovere). Figura 3 Il messaggio di Nelson che diede il via alla battaglia di Trafalgar. 20

21 0060.U1_UD1A.fm Page 21 Monday, January 16, :04 PM Le origini delle telecomunicazioni sezione 1A Il telegrafo ottico Con il telegrafo ottico di Chappe nasce la prima rete di telecomunicazioni. 5. Le telecomunicazioni crescono e diventano un fatto pubblico: politica, potere e società Con Claude Chappe ( ), fisico e ingegnere francese, ex-abate spretato dalla Rivoluzione Francese, la nostra storia fa un enorme salto, con la realizzazione della prima rete pubblica di telecomunicazione, che al culmine del suo sviluppo si sarebbe estesa a tutti territori europei dell impero napoleonico. Chappe ideò una rete di stazioni ( semaphores ) costituite da un sistema di 3 aste mobili issate su un lungo palo verticale. Le tre aste ruotavano in un piano verticale, la prima (detta regolatore, lunga 4 m) intorno al suo centro, le altre due ( indicatori ), lunghe 2 m, incernierate alle estremità della prima (fig. 4a). Le posizioni delle aste, comandate da un sistema di carrucole e funi, potevano variare indipendentemente l una dall altra a passi di 45, per un totale di = 256 configurazioni possibili. Ogni configurazione rappresentava una lettera o un messaggio completo, secondo un particolare codice. Le aste erano verniciate di nero, per risultare più visibili sullo sfondo del cielo. Un modello a scala ridotta delle aste, posto alla base del palo, si muoveva in sincronia permettendo all operatore, che di solito era situato in un locale al coperto, di verificare la posizione assunta dal sistema di segnalazione (fig. 4b). D A C B D A B C a) b) Figura 4 Il telegrafo di Chappe (a); le configurazioni possibili e il ripetitore alla base del palo (b). Le stazioni erano poste in posizione elevata, a distanze dai 12 ai 25 km. Dopo qualche incertezza iniziale, Chappe coniò per la sua invenzione il nome tèlègraphe telegrafo (che scrive a distanza). Grazie al fratello Ignazio, uomo politico membro dell Assemblea Nazionale, Claude riuscì a far approvare la costruzione di una linea sperimentale da Parigi a Lilla, che entrò in funzione nel Quindici stazioni coprivano la distanza di circa 200 km. Presto vennero costruite altre linee: da Parigi a Landau (oggi in Germania, presso il confine con la Francia) e da Parigi a Digione. Nel 1799 erano operative 150 stazioni. Quando Napoleone prese il potere, l espansione della rete seguì il ritmo delle sue conquiste: la linea che arrivava a Lilla venne estesa fino a Bruxelles, quella di Digione nel 1804 prosegui per Lione, passò per Torino e arrivò a Milano; in seguito fu prolungata fino a Venezia. Un altra linea connesse la Francia alla Spagna. Claude si ammalò di depressione e si si tolse la vita nel 1805, ma la sua opera fu continuata dal fratello e socio Abraham. Nel 1812 Napoleone incaricò Abraham Chappe di realizzare un sistema semaforico mobile, cioè trasportabile su carri, in vista della prossima e sfortunata invasione della Russia. Lo sviluppo della rete proseguì in epoca post-napoleonica, per arrivare nel 1852 a circa 5000 km di linee, servite da 556 stazioni e da circa 3000 operatori. In figura 5 trovate stampe d epoca con la rete delle stazioni francesi e la rete Lione-Venezia. 21

22 0060.U1_UD1A.fm Page 22 Monday, January 16, :04 PM unità di apprendimento 1 Una storia lunga e affascinante Figura 5 La rete delle stazioni francesi (a) e la rete Lione-Venezia (b). a) b) L evoluzione dei codici Anche i codici usati conobbero una continua evoluzione. All inizio c era una semplice corrispondenza fra configurazione delle aste segnalatrici e lettere e cifre (fig. 6). Figura 6 Il primo codice usato per il telegrafo ottico. 22

23 0060.U1_UD1A.fm Page 23 Monday, January 16, :04 PM Le origini delle telecomunicazioni sezione 1A Un protocollo completo Un protocollo completo Pirateria informatica nell Ottocento In seguito intorno al 1795 per evitare errori, si decise che il regolatore potesse assumere solo due posizioni, verticale e orizzontale, e che gli indicatori non potessero ripiegarsi sul regolatore: in questo modo le configurazioni scesero a = 98, che furono ulteriormente ridotte a 92, eliminando 6 configurazioni considerate difficilmente leggibili. Il codice era costituito da un libro di 92 pagine contenenti ciascuna 92 voci (lettere, numeri, parole e frasi di uso comune). La trasmissione di una singola informazione consisteva così in due configurazioni successive: la prima individuava la pagina, la seconda la voce nella pagina. Al culmine dello sviluppo si arrivò a 3 libri di codice per un totale di = = voci. Le configurazioni con il regolatore inclinato a sinistra che non trasmettevano voci del codice erano usate come segnali di controllo, in particolare erano previsti segnali di: sincronizzazione; pausa; sospensione per guasto o per nebbia; priorità di direzione di trasmissione; conferma di ricezione corretta. Una configurazione di sincronismo iniziale indicava quale libro usare, un altra l uso della pagina delle voci più frequenti, che poi venivano trasmesse con configurazioni singole, finché un altra configurazione di sincronismo segnalava il ritorno al sistema delle coppie di configurazioni successive. È stato stimato che apprestare una configurazione richiedesse circa 6 secondi: se la stazione successiva ripeteva immediatamente la configurazione avvistata. Ciò vuol dire, ad esempio, che sulla linea Parigi Tolone, fatta di 120 stazioni, un messaggio cominciava ad arrivare a destinazione secondi = 12 minuti dopo l inizio trasmissione. Naturalmente il tempo di trasmissione di un intero messaggio era molto più lungo, anche perché le singole configurazioni erano mantenute per diversi secondi, specie in condizioni di scarsa visibilità. Altre nazioni costruirono nel corso del primo 800 reti di telegrafia ottica simili a quella di Chappe. Alcuni paesi, come la Prussia, adottarono, eventualmente modificandolo, il sistema di Chappe ad aste mobili. L Inghilterra utilizzò un sistema di pannelli mobili che potevano spostarsi da una posizione verticale e quindi visibile a una posizione orizzontale in cui diventavano invisibili. Il sistema svedese, costituito da otto palette montate incernierate su un asta orizzontale, che potevano essere alzate o abbassate, richiama i moderni concetti di byte (8 bit sì-no) e di codice digitale binario. Tutti questi sistemi vennero, nella seconda metà dell 800, gradualmente sostituiti dal telegrafo elettrico. Il telegrafo di Chappe è protagonista di un episodio del romanzo ottocentesco Il Conte di Montecristo, di Alexandre Dumas padre. L eroe Edmond Dantès, che si nasconde sotto le vesti del ricco avventuriero conosciuto come il Conte di Montecristo, vuole vendicarsi del perfido finanziere Danglars, che in gioventù lo ha falsamente accusato facendolo finire in galera e rubandogli la fidanzata. Dantès corrompe l operatore di una stazione intermedia di una linea di telegrafi Chappe usata tra l altro per trasmettere le quotazioni di borsa, e gli fa trasmettere a Parigi la falsa notizia che le azioni spagnole di Danglard sono crollate. Danglard, ingannato, svende tutto e si rovina. È una storia impressionante per la sua modernità: ci sono le reti di comunicazione, la speculazione in borsa, la globalizzazione della finanza, la pirateria informatica con il Conte di Montecristo nei panni di un hacker ante litteram. 23