1. Gromadzenie informacji

Taśma magnetyczna, dysk magnetyczny

Dźwięk możemy zapisywać m.in. ma taśmach magnetycznych umieszczonych w kasetach magnetofonowych. Metodę zapisu dźwięku w postaci magnetycznej opracował 1900 roku duński inżynier Valdemar Poulssen, zastosował on jako nośnik informacji stalowy drut.     Zarówno do odczytu jak i zapisu informacji zgromadzonych na taśmie magnetycznej służy urządzenie zwane magnetofonem.      w 1928 Fritz Pfleumer zgłosił patent na taśmę do zapisu magnetycznego na podłożu celuloidowym. Taśma okazała się świetna jako nośnik pamięci zewnętrznej komputerów - była lekka, wytrzymała i pozwalała na dużą prędkość zapisu.     Taśma wykonana jest z nylonu. Na jej powierzchni znajduje się cienka warstwa materiału mającego właściwości magnetyczne, np. tleneku żelaza. Przy zapisie w  magnetofonie dźwięk zamieniany jest na prąd elektryczny. Prąd ten płynąc przez głowicę zapisującą, wytwarza zmienne pole magnetyczne i powoduje namagnesowanie pewnych fragmentów przesuwającej się taśmy.     Skasowanie informacji już istniejących na taśmie jest możliwe poprzez głowicę kasującą. Wytwarza ona zmienne pole magnetyczne o stałej częstotliwości.     W głowicy odczytującej znajduje się cewka indukcyjna. w cewce tej, podczas przesuwania taśmy zawierającej informacje, indukuje się zmienne napięcie. Sygnał taki jest odpowiednikiem dźwięku zapisanego na taśmie.

Zapis, odczyt i kasowanie informacji na taśmie magnetycznej

1932 - Austriacki inżynier G. Tauschek skonstruował pierwowzór dzisiejszych dysków magnetycznych. Pierwotnie pamięć taka służyła do zapisu szybkich sygnałów analogowych. Nośnik magnetyczny był naniesiony na zewnętrzną powierzchnię wirującego walca. Nieruchome głowice zapisujące i odczytujące były zamocowane do obudowy. Taka konstrukcja, w której jednej ścieżce zapisu odpowiadała jedna głowica, obowiązywała także w póżniejszych pamięciach dyskowych - do czasu kiedy przestała wystarczać. Dysk twardy to podstawowe urządzenie komputera. Służy do przechowywania dużej ilości danych.

Budowa dysku twardego

Aby dokonać zapisu danych na powierzchni magnetycznej należy w ściśle określony sposób namagnesować pewne obszary dysku. w zapisie magnetycznym zmiana namagnesowania stanowi jednostkę informacji. Zapisana w ten sposób informacja może być "zobaczona" przez głowicę odczytującą. Rozmieszczanie danych na dysku magnetycznym odbywa się za pomocą specjalnego kodowania, które określa miejsca na dysku, gdzie znajdują się dane. Używa się adresowania, czyli określenie cylindra, strony oraz sektora. Sposób takiego adresowania jest uniwersalny i daje możliwość operowania na danych.     W analogiczny sposób można informacje zapisać na dyskietce magnetycznej. Dyskietka jest to krążek wykonany z giętkiego tworzywa sztucznego pokryty warstwą materiału magnetycznego np. tlenkiem żelaza lub tlenkiem chromu. Krążek znajduje się w obudowie, w celu zabezpieczenia go przed urazami mechanicznymi.

Płyta CD

Płyta CD, to krążek z tworzywa zwanego poliwęglanem o średnicy 12 lub 8 cm. Na jednej stronie umieszczona jest spiralna ścieżka biegnąca od środka krążka do jego krawędzi zewnętrznej. Powierzchnia jest cienką warstwą złota lub aluminium, jej zadaniem jest lepsze odbijanie światła lasera. Informacja na płycie CD jest zapisywana w postaci szeregu zagłębień i wypukłości, zwanych odpowiednio pitami i landami, płyty tłoczone są za pomocą odpowiednio przygotowanej matrycy. Odczytywanie informacji odbywa się za pomocą lasera. Światło pada na ścieżkę i odbija się od pitów i landów. Przejście promienia lasera z pitu na land lub odwrotnie oznacza stan logiczny "1", brak zmiany - "0". w ten sposób odczytujemy informacje zapisane cyfrowo.

Odczytywanie informacji z krążka CD, za pomocą lasera

2. Przesyłanie informacji

Radio

Rozwój radiokomunikacji zawdzięczamy Guglielm'owi Marconiemu

Guglielmo Marconi (1874-1937) Pochodził z Włoch, mieszkał niedaleko Bolonii. w wieku dwudziestu lat Marconi dzięki profesorowi Righi zetknął się z pracami Hertza i zainteresował się elektrycznością.

Marconi pracując na strychu swojego domu udoskonalił aparaturę Hertza (opisaną w rozdziale 1.2) uzyskując iskrę wtórną-najpierw w odległości 10 a później 30 metrów, udało mu się to również wtedy, gdy oddalił odbiornik od nadajnika o 3 kilometry. Po wykonaniu tych doświadczeń Marconi zwrócił się do rządu włoskiego z prośbą o wsparcie finansowe, jednak jego prace nie zostały docenione. Inni uczeni nie wierzyli w możliwość przesłania sygnału na większe odległości, ponieważ krzywizna Ziemi nie pozwoliłaby falom radiowym przebyć tak dużej drogi. Po odrzuconych prośbach Marconi zwrócił się o potrzebną pomoc do Rządu Wielkiej Brytanii, otrzymał ją i tutaj rozpoczął prace.     Do 1899 roku Marconiemu udało się uzyskać łączność na odległość około 50 km, tak więc połączenie radiowe Wielkiej Brytanii z Francją poprzez kanał La Manche przestało być problemem, natomiast w grudniu 1901 roku, fale radiowe zostały przesłane ponad Atlantykiem pokonując dystans 3000 km. Ze St. John na Nowej Funlandii (Kanada) Marconi wypuścił latawiec z umieszczoną na nim anteną odbiorczą i pomyślnie odebrał literę "S" nadaną alfabetem Morse'a w Poldhu w Kornwalii (Anglia). Jak się później okazało przesłanie tego sygnału było możliwe dzięki istnieniu jonosfery (górnego rejonu atmosfery, od którego fale odbijają się i wracają na Ziemię) o której istnieniu Marconi wówczas nie wiedział. Po uzyskaniu takich wyników nastąpił szybki rozwój urządzeń radiokomunikacyjnych. Urządzenia zostały tak udoskonalone, iż możliwe stało się transmitowanie mowy z jednego miejsca Ziemi i  usłyszenia jej w innym.     Najczęściej przy przesyłaniu informacji (np. w radiofonii) wykorzystywany jest sygnał analogowy. Każda stacja radiowa posiada generator, który wytwarza fale elektromagnetyczną o określonej częstotliwości przydzielony danej stacji. Nazwana jest ona falą nośną, na którą zostają nałożone informacje w postaci sygnału analogowego (np. dźwięku w postaci zmiennego przebiegu napięcia). Proces ten nazywany jest modulacją.

Schemat transmisji radiowej

Telewizja

Dźwięk został już przekazany, elektronicy XX wieku zaczęli dążyć do możliwości przekazania obrazu. Wiedziano już, że w tym celu należy wykorzystać fale elektromagnetyczne. w miarę rozwoju techniki marzenia te zostały zrealizowane.      w 1925 roku John Logie Baird przeprowadził pierwszą transmisję ruchomego obrazu. Pierwszą osobą, która pojawiła się na ekranie był przypadkowo napotkany przez Bairda 15-letni chłopiec - William Taynton.      Pierwszy pokaz telewizyjny odbył się w Anglii w roku 1926, a 10 lat później nadawano już pierwsze audycje telewizyjne.      Pierwszą stację telewizyjną uruchomili Amerykanie w 1929 roku i była to stacja oparta na systemie mechaniczno-optycznym. w 1935 roku ruszyła w Berlinie telewizyjna stacja pracująca w systemie elektronicznym.      Tak wygląda uproszczony schemat przekazu telewizyjnego

Schemat blokowy przekazu telewizyjnego

Obraz, w układzie analizującym, jest zamieniamy na sygnał elektryczny. Następnie jest wzmocniony i w urządzeniu modulującym, nałożony na falę nośną. w takiej postaci jest wysłany do anteny nadawczej. Sygnał odbierany jest w antenie odbiorczej. w odbiorniku TV następuje jego oddzielenie od fali nośnej, czyli demodulacja. Wzmocniony sygnał, w lampie kineskopowej steruje wiązką elektronów. Powoduje to świecenie ekranu lampy w różnych miejscach ze zmienną intensywnością, co z kolei tworzy obraz na ekranie.

Radar

Jest to urządzenie, które działa dzięki wykorzystaniu fal radiowych o  małej długości, a zarazem dużej częstotliwości. Za jego pomocą można wykrywać położenie, oraz ustalać ruch obiektów.     Fale wysyłane przez antenę kierunkową, zostają odbite od napotkanego obiektu, a następnie odebrane przez antenę odbiorczą i przetworzone na obraz. Aby zmierzyć odległość danego obiektu dokonuje się pomiaru czasu przelotu wysyłanego sygnału do obiektu i z powrotem. Prędkość rozchodzenia się fal radiowych jest znana (jest to prędkość światła, wynosząca około 300000 km/s), więc obliczenie odległości jest proste.     W ciągu kilku zaledwie lat powstało wiele systemów radarowych nadających się do praktycznego wykorzystania. Radary wykorzystywane są między innymi w samolotach, służą do ostrzegania pilotów przed przeszkodami terenowymi, śledzą też ruchy innych samolotów. w portach radary są używane do prowadzenia statków, a meteorolodzy za ich pomocą śledzą przemieszczanie się huraganów. Radar służy również jako narzędzie do badań Księżyca.

3. Przesyłanie informacji za pomocą sygnału cyfrowego

Telefony komórkowe

Urządzenia w których wykorzystuje się sygnały cyfrowe to telefony komórkowe. Sygnał wysyłany jest za pomocą fali elektromagnetycznej o częstotliwościach mikrofalowych. Aparat użytkownika kontaktuje się ze stacją bazową, tzw. BTS-em. Dane przesyłane z telefonu do telefonu są w postaci zaszyfrowanej. Gdy mówimy do mikrofonu, nasz głos w telefonie jest próbkowany (pobierany) z wysoką częstotliwością, a następnie poddawany procesowi przetworzenia na postać cyfrową. Następnie jest "nakładany" na częstotliwość nośną i wysyłany poprzez BTS-y do telefonu odbiorcy. w jego aparacie następuje odtworzenie informacji, czyli przetworzenie jej na dźwięk.

Rozmieszczenie stacji nadawczo-odbiorczych i lokalizacja abonentów komórkowych

Telewizja cyfrowa

Przesyłanie informacji za pomocą sygnału cyfrowego wykorzystywane jest również w telewizji cyfrowej, jego transmisja odbywa się za pomocą fali elektromagnetycznej. System cyfrowy umożliwiła znacznie pełniejsze wykorzystanie pasma częstotliwości, przypisanych dotąd do pojedynczego kanału telewizji analogowej. Sygnał telewizyjny składa się z ciągu obrazów, który przy bezpośredniej konwersji na sygnał cyfrowy wymagałby wielu milionów bitów danych na sekundę, dlatego wykorzystuje się analizę komputerową, umożliwiającą przewidywanie zmian w treści obrazów, przechowywanie w pamięci tylko tej części informacji, która uległa zmianie, oraz pominięcie pozostałej. Po stronie odbiorczej podstawowe informacje są dekodowane, a pominięte wcześniej szczegóły odtwarzane. Jakość obrazu utworzonego w  ten sposób jest bardzo wysoka.

4. Przetwarzanie informacji z postaci analogowej na cyfrową

Informacje przesyłane są w postaci sygnałów analogowych oraz cyfrowych. Sygnał analogowy, czyli zmieniający się w sposób ciągły, przy przesyłaniu na większe odległości staje się zniekształcony i osłabiony. Aby przesyłanie informacji, było bardziej efektywne należy sygnały analogowe zamieniać na sygnały cyfrowe. Można tego dokonać przy pomocy przetworników analogowo-cyfrowych. Przetwornik taki mierzy wartość analogowego sygnału na wejściu, inaczej mówiąc, pobiera próbkę sygnału wejściowego i zamienia ją na liczbę. Pomiary dokonywane są ze stałą częstotliwością (tzw. Częstotliwością próbkowania). Wynik pomiaru pojawia się na wyjściu w kodzie dwójkowym. Im częściej będą pobierane próbki, tym dokładniej odwzorowany zostanie sygnał analogowy. Częstotliwość próbkowana powinna być dwa razy większa od najwyższej częstotliwości sygnału analogowego, wtedy przetwarzanie nie będzie powodować znaczących strat informacji.

Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy przez przetwornik A/C

Pierwsze urządzenie elektroniczne do automatycznego przetwarzania informacji przedstawionych cyfrowo skonstruował w 1944 roku Amerykanin H. Alken (protoplasty współczesnego komputera). Maszynę nazwano Mark I. Dwa lata później dwaj inni Amerykanie J. Mauchly i J.P.Eckert zbudowali maszynę cyfrową ENIAC, zawierającą 18 tysięcy lamp elektronowych i pracującą ponad 1000 razy szybciej niż Mark I. Od 1959 roku w miejsce lamp elektronowych zaczęto używać tranzystorów, a w 1965 układów scalonych.

4.1 Detekcja światła

W ludzkim oku znajdują się światłoczułe receptory: pręciki i czopki. Pręciki reagują na jasność światła, a czopki na częstotliwość fali elektromagnetycznej (rozpoznawanie kolorów). w urządzeniach cyfrowych takich jak: skaner, aparat, kamera, takim cyfrowym "okiem" jest matryca CCD.

Matryca CCD

Matryca CCD została wynaleziona w 1970 przez W. S. Boylei i  G. G. Amelio. Jej powierzchnia podzielona jest na niewielkie obszary zwane pikselami. Światło padając na poszczególne piksele matrycy CCD powoduje gromadzenie w nich ładunków elektrycznych, a jego ilość jest proporcjonalna do natężenia padającego na matrycę światła. Ładunki przekazywane są do odpowiednich rejestrów odczytu. w przetworniku analogowo-cyfrowym sygnał elektryczny zmieniany jest na postać cyfrową. w ten sposób dostajemy informacje o  jasności obrazu. Rozpoznanie kolorów odbywa się dzięki zastosowaniu filtrów barwnych. Poszczególne piksele matrycy po zasłonięciu ich filtrami wrażliwe są na podstawowe kolory (czerwony, zielony lub niebieski). Na podstawie danych o udziale procentowym kolorów podstawowych uzyskiwana jest informacja o kolorze punktu.

Matryca CCD

Skaner

Skaner składa się ze źródła światła, zestawu luster i soczewek, oraz światłoczułego elementu - w obecnie występujących w skanerach jest to najczęściej matryca CCD. Skanowany materiał (np. dokument) umieszczony jest na szklanym blacie. Zostaje on oświetlany przez lampę ksenonowa, halogenową bądź fluorescencyjną. Odbita od dokumentu i luster wiązka światła zostaje skupiona przez soczewkę i pada na matrycę CCD, tam zostaje zamieniona na sygnał cyfrowy, przesyłany do komputera.

Schemat skanera

Kamera i aprat cyfrowy

Zasada działania aparatu cyfrowego przypomina sposób działania skanera. w aparacie również znajdują się elementy światłoczułe CCD. w momencie robienia zdjęcia matryca rejestruje i zamienia obraz na postać cyfrową. Po przetworzeniu danych na postać cyfrową wykonywane jest skalowanie, kompresja. w ten sposób przetworzone dane zapisywane są na karcie pamięci aparatu. w 1976 r. uzyskano pierwsze zdjęcia cyfrowe.     Budowa kamery cyfrowej niewiele się różni od budowy aparatu cyfrowego. w kamerze, tak jak i w aparacie, obrazy rejestrowane i zamieniane są na postać cyfrową przez matrycę CCD. Tak otrzymane dane zapisywane są na kasecie magnetycznej.

5.Ważniejsze fakty z historii rozwoju gromadzenia, przetwarzania    i przesyłania informacji przedstawione na osi czasu

6.Internet

Internet to największa, ogólnoświatowa sieć komputerowa dzięki której mamy dostęp do wielu źródeł informacji. Dzięki wszechstronnemu zastosowaniu możemy za pomocą sieci przeglądać witryny Internetowe, wzajemnie ze sobą korespondować, możemy rozmawiać z innymi użytkownikami sieci w czasie rzeczywistym, przesyłać lub kopiować pliki.     1962 Paul Baran pracujący w RAND Corporation zaprojektował model sieci oparty na wymianie danych, podzielonych na małe pakiety. w tym samym czasie J.C.R. Licklider z Massachusets Institute for Technology (MIT) przedstawił projekt utworzenia na ziemi globalnej sieci telekomunikacyjnej. Powstały więc pierwsze koncepcje będące zalążkiem Internetu.     1965 T. Merril i L.G. Roberts łączą dwa komputery pomiędzy Massachusetts a Kalifornią, za pomocą linii telefonicznej. Był to początek tworzenia izolowanych sieci, składających się z niewielkiej ilości komputerów. Każda z tych sieci wykorzystywała swój własny protokół komunikacyjny. Łączenie takich sieci było bardzo drogie i stwarzało ogromne problemy techniczne.     1968 w ramach badań wojskowych powstaje ARPAnet (Advanced Research Projects Agency). Podstawą koncepcji tej sieci było założenie, że komunikacja odbywa się między nadawcą a odbiorcą, i że informacje powinny być przekazywane nawet wówczas, gdy sieć jest zawodna. Nawet gdy niektóre fragmenty sieci ulegną unicestwieniu wskutek katastrof, działań militarnych itp. Sieć ARPAnet zaprojektowano tak, aby każdy komputer włączony do sieci, niezależnie od typu, mógł wymieniać informacje z każdym innym.     1969 Została przeprowadzona pierwsza próba połączenia pomiędzy komputerami w Los Angeles i Stanford.     1970 Powstała pierwsza wersja protokołu transmisji plików (FTP - File Transfer Protocol).     1971 Ray Tomlinson opracował prototyp protokołu przesyłania wiadomości e-mail. Pierwsza wiadomość przeznaczona była dla niego samego, odczytał ją na innym komputerze. Szybko okazało się, że poczta elektroniczna jest bardziej efektywna niż przesyłanie listów na papierze czy telegramów. w 2000 roku ludzie wysłali łącznie 6 trylionów elektronicznych listów.     1972 Podczas International Conference of Computert Communications odbyła się publiczna prezentacja sieci ARPAnet. w sieci tej były 23 hosty (serwery) oraz 15 węzłów, na które składały się instytucje akademickie i rządowe, a węzeł na Hawajach został podłączony przez łącze satelitarne. Nazwa agencji ARPA została zmieniona na DARPA (Defense ARPA).     1973 Sieć komputerowa przekracza Atlantyk. Podłącza się do niej londyński University College i norweskie centrum radarowe Royal Radar Establishment. w celu ujednolicenia protokołu internetowego powstaje Internetwork Working Group. Jej przewodniczącym zostaje Vinton Cerf określony później mianem ojca Internetu. Efektem jej pracy jest powstanie protokołu kontroli transmisji (Transfer Control Protocol - TCP).     1974 Udoskonalono protokół TCP. Wydzielono część odpowiedzialną za adresowanie (Internet Protocol - IP), TCP zostało odpowiedzialne za podział informacji na tzw. pakiety, ich transmisję oraz powtórne złożenie w całość. Wszystkie komputery połączone w ogólnoświatowej sieci zaczęły z czasem używać tego protokołu.     1979 Powstaje Usenet stworzony przez studentów Toma Truscott'a i Jamesa Ellis'a z Uniwersytetu Duke oraz Stevea Bellovin'a z Uniwersytetu Północnej Karoliny (od User's Network), sieć w sieci, zrzeszająca grupy dyskusyjne. Zasada działania Usenetu jest podobna do poczty elektronicznej, z tym, że w wymianie informacji bierze udział grupa osób i odbywa się ona w zespołach tematycznych tematycznych. Obecnie liczba grup osiągnęła ponad 50 tys.     1981 w firmie IBM powstał pierwszy komputer osobisty klasy PC. Możliwości tego komputera były jak na tamte czasy bardzo duże, co wpłynęło również na rozwój Internetu. Już w rok później zaczęto pisać pierwsze listy elektroniczne e-mail i tworzyć strony WWW. Korzystanie z Internetu było bardzo niewygodne. Aby połączyć się z dowolną stroną trzeba było wpisać jej liczbowy identyfikator składający się z ciągu cyfr.     1983 ARPAnet zostaje rozdzielony na dwie części: militarną - MILNET oraz cywilną - ARPAnet, czyli późniejszy NSFnet. Obie sieci są jednak połączone ze sobą przy pomocy "bramy" (gateway), co uważa się za początek Internetu. Prawie jednocześnie powstają połączenia do Europy, Ameryki Południowej, Japonii i Australii.     1984 Na potrzeby Internetu opracowano hierarchiczny system unikatowych nazw domenowych i protokołów DNS (Domain Name System). Od tej pory każda domena adresowa musi być zarejestrowana na jednym z tzw. name serwers (serwerów nazw). Protokół DNS umożliwia wymianę danych pomiędzy tymi serwerami. w tym samym roku w Wielkiej Brytanii powstała akademicka sieć JANET.

Ważniejsze fakty z historii rozwoju Internetu przedstawione na osi czasu.

---