Estimad@
s clientes y/o amantes del LEAN:
Cuando alababan a Einstein por sus descubrimientos, él
respondió: fueron posibles porque caminé a hombros de gigantes: se refería a
Newton, Faraday, Maxwell,etc.
Coger el móvil y mandar un WhatsApp tiene detrás una tecnología
que es posible gracias al esfuerzo de una serie de pioneros/visionarios sin
cuya visión y esfuerzo, simplemente, no hubiera sido posible
Sirva este escrito como pequeño homenaje a algunos de ellos
Descubrimiento de
las ondas electromagnéticas: Maxwell y sus hermosas ecuaciones
Ver mi escrito del 1 de Noviembre, hecho como homenaje en el
150 aniversario de la creación de las ecuaciones que inmortalizaron al genio
escocés:
Resaltemos el siguiente párrafo del escrito citado:
- Maxwell
recopila cuatro leyes y añade un término.
- Descubre
que esconden la propagación de una onda.
- Calcula
su velocidad y es la de la luz.
- Supone
que la luz es una onda electromagnética.
- Posteriormente Heinrich
R. Hertz, otro inteligente físico tipo rata de laboratorio,
produce y detecta las ondas predichas por Maxwell. Y este paso es
también fundamental. Tan importante es llegar a las hipótesis como
comprobar que se cumplen. ¡¡Las ondas realmente existen!!
Hertz produce ondas electromagnéticas en el laboratorio
Después de mucho
trabajo y de experiencias sin éxito, en 1887 construyó un dispositivo con el
que logró su fin. El experimento que realizó fue a la vez genial y sencillo.
Recomiendo de manera vehemente que disfrutéis de la
pedagogía del siguiente videoclip a la hora de entender las bases de este
experimento
Telegrafía sin
hilos
En el caso del telégrafo sin hilos y muy esquemáticamente,
podemos imaginarnos queintercalamos el manipulador entre la antena y el
transmisor para así dejar pasar la señal al ritmo de sus pulsaciones.
En la parte receptora, en vez de usar un aro abierto para que
salten chispas, usamos un electroimán con un lápiz y el papel móvil
autodesplazable, similar al que se utiliza en la telegrafía con hilos.
Transmisión de
sonidos
La transmisión de los sonidos comenzó su auge a
partir de 1906 cuando Lee De Forest inventó el triodo. Gracias a esta válvula
termoiónica, elemento fundamental en los comienzos de la radiotelefonía, la
técnica de la palabra radiada se vio impulsada definitivamente y
comenzó a configurarse el modelo que podemos disfrutar hoy dia.
Las ondas sonoras de baja frecuencia (B.F.)
recogidas por el micrófono pudieron transformarse, gracias al triodo y a
los circuitos y componentes electrónicos asociados a él, en corrientes de
alta frecuencia (A.F.) que una vez aplicadas a la antena se
transmitían en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas
electromagnéticas, una vez captadas por la antena receptora, sufrían una
transformación inversa a la ocurrida en el emisor y se
convertían de nuevo en señales eléctricas de B.F. que, aplicadas a
unos auriculares, reproducían los sonidos originales recogidos
por el micrófono
Miniaturización: en busca del
transistor
Sin
la aparición de los semiconductores, estaremos de acuerdo en que la telefonía
móvil no hubiera sido posible…más que nada por el peso que supondría llevar una
radio de válvulas a la espalda
En el
año 1956 el premio Nobel de física fue compartido por tres
grandes científicos: William Bradford Shockley, John Bardeen y Walter Houser
Brattain por el que es considerado como el mayor desarrollo tecnológico
del siglo XX: el transistor. La historia de cómo se inició la carrera por la
miniaturización de los dispositivos tecnológicos que aún no ha terminado en
nuestros días me parece fascinante. Llena de brillantez, peleas y afán de
superación.
Colocando
triodos a lo largo de la línea telefónica se podía amplificar la señal lo
suficiente como para poder hacer llamadas a larga distancia. El triodo está
compuesto de tres partes: un cátodo que emite electrones, un ánodo que los
capta y una rejilla situada entre los dos a la que se puede aplicar tensión.
Variando ligeramente la tensión de la rejilla podemos variar enormemente el flujo
de electrones entre el cátodo y el ánodo, en esto consiste la amplificación de
la señal eléctrica en la que se ha traducido la señal sonora.
Los tubos
de vacío producían mucho calor, necesitaban mucha energía y debían ser
reemplazados continuamente. Era necesario otro método para amplificar la señal.
Buscando respuestas la compañía creó en 1926 un centro de investigación
conocido como Laboratorios Telefónicos Bell (Bell Labs),
responsable de descubrimientos tan importantes como el lenguaje de programación
C, la astronomía radial, el sistema operativo Unix, y lo que nos
atañe, el transistor.
El
pensador, el experimentador y el visionario
Después
de finalizada la Segunda Guerra Mundial el director del laboratorioMervin
Kelly buscó un grupo de científicos que dieran con la solución a los
problemas que causaba el tubo de vacío y tenía algo en mente para
reemplazarlo: los semiconductores. ¿Qué es un semiconductor? Un elemento
que en determinadas condiciones puede conducir la electricidad (por ejemplo, a
una temperatura alta), pero si cambiamos esas condiciones deja de permitir el
paso de electrones. Los más importantes son el silicio (Si) y el germanio (Ge).
El
director del nuevo equipo de investigadores fue William Shockley, un
visionario capaz de ver la importancia de los transistores antes que
nadie, Walter Brattain, un físico experimental capaz de construir y
reparar prácticamente cualquier cosa y John Bardeen, capaz de ir más allá
en la comprensión de los fenómenos aparentemente complejos y exponerlos
de la manera más sencilla posible. Tres personajes con una marcada
personalidad, lo que les llevaría a alguna que otra confrontación, lo que se manifestó a la
hora de repartirse los méritos.
En
1947, durante el conocido como "Mes milagroso" entre el 17 de
noviembre y el 23 de diciembre realizaron infinidad de pruebas para mejorar el
dispositivo hasta llegar a conseguir su objetivo: el primer transistor de contacto puntual, hecho con dos púas de metal
(oro) que se presionan sobre la superficie de material semiconductor (germanio)
en posiciones muy próximas entre sí.
Funcionamiento de un
transistor MOSFET
Un
buen viseoclip de la Universidad de Granada
Teoría de la información
Desarrollo
de la teoría
El
modelo propuesto por Shannon es un sistema general de la comunicación que parte
de una fuente de información desde la cual, a través de
un transmisor, se emite una señal, la cual viaja por
un canal, pero a lo largo de su viaje puede ser interferida por
algún ruido. La señal sale del canal, llega a un receptor que
decodifica la información convirtiéndola posteriormente en mensaje que
pasa a un destinatario. Con el modelo de la teoría de la
información se trata de llegar a determinar la forma más económica, rápida y
segura de codificar un mensaje, sin que la presencia de algún ruido complique
su transmisión. Para esto, el destinatario debe comprender la señal
correctamente; el problema es que aunque exista un mismo código de por medio,
esto no significa que el destinatario va a captar el significado que el emisor
le quiso dar al mensaje. La codificación puede referirse tanto a la
transformación de voz o imagen en señales eléctricas o electromagnéticas, como
al cifrado de mensajes para asegurar su privacidad. Un concepto fundamental en
la teoría de la información es que la cantidad de información contenida en un
mensaje es un valor matemático bien definido y medible. El término cantidad no
se refiere a la cuantía de datos, sino a la probabilidad de que un mensaje,
dentro de un conjunto de mensajes posibles, sea recibido.
Finalidad
Otro
aspecto importante dentro de esta teoría es la resistencia a la distorsión que
provoca el ruido, la facilidad de codificación y descodificación, así como la
velocidad de transmisión.
Ver
en el siguiente videoclip cómo, a pesar de “estropear” un CD, las técnicas
matemáticas presentes permiten la reconstrucción de la información de una forma
eficiente
Teorema de Shannon
Declaración
del teorema
Considerando
todas las posibles técnicas de codificación de niveles múltiples y polifásicas,
el teorema de Shannon-Hartley indica que la capacidad del canal C es:1
donde:
es el ancho de banda del
canal en Hertz.
es la capacidad del canal
(tasa de bits de información bit/s)
es la potencia de la
señal útil, que puede estar expresada en vatios, milivatios, etc., (W, mW,
etc.)
es la potencia del ruido
presente en el canal, (mW, 
W, etc.) que trata de
enmascarar a la señal útil.
Teorema de Nyquist y
frecuencia de muestreo
Según
el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, para poder replicar con exactitud
(es decir, siendo matemáticamente reversible en su totalidad) la forma de
una onda es necesario que la
frecuencia de muestreo sea superior al doble de la máxima frecuencia a muestrear
Frecuencias
de muestreo para audio y vídeo
En audio, la máxima audiofrecuencia perceptible para
el oído
humano joven
y sano está en torno a los 20 kHz, por lo que teóricamente una frecuencia de
muestreo de 40000 sería suficiente para su muestreo; no obstante, el estándar
introducido por el CD, se estableció en 44100
muestras por segundo. La frecuencia de muestreo ligeramente superior permite
compensar los filtros utilizados durante la conversión analógica-digital.
Hay
que tener en cuenta que no todas las fuentes sonoras se aproximan a los 20 kHz
que corresponden a esta frecuencia máxima; la mayoría de los sonidos está muy
por debajo de ésta. Por ejemplo, si se va a grabar la voz de una soprano, la máxima frecuencia que la
cantante será capaz de producir no tendrá armónicos de nivel significativo en
la última octava (de 10 a 20 kHz), con lo que utilizar una frecuencia de
muestreo de 44100 muestras por segundo sería innecesario (se estaría empleando
una capacidad de almacenamiento extra que se podría economizar).
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El
estándar del CD-Audio está fijado en 44100
muestras por segundo, pero esto no significa que esa sea la frecuencia que
utilizan todos los equipos. Los sistemas domésticos de baja calidad pueden
utilizar tasas de 22050 muestras por segundo o de 11025 muestras por segundo
(limitando así la frecuencia de los componentes que pueden formar la señal).
Además, las tarjetas de sonido de los equipos
informáticos utilizan frecuencias por encima o por debajo de este estándar,
muchas veces seleccionándolas en función de las necesidades concretas (sobre
todo, en aplicaciones de audio profesional).
Algunas
frecuencias de muestreo típicas en sistemas de audio y vídeo aparecen resumidas
en tablas, más arriba.
Vídeo
En vídeo digital, la frecuencia entre
fotogramas es utilizada para definir la frecuencia de muestreo de la imagen en
lugar del ritmo de cambios de los píxeles individuales. La frecuencia de
muestreo de la imagen es el ritmo de repetición del período de integración
del CCD. Dado que el periodo de
integración puede ser significativamente más corto que el tiempo entre
repeticiones, la frecuencia de muestreo puede diferir de la inversa del tiempo
de muestreo.
Compresión de datos
Ver
explicaciones adicionales sobre MP3, JPEG, GIF, MPEG, etc. en siguiente enalce:
Protocolo TCP/IP
El modelo
TCP/IP es una descripción de protocolos de red desarrollado por Vinton Cerf y Robert E. Kahn, en la década de 1970. Fue implantado en la
red ARPANET, la primera red de área amplia (WAN), desarrollada por encargo
de DARPA, una agencia delDepartamento de Defensa de los Estados Unidos, y predecesora de Internet.
A
veces se denomina como Internet Model, “modelo DoD” o “modelo DARPA”.
El
modelo TCP/IP describe un conjunto de guías generales de diseño e
implementación de protocolos de red específicos para permitir que un equipo
pueda comunicarse en una red. TCP/IP provee conectividad de extremo a extremo
especificando como los datos deberían ser formateados, direccionados,
transmitidos, enrutados y recibidos por el destinatario. El modelo TCP/IP y los
protocolos relacionados son mantenidos por la Internet Engineering Task Force (IETF).
Para
conseguir un intercambio fiable de datos entre dos equipos, se deben llevar a
cabo muchos procedimientos separados. El resultado es que el software de
comunicaciones es complejo. Con un modelo en capas o niveles resulta más
sencillo agrupar funciones relacionadas e implementar el software modular de
comunicaciones.
Las
capas están jerarquizadas. Cada capa se construye sobre su predecesora. El
número de capas y, en cada una de ellas, sus servicios y funciones son
variables con cada tipo de red. Sin embargo, en cualquier red, la misión de
cada capa es proveer servicios a las capas superiores haciéndoles transparentes
el modo en que esos servicios se llevan a cabo. De esta manera, cada capa debe
ocuparse exclusivamente de su nivel inmediatamente inferior, a quien solicita
servicios, y del nivel inmediatamente superior, a quien devuelve resultados.
- Capa 4 o capa de
aplicación: aplicación, asimilable a las capas: 5 (sesión), 6
(presentación) y 7 (aplicación), del modelo OSI. La capa de aplicación
debía incluir los detalles de las capas de sesión y presentación OSI.
Crearon una capa de aplicación que maneja aspectos de representación,
codificación y control de diálogo.
- Capa 3 o capa de
transporte: transporte, asimilable a la capa 4 (transporte) del modelo
OSI.
- Capa 2 o capa de
internet: Internet, asimilable a la capa 3 (red) del modelo OSI.
- Capa 1 o capa de
acceso al medio: acceso al medio, asimilable a la capa 2 (enlace de
datos) y a la capa 1 (física) del modelo OSI.
Posicionamiento
GPS: ver mi escrito dedicado al tema
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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