Om datateknikens historia

Av Seppo Nurmi, 2008 - 2014

Inledning

Jag som är författaren till denna skrift har arbetat nästan hela mitt yrkesverksamma liv med datorer, med de flesta sorter, stordatorer, unix-datorer, som PC datorer. Jag har också erfarenhet av radiokommunikation och telegrafi från "lumpartiden" i slutet av 60-talet, samt av elektronik hobby sedan tidiga tonåren.

Före datorernas tillkomst hade det redan en längre tid funnits diverse apparater för datakommunikation. En del av dessa kom sedan i bruk datorerna, och har haft en stor verkan på hur våra datorer och data-koder kom att se ut. Jag går först igenom läget i elektroniken som det har sett ut från min farfars tid till den tiden då jag började med datayrket. Jag antar att många av det "yngre gardet" inte har sett alla apparaterna i bruk, utan kanske bara i något museum eller utställning. Jag försöker också redovisa lite om den praktiska sidan, eftersom i alla fall en del av detta har jag själv varit med om.

Senare avser jag behandla själva datayrket som det såg ut när jag började med det. Det var "stordatorer" som gällde, och det var stora i yttermått, verkligen värda namnet. Det fanns visserligen redan någonting som kallades "microdatorer", men det var ännu på utvecklingsstadiet och mycket lite i verkliga livet.


Fonograf och Grammofon

(från forngrekiska: phono = ljud, grafein = skriva.)

Den första fonografen ges vanligtvis äran till uppfinnaren Thomas Alva Edison (1847 - 1931). Som så ofta så är det inte säkert om han var den första med sådana experiment. I varje fall förekom redan århundradet innan experiment med att avteckna ljud långt tidigare. En metod var en pappersband svärtad med sot som drogs framåt medan en liten nål fastsatt på en stämgaffel ritade en kurva. Det är så man experimentellt kom fram till att ljus är vibrationer. Från ett spår på papper kunde man inte återskapa ljudet, därför började man experimentera med att låta nålen rita ett spår i vax. Sedan kunde man låta nålen följa spåret och så återskapa ljudet. Detta är grundprincipen i fonografen. Vaxet lades på en cylinderformad rulle och spåret var en spiral på rullen. En dosa med en nål fäst på en membran lades på spåret. En fjäder drog runt mekanismen. Ljudenergin kom från fjädern, men ljudet behövde en resonans och riktas för att spridas i en unison front mot lyssnaren. För det användes en tratt, en sk. megafon.

I mindre omfattning tillverkades färdiga fonograf-rullar med tal och musik. Dessa var dock för skrymmande och opraktiska. Emile Berlinger utvecklade vid slutet av 1800-talet fonografen till en grammofon. I stället av en cylinder lanserade han en skiva där spåret gick i en spiral från kanten inåt. Den riktningen var naturlig för att nålen var enklast att lyfta på skivan på dess kant. Det var mycket enklare att industriellt tillverka grammofonskivor än fonograf-rullar. Berlingers första experimentella skivor var av etsad zink. Snart gick man över till att tillverka grammofonskivorna med pressning, materialet var först shellack, och senare hårdgummi också kallad bakelit. Det behövdes dock först en pressform. Man började med ett vax-original som var själva inspelningen. Sedan lades över den med kemitekniska metoder lager av hårdare material, som sedan kunde användas för att tillverka pressformen. Slutresultatet var en metallplatta kallad ”master form”. Även i dag kallar musikindustrin originalinspelningen en ”master”. Man gjorde sedan kopior av ”mastern” så att skivorna kunde tillverkas i fler fabriker och möta efterfrågan. Skivindustrin var född.

I allra första början förekom grammofonskivor avsedda att spelas med olika hastigheter. Den första standarden för pressade skivor var en skiva som var avsedd att spelas upp med hastighet 78 varv i minuten. Diameter 20 eller 12 tum (25 resp. 30 cm). Den hade pressats med en ljudspår på båda sidorna. Speltid 3 resp. 5 minuter per sida. Det är dessa som man i dag kallar för ”stenkakor”. Sådana tillverkades från slutet av 1800-talet fram till 1950-talets mitt. De äldre shellack-skivorna var brunaktiga i färgton och gick lätt sönder, de senare av bakelit (hårdgummi) var något mer hållbara och färgen var mer åt svart.


Telegrafi

(från forngrekiska: tele = fjärran, grafein = skriva.)

Ordet "telegrafi" användes redan på 1700-talet, men då avsågs olika optiska arrangemang, ofta stag med plattor (semaforer) vars vridning i olika lägen representerade bokstäver. Telegrafstationerna lades på höga platser där telegrafoperatörerna hade fri sikt till föregående och nästa telegrafstation, och operatören på nästa station förmedlade vidare signalerna från föregående station. Ett motsvarande visuellt system som än är kvar är marinens flaggtelegrafi. Man utvecklade också redan på 1700-talet ett binärt telegrafsystem, med luckor på en panel som representerade ettor och nollor, som man öppnade och stängde enligt ett mönster.

Man började experimentera med att skicka signaler på tråd så snart det blev upptäckt att elektriska impulser kunde skickas på metalltråd. Vid mitten av 1800-talet började sedan byggas nät av koppartrådar på stolpar, som var avsedda för att skicka elektriska meddelanden i Morse-kod. Vad som gick i ledningen var en svag elektrisk ström, och signalen var enkel: ström på, ström av, i olika kombinationer av korta och långa strömpulser. För det behövdes en telegrafist som manuellt kodade text till Morse, med en liten manick kallad "telegrafnyckel", ett slags strömomkopplare med ett handtag.

Bild 1. Den större apparaten i bilden är en telegrafmottagare med en pappersremsa. Observera det nyckelliknande vredet, det är för att dra fjädern i en sorts klockmekanism som drev pappersbandet framåt. Den mindre apparaten i förgrunden är en telegrafnyckel. Knappen till vänster är det lilla handtaget man knackade koden med. Knappen till höger är justeringsskruven för fjädringen, och sedan finns skruvar att koppla telegrafledningen till.

I andra änden av tråden var en enkel elektromekanisk mottagare, det kunde vara en magnet som styrde en penna som ritade korta och långa streck på en smal pappersremsa. Eller i början ännu enklare bara en nål, typ kompassnål, som reagerade på en elektromagnet som en telegrafist betraktade och läste dess rörelser. Telegrafisten, som förstås kunde Morse-koden utan och innan, skrev ner det som visades i form av bokstäver, och så hade meddelandet blivit mottaget.

Här: Länk till Morse-kod

Telegraflinjen var för det mesta bara en enkel tråd mellan två telegrafstationer, i alla fall på landsbygden. Det sparade byggkostnader, och tråden var inte alltid koppar, järntråd fick duga ibland. Men hur kunde man då få ström att flyta på bara en tråd? För det behövs ju en sluten krets. Lösningen var jordledningen. Fuktig jord leder ström, om än inte lika bra som metaller. Men bara man grävde ner en jordledning till fuktig jord räckte det, och i andra änden av tråden gjorde man likadant. Om förbindelsen var för svag kunde man koppla på mer batterier.

Tekniken gick sedan snabbt framåt. Man kopplade Europa ihop med Amerika med en Atlantkabel för telegrafi, det första försöket gjordes redan 1856. Ungefär 1870 hade man också nått Indien och Vladivostok med en telefonlinje, praktiskt taget runt Jorden. Ett internationellt system av regler och priser för telegrafi fanns också redan på 1870-talet.

Trådbunden telegrafi lästes alltså visuellt, man hörde ingenting annat än ett klickande från reläerna när den automatiska mottagaren styrde pennan. Vana telegrafister kunde visst ändå höra vad som skrevs. Detta är också bakgrunden till att man kan lära sig "knacka Morse". Senare skapades också telegrafsändare som kunde sända meddelandet direkt från pappersremsan, den första typen av automatiskt lagrad data kan man säga.


Telefon

(från forngrekiska: tele = fjärran, phono = ljud.)

Telefonen uppfanns 1876 av A. G. Bell, så heter det vanligtvis, även om det är omdiskuterat. Det fanns nämligen en rad andra uppfinnare som experimenterade med liknande saker ungefär samtidigt, eller kanske till och med tidigare. Bells telefoner blev snabbt standardmodeller i USA. De hade en fast mikrofon fäst i apparatkroppen och hörluren var fäst vid en tråd och liknade en tratt. Den senare var lång för den byggde på en lång stavmagnet.

Som många säkert känner till var svensken Lars Magnus Ericsson också tidigt framme med sin version av telefonapparaten. LM Ericssons provade många olika modeller, men i de populäraste var både mikrofonen och hörluren fast i olika ändar av samma handtag, och hörluren var platt, det typiska utseendet för en telefonlur som vi uppfattar den nu. Hörlurens magnet i dessa modeller var U-formad, varför den tog lite plats men var ändå stark. Så småningom tog Ericsson-modellen över även i USA.

Bild 2. En äldre telefonapparat i trä.

Mikrofonen var som regel en kolpulvermikrofon, en membran av sammanpressad kol som låg på en liten kopp med kolpulver. Ljudtrycket på membranen orsakar tryckvariationer i pulvret, vars resistans därför varierade i ljudvågornas takt, och strömmen genom den återgav så ljudets mönster. Ljudkvalitén var inte hög, men den gav en relativt stark signal utan ytterligare förstärkning. Hörluren bestod, som antyddes ovan, en elektromagnet med en kopparlindning över en svag permanentmagnet. Permanentmagnetismen förspände ett membran av mjukjärn något, så att den kunde röra sig både upp och ner i takten av strömmen som skickades i lindningen. Rätt svaga strömmar ger hörbart ljud med en sådan hörlur, vilket var nödvändigt då någon förstärkare inte fanns i de tidiga telefonsystemen.

Telefonlinjerna var från början samma slags linjer som telegrafen hade använt, dvs. enkeltrådar med jordledning. Var det långväga samtal fick man hojta högre för att det skulle höras. Ibland sade man att det räckte med att hojta så det hördes över bygden, man behövde inte ens ta telefonen.

Bild 3. Två telefoner av Amerikansk (Bell) typ, från runt sekelskiftet 1900. Den till höger är en bordstelefon, och krävde båda händerna för att användas. Den andra är en väggtelefon, man var tvungen att stå framför apparaten för att tala i den fasta mikrofonen. Väggtelefonen har en ringsignal vev till höger, medan bordstelefonen har ingen. Bordstelefonen kunde bara användas i städerna med mer avancerade telefoncentraler som kunde reagera på det att hörluren lyftes ur klykan och kopplade på strömkretsen (därifrån kommer ovanan att hacka på klykan om växeln inte svarar direkt). Bordstelefonen hade heller inget eget batteri utan var strömförsörjd från centralen. Väggtelefoner förekom mest på landsbygden, så även i vårt land, för att de kunde inhysa stora batterier och en stark ringsignal-generator för de långa avståndens och dåliga ledningars skull.

Till Sverige kom telefonen i allmän bruk på 1880 talet. I trådbunden telegrafi hade det varit fasta linjer mellan telegraf kontoren. Telefoner användes däremot av privata abonnenter. För att en viss telefonabonnent kunde tala med en annan måste linjerna kopplas ihop först. Här som överallt var det en handväxel som gällde, där satt "Central-Sandra" (för det var oftast kvinnor som jobbade i telefoncentralen) och kopplade pluggar i en plugg-tavla.

Hur ringde man med dessa "vintage" telefoner" Det kanske inte är så bekant längre för dagens generation av mobilanvändare. Man börjar med att veva i generator-veven, med luren kvar klykan eftersom den kopplar telefonen till ring-läge (om jag minns rätt så i telefonapparater med batteri i skulle man dessutom trycka ner klykan för att koppla generatorn till linjen, i normalläget var linjen kopplad till ringklockan och det inre batteriet bortkopplat.) Den kraftiga generatorströmmen gör att en magnet drar i centralen och en liten "flärp" faller i centralens tavla för att uppmärksamma telefonisten att abonnenten på den linjen vill något. Telefonisten pluggar sin hörlur i linjeuttaget intill, och frågar vad som önskas. "Jag vill tala med handlarn", säger abonnenten. Telefonisten i centralen pluggar sedan ihop abonnenternas linjer med trådar med telepluggar (det är därför pluggar av det slaget fortfarande kallas så i elektronikhandeln), och ringer sedan ett antal signaler till den andra (handlarn i det här fallet) så att den vet att lyfta luren och svara.

Bild 4. En telefonväxel från den tiden det ännu var manuella växlar som gällde. Jag har själv växlat en del, fast i mer fältmässiga förhållanden, för i det militära tränades vi också för det uppdraget.

Det fanns två typer av centraler. Antingen var telefonerna försedda med egna batterier, vilket var fördel på landsbygden med långa och dåliga ledningar. Den andra varianten kallades CB, centralbatterisystem, och var vanligare på tätorter. Som namnet säger,  CB-telefonerna hade inget eget batteri utan strömförsörjdes från en central strömkälla. Centralbatterisystemet kräver två fasta ledningar i strömkretsen, en för dit-ledning och en returledning. Så fungerar våra fasta telefoner fortfarande, därför är de inte beroende av elnätet. Den närmaste "teleboxen" förser linjen med en spänning på 24 volt och en svag strömstyrka som räcker att driva några telefonapparater av den äldre typen med sladd (den fasta delen av moderna sladdlösa telefoner måste kopplas till ett eluttag, för dem räcker inte linjens strömstyrka).

Som sagt, till landsbygden var ledningarna långa och dåliga, därför användes telefonapparater som hade egna batterier. Fram till 50-talet fanns ofta bara en luftledning dragen på stolpar och strömkretsens returledning ersättes med jordledningen. Det hade en del tråkiga och lustiga konsekvenser, som att förbindelsens kvalité berodde på vädret. Det är faktiskt sant att man ibland behövde gå ut och vattna på telefonstolpen. Vid den närmaste telefonstolpen från telefonjacket räknat gick nämligen jordledningen ner, och vid sommarvärme och torrt väder hände det att jorden runt den torkade för mycket, så att jordledningen slutade leda, och då behövde stolproten fuktas om.

Enkelledningssystemet var också kraftigt åskkänsligt. Vid åskväder skulle man hålla sig långt ifrån telefonapparaten, som dessutom höll på och ringde vid varje blixtnedslag. Jag själv har livliga minnen av många åskväder på mitten av 50-talet om telefonen som ringde oavbrutet i blixtnedslagens takt. Det beror inte så mycket på direkta träffar i trådarna, som på fenomenet kallad induktion, där magnetisk puls från blixtnedslaget genererar ström i ledningarna. (I dubbelledningar är den effekten liten då pulsen genererar samma ström i båda ledningarna, och dessa strömmar tar ut varandra.) Störande induktion kommer också från andra störningskällor, elmotorer och andra elektriska apparater. Man blev till slut tvungen att gå över till dubbelledningar även på landsbygden.

De första automatväxlarna konstruerades redan på 1910-talet i USA, men hos oss blev de mer allmänna, så att de även nådde glesbygden, först vid slutet av 1950-talet, kanske ännu senare på vissa orter. Alla enkelledningarna var man också tvungen att byta ut mot sådana med två trådar, och jordledning användes inte lägre. Det var då alla gamla telefonerna med en vev och ringgenerator slutligen byttes ut mot sådana med en fingerskiva (på slang kallad ”petmoj”).

TaxenpetmojBild 5. Här är två snygga klassiker. Den första är en LM Ericsson från 1892 kallad "taxen", med en generator-vev för ringning. Den andra är en svart LME bakelittelefon med fingerskiva för automatväxel, en typ som först togs i bruk på 1930-talet i USA. Apparaten i bilden är gjort för det svenska telefonnätet, det ser man i fingerskivans numrering.

De första datoriserade telefonväxlarna kom på 1960-talet, tidigare var de konstruerade men speciella växelreläar, en sorts krans, som stegrade upp stegvis efter pulserna från nummerskivan. Att lyssna på en sådan gammal elektromekanisk automatväxel var en upplevelse. Man kunde höra reläerna knacka i fingerskivans takt, och om man lyssnade noga kunde man nästan klura ut numret som ringdes.

Fingerskivans pulskod var enkel: ett ökande antal pulser för varje siffra. Märk dock att nollans placering varierar i olika länder, i Sverige har vi nollan först och nian längst ut, där (nästan alla om inte alla) andra länder har nollan. Det gör att det blir fel om man i Sverige kopplar in en pulskodad apparat avsedd för andra länder, t.ex. Finland eller Tyskland. Det gäller också pulskodade knapptelefoner, som de första knapptelefonerna var. I Sverige ger nollan en puls, ettan två pulser osv. till nian som ger 10 pulser. I andra länder ger ettan en puls tvåan två pulser, osv. till nian som ger nio pulser, och nollan ger tio pulser.

Numera har man gått över till tonkod, dvs. varje nummer motsvaras av en viss tonhöjd. Telefonsystemet stödjer dock också pulskoden fortvarande, och telefoner med fingerskiva användes allmänt fram till 1990-talet. Det hade provats med knapptelefoner åtminstone sedan 1930-talet, men de första knapptelefonerna med tonval dök upp på 1980-talet, nämligen Ericsson Diavox. Den var avsedd för den nya tekniken med Ericssons AXE växlar, det stora genombrottet för datorväxlarna. Det som sades här gällde analoga telefoner. Dagens mobiltelefoner är förstås helt och hållet digitala, inte bara siffrorna utan också ljudet skickas digitalt, vilket är en helt annan femma.

http://www.stsf.org/LME/Teletekniskt_skapande.htm


Modem

Efter det att telefonen (1876) uppfunnits blev alla ledningarna snart ombyggda till ljudöverföring och passade inte längre till telegrafi. Den elektriska ljudsignalen var högre i frekvens, mellan 1 och 3 kHz, ett avancerat frekvensområde på den tiden. Den krävde spolar och andra komponenter anpassade till ljudfrekvenser, som gjorde att direkt styrning av magneter inte längre var möjligt. I stället kunde man ju nu tala meddelandet, vilket i sig var en förbättring. (Ringsignalen visserligen styrde en enkel mekanism med magneter för att ringa klockor, men mer generellt gick det inte att använda.)

Om man nu ändå ville skicka någon sorts bokstavskod i form av strömpulser på telefonlinjer så gick det inte direkt, men det fanns en omväg. Om man först förvandlade alfanumerisk data, nummer och bokstäver, till ljudsignaler inom 1-3 kHz ramen som telefoner klarade att överföra, kunde alfanumerisk data förmedlas via telefonlinjer. Denna omvandling kallas för modulation. I mottagande ända förvandlade man ”pipandet” tillbaka till elektriska pulser, en process kallad demodulation. Det var så telegrafi över telefon kunde ordnas. Det brukade vara separat låda som kallades modulator/demodulator, eller "MODEM" för kort.

Bild 6. Telefon modem, från början resp. slutet av 1960-talet. Modemen var ofta inte direktkopplade på telefonlinjen, utan hade en akustisk koppling dvs. de hade en högtalare och en mikrofon, så att en telefonlur kunde läggas på och förmedla signalerna. Det kan förefalla egendomligt för oss i dag, men på den tiden hade Televerket monopol och stränga restriktioner om vilka apparater som fick kopplas direkt på linjen (egentligen bara av Televerket godkända telefonapparater). Med en akustisk koppling undvek man det problemet helt.

En modem är skapad för datakommunikation. Modemet var en av de enheter som tidigt användes för att koppla ihop datorer till varandra och till datakällor. Det är generellt så att många av de apparater som kopplades till datorer fanns långt innan, och som först senare blev sammankopplade med datorer. Innan det var det som regel en människa som satt där och medelst ett manuellt knappande förmedlade mellan apparaterna. Det fanns således en datakommunikation långt innan det fanns några datorer. Telegrafi fanns faktisk ganska länge som en telefonist service, och kallades att skicka "telegram", men det var nog inte Morse-kod man använde för det på den sista tiden, utan andra och modernare metoder för överföring. Man började nu utveckla dataöverförings koder som var avsedda att användas enbart av maskiner. Även om dessa maskiner i början var mer eller mindre mekaniska, med ett minimum av den då mycket dyra elektroniken.

Det är i sig inte svårt att konstruera ett modem av äldre typ: det är en tongenerator som sänder med två olika tonhöjder, och i andra ändan en tonfrekvens mottagare som kan skilja (filtrera isär) de två tonerna. En typisk hastighet förr (till 1960-talet) var 110 "baud" (ett mått som ungefär motsvarar antal binära bit i sekunden). Det var vad man ansåg en telefonlinje kunna överföra. Knepigare blev det när man senare började tala om kilobits och megabits per sekund. Det kunde inte en sådan gammaldags modem överföra, utan man fick lära sig att "lura" telefontekniken, och lägga i den enkla koppartråden höga frekvenser som den inte var avsedd för från början. I dag har man lyckats tränga dit bredband Internet (1 till 100 Mbit per sekund), vilket bara så där tjugo år sedan ansågs vara en vansinnig idé.


Teletype / teleprinter

Bild 7. Militär teletype/teleprinter central från tiden av andra världskriget i England. Bildtexten under bilden (på engelska) förklarar bilden. I engelsk militärslang var WACs termen för frivilliga kvinnliga rekryter. Förkortningen ”WAC” ska stå för ”Women's Army Corps”. Bildtexten skulle således översättas ungefär: ”Kvinnliga rekryter anslutna till den åttonde luftvärnsavdelningen i England hanterar teletype maskiner”.

Att skicka datasignaler över telefonnätet skulle inte varit mycket till nytta utan teletype och teleprinter. I ena änden av tråden satte man en skrivmaskinsliknande maskin med ett elektromekanisk tangentbord, som förvandlade knapptryckningarna till elektriska signaler, det var en teletype. Signalerna gick över telefonlinjen och mottogs i andra änden av en automatisk skrivare, en teleprinter.

En del elektronik behövdes, och ännu mer mekanik, men anordningen skrev direkt på papper precis det teletype-operatören skrev i andra änden (om det det inte blev fel i överföringen förstås). Skrivaren drevs av starka elektromagneter som drog i mekaniska hävarmar, som slog typ-armarna mot pappret. Detta skedde med en ansenlig skrammel som liknade närmast skottsalvor. På 30-40-talen lär det varit en typisk ljudbild i en tidningsredaktion då nyheterna "kablades" över via teletype linjer. Det var vanligt att en teletype och teleprinter var hopbyggda till en enhet som liknade en stor och skramlande skrivmaskin. Dessa kallades för teletype terminaler.

För detta ändamål behövdes det specificeras en digital kod som gav varje tangent i tangentbordet sin unika signal som kunde igenkännas på andra sidan. Det var den första riktiga digitalkoden, och kallades för teletype kod. I dessa teletype maskiner ingick ofta en lagringsmöjlighet för det som hade skrivits, så att samma text (t.ex. en nyhetsändelse) kunde skickas ut igen till en annan mottagare utan att behöva manuellt skrivas om. Lagringen gjordes genom att maskinen stansade små hål i en lång pappersremsa, och i och med det var hålremsan uppfunnen. Eftersom koden var digital kunde dessa apparater lätt anpassas till att användas i en datamaskin, och de blev de första inmatnings- (teletype) och utskriftsenheterna (teleprinter) i en dator.


Elektronröret

Elektronröret, eller "radioröret", som det ofta kallades eftersom den först användes just i radioapparater, uppfanns redan vid 1800-talets slut. I den mer utvecklade versionen, som kom redan på 1920-talet, finns en katod i mitten som strålar elektroner omkring sig i ett nästan lufttomt glasrör (också kallad vacuumröret).

Bild 8. En "radiolampa" från 1920-talet, ett förstärkarrör för högtalardelen beteckning B6. Den typiska äldre formen är 10 cm hög, 5 cm bred. Dessa hade ännu inte dolda glödtrådar varför de lyste ganska kraftigt, och den folkliga benämningen "lampa" var verkligen befogad.

Katoden värms upp av en glödtråd, och den avsöndrar ett moln av elektroner omkring sig pga. värmen, sk. termiska elektroner, som i tomrummet kan röra sig ganska fritt omkring (om det inte var lufttomt skulle elektronerna inte komma så långt, utan skulle stoppas av luftmolekyler). Längst ut närmast glashöljet är anoden som samlar elektronerna så att ström av elektroner uppstår mellan katod och anod. På anoden läggs en positiv laddning gentemot katoden (typiskt runt 200 volt), så att den drar elektronerna till sig, eftersom elektroner av sin natur är partiklar med en negativ spänning. Där emellan har man en spiraltråd, kallad galler, som ska ha en svagare negativ spänning gentemot katoden så att den bromsar elektronerna på vägen. Om man då lägger en varierande låg spänning från signalen på gallret påverkar den kraftigt på strömmen av elektroner och man får en förstärkning av signalen. Det röret jag beskrev här kallas trioden. Anod och katod samt galler kallas gemensamt för elektroder, och en triod har således tre elektroder.

Bild 9 (till vänster). Principskiss för ett elektronrör i genomskärning (en triod). Ytterst är glashöljet, sedan anoden A, veckad och svartfärgad för kyleffektens skull. Mellerst sitter gallrets spiraltråd G. Innerst är katoden K, en smal tub vars yta är belagd med speciella metaller som lätt strålar elektroner. Ytterligare inåt är en värmetålig isolering, och allra innerst glödtrådarna som hettar upp katoden.

Bild 10 (till höger). En vanlig kretssymbol för ett elektronrör (triod).

Det finns ett litet problem med runt-irrande elektroner och att anodspänningen inte håller konstant utan varierar med den genomsläppta strömmen. Vid svaga strömmar är det ett obetydligt problem, men blir mer besvärligt med större förstärkningar. Därför satte man ofta en eller två galler till för att styra röret bättre. Ett rör med två galler, dvs. fyra elektroder heter tetrod, och en med tre galler och så totalt fem elektroder kallas för pentod. Ett rör utan galler, med bara katod och anod kallas det för en diod. En sådan fungerar som en likriktare av växelström, elektronerna kan nämligen bara gå åt ett håll, från katod till anod. (Men man säger av gammal vana att strömmen går åt motsatt håll, från anod till katod, positiv till negativ, vilket man olyckligtvis hade bestämt innan elektronerna hade blivit upptäckta.).

EBC33Namnen på de olika rörtyperna kommer från antalet elektr-od-er, därifrån ändelsen -od, och början är grekiska räkneord: di = 2, tri = 3, tetra = 4, penta = 5. I bilderna två typiska elektronrör, lite senare modeller. Tekniskt avancerade, men ändå standard och tillverkades i stora serier.

Bild 11a. Det röda elektronröret, med beteckning EBC33, är från sent 1930-tal, en dubbelfunktions rör, diod plus triod byggda ovanpå varandra i samma glashölje. Ett på den tiden ganska vanligt radiorör för högfrekvensdelen i en mottagare, använt som detektor och förförstärkare av signalen. Skyddsmålad med en ledande skikt av aluminiumfärg för att skärma av mot elektriska störningar, och skyddande rödfärg överst på den. För att ytterligare förbättra isolering av triodgallret mot störningar från andra ledningar drogs den kontakten upp på toppen av röret, som är 85 mm hög, och 30 mm bred.

Bild 11b. Det andra röret är RCA12AX7 som är ett förstärkarrör, detta exemplar från 1947. Denna rörtyp används faktiskt fortvarande i rörbestyckade ljudanläggningar (rörförstärkare anses av entusiasterna ge en överlägsen ljudkvalitet). Standardsockel för kontaktpinnarna är 12 mm i diameter, höjden på röret var uppskattningsvis ca 50 mm och bredden 20 mm. Jämfört med ”radiolampan” från 20-talet har man alltså halverat måtten.



Transistor

Transistorn uppfanns i slutet av 1940-talet men kom i allmän kännedom och bruk först vid slutet av 1950-talet då första transistorradion dök upp på marknaden. I en transistor har vakuumröret bytts ut mot en halvledare. Halvledare är ämnen som leder elektrisk ström sämre än metallerna, och deras förmåga att leda ström kan styras, som det visade sig. I en metall finns lättrörliga elektroner ytterst ut i atomerna, som är mycket svagt bundna till enstaka atomer. De kan lätt hoppa mellan atomerna. När man har en spänning över metallen flyttar sig elektronerna åt samma håll från atom till atom, dvs. metallen leder ström.

Liksom i en ledare, också i en halvledare kan man få elektronerna att flytta sig, fast det är svårare att få dem att sätta fart. Man kan minska det motståndet genom att blanda i små mängder atomer med annorlunda elektronstruktur i de yttre elektronbanorna i atomerna. Det blir så lite överskott av elektroner i den struktur som atomerna bildar om det är ett ämne med fler yttre elektroner än halvledaren. Då kallas det för en negativ- eller n-ledare (eftersom elektroner bär en negativ laddning). Gör man tvärtom och blandar in lite atomer med färre yttre elektroner blir det elektronbrist i halvledaren. Det finns då ett energitillstånd runt atomen där en fri elektron kan fångas, det kallas för ett "hål". Elektronen som "trillar i hålet" kan komma från atomen bredvid och det blir "hål" kvar där. Det ser då ut som om "hålet" flyttat sig åt motsatt håll. Matematiskt statistiskt kan man beskriva denna sorts ledare som om positiva "hål" flyttar sig åt motsatt håll än de negativa elektronerna, och man talar om positiv- eller p-ledare.

Bild 12. Den första transistorn. Transistorn uppfanns1947 (samma år då författaren föddes). Uppfinnarna Walter Brattain och William Shockley jobbade hos Bell-laboratories i USA, och erhöll nobelpriset i fysik år 1956.

Bild 12b. Till höger en kretssymbol för en pnp-transistor. Pilen är bara symbolisk, en npn-transistor har i stället pilen utåt. Val av symbol har kanske inspirerats av den första transistorn, även om man inte kan exakt identifiera delarna i bilden, som var en sk. spetstransistor. Moderna transistorer har ingen likhet alls i konstruktionen, de har inga synliga identifierbara delar utan tillverkas i en automatiserad fotokemisk process inbäddade i materialet. Funktionsmässigt kan elektronrörets katod anses motsvaras av ”emitter” E, anod av ”collector” C, och galler av ”basen” B. Någon glödtråd för uppvärmning behövs inte, tvärtom, transistorn fungerar bäst om den håller sig kall. Spänningarna som krävs är låga, bara några volt.

I princip har transistorn tre skikt av halvledare. T.ex. en p-ledare, sedan en tunn skikt n-ledare och igen en p-ledare. En sådan kallas för en pnp-transistor. Eller så kan man börja med en n-ledare, sedan en tunn p-ledare och igen en n-ledare, och man får en npn-transistor. Det fina med konstruktionen är att det mellersta skiktet effektivt spärrar strömmen, den gör att det inte finns elektroner som kan trilla i hålen, för ett tunt område mellan halvledarskikten utarmas av elektroner. Det utarmade området kallas för ett spärr-skikt. Men sätter man en liten ström i det mellanliggande skiktet minskar spärren och strömmen börjar flyta. En liten ström i det mellanliggande skiktet, "basen", styr så en högre ström mellan de två andra skikten, kallade "emitter" och "kollektor". Man får en förstärkning.

Bild 12b. Ett kretsschema, en transistorkrets med en bipolär transistor av npn-typ. Den här enkla kretsen tänder en ljusemitterande diod LED när knappen S trycks. Spänningen 9V kopplas på i ledningarna som det visas, och motstånden 470 ohm och 10 kilo-ohm är där för att begränsa strömmen, för att ge rätt strömstyrka för komponenterna i kretsen. Att koppla själv även enkla kretsar är roligt och lärorikt, det kan författaren intyga.

Som halvledare använde man först halvmetallen germanium, men senare började man mer använda kisel (”silicon” på engelska) i stället, eftersom den är mycket billigare och lättare att få tag på. I dag är kisel helt dominerande, men det finns ytterligare andra ämnen som t.ex gallium-arsenid som förekommer. Kristallinsk kisel är i dag det vanligaste halvledarämnet, men amorfisk kisel och andra ämnen används speciella fall.

De första transistorerna var sk. spetstransistorer, de är av "bipolär" typ. Senare uppfanns andra typer som fälteffekt transistorer (FET), "metall-oxid silicon" fälteffekt transistor (MOS-FET), mm. Ytterligare typer av halvledarkomponenter är bl.a tyristorer, som används för att styra stora strömstyrkor. Man kan göra en halvledardiod genom att bara har np eller pn, dvs. det tredje halvledarskiktet lämnas bort. Det finns sedan en mängd olika avancerade varianter, zenerdioder, tunneldioder, och LED dvs dioder som avger ljus. Dessa senare hade rätt dålig verkningsgrad i författarens ungdom, men nu har man helt tvärtom börjat tillverka lågenergilampor av LED typ. Utvecklingen går framåt. Vi får inte heller glömma laserdioder, som är ett slags LED som avger laser-ljus. Återfinns numera bl.a i CD och DVD apparater.

Bild 13. I bilden är tre transistorer, tillverkade i slutet av 1970-talet (knappnålen är med för att se storleken ). Längst till vänster är AF149, en högfrekvens npn germanium-transistor (med fyra ben, den fjärde är för skyddsjord av kapseln). Sedan BC278, en högst ordinär npn kiseltransistor som tål bara 25 volt och 0,1 amper max. Till höger BD201, en npn kisel-effekttransistor för 60V och 60W. De här beteckningarna är typiska Europeiska, första bokstaven anger halvledarämnet: A=germanium, B=kisel , men lite äldre typer av germanium halvledare hade beteckningen O. Andra bokstaven anger användningen: A = diod, C = ordinär transistor, D = effekttransistor, F = högfrekvens transistor. Amerikanska beteckningar brukade börja med ”2N" och ditåt. Observera att den mellersta transistorn är färg-kodad: rött-violett-grått, vilket läses 278, och man kan utgå från vanligaste typen BC. (Färgkod är vanlig när det gäller små billigare komponenter, bl.a. motstånd, länk till beskrivning av färgkoden: http://faktabanken.nu/fargkoder.htm

I början var tekniken med att rena kisel svårbemästrad, men man kom sedan på en metod att långsamt dra upp en tjock stav av stelnad kisel från en bad av smält kisel, så att nästan bara kisel kristalliseras på staven och andra ämnen blir kvar i smältan. Man får då en stav av rent kisel som liknar ett tjockt ljus. Denna stav sågas till tunna runda skivor. Eftersom en sådan halvledarskiva påminner av storlek och form en potatischips började man skämtsamt tala om halvledarchips, vilket i dag är en helt etablerad benämning. Man lägger n- och p-ledarskikt på chipsen genom att diffundera in, "dopa", dessa andra grundämnen t.ex. i form av gas i hög värme. Det är den halvt kemiskt process där man använder fotokemiska metoder, och det inbjuder till att bygga komplicerade kretsar på samma yta, sk. integrerade kretsar, IC (engelskans ”integrated circuits”).

Man började bygga IC-kretsar vid mitten av 1960-talet. En stor fördel med denna konstruktionsprincip är att det hela kan göras automatisk på löpande band i mycket stora mängder av kretsar åt gången, vilket ger mängdfördelar. Fabrikerna är dyra att bygga upp, men det enorma antalet identiska kretsar som kan tillverkas gör kretsarna billiga per styck. En förutsättning är förstås att nya och allt mer avancerade elektroniska prylar hela tiden kan säljas i ökande antal till miljoner och miljarder konsumenter.

Bild 14. En IC krets av lite äldre typ, en vacker samlarbild. Ofta är dessa16-bens kapslar fulare, helt ingjutna i svart plast, och kan innehålla mycket enkla kretsar, men ibland också mer avancerade sådana. Kapseln i bilden är ca 20 mm lång och har 16 ben, av fackfolket också kallad "bugg", dvs en skalbagge, vilken kapseln tydligt påminner. Det mesta som syns är kopplingsbenen av förgylld metall och en platta av isoleringsmaterial. Själva IC-kretsen av kisel ligger dold och skyddad i "ryggskölden". IC-kretsen i bilden tillhör bland de mer avancerade på sin tid, Intel 4004, en fyra bitars processor från 1971 avsedd för att byggas in i elektroniska apparater som krävde en viss beräkningskapacitet som t.ex. fickräknare, med en klockfrekvens hela 740 kHz, anmärkningsvärt hög på den tiden. Den innehöll flera tusen transistorer, och var den första datorprocessorn helt inrymd i en enda IC-kapsel. (Författaren har hållit på med den i labbet under studietiden i Uppsala.)


Radio

(från latin: radio = jag strålar)

Ungefär vid samma tid som en del galningar började experimentera med flygning började andra yra om att skicka osynliga signaler långa vägar i "luften". En del var mer eller mindre esoteriska uppfinnare, från lokala byfånar till vetenskapsmän. Men som vi vet så lyckades företaget till slut, och människan lärde sig att flyga, och att skicka radiosignaler. Man ska inte förakta galningarna.

Bild 15. Radiomottagare för allmänt bruk, en från 1920-30-talet, en från 1950-talet. Dessa apparater var rätt stora, närmast likt möbler.

I början bestod en radiosändning av att man slog radiosignalen på och av precis som i telegrafen. De första långväga radiosignalerna var Morse-kod (Marconi på 1890-talet). Detta togs snart i bruk i fartyg till havs, som man dittills inte hade kunnat nå alls. Ganska snart kom man på metoder att "modulera" radiovågorna, så att man kunde sända ljud. Det var på 1910-talet och framåt, och folk köpte, och byggde "kristallmottagare" för att ta emot det nya ljudet från "etern". Sändaren var i början en stark högspännings gnista, sk. ljusbåge, över en liten luftgap. Man hade funnit metoder att filtrera fram rätt radiofrekvens med spolar och kondensatorer. Vi har därifrån fortfarande smeknamnet "gnista" för en radiotelegrafist. På tyska heter radio fortfarande "rundfunk", vilket betyder ungefär "gnista runtomkring". Tyskarna var de första i Europa med regelbundna radiosändningar riktade till allmänheten.

Man kunde alltså generera radiofrekvenser med en sprakande gnista, men senare också med snabbroterande generatorer. Om en generator har ett hundratal poler och roterar några hundra varv i sekunden går det faktiska an att skapa långvågs radiofrekvenser med den. T.ex. sändaren i Motala (från 1925 framåt) lär ha haft en sådan generator, och sände med lite drygt 200 kHz långvågs frekvens. Samtidigt kom elektronröret, eller "radioröret" som det ofta kallades, som fungerade som en förstärkare. Nu kunde man mata det förstärkta signalen till en högtalare. Det var från slutet av 1920 talet och framåt som radioapparater (sådana som i bild 10. och 11.) fick högtalare så att alla i rummet kunde höra sändningen. Också på sändarsidan fick generatorerna och gnist-sändarna ge vika för radiorören, när stora kraftfulla elektronrör utvecklades för radiosändare. Sverige fick den publika radion benämningen ”rundradio”, fast man hör det ordet allt mer sällan numera (men något oftare i finlandssvenskan).

Radiofrekvenser (och motsvarande våglängder) brukar refereras med namn enligt följande:

Namn

Våglängdsområdet

Frekvensområdet

Rundradio frekvenser

Långvåg (LF)

10 km – 1 km

30 kHz – 300 kHz

148,5 kHz – 255 kHz

Mellanvåg (MF)

1000 m – 100 m

300 kHz – 3 MHz

526,5 kHz – 1 606,5 kHz

Kortvåg (HF)

100 m – 10 m

3 MHz – 30 MHz

många olika kortvåg band

Ultrakortvåg (VHF)

10 m – 1 m

30 MHz – 300 MHz

87,5 MHz – 108 Mhz

UHF

1 m – 10 cm

300 MHz – 3 GHz

TV banden

SHF

10 cm – 1 cm

3 GHz – 30 GHz

 

EHF

1 cm – 1 mm

30 GHz – 300 GHz

 

Frekvensområdena är vidare delade i frekvensband för olika ändamål, som styrs med internationella konventioner. Bara vissa band är delade för rundradio, t.ex FM-bandet är ett namn som brukar beteckna VHF (eller UKV) 87,5 – 108 Mhz som är det vanligaste i bruk i dag, eftersom den höga frekvensen krävs för stereosändnig med hög ljudkvalitet. FM står för frekvensmodulering, en sändningsteknik som gör att ljudkvalitén blir mer jämn och oberoende av signalstyrkan. Äldre rundradio sände på AM-band (amplitud modulering) på lågvåg till kortvåg områden, och var monoljud med en ganska dålig diskantåtergivning, och ljudkvalitet som svängde hit och dit, hade stora störningar, och var väderberoende.

De andra frekvensbanden används för yrkestrafik, t.ex är en stor del av mellanvågs området reserverat för sjöfart. De gamla långvåg och till kortvåg banden används allt mindre. Långväga radiokommunikationen sker allt mer via satelliter numera, och då används de allra högsta frekvensområdena, men alltjämt finns reservanläggningar som använder de gamla frekvensområden för nödfall och som militär beredskap. De två eller tre högsta områdena tillsammans kallas ofta för mikrovågor, och används också för annan sorts teknik än radio; t.ex för att värma maten med. Vad finns utanför tabellen? På den långvågiga sidan blir våglängden alltför lång och energin på vågen för låg för praktisk användning, men i viss mån har extremt långa vågor använts militärt för kommunikation med u-båtar under vatten (dit kortare radiovågor inte förmår tränga sig i). Våglängder kortare än 1 mm räknas inte till radiovågor (fast de är i princip vågor av samma slag). Där kommer först infraröd ljus, sedan synligt ljus, ultraviolett, röntgen- och gammastrålar.

Radiomottagaren

För mottagning av signalen behövs en ”detektor”, för att radiosignalen är högfrekvent och därför inte hörbar. En detektor är en krets som på ett eller annat sätt separerar ljudsignalen, moduleringen, från radiofrekvensen. De ursprungliga kristallmottagarna på 1920-talet byggde på elektriska egenskaper på en kristall av blyglans, eller andra naturliga kristaller av metallföreningar. Man hade kristallen i en liten tub och en tunn böjlig tråd tryckte på den. Tråden kunde man vicka lite med en knapp som den var fäst i av anda änden. Man petade runt i kristallen med trådspetsen tills man hittade en punkt som fungerade som en detektor, och man kunde höra radiostationen i hörlurarna. Antennen kopplas till hörlurens ena ledning, jordledning till den andra, och kristallen kopplas mellan dessa ledningar. Den likriktar den högfrekventa signalen, men ljudsignalen finns överlagrad i den och blir nu hörbar. Detta fungerar vid radiosändningar med ”amplitudmodulering”, AM för kort. Senare har man gått över till frekvensmodulering, FM, som kräver en mer avancerad mottagare.

Som sagt var de första radiomottagarna kristallmottagare. Ingenting hindrade att koppla en förstärkare efter kristalldetektorn, och det förekom också på 1920-talet att mera avancerade kristallmottagare innehöll en eller ett par radiorör. Men när sedan rör började användas mer regelmässigt, konstruerade man särskilda rör som kunde användas som detektorer. Dessa byttes senare mot halvledardioder, och förstärkarrören byttes mot transistorer. Så kom man fram till transistorradion, vilken var den stora elektroniska modegrejen i början av 1960-talet. Transistorapparater fanns i alla former och färger, och de var alla bärbara och inte större än en handväska, till skillnad för rör-apparaterna som var mera att betraktas som möbler.

Bild 16. Transistorradio apparater från tidiga 1960-talet. Det var tydliga färgsignaler i designen: den ena är en apparat för killar, den andra för tjejer. Sådana här apparater kunde ofta stoppas i en hållare under bilens instrumentbräda: en bilradio var som regel en bärbar transistorradio med reglagen på den smala ovansidan, som i modellen till vänster.




Radiotelegrafi

Samtidigt med allmänna radiosändningar fanns också yrkesmässig radiotrafik och amatörradio, både talradio och telegrafi sändes. Man fortsatte faktiskt att sända morse över radio ända fram till 1980-talet. Det är med ett sådant "pipande" vi kanske oftast förknippar Morse-koden, men den var alltså inte från början uppfunnen för pip utan tysta signaler för att styra en magnet på mottagarsidan. Varför fortsatte man då skicka morse om man nu kunde tala över radiolinjen? På långa avstånd var det ofta en mycket svag signal som kom över, för svag för att kunna tydas vad som sades, när orden försvann i en massa brus och sprakande. Morse-koden var lättare att ta emot felfritt över svaga och brusande förbindelser, och sådana var det ofta när det gällde långväga radiosignaler typ fartyg till havs. Radioamatörer med sina svaga sändare använde naturligtvis mest morse, och jag skulle tro att det finns fortfarande en och annan radioamatör som håller på med det för intressets skull.

övningBild 17. En militär radioövning någonstans i Finland 1966. Författaren själv sitter i mitten i svarta hörlurar och har kollen på protokollen. I förgrunden jourhavande radiooperatör (hemlig). Längst bak kämpar krypteraren med sina kodblanketter.



Bild 18. En telegrafnyckel av en typ som författaren själv har tränat med. Den i bilden är för mer fältmässiga förhållanden, och tog inte mycket plats i ryggsäcken. I den dagliga träningen i förläggningen användes en nyckel fäst på en rejäl planka, så den stod stadigt på bordet.


Television

(från forngrekiska tele = fjärran, latin visio = jag ser)

TVTelevisionen är som en uppfinning lika gammal som radion, vilket inte torde vara allmänt känt. Faktum är ju att rörliga bilder kunde man skapa, i form av film, tidigare än ljud. Det var också i princip tekniskt möjligt att sända bild på tråd lika tidigt som man kunde sända ljud på tråd. Första experimenten med television gjordes också på det sättet reda i början av 1900-talet. Ögat är inte alls lika snabb som örat. Gammaldags biofilmer visade 12-14 bilder i sekunden och dagens biofilm ändå bara 24-25 bilder sekunden. Det är inte mer än att man hinner hacka bilden i enskilda linjer och punkter till och med helt mekaniskt, vilket man experimenterade med i början. Elektroniska TV-kameror med en ljuskänslig bildplatta konstruerades redan på 1920-talet. Man kunde så ganska enkelt förvandla ljusstyrkan (och senare också färgen) i bildpunkterna till elektriska signaler, och sända dem över med vilken medel som nu fanns tillgänglig.

Bild 18. En svart-vit TV-mottagare av märket Radiola från 1957, en typisk lite mer exklusiv TV-möbel. Höjden var 85 cm, bredden 65 cm, och den var 51 cm djup. Bildytan var fortfarande ganska oval, och delvis avskärmad, i bildhörnen var inte skärpan var lika bra som i mitten. Därtill var själva bildröret också rätt så runt i kanterna.

Redan på 1920-talet började man sända bilder experimentellt med radiosändare. Men regelrätta TV sändningar kom inte i gång i Sverige innan 1950-talet (i USA dock redan på 1930-talet). Problemet med den sena starten var inte tekniken, utan närmast priset på mottagarna. Ljudradio sänder själva ljudsignalen, men signalen som en TV-sändare sänder kan närmast liknas av en hög pusselbitar i form av smala remsor (linjer) som staplas på varann. Mottagarapparaten måste innehålla en hel massa komplicerad elektronik som pusslar ihop signalen till en snabb följd av bilder. Vi kan jämföra ett radiorör att den kostade i dåtidens pengar motsvarande vad en hårddisk till en dator kostar för oss i dag. Radioapparater på 1930 och 1940-talen hade typiskt 3 radiorör, vilket gav ett någorlunda acceptabelt pris per apparat för ett vanligt hushåll. En TV-mottagare däremot krävde mer än ett tjugotal rör, och dessa var av en dyrare högspänningstålig stort. Hur många i dag vill och kan köpa en avancerad serverdator med 20 hårddiskar av dyraste sort?

Kostnaden för en TV-mottagare var länge så hög att bara ett fåtal förmögna (och teknikintresserade) hade råd med det. Och eftersom det fanns få presumtiva TV-tittare var intresset för sändningar också lågt. De första som gjorde provsändningar var teknologer som förutsåg ett framtida behov av TV-tekniker, i Sverige började men med det mot mitten av 1950-talet. Regelbundna TV-sändningar började man på andra hälften av samma årtionde. I början var det bara svart-vita sändningar. I Sverige började man provsända spridda program i färg först vid slutet av 1960-talet, och färg-TV sändningarna blev inte regelbundna innan på 1970-talet. Återigen av samma skäl: tekniken fanns långt innan, men mottagarapparaterna ansågs vara för dyra för allmänheten att köpa.

Bild 19. Tre gamla TV-rör ur författarens skrotlåda. Från vänster: möjligen ett signaldetektor rör (diod), beteckningen gör inte att läsa. Sedan PL500, bildsignal-delens slutstegs förstärkarrör (pentod) för 7000 V och 30Mhz. Det tredje röret är PY88, diod för bildlinje-delen (6600 V). TV-apparatens bildrör krävde höga spänningar varför också många andra TV-komponenter måste tåla det. Det var anledningen till varför elektronrör förekom i TV-apparater ända fram till 1970-talet: transistorerna tålde inte så höga spänningar. (Det är en vanlig knappnål, 32 mm lång, med i bilden för att ge en uppfattning om storleken.)

Den centrala komponenten i en TV-apparat (före flat-TV) var bildröret. Man skjuter iväg elektroner med hjälp av högspänning ifrån bildrörets bakstycke, "elektronkanonen", mot skärmen där framme. Skärmen är belagt med ett ämne som avger ljus när elektroner träffar den (fluorescerande ämne). Elektronerna fokuseras så att de bildar en smal stråle, som styrs fram och tillbaka medan man samtidigt varierar styrkan av strålen. Så ritar den en bild på skärmen linje efter linje. Ganska sent kom man på att en sådan TV-apparat faktiskt ger ifrån sig röntgenstrålar när elektronerna med hög hastighet bombarderar skärmen. En 20 kV bildrör ger röntgenstrålning teoretiskt 1 Ångströms våglängd, en ganska typisk röntgenvåglängd. Nu är alla "moderna" TV-skärmar (och data bildskärmar) byggda med en sort av glasruta som inte släpper igenom mätbara mängder röntgenstrålning (efter TCO-standarder), men sådana tankar hade man inte tidigare, och det är anmärkningsvärt att ingen diskussion om den strålningens möjliga skadeverkningar någonsin förekom.

bildrörBild 19. Ett TV bildrör av äldre typ (helt runt), för magnetisk avlänkning av elektronstrålen, vilket är gängse metoden i TV-apparater. Avlänknings-magneterna är inte monterade på plats på röret i bilden, de ligger normalt pålagda utanför själva röret runt dess bakre del, för glaset hindrar inte magnetfältet på något sätt. Spänningen i elektronkanonen i ett bildrör var hög, i storleksordning 20000 Volt, vilket ställde sina krav på TV-apparatens elektronik.

TV bildskärmen är föregångaren till datorns skärm, och de första datorskärmarna var inte mer än för datorbruk anpassade TV-bildrör.


Analogimaskinen

När man i dag tänker på datamaskiner menar man digitala maskiner, men det fanns länge i bruk någonting som kallades analoga datorer. De allra första analogimaskinerna var mekaniska sk. differentialanalysator som ritade automatiskt kurvor på stora pappersark. Även om noggrannheten inte var så stor så var de snabba, de ritade så att säga i realtid, i samma takt som data matades in. Nu var ju indata oftast en annan kurva som en del i maskinen följde, medan maskinen utförde en mekanisk simulering av lösningen. Att man kan utföra avancerade beräkningar på det sättet beror på att de flesta problemen inom teknik och vetenskap kan matematiskt uttryckas i form av differentialekvationer.

Bild 20. En mekanisk differentialanalysator, en svensk utbildningsmodell kallad FAC från 1950-talet.

Det är en ganska stor manick som kan ställas in för en viss typ av differentialekvation och som sedan ritar kurvor som utgör lösningar till ekvationen. Man ställer in maskinen så att dess mekaniska delars rörelser beskrivs av samma slags ekvation som själva problemet som ska lösas. Mekaniken i maskinen bildar en matematisk analogi till problemet, därav namnet "analogimaskin". Det låter rent av genialt: maskinen följer bara mekanikens lagar och kan inte annat än lösa problemet.

När sedan elektronröret, och senare transistorn uppfanns, fick man nya möjligheter. Också elektronik kan byggas så att den fungerar analogt, så att maskinens funktion beskrivs av en given differentialekvation. Med elektroniska delar blev det rentav mycket lättare att koppla om maskinen från ett problem till ett annat. Precisionen blev också mycket bättre. Sådana maskiner användes inte bara i forskning och konstruktion, utan de användes också för att styra industriella processer. Fram till 1950-talet var sådana analysatorer det enda sättet att snabbt maskinellt utföra beräkningar, och för den tidens behov var det ofta fullt tillräckligt. Ännu på 1950-talet ansåg man behovet av digitala datorer vara helt marginellt.

Bild 21. En elektronisk analogimaskin. Plugghålen i fronten är för "programmering", dvs. man använder pluggar men sladdar för att koppla ihop inbyggda komponenter för att bestämma den differentialekvationen som maskinen ska simulera.

Senare på 1960 till 70-talen konstruerades också hybridmaskiner, där analogimaskinen utgör en del av helheten, och en digital dator en annan del. Den digitala maskinen ställer in den analoga till ett visst problem, och tar sedan emot lösningen. Det fanns analogimaskiner fram till 1970-talet men nog ganska få därefter. En apparat som bygger på analogimaskinens princip är "synten", ljudsyntetisatorn. De analoga kretsarna i den simulerar ljudsvängningar i instrument, existerande sådana, eller så kan man ställa den till att producera helt nya ljud. I dag är dock även syntarna digitala, och bygger på färdigt programmerade digitala ljudbilder.


Datorer

(från latin: dator = givare; data = de givna)

Pionjärerna

Första helautomatiska maskiner som brukar nämnas var vävmaskiner. Sådana konstruerades redan på 1700-talet, och mönstret som maskinen skulle väva var stämplat på kort av metall eller kartong. Man hade således redan grundtanken om en maskin som kunde utföra givna uppgifter på egen hand. Det fanns förstås också fantastiska drömmar om kalkyleringsmaskiner, bl.a. maskiner som kunde spela spel som schack, men de som visades för publik på denna tid var fusk, dvs. det var en människa dolt inne i maskinen. Den första som konstruerade en verklig automat för kalkyleringssyfte var Charles Babbage (1791 - 1871). Hans "Differential Engine" från 1822 blev aldrig färdig pga. finansiella problem, men man har byggd en fungerade modern prototyp enligt Babbages ritningar, som finns att beskåda i British Museum. Babbages maskin var helt mekanisk med drivstång och kugghjul, och "digital" bara i mening att den använde siffror, men den var inte digital i modern mening, då vi med nästan uteslutande avser binära system dvs. "ettor och nollor".

Bild 22. Babbage's Differential Engine som en nutida rekonstruktion. I British Museum.

Fördelen med binära system är enkelhet i konstruktion och en relativ okänslighet mot störningar. Digitala system bygger på en matematisk upptäckt, nämligen att man kan med bara två värden, ofta kallade "0" resp. "1" eller "falskt" resp. "sant", beskriva såväl beslutslogik som aritmetik. En av upphovsmännen till denna landvinning i teoretisk logik var John Boole (1779 - 1848), varför det ofta kallas för "boolesk algebra". I och med denna avgörande upptäckt kunde man med relativt enkla konstruktioner klara både logiska beslut och matematiska beräkningar. Kombinationer av logiska beslut och matematiska beräkningar kallas för "algoritmer". En algoritm beskriver exakt hur en matematisk beräkning ska utföras. När man skriver ner en algoritm i en sådan form att den kan utföras av en dator kallas det för ett program.

De första maskinerna som verkligen användes till någon nytta var dock lite enklare. Den Amerikanska folkräkningen på 1800-talet hade ett problem: man hann inte utföra folkräkningen snabbt nog manuellt, resultaten var hopplöst föråldrade redan när de kom ur tryckeriet. Man anställde en uppfinnare, Herman Hollerith (1860 - 1929). Han konstruerade ett hålkort av styv kartong, samt maskiner för stansning och sortering av korten. I korten stansades hål enligt ett kodsystem, som beskrev bokstäver och siffror. (Korten och koden stod senare som utgångspunkt för de datamaskinkoder och hålkort, som bl.a. IBM länge har använt.) De stansade korten lades sedan i stora buntar i sorteringsmaskiner, som kunde sortera och räkna kort i olika högar enligt givna positioner på korten. På så sätt fick man snabbt fram befolkningsstatistik, i alla fall mycket snabbare än med manuell räkning.

Bild 23. ENIAC. Det amerikanska datorprojektet påbörjades, enligt uppgift, 1943 och första versionen av ENIAC ("Electronic Numerical Integrator And Computer") var färdigt byggd 1946.

När nu elektronröret fanns kunde det användas till annat som till exempel datorer. Den som ofta anges varit den första digitala helt elektroniska maskinen är amerikanska ENIAC från 1946. Man har dock undrat hur en del av konstruktörerna kunde haft så långt komna erfarenheter av sådana konstruktioner som de faktiskt hade. Det har avslöjats först ganska nyligen, på 1990-talet. Det var nämligen en militär hemlighet, och det kalla kriget anges som ett skäl varför det inte var möjligt att avslöja det tidigare: det var inte amerikanerna, det var den brittiska underrättelsetjänsten som konstruerade den första elektroniska datamaskinen, och några av dessa brittiska elektroingenjörer anställdes sedan till ENIAC projektet.

Under andra världskriget använde man förstås kryptering vid radiokommunikation. I de flesta fall användes ganska enkla manuella system med kodblad som byttes ofta. Tyskarna hade dock konstruerat maskinella krypteringssystem, den mest kända lär vara "Enigma". Namnet har fått en symbolisk betydelse, vilket var avsiktligt och lanserat av västliga underrättelsetjänster för att skapa en dimridå. Denna relativt enkla halvmekaniska krypteringsmaskin från Siemens var en mellankrigskonstruktion och redan föråldrat vid andra världskrigets början. Den lyckades både polacker, engelsmän, svenskar, m.fl. var för sig att knäcka redan i en tidig fas av kriget. När tyskarna sedan förbättrade sina krypteringsmaskiner konstruerade man i England automatiska elektromekaniska maskiner som ändå snabbt nog kunde dechiffrera meddelandena. I Bletchley Park (då ett hemligt ställe, i staden Bletchley i greveskapet Buckimhamshire) hade man samlat ett gäng toppmatematiker och dito tekniker i militär underrättelsetjänst. Bland dem fanns den välkände datapionjären och matematikern Alan Turing (1912 - 1954), som gjorde mycket av det teoretiska arbetet vid konstruktionen av dessa kodknäckar-maskiner. Den första datorliknande maskinen var en elektromekanisk sådan konstruerad av Turing, och kallades BOMBE.

Kriget fortsatte och tyskarna tog i bruk nyare elektroniska krypteringsmaskiner, Lorenz SZ 40 och SZ 42, som inte gick att knäcka med de metoder och maskiner man dittills hade skaffat tillgång till. Inte så mycket för att det inte skulle gått teoretiskt, utan för att metoderna var för långsamma. Hela krypteringsbranschen är nämligen en tävling mellan krypteraren och kodknäckaren: koden ska vara så svårknäckt att den inte hinner knäckas (det kallas egentligen för kryptoanalys) den i tid medan man fortvarande kan ha någon nytta av informationen. (Så är det än i dag.) När man fångade den tyska radiotrafiken på morgonen skulle meddelandena helst vara knäckta och läsbara till eftermiddagen.

Bild 24. COLOSSUS var troligen den första datorliknande elektroniska maskinen, första versionen var färdig redan 1943. I bilden syns kopplingspaneler med rader av elektronrör. Hjulen till höger var för remsläsare för hålremsor, som innehöll den tyska koden som skulle knäckas. Remsan lästes optiskt vilket tillät en hög läshastighet. Eftersom det elektroniska minnet i maskinen var extremt begränsat, fungerade hålremsan som ett slags minne som söktes igenom. Det gällde att speeda upp remsans hastighet till max, varför alla dessa hjul behövdes.

Engelsmännen var nu pressade att komma på snabbare maskiner. I stället av reläer, som det annars fanns stor tillgång till inte minst för att sådana användes i telefonväxlar, vände man nu blicken till snabbare, men dyrare och mer svårtillgängliga komponenter. Ett relä bara kopplar på och av, medan ett elektronrör vid denna tid var en avancerad förstärkare. Det skulle vara ett stort slöseri att använda radiorör som en sorts av snabba reläer, och dessutom behövdes det hundratals eller tusentals av dem. Men det var krig och då kan man kosta på: man började konstruktionen av ett rörbestyckad maskin för kryptoanalys. Den fick täcknamnet COLOSSUS. Man byggde allt mer avancerade versioner av den under kriget. Huvudkonstruktören hette Thomas Fowlers (1905 -1998). Den var inte ännu någon modern dator av typ "general purpose" som t.ex. ENIAC avsågs vara, men man har senare kunnat konstatera att COLOSSUS faktisk kunde programmeras så att den i princip skulle kunnat utföra helt andra beräkningar än bara den kryptoanalysen som den var konstruerat för.


Microdatorer och PC, från Intel 4004 till Pentium

Utveckling av datamaskinerna gick vidare efter kriget. Man kan nämna märken som UNIVAC och DEC, som inte längre finns, men som var bland pionjärerna i denna då helt nya teknikområde. I Sverige konstruerades tidigt två datamaskiner, kallade BARK och BESK, vilka finns att skåda i Teknikmuseet. Med i bilden fanns också svenska FACIT från Åtvidaberg, som annars tillverkade mekaniska räknesnurror, men som också konstruerade på 50-talet en datamaskin som då var bland de mest utvecklade. Man ansåg dock att marknaden var för liten för sådana maskiner. Samma åsikt hade från början ledningen av den amerikanska kontorsmaskinstillverkaren IBM. Men de ändrade sig och började så ändå konstruera datorer. Ordet som användes för dessa maskiner på engelska var "computer", vilket egentligen från början avsåg en anställd, t.ex i ett försäkringsbolag, som utförde rutinberäkningar, ofta kvinnlig, eftersom det behövdes en lång rad av sådana anställda av lägre lönegrad.

IBM tillverkade mest datamaskiner med mycket hög kapacitet, och bland kunder fanns utom storbanker och försäkringsbolag, också den amerikanska försvarsindustrin. Detta skapade IBM:s grundmurade rykte som den starkaste av tillverkarna. Datorer var ett tag, från 1960 till 1980-talet, nära på synonymt med IBM. Eftersom det också fanns mindre datorer, Digital Equipment (DEC) mm. så kallades IBM datorerna ofta "stordatorer", på engelska "main frame" vilket mer säger hur de var konstruerade, i en garderobsliknande ram där komponenterna placerades. Fast i daglig tal kallade man dessa maskiner i början för "elektronhjärnor", ordet "datamaskin" kom lite senare, när man hade börjat använda dem för administrativa sysslor. Förkortningen "dator" är nog från 1970-talet. När man avände datorer kallades det ADB, "adminstrativ/automatisk data behandling" (på engelska EDP = electronic data processing). Begreppet IT (Information Technology) är en nymodighet som kom i allmän bruk först på 2000-talet.

I konstruktion av datorer generellt gick man mer mot integrerade kretslösningar, där en kretskort utförde ett antal uppgifter, och inte en komponent, utan hela kortet byttes ut om del blev fel i någon komponent. Mer och mer integrerades redan vid tillverkning av halvledarkomponenter, så att en sådan komponent inte lägre var en transistor, utan kanske hundratals transistorer ihopkopplade redan vid tillverkningen. Så uppstod IC, Integrated Circuit. Sista steget i den utvecklingen var på 1970-talet då en hel datorprocessor integrerades i en IC. Den döptes till "microprocessor". Den första mikroprocessorn anges vara Intel 4004 från år 1971. Den hade bara 4 bitars databuss och den tog 10.8 mikrosekunder per instruktion, alltså klarade maximum klockfrekvens till strax under 100 kHz.

Se databladet: http://www.intel.com/Assets/PDF/DataSheet/4004_datasheet.pdf .

Den var främst avsedd för att användas i digitala kalkylatorer, och fanns inte allmänt till salu utom först några år senare. Den första som fanns att köpa som en lös krets var Intel 8008 från år 1972, en vidareutveckling med 8 bitars databuss. Fler tillverkare anslöt, kan nämna nu två som jag minns, Motorola och Zilog. Dessa nya och relativt billiga kretsar började intressera hobbybyggare av elektronik, och här och där konstruerades egna sk. microdatorer baserade på dem. Några kommersiella versioner fanns också, på 1970-talet t.ex Imsai, och på 1980-talet. blev grafiken på datorskärmen bättre. t.ex Amiga och Commodore (som köpte Amiga). Här i Sverige mest kända är väl Luxor's ABC 80 och ABC800.

studentrumBild 25: Författarens studentrum förvandlat till ett datalaboratorium.Under studieåren i Uppsala (1975-1978) fick jag billigt tag på en fuktskadad bärbar svartvit TV i en elektronikaffär. Den byggde jag om så den blev dataskärmen till min första dator. Det var en sk. microdator, alltså ingen PC, utan en helt egen konstruktion. Det var ju sådant jag studerade. Det fanns få om några färdiga datordelar att köpa, det mesta var hemmabygge. Som en dator gjorde den just ingen nytta, men den snurrade lite programkod och kunde läsa in data och visa det på skärmen. En enkel skrivare hade jag till den också (svart låda i bilden), egentligen en etikettskrivare för butiker, lite modifierad. Datorn är den öppna lådan längst fram till höger. Den hade en 2.5 MHz Z80 processor och 8 Megabyte minne. Minnet var dyrast i hela bygget. I bilden syns den gula jättelika elektrolytkondensatorn som tillhörde delen för strömförsörjningen, i storlek nästan halva datorbygget. För dåtidens datorminnen slukade stora mängder ström.

Ett par unga killar i Kalifornien bildade bolaget Apple började tillverka microdatorer och gav som fick namn efter amerikanska äpplesorter, t.ex Lisa. Mest känd av deras produkter är väl MacIntosh, numera förkortad till "Mac". De var tidiga att utveckla bra grafik på bildskärmen, och kom så in på den grafiska branschen. Tidningar och dylikt använder därför fortfarande Mac-datorer. De använde nästan genomgående Motorolas processorer.

IBM är ett väldigt bolag med många ganska självständiga avdelningar. Någonstans där började man fundera på att varje människa kunde ha en egen dator, "Personal Computer", och idén var född att börja tillverka PC-datorer. Den första IBM PC:n byggdes runt en 8-bitars Intel 8080 processor. IBM PC var den stora succén för Intels processorer. Efterföljaren var den första 16-bitars processorn 8086. Snart började andra, mest Asiatiska, tillverkare bygga vad som då kallades ”IBM kloner”. Detta eskalerar när Intels processor 386 kommer ut på marknaden. Ganska snart blir de stora Asiatiska tillverkarna ledande i PC teknologin, och även IBM's PC-tillverkning börjar följa dessa, snarare än tvärtom.

Men innan det blev så hade IBM konstruerat PC:ns efterföljare, som man döpte till PS/2 (Personal System 2) baserad på en Intel 80286-processor. Därtill utrustades den med ett professionellt operativsystem, OS/2. Den byggde på IBM:s långa erfarenhet på sådana. De andra, liksom också IBM PC, hade mer hobbybetonade operativsystem som styrde maskinen. De var rätt primitiva, men enkla att "mecka" med för den som hade teknikintresse. PC:ns operativsystem hette DOS, som man tvistar om vad det står för, men det mest troliga är "Disk Operating System" (rykten säger att den första versionen hette Q-DOS "Quick and Dirty Operating System"). IBM gjorde det inte själv, utan DOS beställdes från ett litet garagefirma som hette Microsoft, för PC var ännu att betrakta som ett försök. Det mer proffsiga PS/2 med OS/2 användes på 1990-talet av många företag, men IBM misslyckades att sälja till den stora allmänheten. De hade helt enkelt olämplig marknadsföring till sådan försäljning, för deras kundkrets hade alltid varit storindustrin. Ganska snart kom så konkurrenterna ikapp, och IBM lade ner hela sin försöksverksamhet med små datorer.

I stället lyckades Microsoft bättre med att sälja en påbyggnad till DOS, som de kallade Windows. Konstruktionen var egentligen "snodd" från kopiatortillverkaren Xerox, deras grafiska skärmhanterings program hette X-windows. Men Xerox hade avstått från att sälja det, dataprogram var inte deras business, och hade gett det till allmänt bruk. Programsystemet kom att användas i andra sammanhang också, och kallas då fortfarande X-windows. Ett operativsystem standard var nämligen skapad redan på 1960-talet som hette UNIX. Tillverkare av mellanstora datorer, sådan som Hewett Packard (HP), TuxDigital Equipments (DEC) och SUN-microsystems använde denna standard, och försåg sina operativsystem med X-windows. Också Apple "snodde" X-windows och gjorde en egen version till sina grafiska skärmar.

Bild 26. Linux maskot bild, pingvinen Tux.

Till slut kan nämnas finländaren Linus Torvalds, som började ett hobbyprojekt att konstruera ett UNIX-liknande operativsystem för PC-datorer. Han kallade det Linux. I dag är olika Linux-varianter starka konkurrenter till Microsoft Windows, särskild för att Linux är gratis för alla att installera, och det är sk. öppet system, som vem som helst med nödvändiga kunskaperna kan bidra till och förbättra. Linux skärmgrafik bygger på X-windows den också. Linux ingår numera som en delprojekt i ett större projekt av fria PC-program som kallas GNU.


Nedan tabell över Intel's processorer (PC-processorer) genom åren:

År

Processor beteckning

 

 

1971

4004

< 100 kHz

4 bit databuss

1972

8008

1 – 2 MHz

8 bit databuss

1974

8080

 

 

1978

8086

 

första 16 bit

1981

8088

 

IBM PC

1983

80286 (Intel© 286)

 

IBM PS/2

1985

Intel© 386

 

 

1987

80387 matematikprocessor

 

Detta var en extra hjälpprocessor till den ordinarie 386:an

1989

i860 superdator processor

 

(användes ej i PC)

1989

368SX

 

En förbättrad 386 processor, standardmodellen

1990?

386DX

 

En förbättrad 386 processor med en inbyggd matematikprocessor?

1992

i486TM

 

32 bitar?

1993

PentiumTM

60 och 66 Mhz

 




Fortsättning kan följa när som helst, om inspirationen faller på ...