Riassunto esame laboratorio di comunicazione multimediale, Il mondo digitale, Ciotti, Roncaglia, prof. Sangiovanni

L'informazione diventa digitale

L'informazione digitale è quella che può essere manipolata da un computer. Il termine “digitale” deriva dall'inglese (= cifra o numero): si può, quindi, identificare l'informazione in formato digitale con l'informazione in formato numerico. La rappresentazione digitale dell'informazione avviene con un sistema di codifica binaria, ovvero utilizza due cifre: 0 e 1 (es.: 0 = interruttore spento; 1 = interruttore acceso). Il bit è la quantità di informazione fornita dalla scelta fra due alternative diverse (0 e 1) egualmente probabili. La combinazione di più bit dà origine all'informazione digitale.

Le stringhe di testo (lettere, numeri e simboli), che non sono altro che una successione di caratteri, sono rappresentate secondo la tabella ASCII che fa corrispondere un valore numerico a un carattere (es.: 100 0001, che è la rappresentazione binaria del numero 65, corrisponde alla lettera A). Le immagini sono rappresentate da una griglia di celle, i pixel. Più fitta è la griglia e più sono i pixel (e quindi maggiore è la qualità, ovvero l'illusione che si tratti di un'immagine analogica). I pixel sono rappresentati attraverso numeri, a cui corrispondono i vari colori. I suoni sono rappresentati con una funzione che divide l'onda sonora in regioni abbastanza piccole da poter essere considerate come singoli punti, rappresentati a loro volta da numeri.

I video sono una successione di fotogrammi, ciascuno dei quali corrisponde a un'immagine, accompagnati da suoni. La rappresentazione avviene allo stesso modo delle immagini e dei suoni, ma il numero di bit impiegati aumenta a seconda della lunghezza del video, della sua risoluzione grafica, del numero di colori usati, del numero dei fotogrammi al secondo e della qualità dell'audio.

La differenza fra analogico e digitale corrisponde alla differenza fra una rappresentazione continua e una rappresentazione discreta di determinate grandezze (es.: una rappresentazione continua o analogica è quella fornita dal movimento delle lancette dell'orologio, mentre una rappresentazione discreta o digitale è quella che avviene attraverso i numeri).

Il bit è l'unità di misura della quantità dell'informazione: più sono le combinazioni possibili e più è maggiore il numero di bit necessario a rappresentare tale scelta. La trasformazione dell'informazione in formato digitale ha dato inizio alla rivoluzione digitale. Il computer non è solo uno strumento per rappresentare i dati, ma può anche lavorare sulle informazioni conservandole, modificandole e trasmettendole a distanza. Inoltre, la disponibilità di un unico linguaggio (la codifica digitale) per rappresentare informazioni di diverso tipo, unita alla disponibilità di un unico strumento (il computer) per gestirle ed elaborarle, permette l'integrazione fra codici diversi. Informazioni di diverso tipo vengono rappresentate attraverso lo stesso linguaggio (quello dei bit, le varie combinazioni di 0 e 1) e gestite attraverso il computer. Quando si parla di convergenza digitale ci si riferisce al progressivo trasferimento verso il formato digitale di informazioni collegate a media diversi. Negli ultimi anni si sono diffuse numerose tecnologie di digitalizzazione.

Protagonista della rivoluzione digitale: il computer

Il computer è uno strumento per elaborare le informazioni. Parte da un'informazione in ingresso (l'input), la elabora in base a una serie di regole (il programma) e restituisce un'informazione in uscita (l'output). Il computer è formato da hardware (le componenti fisiche: dispositivi di input e output, memorie di massa, le componenti interne, ecc.) e software (le componenti logiche: i programmi e il sistema operativo). La macchina di Turing è un modello teorico di macchina capace di elaborare informazioni in formato digitale sulla base di un programma composto da regole.

La macchina di Turing è formata da un nastro di lunghezza potenzialmente infinita diviso in celle nelle quali può essere scritto un simbolo, una testina in grado di muoversi lungo le celle del nastro e leggere i simboli in esse contenuti (e, eventualmente, modificarli), una serie finita di stati distinti e un programma in grado di far spostare la testina e di cambiare lo stato della macchina a seconda dello stato in cui si trova e del simbolo letto.

Anche nella macchina di von Neumann il lavoro del processore del computer è una lettura e trasformazione degli 0 e 1 in base a delle regole. Al posto del nastro infinito, nel microprocessore ci sono i registri (sono una serie di cellette composte da elementi che possono assumere due stati, che corrispondono a due polarizzazioni elettriche). La CPU lavora trasferendo le informazioni binarie dalla memoria RAM ai registri, leggendo i valori, modificandoli in base alle regole del programma (se necessario) e trasferendo il valore modificato in memoria RAM.

La memoria ALU si occupa delle operazioni aritmetiche e logiche (le operazioni logiche sono operazioni nelle quali i valori 1 e 0 corrispondono, rispettivamente, a vero e falso). I dati sono conservati nella memoria RAM in maniera ordinata grazie al meccanismo degli indirizzi: ogni cella della memoria è identificata con un indirizzo, che esprime la posizione del dato. I tempi di esecuzione della CPU sono scanditi da un orologio di sistema (il clock) che segna il ritmo per il lavoro svolto dalla macchina. La CPU è incastonata nella scheda madre, che raccoglie le componenti fondamentali del computer.

La CPU ha bisogno di memoria sulla quale conservare i dati di lavoro: essa può essere interna o esterna. La RAM è una memoria volatile: i dati vengono conservati solo fin quando non si spegne la macchina. La ROM invece è una memoria statica a sola lettura. Le memorie di massa permettono di memorizzare i dati su supporti rimovibili (floppy, cd-rom, ecc.). Altre periferiche permettono l'input e l'output dei dati (la tastiera, il monitor, ecc.).

Dare vita al computer: i programmi

Un computer non può lavorare senza programmi. Il sistema operativo è il software di base e consente al computer di far partire tutti gli altri programmi. Oggi i sistemi operativi sono tutti basati sull'interfaccia grafica (prima erano a riga di comando). Il sistema operativo comprende anche il file system, il sistema di gestione dei file. I file sono tutti i documenti conservati sul disco rigido di un computer, e sono file anche i programmi utilizzati per produrre e lavorare su quei documenti. I file sono organizzato in cartelle e sottocartelle. I software applicativi sono tutti quei programmi che possono svolgere le più disparate funzioni (elaborare testi, riprodurre musica e filmati, ecc.).

I programmi si basano su algoritmi che utilizzano un linguaggio che il computer è in grado di comprendere (i linguaggi di programmazione). I linguaggi di programmazione possono essere di basso livello (più vicini al linguaggio della macchina e più lontani dal linguaggio comprensibile dall'utente) e di alto livello (più comprensibili dall'utente).

Il viaggio dei bit: la telematica e le reti di computer

La rivoluzione digitale poggia su due elementi: il computer e le telecomunicazioni digitali. I primi esperimenti di telecomunicazione digitale risalgono agli anni '60. La convergenza tra l'informatica e le telecomunicazioni ha dato vita alla Information and communication technology. La telematica si occupa dell'interconnessione tra computer e della trasmissione di informazioni a distanza tra sistemi informatici, mediante le reti.

Telecomunicazione significa comunicazione a distanza: se il trasferimento di informazioni nello spazio avviene mediante il trasporto di energia e non di materia, si può parlare di telecomunicazione. Il primo vero sistema di telecomunicazione fu inventato in Francia alla fine del '700: era il telegrafo ottico, un sistema di segnalatori meccanici collocati su una serie di torri in reciproco contatto visivo. Il telegrafo ottico aveva dei difetti: era necessaria la presenza di esseri umani che potevano anche non vedere bene (il problema si moltiplica con l'aumentare delle torri) e il tempo di utilizzazione effettiva, a causa dell'oscurità e delle intemperie, era ridotto. Nel 1844 fu inventato il telegrafo elettrico, che inviava segnali elettrici mediante un cavo. I segnali elettrici venivano decodificati con il codice morse, basato su due simboli: il punto e la linea.

Dal telegrafo elettrico si passò al telefono, che permise lo scambio a distanza di conversazioni vocali in tempo reale. Un'ulteriore evoluzione fu data dalla radio negli anni '20 e negli anni '60 fu possibile trasmettere via satellite. La telecomunicazione consiste nella trasmissione di un'informazione da una fonte a una destinazione mediante il trasporto di energia (elettrica o elettromagnetica). Da una parte, quindi, serve un dispositivo di trasmissione e dall'altra serve un dispositivo di ricezione. C'è bisogno anche di un canale attraverso il quale il flusso possa viaggiare.

Nella trasmissione analogica si stabilisce un rapporto continuo tra il fenomeno rappresentato e il suo vettore, tale che per ogni variazione di stato nella fonte si ha una variazione di stato nel vettore. Nella trasmissione digitale le informazioni della fonte sono veicolate in forma di bit. Possono esserci due casi: o l'informazione alla fonte si trova già in formato digitale (e allora la trasmissione è immediata) oppure essa è in formato analogico e deve essere digitalizzata al momento della trasmissione.

Ci sono diversi modi in cui viene fatta la codifica in bit, il più semplice è convertire un singolo segnale ad ogni bit (es.: 0 = basso livello di tensione elettrica; 1 = alto livello di tensione elettrica). La velocità di trasmissione si misura in bps (bit al secondo). La conversione da analogico a digitale si chiama modulazione/demodulazione e viene effettuata dal modem (che può essere interno o esterno). Si tratta di modificare alcuni parametri del segnale che trasporta l'informazione in modo da codificare opportunamente gli 0 e 1.

Una rete di computer consente la trasmissione di informazioni digitali tra diversi computer. Di solito si basano su un'architettura client-server: il client richiede i dati e il server che li immagazzina si occupa di inviarli al client. Ci sono diversi tipi di rete. In base alle dimensioni, si dividono in:

• LAN (reti locali)
• WAN (reti ampie)
• MAN (reti metropolitane)

In base alla forma o topologia, possono essere: a maglie, a stella, a bus o ad anello. Perché le informazioni possano viaggiare, è necessario un mezzo di trasmissione che colleghi il trasmettitore e il ricevitore: può essere un cavo metallico (il cavo coassiale), una fibra ottica o un'onda elettromagnetica. Computer diversi usano sistemi diversi. Per permettere la comunicazione tra diverse macchine è necessario definire delle regole condivise da tutti: questa funzione è svolta dai protocolli. Per protocollo si intende una serie di regole di comportamento e di etichetta rigidamente codificate.

Internet: la rete delle reti

Internet è una rete di reti telematiche, che collega in tutto il mondo migliaia di reti grazie a un insieme di protocolli chiamato TCP/IP. I computer collegati a internet vengono chiamati host. Lo smistamento dei messaggi tra un computer e un altro su internet avviene mediante uno schema di indirizzamento degli host: ognuno di essi è dotato di un indirizzo univoco (l'indirizzo IP) costituito da una sequenza di quattro numeri che va da 0 a 255 (es.: 151.100.4.2). L'operazione di smistamento dei messaggi viene effettuata dal router leggendo l'indirizzo IP del destinatario.

A differenza del telefono, che utilizza una commutazione di circuito (un nodo A comunica con un nodo B occupando interamente il tratto di linea che lo collega ad esso finché tutto il messaggio non è passato), internet utilizza una commutazione di pacchetto (grazie al protocollo TCP/IP, i messaggi vengono divisi in pacchetti, che possono arrivare a destinazione anche in un ordine diverso da quello di partenza, e inviati a destinazione).

Breve storia di internet: nel 1966 l'ARPA, l'agenzia del Dipartimento della Difesa americano che aveva lo scopo di finanziare la ricerca nel campo delle tecnologie innovative, diede il via al progetto Arpanet per consentire la comunicazione e lo scambio di risorse tra i computer dei laboratori universitari per aumentare la produttività e la qualità del lavoro scientifico, permettendo ai ricercatori di comunicare e condividere risorse; fu creata una rete decentrata e ridondante, che non avrebbe smesso di funzionare se un unico blocco di bit avesse smesso di funzionare; venne utilizzata la commutazione di pacchetto; nel 1973 fu sviluppato il protocollo TCP/IP, che trasformò Arpanet in una rete di reti; nel 1993 fu sviluppato il World Wide Web.

Internet è una rete telematica che collega milioni di computer in tutto il mondo. Le informazioni scambiate su internet sono multimediali (riguardano testi, immagini, filmati, suoni e programmi informatici), codificate in formato digitale. L'interattività permette agli utenti di essere sia emittenti che destinatari della comunicazione e il destinatario può intervenire attivamente nelle forme e nei tempi della fruizione. Oltre al protocollo TCP/IP, internet sfrutta altri protocolli (es.: SMTP e POP permettono l'invio e la ricezione di e-mail, l'HTTP permette la visualizzazione di pagine web, l'FTP permette il trasferimento di file, ecc.).

Alcuni servizi offerti da internet sono la posta elettronica, le liste di discussione, le conferenze e la chat. L'esplosione del fenomeno internet coincide con l'invenzione del World Wide Web. Ogni pagina web è dotata di un indirizzo URL. Le pagine web sono riunite in insiemi che presentano unità di contenuto, di paternità intellettuale o di responsa... (il testo si interrompe qui).