Appunti informatica parte 2 teoria

Capitolo 1 – Storia dell'informatica

Macchina di Turing

Alan Turing 1912: Era uno dei più brillanti decrittatori inglesi. La sua macchina definisce i limiti del meccanismo formale che costituisce un modello di calcolo con regole elementari. Se un problema è risolvibile da una macchina di Turing, anche meccanismi più complessi possono computarlo.

John von Neumann: Matematico ungherese 1903, definì gli elementi indispensabili comuni a tutti i computer (architettura di Neumann) e su questa si costruirono i computer.

Vannevar Bush: Interfaccia utente Desktop virtuale (subito comprensibile).

Ted Nelson: Interfaccia utente semplificata e ipertesto.

Edward Moore: Leggi di Moore:

• 1° 1965: La complessità raddoppia ogni 18 mesi (+ potenza di calcolo).
• 2°: Sistemi economici su larga scala (es. app attuali su larga scala).

Doug Englebart: MOUSE, interfaccia utente di tipo grafico.

Bill Gates, Steve Jobs, Tim Berners-Lee (HTML, lingua franca del web), Page e Brin (Google), Zuckerberg.

I computer possiedono tutti 4 cose.

Capitolo 2 – Dati e informazioni

Dato: Rappresentazione codificata da un segno. I pc elaborano dati (immagini, suoni...).

Informazione: Uno o più dati che si possiedono. È sempre legata a un codice (linguaggio). Può essere rappresentata in forma analogica (continua) o digitale (forma discreta). La maggior parte delle grandezze fisiche sono mostrate in forma analogica (es. velocità bicicletta).

Elaborazione: Convertire info analogiche in info digitali = conversione AD. Dati semplici (un numero...) e dati complessi = più dati semplici insieme. Su un calcolatore è digitale.

Capitolo 3 – Bit e byte

BIT: Unità di misura dell'informazione. Nell'informatica è una cifra binaria (binary digit) uno dei due simboli del sistema numerico binario che sono 0 e 1. Il lancio di una moneta può essere codificata con un BIT perché ci sono solo 2 possibilità: stringa binaria composta da un BIT (0/1). Se invece c'è il 25% di possibilità la codifica binaria sarà una fra le 4 possibili combinazioni 00 01 10 11. Informazione trasmessa da stringa binaria composta da 2 BIT. Bit elemento memorizzato in una memoria a due soli stati es vero/falso.

BYTE: Sequenza di 8 BIT dove si può scrivere 1 o 0 quindi 256 possibili configurazioni.

Multipli BIT e Multipli BYTE:

• BIT: Gigabit miliardi di bit, 1 kilobit 1000 bit (10^3). Si usa nelle misure di trasmissioni dati digitali ad esempio esprimere velocità di download.
• BYTE: Multipli di BYTE megabyte milioni di BYTE. Si usano nei dispositivi di archiviazione dati.

Capitolo 4 – Codici

Codice: Dove un segno rappresenta un elemento atomico e il simbolo è raggruppato nell'alfabeto.

Stringa: Sequenza possibile di simboli.

Linguaggio: Sequenza possibile di stringhe.

Codifica: Insieme di regole per formare un codice da un altro codice. Esempio, da alfabeto latino a alfabeto Morse: transcodifica.

Codici numerici: Ogni simbolo assume un significato in base alla posizione nella stringa di numeri.

Codice binario

Codifica binaria in base 2 (2 simboli, 0 o 1). Stringa sequenza binaria di 0 o 1 e a seconda della posizione la potenza della base 2 binaria. Esempio: 12=1100.

Altre codifiche:

• Ottale con base 8 da 0 a 7.
• Esadecimale base 16 numeri più A-F esempio: 12=C.

Capitolo 5 – Codifica del testo

Codifica del testo/dei caratteri

In stringhe di bit di due tipi:

• Codifica caratteri basso livello: Carattere rappresentato da un codice numerico binario.
• Codifica di alto livello (tag e linguaggi di marcatura).

Differenze tra:

• Codifica: Esistono molti codici.
• Struttura: Modi per organizzare la rappresentazione digitale forme di scrittura (libro, post).
• Visualizzazione: La forma estetica (il font).

Standard di codifica:

• Differenza caratteri nelle varie lingue quindi c'è una standardizzazione per impostare una corrispondenza univoca (definendo l'insieme dei caratteri da utilizzare).
• Codice ASCII (1960 American Standard Code for Information Interchange): Il primo grande standard di codifica dei caratteri. Era un codice binario a 7 bit per lingue europee e in particolare anglosassoni. Primi 32 caratteri non stampabili (invio ecc da 0 a 31) 32 è lo spazio primo carattere stampabile e gli altri tutti numeri simboli e lettere. 126 ovvero 2^7 Caratteri inglesi e latini. UTF8 è quello che l'ha superato.

Codice Unicode (Universal Character Set): Assegna un numero univoco ad ogni carattere indipendentemente dalla lingua. Codifica fino a 21 bit. 0-255 Codifica ISO Latin-1. 256 in poi (un milione di caratteri) tutti alfabeti conosciuti dall'uomo. Ultima codifica non completata 2009. Codifiche di translazione più semplici come UTF 8, molto usata formata a gruppi di byte ed economizza i byte, permette di rappresentare tutti i caratteri ed è ottimizzata.

Visualizzazione dei caratteri

Codifica caratteri non prendono in considerazione aspetto estetico caratteri (basso livello). Font caratterizzano il glifo.

2 tipi di font:

• Font fissi (a matrice di punti): Ogni singolo carattere info è indicata in formato raster (è una successione di codice di carattere) erano più veloci ma la grafica è sgranata se si zomma l'immagine.
• Font scalabili (formato vettoriale, si riferiscono alla geometria): 3 formati più noti: True type (Windows), Post script, Type 1. Ogni caratteri ha attributi visivi (es con grazie=preferibili stampati/senza=preferibili online).

Dimensioni: Calcolate sempre in proporzione. 1 pt = 1/72 di pollice.

Stili e varianti: Corsivo, grassetto ecc caratterizzano il contesto di uso.

Capitolo 6 - Struttura e formati del testo

Prendendo in considerazione la codifica di alto livello, software specifici o generici e standardizzati (XML Extensible Markup Language) o HTML (HyperText Markup Language) vengono usate etichette (TAG) per codificare informazioni strutturali, come capitolo oppure funzioni (audio, video ecc).

Testi non formattati: Il testo di partenza può anche essere non formattato e sono i più semplici da codificare (estensione .txt). Hanno solo caratteri non stampabili per definire capitoli ecc.

Formattare un testo significa modificare la visualizzazione (preparare la memoria). Text formatting (impaginazione, font, dimensioni).

Formati di codifica:

• Proprietari con codici stabiliti per applicativo specifico (.doc) per Word. Scarso interscambio con altri software.
• Standardizzati derivati XML: molta possibilità di interscambio.

I formati più usati:

• Proprietari (rtf, postscript, PDF) molto usati, .doc ora .docx perché derivato da XML LaTex.
• Standard HTML (base di qualsiasi collegamento intertestuale in rete).

Capitolo 7 – L'immagine digitale

Parte 1

Distinzione tra immagine vettoriale e immagine raster.

Vettoriale: Viene generata dal computer da elementi base geometrici. Creandola da zero.

Raster o BITMAP: Più utilizzata, formata da una griglia di pixel. Pixel elemento base dell'immagine che porta info (posizione, colore e intensità). Immagine formata da una griglia di pixel.

Vettoriale: Non perde qualità ma l'altra sì perché si iniziano a vedere i pixel. Non occupa tanto spazio ma è poco compatibile nei file, ideale per rappresentare i font o schemi.

Raster: Non può essere ingrandita tantissimo. Occupa tanto spazio perché se ha tanta qualità ci saranno più pixel. Si possono raggiungere più dettaglio, compatibilità più alta. Ideale per immagini fotografiche o pubblicazione digitale. Dopo la lavorazione le immagini vettoriali vengono esportate e convertite in formato raster per poterle utilizzare in terzi programmi e perde le qualità del vettoriale.

Tutti gli schermi e monitor che utilizziamo si comportano a numero di pixel. Risoluzione: altezza x larghezza in pixel = densità.

2 parametri di misura immagine:

• DPI (Dots Per Inch): All'interno di questo riquadro possiamo far stare un certo numero di punti (punti per pollice), più sono elevati i punti più ci sarà risoluzione. Per immagini che vengono stampate (punti stampati).
• PPI (Pixels Per Inch): Numero di pixel per pollice (della diagonale del monitor che utilizziamo). Quando non stampiamo è meglio utilizzare questo parametro.

Parte 2 - La rappresentazione del colore

La profondità (color depth): È il numero di bit usati per rappresentare il colore di un singolo pixel in un'immagine. Bpp bit per pixel (misura). Maggiore è, maggiore sarà la qualità dell'immagine (maggior numero di colori rappresentabili).

Modello colore: Il modello matematico che permette la rappresentazione dei colori nel mondo digitale. Più importanti modelli: RGB e CYMK.

RGB: È di tipo additivo o tricromia. Si parte da rosso, verde e blu e si ricavano tutti gli altri usando la forma delle luminosità dei tre canali (canale rosso, verde e blu). È progettato per la visione su monitor (l'immagine digitale spesso lo utilizza).

CMYK: (tricromia, di tipo sottrattivo). Si parte da magenta, giallo, ciano e nero (key black) e si aggiungono tutti gli altri per sottrazione. Si usa per la stampa!

Spazio colore (gamma o gamut): Riguarda immagini e dispositivo, ogni dispositivo ha una gamma limitata (può rappresentare un certo numero di colori) all'interno di un modello colore. Diagramma (anni '90) di cromaticità dal concetto di Osservatore standard: colori visibili da occhio umano tutto all'esterno non sono percepibili e all'interno i simboli spazio colori (es. sRGB), quelli che effettivamente permette di rappresentare.

Altri spazi colore: AdobeRGB (quasi al 50% del totale colori visibili).

Profilo colore ICC (International Color Consortium): È un file incluso a interno immagine per fare in modo che si rappresenti sempre in modo corretto anche se inviata, consente di sapere e leggere le caratteristiche di colore e tradurle nel proprio spazio colore.

Parte 3 - Compressione

L'immagine contiene tante informazioni, quindi per ridurre le dimensioni dei file e le immagini vengono compresse in vari modi.

Compressione lossless: Ridurre dimensioni ma non perdere informazioni.

Compressione lossy: Opposto, si comprime il file ma per ridurlo maggiormente si perdono informazioni dove l'occhio umano percepisce meno.

Non compresso: Non tocca l'immagine questo formato, dimensione molto maggiore.

Formati e compressioni

• BMP (non compresso)
• RAW (fotocamere) (non compresso)
• PNG (possibile sia compresso che non)
• TGA (senza perdita)
• TIF (diversi tipi di compressione)
• GIF (senza perdita sotto 256 colori) (per rappresentare immagini semplici)
• JPG (con perdita)

Software esistenti

Per elaborare: Categoria di programmi fotoritocco (non crearla da zero ma modificarne una). Photoshop, alternativa GIMP (libera), Paint.NET.

Altra tipologia, es. Lightroom permette di gestire l'archivio fotografico e permette di modificare parametri come luci, ombre, saturazione (prima questo e poi fotoritocco).

Per immagini vettoriali (Illustrator, Inkscape gratuito): Rappresentano immagini vettoriali, le creano e possono essere salvate in formato vettoriale o bitmap.

Capitolo 8 - Video Digitale

Pixel: Elemento più piccolo che costituisce l'immagine, info di colore, intensità ed esposizione.

Risoluzione: Altezza per larghezza di pixel.

Risoluzioni video standard

• SD (Standard) 720 x 576 (tv e dvd)
• HD (High Definition) 1280 x 720 (Canali TV HD) ha più definizioni
• FULL HD (High Definition) 1920 x 1080 (es. YouTube e BluRay)
• UHD (Ultra High) 3840 x 2160 standard televisivo
• 4K 4096 x 2160 standard cinematografico più largo
• 8K 8192 x 4320 formato televisivo o cinematografico

Ci sono altre risoluzioni intermedie per diversi tipi di utilizzo. Usando YouTube si può scegliere la risoluzione in grandezza.

Risoluzione schermo: Differente da risoluzione video perché se il dispositivo ha risoluzione inferiore non rende ad es. risoluzione 4K.

Risoluzione cromatica: Definisce quanti e quali colori sono usati per rappresentare l'immagine (profondità e spazio colore).

Subsampling: Uno dei metodi usati per diminuire la risoluzione dei video. L'occhio umano è più sensibile a differenza di luci. Sottocampionamento maggiore risoluzione alla luminanza rispetto alla crominanza.

Capitolo 9 - Audio Digitale

Suono (onda sonora): È un segnale analogico, per poterlo modificare c'è bisogno di un'operazione di conversione (in bit) per poterlo usare digitalmente.

Campionamento

Si seleziona una parte dell'onda sonora per tradurla in bit: trasformazione segnale da analogico (continuo) a digitale (discreto). Si prendono dei campioni del segnale originale a intervalli di tempo regolari e la si ricostruisce su questi campioni, aumentandone il numero per avere una definizione migliore: abbiamo aumentato la frequenza del campionamento che viene definita.

Hertz: Misura del numero di volte al secondo in cui un segnale analogico viene campionato e memorizzato. Fra 20 hertz e 20kherz (udibile da orecchio umano).

Quantizzazione: Operazione necessaria per convertire il segnale che approssima il valore reale con uno quantizzato e introduce l'errore di quantizzazione.

Compressione: Per ridurre le dimensioni.

• Lossless
• Lossy
• Non compresso

Codec (audio)

Compressione con perdita lossy

• AAC
• DOLBY DIGITAL
• MP3
• REAL AUDIO
• WINDOWS MEDIA AUDIO

Compressione lossless

• Apple Lossless Encoding
• FLAC
• IFF

Senza compressione

• AIFF
• WAV

Campionamento (sequenze, HERTZ) + Durata + Compressione (BITRATE) = Peso/Qualità audio (quantità di informazioni al secondo bitrate).

MP3 (mpeg 1 – Layer 3): Algoritmo, ha avuto molto successo. È di tipo lossy che elimina dal file audio informazioni non necessarie perché non udibili da orecchio umano ma riproduzione fedele del file originale.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface): Altro tipo di file che non è di onde sonore. Dati digitali formati da strumenti musicali elettronici. Memorizzano solo il segnale (che nota è stata premuta) e crea dei file molto piccoli e facili da comprimere. Suoni generati al computer, quindi informazioni suono e nota premuta, si può esportare lo spartito musicale. Possono essere modificati nota per nota. Possono suonare in modo diverso a seconda dell'hardware e del software di riproduzione.

Software

Diverse categorie:

• Software per WAV (Suono onda)
• Software per editing: modificare volume tonalità di suoni esistenti Tradizionali (si può modificare solo un file) Multitraccia (più file)
• Software per file MIDI O a spartito musicale, o controller (suono riprodotto in maniera più vera) o software specifico per strumento (es. chitarra o piano)