Informatica

Dato: elemento direttamente presente alla conoscenza. Non ha bisogno di essere

spiegato

Informazione: rappresenta il dato all’interno di un contesto in modo da definirne un

significato

Hardware: Struttura fisica

Sofware: Livello logico, insieme delle istruzioni

Computer: Elaboratore Elettronico Digitale; Rappresenta ed elabora dati in base ad una serie

di istruzioni. Utilizza componenti elettronici per elaborare le informazioni; Le informaz sono

rappresentate mediante I due simboli (digit) della numerazione binaria

Il sistema operativo: gestisce l’hardware.

I programmi applicativi svolgono le operazioni

Immagazzinamento e trasferimenti dei dati

Il dato è “portato da”o “trasmesso su”o “memorizzato in”o “contenuto in un supporto

fisico. Il dato richiede un supporto fisico, ma non coincide con esso

Un supporto che non può avere diverse configurazioni non può immagazzinare o

trasferire dati

Codifica: l’operazione con cui il dato viene scritto su un supporto fisico

Decodifica: l’operazione con cui il dato viene letto da un supporto fisico

BIT: elemento atomico (binario) che codifica un dato corrispondente ai valori logici

“Falso” o “ Vero ” : può essere rappresentato da un dispositivo che assume due stati

BYTE: combinazione di 8 bit. Può rappresentare un carattere(lettera, numero o simbolo

tipografico) tra 2*2*...*2 =28 = 256 diversi

Codifica binaria

Alfabeto: 2 simboli: {0, 1}, {off, on}

Quanti oggetti posso codificare con k bit? 1 bit ? (0, 1) ? 2 oggetti

2 bit ? (00, 01, 10, 11) ? 4 oggetti

3 bit ? (000, 001, 010, …, 111) ? 8 oggetti

k bit (...) 2k oggetti

Quanti bit mi servono per codificare N oggetti? – N ≤ 2K K ≥ log2N K = ⌈log2 N⌉

ASCII: (American Standard Code for Information Interchange Extended): Alt + numero

decimale (nel tastierino num.)

I caratteri evidenziati nella cornice possono risultare differenti a seconda dell’applicaz

software utilizzata.

Diffuse codifiche più estese (es. UNICODE) per rappresentare anche le lingue orientali

Gli elaboratori elettronici: hanno natura discreta, ovvero ogni grandezza in gioco può essere

rappresentata solo da un num finito di elementi. Per essere elaborati da un calcolatore dei

segnali analogici (intrinsecamente continui) quali suoni, immagini, video ecc., devono essere

“discretizzati (digitalizzati)” attraverso operazioni di campionamento e quantizzazione

(conversione analogicodigitale).

Campionamento: Frequenza di campionamento: misurata in hertz (Hz)

Il segnale continuo viene misurato (“campionato”) ad intervalli di tempo regolari t (t =

intervallo di campionamento).

Il segnale risultante è un insieme finito di punti equidistanti nel tempo. Tuttavia le ampiezze

devono essere ancora approssimate ad intervalli discreti, ovvero quantizzate.

Si noti che campionamento e quantizzazione comportano una perdita di informaz. Il segnale

analogico originale non può essere recuperato esattamente

Quantizzazione: Risoluzione = numero di bit utilizzati per la quantizzazione suddivide l’intervallo

valori del segnale

in n. sotto intervalli che vengono poi codificati in binario.

Campionamento e quantizzazione nello spazio codifica bitmap (raster): Le immagini

Ogni valore del segnale campionato viene approssimato al più vicino valore discreto

digitali non hanno struttura continua ma sono costituite da un num. finito di componenti

Più sotto intervalli si utilizzano, più l’approssimazione sarà precisa, ma occorre impiegare un maggi

monocromatiche (pixel) prodotte dal campionamento dell’immagine reale. I pixel assumono

numero di bit N

valori finiti di intensità luminosa che dipendono dal num. di bit: con N bit, ci sono 2 valori

distinti. Per es. nella codifica base RGB si codificano i 3 colori primari con 8 bit per colore per

pixel

iPhone3GS (2009) 3.2 Mpixel

iPhone6s (2015) 12 Mpixel iPhone6s (2015) 12 Mpixel

iPhone4(2010) 5 Mpixel iPhone7 (2016) 12 Mpixel iPhone7 (2016) 12 Mpixel

iPhone4s (2011) 8 Mpixel iPhone8 (2017) 12 Mpixel iPhone8 (2017) 12 Mpixel

iPhone5(2012) 8 Mpixel iPhone X (2017) 12 Mpixel iPhone X (2017) 12 Mpixel

iPhone6(2014) 8 Mpixel

La codifica vettoriale delle immagini: Nella grafica vettoriale l’immagine viene codificata

con l’indicazione della forma geometrica dei singoli oggetti che la compongono

Gli oggetti si possono ingrandire, rimpicciolire, ruotare, ridimensionare, colorare (bordi e

contenuto), estrarre o inserire senza nessuna perdita di qualità.

Gli oggetti possono essere messi uno sull’altro, eventualmente quello sopra può nascondere

quello sotto, che comunque non viene permanentemente cancellato.

Il frame rate: I video vengono codificati come sequenze di immagini

La frequenza con cui vengono campionate le immagini viene chiamata frame rate che deve

essere abbastanza alto affinché l’occhio umano non percepisca il passaggio da un

fotogramma all’altro (almeno 30 frame/s)

Il bit rate: velocità di cifra è misurata in bit/s. Il prodotto della frequenza di campionamento

(campioni/s) e della risoluzione (bit/campione) fornisce la velocità di cifra, ovvero il numero

di bit emessi nell’unità di tempo.

Es: Audio CD è 2 x 44100 x 16 = 1441200 bit/s ≈ 1.4 Mbit/s – Frequenza di campionamento

= 44.1 kHz – Risoluzione = 16 bit/canale – 2 canali (stereo)

segnale digitale è più semplice rilevare errori, la trasmissione digitale consente di

trasmettere una maggior quantità di dati all'interno della stessa banda.

Fedeltà e bit rate: La fedeltà aumenta all’aumentare all’aumentare del bit rate. E’ opportuno

ridurre il bit rate cercando di limitare al minimo l’impatto sulla qualità del segnale

La riduzione del bit rate: compressione del segnale

Compressione = Riduzione della quantità di dati per trasmettere la stessa informaz, viene

realizzata dal compressore o codificatore (coder)

Decompressione: per ottenere l’informazione originaria. La decompressione è effettuata

dal decompressore o decodificatore (decoder)

Codec: Spesso coder e decoder sono raggruppati in un unico dispositivo

Fattore di compressione Il rapporto tra la quantità di bit da inviare senza e con

compressione è denominato

Pro e contro della compressione

Vantaggi: Aumento della capacità effettiva dei supporti di memorizzazione (più brani audio

in un lettore MP3, più filmati in un hard disk,...); Miniaturizzazione dei dispositivi di

riproduzione , Aumento della qualità del segnale a parità di banda disponibile sul canale

trasmissivo

Svantaggi: Peggioramento della qualità all’aumentare del fattore di compressione

Ritardo nella riproduzione

La fedeltà della riproduzione con compressione

Codifiche lossless: La sequenza di bit ottenuta del decoder è identica bit per bit a quella originale

Il fattore di compressione è tipicamente minore di 2:1

Codifica immagini

Codifiche lossy: La fedeltà al segnale originale non è perfetta, la qualità del segnale a del decode

Formato GIF: Il formato supporta fino a 8 bit per pixel. Il numero di colori `e limitato a 256

peggiora

Poco adatto per immagini fotografiche a colori. È adatto ad immagini geometriche, loghi con

all’aumentare del fattore di compressione

zone di colore omogeneo.

Grado di compressione tipico = 50%

Il logo e l’immagine dell’Italia sono GIF

L’immagine dell’Italia `e 125x160 px e pesa 6390 byte, ovvero circa 2.5 bit/pixel

Formato JPEG: Diminuisce la qualità della visualizzazione, ma utilizza tutta la gamma di

colori RGB

E’ adatto ad immagini di tipo fotografico con variaz graduali del colore

Non `e adatto per immagini geometriche o con variaz nette del colore (meglio TIFF o GIF o

PNG)

E’ lossy perché comporta una perdita di risoluzione

Non è adatto per immagini che devono essere editate più volte, perché ogni operazione di

decompressione ricompressione introduce degradazioni

Grado di compressione tipico = 90%

Compressione dati (lossless)

Compressione statistica: si associano codifiche più brevi a simboli più frequenti, per

ridurre la lunghezza media (es. codifica Huffman)

Compressione basata su sostituzione: Una sequenza di simboli uguali viene sostituita da

un solo simbolo ed il numero di ripetizioni (es. RLE – Run Length Encoding)

Successioni di simboli ripetute vengono sostituite da un solo simbolo (es. LZ-Lempel Ziv)

Compressione audio: si sfrutta la ridondanza percettiva (psicoacustica), cioè l’incapacità

dell’orecchio di percepire alcune componenti sonore in certe situaz, che quindi non vengono

codificate (es. MP3)

Compressione video: si sfrutta la sostanziale stabilità di buona parte dei fotogrammi, per

cui vengono codificate solo le differenze (es. MPEG)

Il prezzo per bit Prezzo per kbit (SMS) 0.20/1.28 = 0.156 €/kbit

• 20 €cent/SMS • 20 €cent/min • 4 €/GB Prezzo per kbit (voce) 0.20/960 = 0.0002 €/kbit

1 SMS = 160 byte =1280 bit 1 minuto = 16*60 kbit = 960 kbit

Prezzo per kbit (dati) 4/80^6 = 0.0000005 €/kb

Componenti di un computer

Hardware: insieme dei componenti materiali (CPU, memoria, dispositividiI/O).

Sistema Operativo: software di base che controlla e coordina l’uso dell’hardware tra le

varie applicazioni dei vari utenti (e.g., Windows,Mac OS, iOS,Android)

Programmi applicativi: software che utilizza le risorse del sistema per specifiche

applicazioni (compilatori, database, video game, programmi di gestione)

Evoluzione dei computer: generazione

- Prima (anni ‘50) • Tecnologia a valvole • Bassa affidabilità • Elevati consumi energetici

• Linguaggio macchina

- Seconda (anni ‘60) • Tecnologia a transistor • Affidabilità più elevata • Consumi minori

- Terza (anni ‘70) • Tecnologiaa circuiti integrati • Linguaggidi programmazione di alto

livello

- Quarta (anni ‘80) • Personal computer • Compattezza • Costi ridotti • Calore ridotto •

Aumento applicaz

- Quinta(giorni nostri) • Dimensioni ridotte • Consumi molto bassi • Connettività di rete

elevata • Interfacce user-friendly

Linee di tendenza - Aumento della connettività di rete

- Miniaturizzazione - Miglioramento dell’usabilità dell’interfaccia

- Aumento della potenza di calcolo d’utente

Macchina di von N