Informatica: Codifica informazione; Processore; Memorie; Dispositivi IO; Sistema Operativo

Codifica dell'informazione

Codifica: passaggio dal "mondo reale" al supporto fisico.

Decodifica: passaggio dal supporto fisico al "mondo reale".

Informazioni sui bit

1 byte = 8 bit

• 1 bit: 2 informazioni (0,1)
• 2 bit: 4 informazioni (00,01,10,11)
• 3 bit: 8 informazioni (000,001,010,100,011,101,110,111)

Range di valori rappresentabili su tot di bit: da 0 a (2ⁿ bit -1)

• 1 bit: da 0 a (2¹ – 1) = da 0 a 1
• 2 bit: da 0 a (2² – 1) = da 0 a 3
• 3 bit: da 0 a (2³ – 1) = da 0 a 7

Overflow: quando il risultato non è rappresentabile dal numero di bit disponibili.

Codifica di numeri e caratteri

Codifica di numeri naturali: si usano successioni di 32 bit

Codice ASCII o Codifica ASCII: (anni '60) stabilisce le regole di codifica per lo scambio di informazioni fra vari dispositivi.

• Codice ASCII (codifica su 7 bit)
• Codice ASCII esteso (codifica su 8 bit) [aggiunta di uno 0 alla fine, per garantirne la compatibilità]
• Codifica UNICODE (codifica su 16 bit)

A – a = 32 per passare da "A" a "a" o viceversa, devo aggiungere/sottrarre 32.

Informazione analogica e digitale

Informazione analogica: è un'informazione che può assumere qualunque configurazione; perciò risulta impossibile distinguere il rumore del segnale.

Informazione digitale: l'informazione digitale può assumere solo 2 stati (0 e 1).

Codifica digitale:

• Vantaggi: si capisce su quale configurazione è intervenuto un errore
• Svantaggi: per unità di tempo, trasporta molta meno informazione [problema ormai bypassato dalla velocità dei processori]

Tv analogica: a volte si vede a righine
Tv digitale: non è possibile "si vede male", o si vede o non si vede

Processo di discretizzazione

Discretizzazione: passare da una "cosa" continua a una discreta.

Campionamento: processo che consiste nell'andare a prendere la grandezza fisica solo a certi istanti temporali.

Intervalli di campionamento

Istante di campionamento: momento in cui viene effettuata la rilevazione. Più sono piccoli e meno informazione viene perduta; ovviamente non posso andare all'infinito...

Quantizzazione: tiro delle righe e divido l'andamento della grandezza fisica in fasce. Come nel campionamento, anche discretizzando con la quantizzazione posso perdere informazioni.

Informazione pesante: se richiede tanti bit per essere memorizzata.

Sento meglio le variazioni delle basse frequenze: infatti qui le fasce di quantizzazione sono più strette (con più bit). [Alte frequenze: gli intervalli aumentano, tanto rilevo peggio le variazioni]

Suono: varia con continuità nel tempo [discretizzo nel tempo]
Immagini: variano con continuità nel tempo e nello spazio [discretizzo nel tempo e nello spazio, cioè tiro righe sia orizzontali che verticali, cioè divido l'immagine in pixel]

Formati per memorizzare immagini

2 blocchi di informazione:

• Testa o header: contiene dati per interpretare l'immagine; fra cui:
  • Dove tagliare l'immagine
  • Dimensione spaziale dell'immagine (= numero di righe e di colonne)
  • Numero di bit per pixel (maggior numero di pixel: migliore risoluzione)
• L'immagine vera e propria (in bit)

2 modi di rappresentare le immagini:

• Immagini vettoriali: immagini descritte mediante un insieme di elementi grafici (punti, linee, archi, poligoni, ...).
• Immagini bitmap: immagini descritte attraverso funzioni matematiche.
• 8 bit per ogni RGB, 8 per trasparenze → 4 bit per ogni pixel
• Indice a una tavolozza di colori = rettangolo con vari colori, ognuno ha il suo codice; i bit dietro ogni pixel contengono la codifica del colore

Proprietà codifica delle immagini:

• Risoluzione: numero di pixel per unità di superficie (più sono, più dettagli ho)
• Profondità: (del colore) numero di bit per ogni pixel (più sono, più colori posso fare) [dipende dal formato]

Algoritmi di compressione dati

Ridurre le dimensioni del file. [zip]

• Algoritmi di compressione lossless: "senza perdita"; quando decomprimo l'informazione, è uguale all'originale.
• Algoritmi di compressione lossy: "con perdita di informazione"; quando decomprimo, l'informazione è diversa da quella iniziale. Esempi: mp3, jpeg → eliminano quello che non vediamo / sentiamo

Istruzioni e processore

Istruzioni aritmetico – logiche: + - * /

Istruzioni logiche: AND, OR, NOT

Istruzioni di controllo: istruzioni che alterano l'esecuzione sequenziale. Se "sì", fa una cosa; se "no", ne fa un'altra.

Il processore

Processore o CPU: interpreta ed esegue successioni di istruzioni, scritte in linguaggio macchina.

Dati e istruzioni sono memorizzati nella RAM; vengono recuperati in base alla loro posizione; le istruzioni vengono eseguite in modo sequenziale.

Fasi di esecuzione

• Fase di fetch: RAM → bus → processore
• Fase di decode: la CU decodifica
• Fase di execute: la ALU esegue (l'unica fase a tempo variabile)

CPU = data path + CU

• Coordina le operazioni di tutto il processore
• Regola il flusso di dati + indica quali registri devono essere collegati agli ingressi e all'uscita della ALU
• Invia alla ALU il codice dell'operazione da eseguire
• Riceve il feedback finale dalla ALU

Si occupa dell'effettiva elaborazione dei dati.

ALU registri (1 o più): il "foglio di lavoro" della ALU: R01, R02, R03, ...

IR (Instruction Register): Contiene l'informazione che la CU deve codificare, per poi essere eseguita.

PC (Program Counter): Un "segnalibro", sa qual è la successiva operazione da eseguire; l'istruzione è contenuta nell'indirizzo della cella della RAM.

PSW (Process Status Word): Contiene il feedback inviato dalla ALU alla CU per segnalare l'indirizzo di memoria in cui è presente l'informazione.