Sintesi teorica: Appunti di Abilità Informatiche

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In informatica è essenziale comprendere il concetto di informazione digitale. Il termine deriva dall'inglese digit (cifra, numero) ed indica un'evoluzione del concetto di informazione intesa come qualunque notizia, racconto, comunicazione scritta o orale. Diciamo intanto che tipi diversi di informazione portano sempre a una scelta tra alternative. L'informazione digitale si basa sulla codifica binaria, quella che utilizza 2 cifre, 0 e 1. Il bit rappresenta la quantità di informazione fornita dalla scelta tra 2 alternative diverse.

Il nostro sistema numerico, ad esempio, è un sistema decimale, basato su 10 cifre; il sistema numerico digitale, invece, è un sistema binario, basato su 2 cifre. È possibile tuttavia effettuare delle operazioni di conversione che ci permettono di trasformare un numero binario in decimale, e viceversa (anche per altri sistemi).

Esempi di conversione

1457 (base 10) = 1x10³ + 4x10² + 5x10¹ + 7x10⁰ = 1000 + 400 + 50 + 7 = 1457 (base 10)
1101 (base 2) = 1x2³ + 1x2² + 0x2¹ + 1x2⁰ = 8 + 4 + 0 + 1 = 13 (base 10) (conversione 2 – 10)

La conversione da base 10 a base 2, invece, si effettua utilizzando un semplice algoritmo di conversione. Si divide continuamente il numero digitale per 2 e si contano i resti dal basso in alto fino ad arrivare a 1.

Esempio: 13 (base 10) = 13 : 2 = 6 (resto 1) = 6 : 2 = 3 (resto 0) = 3 : 2 = 1 (resto 1) = 1 : 2 = 0 (resto 1) = 1101 (base 2) (conversione 10 – 2)

Informazione analogica e digitale

La differenza tra l'informazione analogica e quella digitale sta nel fatto che la prima è un'informazione continua mentre la seconda è una discreta di determinate grandezze.

Esempio: tempo – orologio analogico = quadrante, lancette... digitale = numeri

Digitalizzazione

La digitalizzazione è quel processo di conversione dell'informazione analogica in digitale al fine di migliorare la qualità e la precisione dell'informazione. È necessario però per fare ciò che la grandezza sia codificabile attraverso un numero di bit e un valore massimo e minimo. Ciò è detto quantizzazione. La misura del valore di un segnale analogico in diversi istanti di tempo è detto campionamento, che si basa su una frequenza.

Codifica dell'informazione

Codifica di un testo

Basta pensare che un testo non è altro che una successione di lettere, e che queste lettere (o simboli) possono essere rappresentati in numeri. Una tabella di questo tipo viene detta tabella di codifica dei caratteri. La codifica di riferimento si basa sul codice ASCII (American Standard Code Information Interchange). La tabella di caratteri più usata è la Iso Latin 1, con 256 caratteri. I caratteri qui vengono espressi attraverso 8 cifre binarie, quindi 8 bit. Per convenzione una parola lunga 8 bit viene chiamata byte.

Codifica di un'immagine

Quando guardiamo una fotografia digitale o la TV, notiamo che se ci avviciniamo allo schermo un'immagine nitida sgrana in tanti piccoli puntini luminosi: sono i pixel, l'unità base dell'immagine digitale. Questi puntini, diversi per colore e luminosità, vanno rappresentati in numeri. Per fare ciò utilizziamo un'altra tabella di conversione, dove ad ogni numero corrisponde un valore specifico. La quantità di bit spesi per rappresentare un singolo pixel si definisce profondità dell'immagine.

Il numero di colori distinti che possono essere rappresentati da un pixel dipende dal numero di bit per pixel (bpp). Valori comuni sono: 8 bpp (256 colori); 16 bpp (65.536 colori). Il numero di pixel presenti in un'immagine determina la qualità dell'immagine. Essa si esprime in ppi. La risoluzione indica il grado di qualità di un'immagine. Essa si misura in dpi.

Codifica audio

In questo caso la conversione si basa su un processo di segmentazione dell'onda sonora. Il miglior modo per rappresentare un'onda è attraverso una funzione. Poi essa viene scomposta in regioni abbastanza piccole da poter essere considerate punti sul piano cartesiano. La successione di questi valori (attraverso una frequenza) ci fornisce la rappresentazione numerica e quindi la digitalizzazione dell'onda sonora.

Codifica video

I filmati sono immagini in movimento con audio incorporato: il numero di bit impiegati nell'operazione aumenta considerevolmente in quanto bisogna tener conto della lunghezza del filmato, della risoluzione, dei colori, dei fps e della qualità del sonoro.

Compressione dati

Con il termine compressione dati indichiamo quella tecnica di elaborazione dati che, per mezzo di algoritmi, permette di ridurre la quantità di bit necessari alla rappresentazione digitale dell'informazione. Senza di essa non potremmo avere spazio sufficiente sul computer. Esistono 2 tecniche di compressione dati:

• Compressione dati lossy = con perdita d'informazione (Jpeg, Mp3, Divx)
• Compressione dati lossless = senza perdita d'informazione, consente di preservare l'informazione in ogni sua parte; è l'unica via possibile quando si devono comprimere documenti, programmi... (Zip, Rar)

Immagini computerizzate

Le immagini computerizzate si trovano in diversi formati (Jpeg, Bmp, Gif), ma possiamo suddividerle in 2 gruppi:

• Immagini bitmap = sono quelle immagini basate su programmi che utilizzano una griglia di pixel per la rappresentazione, anziché oggetti o forme. Se ingrandite perdono molto di qualità.
• Immagini vettoriali = sono quelle immagini basate su programmi che utilizzano linee o curve definite da entità chiamate vettori; esse sono indipendenti dalla risoluzione e non perdono di precisione.

Il computer

Il protagonista dell'informatica è il computer. Esso è una macchina calcolatrice in grado di eseguire automaticamente diverse sequenze di operazioni logico-aritmetiche. Il computer nasce a partire dal 1937, quando lo studioso Turing elabora il primo modello di calcolo; la macchina invece verrà perfezionata da Von Neumann nel 1945. Oggi i computer sono enormemente potenti rispetto al passato e non si basano solo sul calcolo, ma anche sull'elaborazione di dati enormi e di diversa natura (audio, video...).

Categorie di computer

I computer possono essere divisi secondo alcune categorie generali:

• General purpose = riprogrammabili per diverse applicazioni
• Special purpose = dedicati ad un'applicazione specifica
• Mainframe = sono i primi computer degli anni 40', enormi e dispendiosi, la comunicazione avveniva attraverso l'utilizzo di schede perforate
• Minicomputer = nascono negli anni 60', grandi quanto un armadio e utilizzati da aziende
• Microcomputer = nascono negli anni 70', quando venne introdotto il primo microprocessore