IDUL 2009

1. IDUL 2009 RAPPRESENTAZIONE DELLE INFORMAZIONI IN FORMA DIGITALE

2. Decidere orario per esercitazioni (con Doodle) Inizio: settimana del 12 per Bucchiarone; del 19 per Cavulli • Esercitazione per i filosofi (HTML + XML + Semantic Web; docente: Antonio Bucchiarone) http://www.doodle.com/d8u2wxtv4t8ayc93 • Le prime 3 esercitazioni saranno su HTML (il linguaggio di marcatura delle pagine web); si consiglia a qualsiasi studente interessato di frequentarle. • Esercitazioni per studenti di Beni Culturali (Data Base; docente: Fabio Cavulli)http://www.doodle.com/552ng7ssvezvgf8z

3. CONCETTI FONDAMENTALI INTRODOTTI IN QUESTA LEZIONE • Due tipi di informazione: • in forma ANALOGICA (continua) • in forma DISCRETA (o simbolica) • Per rappresentare o comunicare informazione in forma discreta occorre un CODICE • Esempi di codici: DNA, Morse • Esempi di codici digitali: • Per numeri • Per testi • Per immagini • Per suoni

4. Informazione su computer • Un computer deve: • Fare input/output dell’informazione • Usando i dispositivi di input/output • Memorizzare l’informazione • Usando la memoria principale/secondaria • Elaborare l’informazione • Usando il processore

5. Informazione su computer codifica Mondo esterno rappresentazione digitale informazione decodifica Computer: memorizzazione, elaborazione

6. PROBLEMA DELLA RAPPRESENTAZIONE DELL’INFORMAZIONE SU COMPUTER SVILUPPARE CODICI CHE PERMETTANO DI RAPPRESENTARE INFORMAZIONE DI TIPO DISCRETO IN MODO EFFICIENTE SU UN SUPPORTO FISICO RAPPRESENTARE INFORMAZIONE DI TIPO ANALOGICO CON CODICI DISCRETI

7. RAPPRESENTAZIONE ANALOGICA E DISCRETA • Rappresentazione ANALOGICA: una serie di distinzioni CONTINUE, prive in linea di principio di intervalli minimi. • Immagini, suoni, numeri reali (3,14159265…) • Rappresentazione DISCRETA: basata sulla combinazione di elementi minimi chiaramente distinti. • Linguaggio umano (unità minime = morfemi, fonemi) • Rappresentazione DIGITALE: una rappresentazione discreta codificata tramite numeri

8. Misure analogiche e digitali

9. INFORMAZIONE IN FORMA ANALOGICA

10. INFORMAZIONE IN FORMA DISCRETA

11. Esempio: Il codice MORSE -- --- ·-· ··· · (space) -·-· --- -·· · M O R S E (space) C O D E

12. MORSE • Un codice TERNARIO (-, ., spazio) • Codici per i caratteri scelti in modo che i caratteri più frequenti abbiano codici più brevi

13. UN ESEMPIO DI CODICE DISCRETO VISIVO

14. CODICI IN NATURA • In realta’, i codici sono apparsi ben prima degli esseri umani. In natura si trovano molti esempi di codici, i piu’ famosi dei quali sono • Il DNA • Il repertorio di fonemi di un linguaggio(l’ insieme dei suoni che possono codificare differenze di significato)

15. UN CODICE FONDAMENTALE: Il DNA

16. CODICI PER NUMERI • Nel caso dei numeri, la necessita’ di sviluppare un codice limitato non e’ motivata solo da facilita’ di memorizzazione, ma anche dalla necessita’ di usarli per MANIPOLAZIONI SIMBOLICHE

17. DUE CODICI PER I NUMERI • Codice ROMANO: ( I, L, X, C, M, ...) • VII + IV = XI • Codice DECIMALE: (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) • 7 + 4 = 11 • Differenza fondamentale: il codice decimale è un codice POSIZIONALE • 7 = 7x100 • 75 = 7x101 + 5 x100“Sette decine + cinque unità” • I codici posizionali rendono le operazioni aritmetiche molto piu’ semplici

18. Rappresentazione digitale dei numeri • Il codice decimale, benche’ molto comodo, non e’ il codice MINIMO • Per rappresentare informazione sui computer, codice minimo essenziale perché occorre poter rappresentare ogni simbolo diverso in modo FISICO (= con circuiti elettrici) • Il minimo numero di simboli diversi necessari per rappresentare tutti i numeri e’ il codice BINARIO: 0, 1

19. I due simboli (0 e 1) possono essere rappresentati da: Due stati di polarizzazione di una sostanza magnetizzabile Due stati di carica elettrica di una sostanza L’invenzione dei tubi catodici prima, e dei transistor poi, ci ha fornito gli strumenti per rappresentare due stati di carica elettrica Perché la rappresentazione binaria?

20. Rappresentazione digitale = rappresentazione binaria • L’entità minima di informazione che possiamo trovare all’interno di un elaboratore prende il nome di bit • Binary digit – cifra binaria • Un bit può assumere due valori • Rappresentazione binaria • Solo due simboli (0 e 1)

21. NUMERO MAGGIORE DI STATI • Per poter rappresentare un numero maggiore di informazione si usano sequenze di bit • Per esempio, per rappresentare quattro informazioni diverse possiamo utilizzare due bit che ci permettono di ottenere quattro (2 x 2) configurazioni distinte:00 01 10 11

22. QUATTRO STATI DIVERSI • Esempio: un esame può avere quattro possibili esiti: ottimo, discreto, sufficiente, insufficiente • Codifica (due bit): • ottimo con 00 • discreto con 01 • sufficiente con 10 • insufficiente con 11

23. OTTO STATI • Esempio: otto colori: nero, rosso, blu, giallo, verde, viola, grigio, arancione • Codifico (tre bit): • nero con 000 • rossocon 001 • blu con 010 • giallo con 011 • verde con 100 • viola con 101 • grigio con 110 • arancione con 111

24. I numeri in rappresentazione binaria Il principio e’ lo stesso del codice decimale, ma con due soli simboli • 70 = 7x101 + 0 x100 = 64 + 4 + 2 = 1 x26 + 0x25+ 0x24+ 0x23+ 1x22+ 1x21+ 0x20 = 1000110 • 178 = 1x102 + 7x101 + 8x100 = 128 + 32 + 8 + 2 = 1x27+ 0x26 + 1x25+ 0x24+ 1x23+ 0x22+ 1x21+ 0x20 = 10101010

25. BYTE • Esiste una particolare aggregazione di bit che è costituita da 8 bit (28 = 256 informazioni) e prende il nome di byte • Di solito si usano i multipli del byte

26. RAPPRESENTAZIONE DI NUMERI INTERI SU COMPUTER • Tipicamente 4 byte (= 32 bit) oppure 8 byte (= 64 bit)

27. RAPPRESENTAZIONE DIGITALE DI ALTRI TIPI DI INFORMAZIONE • Per molti anni, l’unico tipo di informazione rappresentata sui computer informazione di tipo numerico • Ma lo stesso sistema può venire usato per codificare immagini, suoni, e testi

28. Codifica delle immagini Suddividiamo l’immagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante

29. Codifica delle immagini • Ogni quadratino derivante da tale suddivisione prende il nome di pixel (picture element) e può essere codificato in binario secondo la seguente convenzione: • Il simbolo “0” viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il bianco è predominante • Il simbolo “1” viene utilizzato per la codifica di un pixel corrispondente ad un quadratino in cui il nero è predominante

30. Codifica delle immagini

31. Codifica delle immagini Poiché una sequenza di bit è lineare, è necessario definire convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso l’alto e da sinistra verso destra 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000

32. Codifica delle immagini Non sempre il cortorno della figura coincide con le linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica è un’approssimazione della figura originaria Se riconvertiamo la sequenza di stringhe 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000 in immagine otteniamo

33. Codifica delle immagini La rappresentazione sarà più fedele all’aumentare del numero di pixel, ossia al diminuire delle dimensioni dei quadratini della griglia in cui è suddivisa l’immagine

34. EFFETTO DELLA RISOLUZIONE

35. PIU’ DI DUE COLORI • Se l’immagine è solo in bianco e nero (senza grigi), basterà usare un ‘1’ per i pixel neri, e uno ‘0’ per i pixel bianchi • Se l’immagine ha più di due colori, si faranno corrispondere a gruppi diversi di ‘0’ e ‘1’ sfumature diverse di colore (o di grigio)

36. RAPPRESENTARE COLORI • Così, ad esempio, se si fa corrispondere a ogni pixel un byte (cioè 8 bit), potremo differenziare 256 colori • Al posto della tabella di codifica dei caratteri avremo una tabella di codifica dei colori • Ad es: 00101101 

37. I SUONI

38. CONVERSIONE IN DIGITALE VIA CAMPIONAMENTO

39. SUONO: DALLA RAPPRESENTAZIONE ANALOGICA ALLA RAPPRESENTAZIONE DIGITALE

40. Digitalizzare informazione multimediale • E i filmati?Un filmato non è altro che una successione di fotogrammi (frame) accompagnata da una colonna sonora • Basterà codificare, uno per uno, tutti i fotogrammi (sappiamo come fare: ogni fotogramma è un’immagine)…e codificare la colonna sonora. • Non stupisce che per codificare un breve filmato servano moltissimi bit!

41. La codifica di livello 0 Il testo come sequenza di caratteri dietro le quinte…

42. La codifica di livello 0caratteri e numeri MAESTRO CILIEGIA A carattere 65 codice (decimale) del carattere codifica binaria del codice del carattere 0 1 0 0 0 0 0 1 I computer elaborano internamente solo sequenze di bit (0,1)

43. Numeri e numeri Sistema binario vengono usate due cifre (0 e 1) per rappresentare un numero problema: i numeri binari sono estremamente lunghi Sistema esadecimale ogni numero è rappresentato con 16 cifre (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F) i numeri sono più corti di quelli binari e di quelli decimali. estrema facilità di conversione tra binario ed esadecimale: in una sequenza binaria, ogni stringa di 4 bit corrisponde ad una cifra esadecimale. 0110 1111 0110 numero binario (6) (15) (6) 6     F     6 numero esadecimale X 10 rappresentazione di un numero numero A 1010

44. Rappresentare i caratteri Quali caratteri scegliere? un insieme di caratteri (es. “A”, “a”, “!”, “à”, “§”, ecc.) i caratteri sono entità astratte, da non confondersi con il modo in cui sono realizzati tipograficamente (glifi) Uno stesso carattere può variare nella resa grafica in varie dimensioni: Serie (o font): AGKpqt, AGKpqt, AGKpqt, … Peso: AGKpqt, AGKpqt Inclinazione: AGKpqt, AGKpqt Punti: AGKpqt, AGKpqt, AGKpqt, AGKpqt Altri effetti: AGKpqt, AGKpqt, AGKpqt, AGKpqt, AGKpqt

45. Come rappresentare i caratteri? Caratteristiche distintive e non distintive Differenza tra MAIUSCOLE e minuscole in tedesco “Blau” (nome) vs “blau” (agg.), in Windows: (“Prova.txt, PROVA.TXT, prova.txt” sono lo stesso file); non così in Unix/Linux. La stessa realizzazione grafica può corrispondere a caratteri diversi (es. “A” latina e “A” cirillica e “A” greca)

46. Come rappresentare i caratteri nel computer? Come creare la corrispondenza? (il codice) una tabella che definisce una corrispondenza biunivoca (1-a-1) tra un repertorio di caratteri e un insieme di numeri interi non negativi a ogni carattere è assegnato un codice numerico (punto di codice / code position) Come codificare il carattere? algoritmo che determina come i codici dei caratteri vadano rappresentati in sequenze di bit (byte). Il problema è reso non banale dalla necessità di separare i caratteri: 43456 = (4)(34)(56) (4)(3)(4)(56)

47. Il codice ASCII(American Standard Code for Information Interchange) Primo standard per l’assegnazione di codici a caratteri (dal 1963) set di caratteri riconosciuto da tutti i computer conosciuto come “ASCII Standard” o ISO-646 Codifica 7 bit ciascun punto di codice è rappresentato con il numero binario corrispondente di 7 bit in realtà 1 byte = 8 bit di cui un bit non è usato per la codifica (bit di parità) 7 bit = 27 punti di codice = 128 caratteri rappresentati Sufficiente per rappresentare l’inglese mancano i caratteri accentati, umlaut, ecc. per rappresentare altri alfabeti occidentali

48. ASCII Standarddecimale ed esadecimale

49. ASCII: Caratteri stampabili e di controllo • I primi 32 caratteri dell’ASCII sono caratteri funzionali (non necessariamente stampabili) Cf. www.cs.tut.fi/~jkorpela/chars/c0.html

50. Caratteri di controllo Si ottengono premendo una lettera mentre si tiene premuto il tasto Cntl. A volte “Control” viene scritto “^” o “Ctrl-” (“Control-A” = “Ctrl-A” = “^A”) Compiono funzioni specifiche ai vari programmi. Corrispondono al carattere non stampabile che nell’ASCII si trova 64 posizioni indietro rispetto al codice della lettera maiuscola premuta insieme con Ctrl. Esempio: “G” = ASCII 71 “Control-G” = 71-64 = 7 = codice BELL (rappresentato dal suono beep del computer) Cf. http://it.wikipedia.org/wiki/Carattere_di_controllo ASCII è completato da uno standard per la interpretazione dei caratteri di controllo, (ANSI X3; per approfondimenti vedi http://www.inwap.com/pdp10/ansicode.txt )