Informatica - codifica riassunto dettagliato e chiaro PDF

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Riassunto dettagliato diviso per argomenti, scritto in maniera chiara e illustrato con foto per renderlo più chiaro e meno confusionario....

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CODIFICA ●

Segnali analogici - insieme continuo di valori, trasmettono molte informazioni - sensibili alle interferenze. esempio -> Variatore di luminosità ● Segnali digitali - insieme discreto di valori, ad esempio due stati; - semplici da distinguere esempio -> interruttore on/off ❏ Vantaggi del digitale - semplice; - non ambiguo (non sensibile alle interferenze); - riproducibile senza errori. ● Il Bit ( binary digit = cifra binaria) Segnale binario: segnale discreto su due valori. Elemento di base per rappresentare le informazioni 0 (spento)/1(acceso); è semplice e può rappresentare quasi ogni informazione. Il bit si realizza con: - presenza/assenza di carica elettrica; - direzione di magnetizzazione; - presenza/assenza di corrente; - passaggio/non passaggio di luce. Il bit può assumere due valori, quindi con un bit possiamo rappresentare 2 informazioni: si/no, on/off, su/giù associando a 0=no/1=sì, 0=off/1=on, 0=giù/1=su. Anche per un questionario vero falso possiamo usare il bit -> 0=falso/1=vero. E possibile combinare più bit, 2 bit equivalgono a 4 informazioni: esempio -> 00, 01, 10, 11 equivalgono insufficiente, sufficiente, buono, ottimo. Con 1 bit si rappresentano 2 informazioni (2 elevato alla prima); Con 2 bit si rappresentano 4 informazioni ( 2 elevato alla seconda= 4); Con 3 bit si rappresentano 8 informazioni (2 elevato alla terza= 8); Con N bit posso rappresentare 2 elevata alla N informazioni. + Ricordare che 2 elevato alla 0 fa 1, 2 alla 1 equivale a 2 e così via. + Se noi avessimo K informazioni dobbiamo capire quanti bit ci servono per poterle rappresentare, la legge ci consente di utilizzare una N, cioè un numero di bit N, in modo che 2 elevato a N sia maggiore o uguale a K ● Se è uguale a K, ogni combinazione di bit ha un’informazione corrispondente; ● Se è maggiore a K, alcune combinazioni di bit non corrispondono a informazioni. esempio -> se vogliamo rappresentare 61 informazioni diverse, noi dobbiamo utilizzare un N grande tale per cui, la legge definita prima, 2 elevato alla N sia maggiore o uguale a 61. Se prendessimo 5 bit arriveremo a 32 e non è sufficiente, infatti occorrono 6 bit per raggiungere 64, numero maggiore di 61. 64 combinazioni di cui ne utilizzeremo solo 61 per codificare le informazioni che voglio rappresentare. ❏ Il Byte Al gruppo di 8 bit è stato attribuito la definizione di un byte -> 8 bit = 2 elevato alla 8 = 256 informazioni diverse Il byte viene utilizzato come unità di misura per esprimere la capacità della memoria, della potenza di un calcolatore, la velocità di trasmissione di linea. Di seguito vedremo delle tabelle per capire quando misurano un byte e un bit.

Sapendo tutto questo noi vedremo come in un calcolatore, utilizzando sequenze di bit, siamo in grado di rappresentare: ● Numeri: - interi positivi; - interi negativi; ● Testi; ● Immagini; - in bianco e nero; - a toni grigio; - a colori; ● Filmati; ● Suoni. Innanzitutto bisogna distinguere numerale: concetto che rappresenta una qualità; numerale: simbolo che rappresenta una quantità. esempio -> 6, sei, VI sono numeri che rappresentano lo stesso numero. ❏ IL SISTEMA DI NUMERAZIONE DECIMALE La base del sistema decimale è di 10 perché abbiamo 10 cifre distinte che vanno da 0 a 9. Si ipotizza di avere il numerale 2 4 5; si prende singolarmente ogni cifra e a seconda della posizione che essa occupa all’interno del numerale, la sua moltiplica per 10 elevato alla posizione che la cifra occupa. esempio -> 2 volte 10 elevato alla 2, 4 volte 10 elevato alla 1, 5 volte 10 elevato alla 0. (5 è in posizione 0, 4 è in posizione 1 e 2 è in posizione 2). Questo modo di interpretare il numerale si basa sulla notazione posizionale cioè la posizione di una cifra in un numerale indica il suo peso in potenza di 10. I pesi sono: ➔ unità = 10 elevato alla 0 = 1 (posizione 0); ➔ decine = 10 elevato alla 1 = 10 (posizione 1); ➔ centinaia = 10 elevato alla 2 = 100 (posizione 2); ➔ migliaia =10 elevato alla 3 = 1000 (posizione 3) ecc.. Il numerale 3704 in notazione decimale rappresenta la quantità: 3x10 alla 3+7x10 alla 2+0x10 alla 1+4x10 alla 0 = 3000+700+0+4 = 3704 (numero) ❏ IL SISTEMA DI NUMERAZIONE BINARIA La base del sistema binario è di 2 cifre che possono essere 0,1. Si ipotizza di avere un numerale 1 0 1. esempio -> 1 volta 2 elevato alla 2 (perchè è il primo 1 in posizione destra), 0 volte 2 elevato alla 1, 1 volta 2 elevato alla 0. Questo modo di interpretare il numerale si basa sulla notazione posizionale cioè la posizione di una cifra in un numerale indica il suo peso in potenza di 2. I pesi sono: ➔ 2 elevato alla 0 = 1 (posizione 0); ➔ 2 elevato alla 1 = 2 (posizione 1); ➔ 2 elevato alla 2 = 4 (posizione 2); ➔ 2 elevato alla 3 = 8 (posizione 3) ecc.. Il numerale 10010011 in base 2 in notazione binaria rappresenta la quantità: 10010011 in base 2 (numerale) = 1x2 alla 7+0x2 alla 6+0x2 alla 5+1x2 alla 4+0x2 alla 3+0x2 alla 2+1x2 alla 1+1x2 alla 0 = 128+0+0+16+0+0+2+1 = 147 (numero).

● Massimo numero rappresentabile: Il numero più grande esprimibile con un dato numero di cifre non coincide con il numero di informazioni rappresentabili! Per esempio, con due cifre decimali rappresenta 100 numeri (massimo numero rappresentabile), ma il numero più grande è 99 su base 10. Numeri a 2 cifre: ● Sistema decimale: - 100 (10 alla 2) numeri diversi; - da 0 in base 10 a 99 base 10, cioè da 0 a 10 alla 2-1; - massimo numero rappresentabile: 10 alla 2-1 ● Sistema binario: - 4 (2 alla 2) numeri diversi; - da 0 in base 2 a 11 in base 2, cioè da 0 a 2 alla 2-1; - massimo numero rappresentabile: 2 alla 2-1 ● Numeri a N cifre: - Sistema decimale: + 10 alla N numeri diversi + massimo numero rappresentabile: 10 alla N-1 - Sistema binario: + 2 alla N numeri diversi; + massimo numero rappresentabile: 2 alla N-1 ❏ Rappresentazione dei caratteri Per rappresentare i caratteri, occorre stabilire una convenzione per la corrispondenza tra configurazione di un bit e carattere -> codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) ● Codice ASCII Usa i 7 bit meno significativi di un byte (2 alla 7 = 128 diversi caratteri rappresentabili) Rappresenta le lettere dell’alfabeto anglosassone maiuscole e minuscole, le cifre, i segni di punteggiatura. Nel codice ASCII le lettere maiuscole hanno associato un codice più piccolo delle lettere minuscole. Di conseguenza, se chiediamo a un computer di ordinare alfabeticamente le parole “abete” e “Zacinto”, le metterà: 1. Zacinto; 2. abete. Problema: insufficiente per rappresentare i comuni segni diacritici (lettere accentate) Soluzione: codice ASCII esteso esempio -> codifica della parola casa: c = 01100011 a = 01100001 s = 01110011 a = 01100001 A partire da una sequenza di bit in codice ASCII, si vuole conoscere la rappresentazione in caratteri : 011010010110110… Si divide la sequenza in gruppi di 8 bit (ogni gruppo è un byte) N.B: Le cifre da 0 a 9 rappresentate in ASCII sono caratteri (simboli) e non quantità numeriche, quindi: - Non possono essere utilizzate per rappresentare quantità da utilizzare in calcoli aritmetici; - Non è così strano: tutti i giorni usiamo i numeri telefonici, che sono sequenze di simboli, con essi non facciamo calcoli aritmetici. Di conseguenza, se chiediamo al computer di ordinare alfabeticamente le stringhe 3 e 20431 , le metterà in

quest'ordine: 1. 20431; 2. 3. Problema: 256 caratteri dell ASCII esteso sono insufficienti per alcuni sistemi di scrittura ( cinese o giapponese). Quindi non esiste un unico ASCII esteso, ma uno diverso per ogni lingua punto è problematico rappresentare testi complessi, che comprendono sistemi di scrittura diversi. Soluzione: definire uno standard che utilizzi più bit è comprenda tutti i sistema di scrittura Unicode e ISO/IEC 10646 ❏ UNICODE E ISO/IEC 10646 Due standard equivalenti coprono tutti i sistemi di scrittura e le lingue del mondo. Utilizzati fino a 4 byte per ogni carattere: ➔ 8x4 bit = 32 bit per ogni carattere; ➔ 2 alla 32 (4 miliardi) possibili caratteri. Attualmente rappresentati oltre 98000 caratteri, i caratteri sono raggruppati in blocchi. ❏ UTF (Unicode Transformation Format) definisce come codificare il numero di un carattere Unicode come sequenza di bit; ● UTF-8 alcuni caratteri codificati con 8 bit, altri con 16; compatibile con ASCII: i caratteri codificati con 8 bit coincidono con i caratteri ASCII; quindi la più usata per e-mail e pagine web. ● UTF-16 alcuni caratteri codificati con 16 bit, altri con 32; usata interamente da Windows. ❏ Codifica delle immagini Vi sono varie tecniche utilizzate per memorizzare in modo digitale un'immagine, e poi elaborarla. Per semplificare, immaginiamo di dover codificare un'immagine in bianco e nero.

Ogni quadrato derivante da tale suddivisione viene chiamato pixel e può essere codificate in binario con la convenzione che: 0 rappresenta pixel bianco (blu nella foto) e 1 rappresenta pixel nero. Problema: per avere una sequenza di bit, in quale ordine leggere i pixel? Occorre una convenzione: qui assumiamo da sinistra a destra e dal basso verso l'alto. Non sempre il contorno della figura coincide con le linee della griglia: digitalizzando l'immagine se ha sempre un'approssimazione dell'immagine stessa. Come avere un'immagine più fedele? Aumentiamo la risoluzione, cioè il numero di pixel e rimpiccioliamo i quadratini della griglia di campionamento. La rappresentazione di un'immagine mediante la codifica dei pixel viene chiamata codifica bitmap. Con un solo bit per pixel si possono codificare solo due colori tipicamente bianco e nero. Per codificare più

informazioni, dobbiamo usare più bit. Ad esempio -> tonalità di grigio: Per ogni quadratino si stabilisce il livello medio di grigio; Si codifica ogni livello di grigio (se uso 4 bit, 16 livelli di grigio; se uso 8 bit, 256 livelli di grigio.. se uso k bit, 2 alla k tinte diverse) Problema: come associare una rappresentazione binaria a ogni possibile colore di un pixel? Soluzione: Truecolor ❏ Truecolor Tre colori primari: rosso, verde e blu. Sono diversi dai colori primari usati per gli inchiostri. Gli altri colori vengono ottenuti sommando i tre colori primari, monitor e televisori funzionano così. Esistono tecniche di compressione delle immagini che consentono di ridurre la dimensione dello spazio occupato. Per esempio, una tecnica consiste nel codificare aree dello stesso colore in modo abbreviato. È un esempio di tecnica lossless, senza perdita di informazioni cioè, quando decomprimiamo l'immagine, questa è identica all'originale. Le tecniche di compressione lossy, invece, causano perdita di informazioni cioè, il processo di compressione scarpe alcuni dati punto quando si decomprime l'immagine, questa è diversa dall'originale e degrada in qualità. La compressione lossy permette di risparmiare molto più spazio della lossless. ❏ Codificare delle immagini in movimento Codifica di sequenze di immagini (fotogrammi). Visto lo spazio è arrivato richiesto, occorrono tecnica di memorizzazione efficienti: per esempio, sono memorizzate solo le differenze tra un fotogramma e l'altro. Esistono vari formati soprattutto lossy ❏ Codifica dei suoni Il suono è uno dei mezzi principali di comunicazione. Anche i suoni possono essere codificati in digitale. Un suono è un'onda di pressione che si ha in presenza di un mezzo (l'aria, l'acqua). Quando un tuono viene rilevato dall'orecchio o da un microfono, viene trasformata in uno stimolo ho segnale elettrico punto durata, intensità e variazione nel tempo della pressione dell'aria sono le quantità fisiche che rendono un suono diverso da ogni altro. Sull'asse delle ascisse (x) viene rappresentato il tempo; sull'asse delle ordinate (y) viene rappresentata la variazione di pressione corrispondente al suo stesso punto si rappresenta quindi l'intensità del suono in funzione del tempo. Tempo e intensità sono quantità analogiche. Problema: passare da rappresentazione analogica a rappresentazione digitale. Soluzione: si effettuano dei campionamenti sull'onda(cioè si misura il valore dell'onda a intervalli costanti di tempo) e si codificano in forma digitale le informazioni estratti da tali campionamenti. Analogamente alle immagini , maggiore è la frequenza dei campionamenti, migliore sarà la precisione con cui il segnale viene memorizzato e la fedeltà all'originale. Qual è il campionamento più fedele? Discretizzare esclusivamente sul tempo, abbiamo ancora campioni analogici. Occorre discretizzare anche l'ampiezza di ogni campione, per poterlo esprimere con un numero binario;

A ogni livello viene assegnato una sequenza binaria (diversa per ognuno) punto nell'esempio, non tutte le combinazioni di 4 bit sono visualizzate e usate. Ogni campione viene approssimato al livello più vicino, al valore indicato con la fine della linea rossa. Ogni campione sarà quindi espresso dal numero binario corrispondente al livello più prossimo. Il segnale rappresentato con la sequenza 0001 0011 … La sequenza dei valori numerici ottenuti dai campioni e quindi digitalizzata. Si ha una discretizzazione in tempo e una sul valore....