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  1. INFORMATICACdL in Scienze e Tecniche Psicologiche Parte I Informazione digitale (Che lingua parla un computer?)

  2. Sul libro... • Console, Ribaudo, Avalle: Introduzione all’Informatica. Capitolo 2. • Introduzione  tutta • 2.1  tutto • 2.2  tutto tranne 2.2.2, 2.2.3 • 2.3  tutto • 2.4  tutto • 2.5  no

  3. Computer • Possiamo definire il computer come una macchina in grado di elaborare dei dati a partire da programmiche descrivono l’elaborazione da compiere. • HARDWARE + SOFTWARE definiscono le capacità di un computer, cosa è in grado di fare. HARDWARE (HW) La macchina. Tutto ciò che in un computer si può toccare fa parte dell’hardware. HARDWARE = corpo SOFTWARE (SW) I programmi che il computer esegue. SOFTWARE = mente

  4. L’attività di un computer • Esistenza di un algoritmo per risolvere un problema  la risoluzione del problema può essere automatizzata • Risoluzione automatizzata: implementata in hardware e software “Algoritmo: (dal nome del matematico persiano al-Khwarizmi) sistema di regole e procedure di calcolo ben definite che portano alla soluzione di un problema con un numero finito di operazioni” (Schneider & Gersting 2007)

  5. L’attività di un computer • Un computer è in grado di elaborare dati esclusivamente rappresentati con numeri interi • È una limitazione imposta dal suo HARDWARE • Ma è una vera limitazione? • Come scopriremo in questa prima parte del corso, molte cose possono essere rappresentate come numeri. • Il limite non è sul tipo di informazione, ma sulla qualità Dati in ingresso Dati elaborati in uscita

  6. Tipi di informazione • Esistono vari tipi di informazione, di natura e forma diversa, così come rappresentazioni diverse della stessa informazione • La scelta della rappresentazione è in genere vincolata al tipo di utilizzo ed al tipo di operazioni che devono essere fatte sulle informazione stesse

  7. Tipi di informazione • Il computer memorizza ed elabora informazioni che devono essere rappresentate in una forma gestibile • Rappresentazione digitale • Digitale deriva da digit che in inglese significa cifra, e digit deriva a sua volta dal latino digitus che significa dito. In definitiva digitale è ciò che è rappresentato con i numeri, che si contano appunto con le dita.

  8. Tipi di informazione codifica Mondo esterno rappresentazione digitale informazione decodifica Computer: memorizzazione, elaborazione

  9. 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)

  10. I due simboli (0 e 1) possono essere rappresentate da: Due stati di polarizzazione di una sostanza magnetizzabile Due stati di carica elettrica di una sostanza … Perché la rappresentazione binaria?

  11. I due simboli (0 e 1) possono essere rappresentate da: … Al passaggio/non passaggio di corrente attraverso un cavo conduttore Al passaggio/non passaggio di luce attraverso un cavo ottico Perché la rappresentazione binaria?

  12. Codifica dell’informazione • 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 configurazione distinte 00 01 10 11 Il processo secondo cui si fa corrispondere ad un’informazione una sequenze di bit prende il nome codifica dell’informazione

  13. Codifica binaria • Esempio: un esame può avere quattro possibili esiti: ottimo, discreto, sufficiente, insufficiente • Codifico (due bit): • ottimo con 00 • discreto con 01 • sufficiente con 10 • insufficiente con 11

  14. Codifica binaria • 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

  15. Codifica binaria • Con 2 bit si codificano 4 informazioni (22) • Con 3 bit si codificano 8 informazioni (23) • … • Con N bit si possono codificare 2N informazioni differenti

  16. Codifica binaria • Se il problema è quello di dover rappresentare M informazioni differenti si deve selezionare il numero di N bit in modo tale che 2N >= M • Esempio: per rappresentare 40 informazioni differenti devo utilizzare 6 bit perché 26 = 64 • 5 bit non sono sufficienti perché 25 = 32

  17. Codifica binaria • 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

  18. Codifica dei caratteri • Alfabeto latino • Lettere maiuscole e minuscole • Cifre numeriche (0, 1, 2, …, 9) • Simboli di punteggiatura (, . ; : ! “ ? …) • Segni matematici (+, -, {, [, >, …) • Caratteri nazionali (à, è, ì, ò, ù, ç, ñ, ö, …) può essere codificato usando un byte (220 caratteri circa) • Il metodo di codifica più diffuso tra i produttori di hardware e di software prende il nome ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

  19. Codifica dei caratteri (ASCII)

  20. Codifica delle parole • Parole sono sequenze di caratteri • Codifica della parole cane 01100011 01100001 01101110 01100101 c a n e • Il problema inverso: data una sequenza di bit, il testo che essa codifica può essere ottenuto nel modo seguente: • si divide la sequenza in gruppi di otto bit (byte) • si determina il carattere corrispondente ad ogni byte

  21. Codifica dei caratteri • Abbiamo considerato il codice: • ASCII: 8 bit per carattere • ASCII base: usa solo 7 degli 8 bit (non codifica ad es. i caratteri nazionali) • ASCII esteso: usa tutti gli 8 bit • Un’altro codice: • UNICODE, 16 bit per carattere (ASCII + caratteri etnici) • Microsoft Windows usa un codice proprietario a 16 bit per carattere, simile ad UNICODE

  22. Codifica binaria • Che cos’è la connessione tra: Coldplay International Telegraph Alphabet No. 2 (ITA2) • Risposta: la copertina del disco X&Y

  23. Codifica binaria • Il codice di Baudot (anche conosciuto come International Telegraph Alphabet No. 2 (ITA2)): • Un sistema di codifica per un insieme di caratteri • Utilizzato nelle telescriventi prima dei sistemi EBCDIC e ASCII • Ogni carattere è rappresentato con 5 bit • Coldplay ha usato una variante del codice di Baudot per scrivere X&Y sulla copertina del disco

  24. Codifica binaria • I blocchi sulla copertina rappresentano “1” (l’assenza di un blocco significa “0”) • Ogni blocco ha due colori, ed è rettangolare (i colori non hanno significato) • Leggere dal basso al alto, dalla prima colonna a sinistra all’ultima a destra • Primo carattere:

  25. Codifica binaria • I blocchi sulla copertina rappresentano “1” (l’assenza di un blocco significa “0”) • Ogni blocco ha due colori, ed è rettangolare (i colori non hanno significato) • Leggere dal basso al alto, dalla prima colonna a sinistra all’ultima a destra • Primo carattere: • 11101

  26. Codifica binaria • Caratteri: • 11101 • 11011

  27. Codifica binaria • Caratteri: • 11101 • 11011 • 11000

  28. Codifica binaria • Caratteri: • 11101 • 11011 • 11000 • 10101

  29. Codifica binaria • Nel codice di Baudot ci sono due modalità: • Modalità lettere: una sequenza di 5 bit rappresenta una lettera • Modalità simboli: una sequenza di 5 bit rappresenta un numero o un simbolo speciale (per esempio, &) • Ci sono alcuni configurazioni di 5 bit per passare dalla modalità lettere alla modalità simbolo, e vice versa • Per il codice di Baudot, vedere ad esempio: http://it.wikipedia.org/wiki/Codice_Baudot

  30. Codifica binaria • Caratteri: • 11101 = X • 11011 = FIGS • 11000 • 10101 • Nel codice di Baudot: • Assumiamo che cominciamo in modalità lettere • 11101 codifica X • 11011 codifica il carattere “FIGS” per passare alla modalità simboli • …

  31. Codifica binaria • Caratteri: • 11101 = X • 11011 = FIGS • 11000 = 9 • 10101 = 6 • Nel codice di Baudot: • … • 11000 codifica 9 • 10101 codifica 6

  32. Codifica binaria • Quindi, l’immagine sulla copertina codifica “X96” nella codice di Baudot, non “X&Y” • Codice di Coldplay: • Modalità simbolo “dura” solo per il carattere successiva (per scrivere “X9Y”) • Perché 9 e non &?

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

  34. 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

  35. Codifica delle immagini

  36. 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

  37. 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

  38. 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

  39. Codifica delle immagini • Assegnando un bit ad ogni pixel è possibile codificare solo immagini in bianco e nero • Per codificare le immagini con diversi livelli di grigio oppure a colori si usa la stessa tecnica: per ogni pixel viene assegnata una sequenza di bit

  40. Codifica delle immagini (grigio e colore) • Per memorizzare un pixel non è più sufficiente un solo bit • Per esempio, se utilizziamo quattro bit possiamo rappresentare 24 = 16 livelli di grigio o 16 colori diversi • Mentre con otto bit ne possiamo distinguere 28 = 256, ecc.

  41. L’uso del colore • Il colore può essere generato componendo 3 colori: red, green, blue (codifica RGB) • Ad ogni colore si associa una possibile sfumatura • Usando 8 bit per ogni colore si possono ottenere 256 sfumature per il rosso, 256 per il blu e 256 per il verde che, combinate insieme, danno origine a circa 16,7 milioni di colori diversi (precisamente 16777216 colori) • Ogni pixel per essere memorizzato richiede 3 byte

  42. L’uso del colore • Esempi: • 000000000000000000000000  nero • 111111111111111111111111  bianco • 111111110000000000000000  rosso • 111111111111111100000000  giallo • 000000001111111100000000  verde • 000000001111111111111111  cyan • 000000000000000011111111  blu • 111111110000000011111111  viola • 100000001000000010000000  grigio(un certo tonalità di…)

  43. Codifica delle immagini (riassumendo…) • 1 pixel a 2 colori  1 bit • 1 pixel a 256 colori  1 byte (1*8 bit) • 1 pixel a 65535 colori  2 byte (2*8 bit) • 1 pixel a 16 milioni di colori  3 byte (3*8 bit)

  44. I pixel • Il pixel corrispondono quindi ai punti di cui sono fatte le immagini • Sono l’unità di informazione minima delle immagini

  45. I bit e i byte… • Bit e byte servono invece a definire lo spazio necessario per memorizzare l’immagine.

  46. Qualità delle immagini digitali • Due parametri di qualità: risoluzione e profondità del colore • La risoluzione indica la precisione con cui viene effettuata la suddivisione di un’immagine in pixel. • La risoluzione si misura dunque in pixel. • La profondità del colore indica il numero di colori diversi che possono essere rappresentati • È data dal numero di bit o byte utilizzati per rappresentare ciascun pixel • La profondità del colore si misura quindi in bit o byte • La dimensione dell’immagine è il numero di bit o byte che servono per memorizzarla • dimensione = risoluzione x profondità del colore • maggiore la qualità, maggiore la dimensione

  47. Qualità delle immagini digitali • Per modificare i numeri di colori, il numero di pixel sullo schermo: • Start  Impostazione  Panello di controllo  Schermo  Impostazione (scheda)

  48. Dimensione di un’immagine In questo esempio sto usando 160 pixel (20x8) 20 pixel in larghezza 8 pixel in lunghezza Sto inoltre usando 2 colori = 1 bit per pixel L’immagine occupa dunque 160x1=160 bit In byte: 160 bit = 160/8 byte = 20 byte

  49. Qualità e dimensione 318x234 pixel 3 B per pixel (16M colori) 318x234x3 = 223236 B  218 KB 80x59 pixel 3 B per pixel (16M colori) 80x59x3 = 14160 B  14 KB 48x35 pixel 3 B per pixel (16M colori) 48x35x3 = 5040 B  5 KB 318x234 pixel 3 B per pixel (16M colori) 318x234x3 = 223236 B  218 KB 318x234 pixel 4 bit per pixel (16 colori) 318x234x4 = 297648 bit 36 KB 318x234 pixel 3 bit per pixel (8 colori) 318x234x3 = 223236 bit 27 KB

  50. Qualità e dimensione 2 bit per pixel 4 bit per pixel 1 byte per pixel 3 byte per pixel