Per il materiale didattico, si ringrazia il dott. Michele Nappi. Riccardo Distasi Dipartimento di...

Per il materiale didattico, si ringrazia il dott. Michele Nappi.

Riccardo DistasiDipartimento di Matematica e Informatica

Università degli Studi di Salerno

[email protected]

(stanza A8)

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Prima parte:

Che cos’è il Digitale

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• Società dell’informazione

• Ma… cosa vuol dire società dell’informazione?

• Definiamo il concetto di informazione

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• Informazione ????

• Associamo una definizione molto generica

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• Definiamo l’informazione in modo più specifico

• Colleghiamo l’informazione al concetto di scelta

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• Ogni situazione in cui occorre fare delle scelte (o in cui non si sa quali scelte siano state fatte da altri) è una situazione di incertezza

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• Effettuare le scelte (o conoscere quali scelte siano state fatte) riduce o elimina l’incertezza

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• Riduzione dell’incertezza = Informazione

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• Un esempio semplice: l’interruttore

• Due sole possibilità:

• spento

• acceso

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• L’informazione sullo stato dell’interruttore corrisponde dunque alla scelta fra due sole alternative

• Possiamo rappresentarla attraverso 1 bit

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• Unità di misura dell’informazione• Corrisponde alla quantità di

informazione fornita dalla scelta fra due sole alternative (considerate egualmente probabili)

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1 bit rappresenta lo stato dell’interruttore

Interruttore acceso: 1

Interruttore spento: 0

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E se abbiamo a che fare con una scelta fra più di due alternative?

• Useremo più di 1 bit!

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• Nel nostro esempio, abbiamo deciso di utilizzare un bit per rappresentare lo stato di ciascuna delle lampadine del semaforo

• In questo modo, con 3 bit potremmo rappresentare tutti gli stati possibili del semaforo

• Nel caso del semaforo, le alternative disponibili sono comunque poche

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Si, ma……è possibile applicare queste idee alla

rappresentazione di informazione più complessa, ad esempio di un testo?

• Un testo è rappresentato attraverso una successione di caratteri

• Ogni carattere viene scelto all’interno di un insieme finito di simboli

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Con 8 bit, è possibile rappresentare la scelta fra 256 alternative diverse (28=256)

• da 00000000…• …a 11111111

passando per tutte le combinazioni intermedie (00000001, 00000010, …)

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• Nel caso del semaforo, facevamo corrispondere diverse combinazioni di 3 bit a stati diversi del semaforo

• Nel caso del testo, faremo corrispondere diverse combinazioni di 8 bit (otto cellette, ciascuna delle quali può contenere 0 o 1) a caratteri diversi

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Ad esempio:

• 00000000 A

• 00000001 B

• 00000010 C

• 00000011 D

• 00000100 E

…. e così via

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Costruiremo cioè una

TABELLA DI CODIFICA DEI

CARATTERI

che associ caratteri alfanumerici a gruppi di 8 bit

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• La più diffusa tabella di codifica dei caratteri a 8 bit si chiama ISO Latin1 ed è basata sulla vecchia tabella ASCII ( a 7 bit)(attenzione: le associazioni della tabella ISO Latin 1 sono diverse da quelle riportate prima come esempio)

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• Il risultato? Una stringa di caratteri sarà rappresentata dal computer come una successione di gruppi di 8 bit

O G G I P I O V E01001111 0100011

1 01000111

01001001

00100000

01010000

01001001

01001111

01010110

01000101

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Un gruppo di 8 bit corrisponde a 1 byte

1 byte = 8 bit

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Unità di Misura

• BIT

• 8 bit = Byte

• 1000 Byte = 1 Kilobyte (1K)

• 1000 K = 1 Megabyte (1M)

• 1000 M = 1 Gigabyte (1G)

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Seconda parte:

Hardware e Software

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Che cos’è un computer

• Un computer non è altro che un contenitore, che equipaggiato con gli opportuni dispositivi elettronici (Hardware) e programmi (Software), è in grado di svolgere i più disparati lavori prevalentemente di tipo intellettivo: calcoli, memorizzazione d’informazioni e loro elaborazione.

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IL Computer

Input Output

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Hardware e Software

• L’Hardware è l’insieme dei dispositivi fisici del computer: la tastiera, la stampante, il monitor ecc..

• Il Software rappresenta l’insieme dei programmi che permettono il funzionamento dell’Hardware.

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Hardware

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Hardware

• IL CASE– CPU (Central Processing Unit)

» Unità Centrale di Elaborazione

– RAM (Random Access Memory)» Memoria Centrale

– ROM (Read Only Memory)» Memoria Centrale

– HD (Hard Didk)» Memoria di Massa (Disco Rigido)

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Hardware• Monitor

• Tastiera

• Mouse

• Scanner

• Stampante

• Video camera digitale

• Proiettore

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Dispositivi di Input

• Tastiera• Mouse• Monitor• Scanner• Video Camera Digitale• • •

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Dispositivi di Output

• Monitor

• Stampante

• Plotter

•

•

•

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La Memoria Centrale

• La RAM è accessibile in scrittura e lettura. L’accesso è velocissimo, l’ordine è di poche decine di nano secondi (60/70 ns). Questa memoria ha la caratteristica di perdere il suo contenuto allo spegnimento della macchina.

• Lo scopo è quello di contenere i programmi che il processore sta eseguendo, ed i dati attualmente necessari ai programmi in questione.

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La Memoria Centrale

• RAM – Elettronica– Velocissima– Volatile– Costosa– Si misura in Megabyte

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ROM• La ROM è un tipo di memoria il cui contenuto

non può essere modificato in alcun modo dall’utente, la forma è solitamente quella di un chip, il motivo per cui non è possibile scrivere in tale memoria è che il suo contenuto è così importante per il corretto funzionamento della macchina che un eventuale manomissione potrebbe bloccare la macchina in modo irreparabile

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ROM

• Un esempio di tale memoria è il chip che contiene il programma del BIOS.

• Il BIOS (Basic Input Output System) esteriormente appare come un piccolo "chip elettronico" con tanti piedini di metallo, questo chip in realtà contiene il primo programma che il computer esegue non appena acceso.

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La Memoria di Massa

• Hard Disk (Gigabyte)

• Floppy Disk (Megabyte)

• CD ROM (Gigabyte)– Non elettronici (magnetici)– Non veloci– Non volatili– Poco Costosi

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La Memoria di Massa• La CPU esegue i comandi contenuti in un programma, lo

fa in modo sequenziale, cioè legge il primo comando e lo esegue, legge il secondo e fa lo stesso e così via.

• Per fare ciò ha bisogno continuamente di accedere al listato del programma in questione.

• Per evitare enormi rallentamenti quindi, al momento della sua esecuzione la CPU prima copia la sequenza di comandi da eseguire dalla memoria di massa (ad esempio dall’Hard Disk) nella memoria RAM, dopodiché legge da quest’ultima volta per volta le istruzioni del programma.

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La Memoria di Massa

• La stessa cosa avviene per i dati, quando ad esempio utilizziamo un programma di videoscrittura.

• Prima bisogna (se esiste) caricare in memoria le pagine precedentemente memorizzate per poi aggiornarle e aggiungerne altre.

• Dopodiché prima di spegnere il computer devo trasferire quello che ho scritto (che si trova ancora nella RAM) nella memoria di massa per non perderne il contenuto.

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Come Funziona il PC• Il BIOS è il primo programma che il PC

esegue all’accensione• Una piccola parte del chip che contiene il

BIOS è di tipo RAM• Nel BIOS sono contenute informazioni sui

componenti che costituiscono il computer • Se questi dati non fossero aggiornabili

dall’utente vorrebbe significare che la macchina non può essere modificata in nessun modo (es. aggiungendo un Hard Disk più grande).

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Come Parte il PC• Per non perdere i dati contenuti nella RAM del BIOS

è presente una piccola batteria tampone• Check-up: Il processore cerca il programma BIOS e

verifica la corrispondenza tra le informazioni contenute e la componentistica reale della macchina

• Se il controllo ha esito positivo il BIOS cerca una memoria di massa nella quale è contenuto il "sistema operativo" e se lo trova lo esegue, altrimenti il PC si blocca e l’unica cosa che è possibile fare è spegnerlo.

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Il Software• Insieme di File

– Che cos’è il file???• Un insieme di bit che rappresentano:

– Caratteri– Numeri– Immagini – Video– Audio– Operazioni da eseguire– –

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Struttura del File• Nome File:

• Nome.Estensione– Nome: definito dall’utente– Estensione: definita dall’applicazione usata

» Esempi:» nappi.doc» nappi.ppt» nappi.tif» nappi.mov» nappi.wav» »

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Struttura del File• Intestazione

• Definisce la tipologia del file:– Testo– Immagini– Video– Audio– Testo, Audio, Video, Immagini…….

• Corpo– Caratteri– Pixel– Onde Sonore– –

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Il Software

BaseW in d o w s

U n ix

Applica tivoW o rd

P o w erP o in t

Software

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Software di Base: Il Sistema Operativo

• Il sistema operativo è il programma che mette in comunicazione l’utente col computer.

Hardware

Sistema Operativo

Software di Base

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PC in Classe (PSTD Progetto di Sviluppo delle Tecnologie Didattiche)

• Pentium III 900• 128 Mb di memoria RAM• HD da circa 8 Gb• DVD/CD-ROM 32x• Masterizzatore di CD-ROM• Monitor 19” • Scheda di Rete (Collegamento Internet)• scheda video da 4 Mb• scheda sonora a 16 bit

£ 2.000.000

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PC in Istituto (PSTD Progetto di Sviluppo delle Tecnologie Didattiche)

• Proiettore

• Stampante

• Scanner

• Foto Camera Digitale

£ 10.000.000

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Digitalizzare informazione multimediale

OK, nel caso dei testi è tutto chiaro…

…ma come la mettiamo con immagini, suoni, filmati?

Cominciamo dalle immagini…

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L’idea di base:• l’immagine viene suddivisa in una griglia

di cellette• ogni celletta corrisponde a un ‘puntino’

(pixel) dell’immagine• Tanto più è fitta la griglia (più numerose

sono le cellette), tanto migliore è la risoluzione dell’immagine

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• Ogni pixel dell’immagine viene codificato usando gruppi di 0 e 1

• 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)

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• 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

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• La nostra immagine viene in questo modo fatta corrispondere a una larghissima matrice

• Ogni pixel dell’immagine viene codificato dal gruppo di ‘0’ e ‘1’ associato al suo colore dalla tabella di codifica dei colori utilizzata

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E i suoni?

• Sappiamo che le onde sonore sono rappresentabili attraverso funzioni

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È facile rappresentare l’onda sonora usando solo ‘0’ e ‘1’:

• Ad esempio, si può usare l’aritmetica binaria per codificare i valori della ‘x’ e della ‘y’

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E i filmati?

• Un filmato non è altro che una successione di fotogrammi (frame) accompagnata da una colonna sonora

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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!

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• Per cercare di ridurre l’impiego di bit, possiamo cercare di utilizzare tecniche

di compressione

• Le tecniche di compressione usano ogni trucco possibile per ‘economizzare’ sul numero di bit utilizzati per la codifica

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Ricapitoliamo

Testo, immagini, suoni, filmati… tutti questi tipi diversi di informazione si possono

digitalizzare

si possono cioè trasformare in bit

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Terza parte:

Convergenza al digitale

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Ma… perché la possibilità di trasformare in formato digitale, cioè in bit, tipi diversi di informazione, è così importante?

…perché abbiamo uno strumento potentissimo per gestire e manipolare informazione in formato digitale!

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…proprio lui: Il computer

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• Tradizionalmente, tipi di informazione diversi erano associati a media diversi

• Ogni medium aveva i suoi particolari supporti

• Ogni medium aveva i suoi stili espressivi, le sue tecniche di produzione, il suo particolare mercato

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Con la convergenza al digitale:• tendono a unificarsi i supporti (memorie

di massa, rete)• tendono a unificarsi le tecnologie di

produzione• tendono a unificarsi gli strumenti di

gestione e di ‘lettura’ (computer)• tendono a unificarsi i mercati

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