Lezione IB05

Insegnamento di Informatica – a.a. 2016-17
Macerata, AA. 2016-2017
La rappresentazione delle
informazioni
INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2016-17
Francesco Ciclosi
Insegnamento di Informatica – a.a. 2016-17
La comunicazione tra uomo e macchina
 Affinché gli esseri umani possano interagire con
gli elaboratori è necessario operare una traduzione
tra i differenti linguaggi utilizzati da entrambi
 Gli elaboratori utilizzano un codice semplice e
disambiguo (il linguaggio binario)
 Gli esseri umani utilizzano un codice complesso e
ambiguo
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La comunicazione uomo-macchina
può avvenire con successo se e solo se
 Avviene una conversione delle informazioni
scambiate con l’elaboratore
 In tale processo si utilizzano le tabelle dei codici
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La rappresentazione delle informazioni
 Le informazioni possono essere codificate come
pattern di bit
 Esistono metodologie differenti per codificare:
•
•
•
•
Testo
Numeri
Immagini
Suono
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Rappresentazione del testo
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Il carattere
 È un’unità minima di informazione
 Corrisponde a un grafema, o a un simbolo, della
forma scritta di una lingua naturale
 Esempi di carattere sono:
•
•
•
•
lettere
numeri
segni di interpunzione
caratteri di controllo (es: carriage return, line feed)
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Rappresentazione del testo
 Le informazioni testuali sono rappresentate
tramite un codice che assegna a ogni carattere un
pattern univoco di bit
 Esistono vari codici di questo tipo e non tutti i
dispositivi li sanno interpretare
 Per risolvere i problemi di standardizzazione
l’ANSI ha adottato il codice ASCII
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ASCII
 ASCII (American Standard Code for Information
Interchange) è un codice per la codifica dei caratteri
 Lo standard è stato pubblicato da ANSI nel 1968
 Il sistema originario US-ASCII codificava i caratteri
a 7 bit e è ora standard ISO (ISO/IEC 646)
 Nei PC si usa la versione extended ASCII che
utilizza 8 bit per la codifica
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La codifica US-ASCII
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ASCII esteso
 Utilizza l’ottavo bit di ogni byte per rappresentare
altri 128 caratteri aggiuntivi
 Ciò ha prodotto notevoli problemi di compatibilità
dovuti anche all’utilizzo di estensioni proprietarie
 ISO ha rilasciato uno standard (ISO 8859)
contenente un’estensione a 8 bit del set ASCII
• ISO 8859-1 (Latin1): caratteri lingue Europa Occidentale
• ISO 8859-2: caratteri linguaggi Europa Orientale
• ISO 8859-5: caratteri cirillici
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La codifica Latin1
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Un esempio di codifica ASCII
B
U
O
N
0100 0010 0101 0101 0100 1111 0100 1110
G
I
O
R
N
O
0100 0111 0100 1001 0100 1111 0101 0010 0100 1110 0100 1111
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Criticità di ASCII
 Anche nella versione estesa è troppo ridotto per
ospitare gli alfabeti di alcune lingue
• Come a esempio quelle asiatiche
 Poiché un documento può utilizzare un solo
standard, nello stesso documento non sono
supportate lingue appartenenti a gruppi
linguistici differenti
 Per ovviare a tali criticità nasce UNICODE
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Lo standard Unicode
 Assegna un numero univoco ad ogni carattere usato
per la scrittura di testi, in maniera indipendente
• dalla lingua
• dalla piattaforma informatica
• dal programma utilizzato
 È compilato e aggiornato dall’Unicode Consortium che
opera per garantire l’interoperabilità nel trattamento
informatico di testi in lingue diverse
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Unicode + UTF-8
 Se il set di caratteri Unicode è combinato con lo
standard Unicode Transformation Format 8-bit
(UTF-8):
• I caratteri ASCII originali sono rappresentati con 8 bit
• I caratteri di altre lingue (come cinese, giapponese e
ebraico) sono rappresentati con 16 bit
• Sono disponibili pattern a 24 e 32 bit per rappresentare
altri simboli insoliti e per future espansioni
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Differenza tra file di testo
 Un file di testo è un file composto da una lunga
sequenza di simboli codificati in ASCII o Unicode
 Esistono file di testo semplici
• Manipolati da editor di testo (come Blocco Note)
• Che contengono solo una codifica carattere per carattere
 Esistono file di testo più elaborati
• Manipolati dai word processor (come Microsoft Word)
• Contengono oltre alla codifica carattere per carattere,
molti codici proprietari rappresentanti la formattazione
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Esempio di differenze tra file di testo
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Rappresentazione dei valori numerici
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Alcune problematiche di rappresentazione
 Se i dati da registrare sono solo numerici,
rappresentarli come caratteri non è efficiente
• Utilizzando un byte per simbolo, la rappresentazione di
un numero in ASCII richiede sempre un byte
 In tal caso utilizzeremo la notazione binaria
• ASCII: 1 byte  10 numeri | 2 byte  100 numeri
• Binario: 1 byte  256 numeri | 2 byte  65536 numeri
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La notazione binaria
 Nella notazione binaria i numeri sono
rappresentati utilizzando solo le cifre: 0, 1
 Nella notazione decimale i numeri sono
rappresentati utilizzando le cifre: 0, 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9
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0
0
1
1
2
1
0
3
1
1
4
1
0
0
5
1
0
1
6
1
1
0
7
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
10
1
0
1
0
Numeri binari
Numeri decimali
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Tecniche di memorizzazione numerica
 I numeri interi sono memorizzati utilizzando il
sistema della notazione in complemento a due
• Consente di rappresentare sia i numeri negativi che
quelli positivi
 I numeri che presentano una parte frazionaria
sono memorizzati utilizzando la notazione in
virgola mobile
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La rappresentazione delle immagini
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L’immagine come insieme di puntini
 L’immagine può essere descritta come una
collezione di punti
 Ogni punto è detto pixel (picture element)
 Una collezione di pixel codificati viene
denominata bitmap (mappa di bit)
 Stampanti e monitor operano con il concetto di
pixel
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La codifica di un pixel
 Per rappresentare un pixel serve un numero di
bit variabile con la quantità di informazione
presente
• Immagine in b/n (fax)  1 bit
• Immagine a toni di grigio (255)  1 byte
• Immagine a colori in true color (circa 16 milioni di
colori)  3 byte
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La codifica di un’immagine a colori
 Ci sono due differenti approcci per codificare ciascun
pixel:
• RGB
o Ogni pixel è rappresentato come combinazione di 3 colori
(rosso, verde, blu)
o Per rappresentare ogni colore si utilizza un byte
• Luminosità + colore
o La luminosità (o luminanza) è la quantità di luce bianca nel pixel
o La crominanza blu/rossa è, rispettivamente, la differenza tra la
luminanza e la quantità di luce blu/rossa
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Problematiche delle bitmap
 L’immagine non è
ingrandibile se non
aumentando la
dimensione dei singoli
pixel che la
compongono
 Il risultato ottenuto è
un’immagine sgranata
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La rappresentazione vettoriale
 Consiste nel descrivere l’immagine come
insieme di strutture geometriche codificabili
utilizzando tecniche di geometria analitica
 Il dispositivo che visualizzerà l’immagine potrà
scegliere come rappresentare le strutture
geometriche
• Non sarà quindi richiesta la riproduzione di un
pattern di pixel particolare
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I font bitmap
 Sono un particolare tipo di font che prevede la
memorizzazione dei caratteri come matrice di punti
 Utilizzano le mappe di bit
 Occupano una grossa porzione di memoria
 Sono usati nelle stampanti
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I font scalabili
 Sono memorizzati come
una serie di formule che
descrivono la struttura dei
caratteri
 Sono ridimensionabili
 Occupano poco spazio in
memoria
 In sede di stampa sono
convertiti in mappa di bit
(rasterizzazione)
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La rappresentazione dei suoni
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Segnale analogico
∞ stati possibili
 È molto sensibile alle
interferenze
 Può assumere infiniti
stati
 Presenta di fatto una
minore risoluzione
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Segnale digitale
 Poco sensibile alle interferenze
 Può assumere due soli stati: 0 e 1
 Presenta una maggiore risoluzione
2 soli stati
possibili
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Digitale vs analogico: interferenze
 I segnali digitali sono più resistenti alle
interferenze di quelli analogici
• È più semplice riconoscere tra due soli stati anche in
base al «principio di prossimità»
Segnale digitale «pulito»
Segnale analogico «pulito»
Segnale digitale con interferenze
Segnale analogico con interferenze
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Segnale continuo
 È una grandezza fisica variabile nel tempo in
modo continuo
 Non è funzione di una variabile discreta
 Il valore della grandezza può essere misurato in
qualsiasi istante
 Può essere studiato sia nel dominio del tempo
che in quello della frequenza
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Segnale discreto: definizione
 È una successione di valori di una grandezza in
corrispondenza di una serie di valori discreti nel
tempo
 È una funzione con valori forniti in
corrispondenza a una serie di tempi scelti nel
dominio dei numeri interi
 Ciascun valore della successione è chiamato
campionamento
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Segnale discreto: campionamento
 Non è in funzione di una variabile continua
 ma è ottenuto campionando un valore continuo
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«Risoluzione» di un segnale
 A parità di durata, la quantità di informazione
trasportata da un segnale continuo è maggiore
rispetto a quella trasportata da un segnale discreto
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Segnale digitale
 Un segnale digitale è un segnale discreto che può
assumere soltanto valori appartenenti ad un
insieme discreto
 È ottenuto campionando un segnale analogico
(continuo)
 Ha una determinata frequenza di campionamento
• Durata dell’intervallo temporale uniforme in
corrispondenza del quale si misurano i valori della
serie
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La codifica classica delle informazioni audio
 Per codificare delle informazioni audio si
procede:
1. campionamento dell’ampiezza dell’onda sonora a
intervalli regolari
2. Registrazione delle serie di valori numerici ottenuti
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Alcuni esempi
 Conversazione telefonica
• 8000 campioni al secondo
• Si effettua una codifica ogni otto millesimi di secondo
 CD audio
• 44100 campioni al secondo
• I dati sono ottenuti sono rappresentati con 16 o 32 bit
(stereo)
• Ogni secondo di musica richiede più di un milione di bit
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MIDI: un’altra forma di codifica audio
 Il MIDI (Musical Instrument Digital Interface) è un
sistema di codifica più economico
 Non prevede la codifica del suono
 Prevede la codifica delle istruzioni necessarie per
produrre la musica su di un sintetizzatore
 La qualità dell’esecuzione del brano dipende dal
sintetizzatore utilizzato per la riproduzione
 Il numero di bit necessario per la codifica è ridotto
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