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queste slide sono state scri/e da J. Sproton: h/p://www.di.unito.it/~sproston/ Docente • docente: Maurizio Mancini maurizio.mancini@unige.it • Casa Paganini – Piazza Santa Maria in Passione, 34 16123 – Genova h/p://www.casapaganini.org
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Docente - Maurizio Mancini · rappresentare l’informazione con le cifre 0,1,2,…,8,9 – Oggi “rappresentazione digitale” significa: rappresentare l’informazione con le

Feb 17, 2019

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questeslidesonostatescri/edaJ.Sproton:h/p://www.di.unito.it/~sproston/

Docente

docente:MaurizioMancini maurizio.mancini@unige.it CasaPaganini

PiazzaSantaMariainPassione,3416123Genova

h/p://www.casapaganini.org

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Materiale

Sitodelcorso: h/p://www.mauriziomancini.org/wordpress/fdi-2017

Testodiriferimento:

C.ThomasWu,"IntroduzioneallaProgrammazioneadOggeTinJava"

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Primi"computer"

Circa2400a.C.:Linvenzionedelabaco 1621d.C.:Linvenzionedelregolo 1642:BlaisePascalcrealaprimamacchinameccanicaper

ilcalcolodellesomme 1833:Macchina

differenziale di Babbage

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Primi"computer"

1843:AdaLovelace(laprimaprogrammatricealmondo)pubblicaleproprieannotazioni

1890:Vieneu_lizzatalele/ricitinunproge/odielaborazionedeida_(schedeperforate)

1900:Primamacchinaautoma_caaschedeperforate

1945:Propostadellarchite/urageneralpurpose(macchinadivonNeumann)

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Primocomputer

1946:Primocomputerele/roniconegliSta_Uni_(ENIAC)

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Evoluzionemoderna

1952:IlcomputerUNIVACprevedecorre/amentelelezionedelpresidenteamericanoEisenhower

1967:Laprimacalcolatriceporta_le 1969:NascelereteARPANETchedarlorigineaInternet 1981:IBMintroduceipersonalcomputer 1982:Computerporta_li,compactdisk 1984:Laprimastampantelaser,ildesktoppublishing 1985:Telefonicellulari 1993:Desktopmul_mediali 1994:Trasmissionewireless(senzafili)perilcomputerporta_li 1998:Inizialatransizionedallevideocasse/eaiDVD

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Informa_ca

L'informazione:lasuacodifica;letecnicheperraccoglierla,memorizzarla,distribuirla,trasformarla...

Ilcomputer:ilsuofunzionamento,lepossibilitcheoffreperlatrasformazionedellinformazione,letecnichediu_lizzo...

Lacomunicazione:tracomputer,trapersone(mediatadalcomputer)

Informatica: la scienza della rappresentazione e dell'elaborazione dell'informazione

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Lusodellinformazione

Uncomputerdeve: Memorizzarelinformazione

Usandolamemoriaprincipale/secondaria Elaborarelinformazione

Usandoilprocessore Farelinput/outputdellinformazione

Usandoidisposi_vidiinput/output

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Tipidiinformazione

Esistonovari_pidiinformazione,dinaturaeformadiversa,coscomerappresentazionidiversedellastessainformazione Lasceltadellarappresentazioneingenerevincolataal_podi

u_lizzoedal_podioperazionichedevonoesserefa/esulleinformazionestesse

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Tipidiinformazione

Ilcomputermemorizzaedelaborainformazionichedevonoessererappresentateinunaformages_bile

Rappresentazionedigitale Originariamenterappresentazionedigitalesignificava:

rappresentarelinformazioneconlecifre0,1,2,,8,9 Oggirappresentazionedigitalesignifica:rappresentare

linformazioneconlecifre0,1(bit):larappresentazionebinaria

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Rappresentazionebinaria

Mondo

informazione rappresentazione binaria

codifica

decodifica

Computer: memorizzazione, elaborazione

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Rappresentazionebinaria

Len_tminimadiinformazionechepossiamotrovareallinternodiunelaboratoreprendeilnomedibit binarydigitcifrabinaria unbitpuassumereduevalori(0e1)

Rappresentazionebinaria: soloduesimboli(0e1)

Perchusiamolarappresentazionebinaria? Perchleinformazionirappresentatenelsistemabinario

possonoessereelaboratesecondovaricriterieconvaristrumen6

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Perchlarappresentazionebinaria?

Iduesimboli(0e1)possonoessererappresentateda:

Due stati di polarizzazione di una sostanza magnetizzabile

Due stati di carica elettrica di una sostanza

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Perchlarappresentazionebinaria?

Iduesimboli(0e1)possonoessererappresentateda:

Al passaggio/non passaggio di corrente attraverso un cavo conduttore

Al passaggio/non passaggio di luce attraverso un cavo ottico

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Rappresentazionebinaria

Ingenerale:larappresentazionebinariabasatosullapresenzaoassenzadiunfenomenofisico(inuncertoluogo,auncertopuntoditempo)

Discreta:nonesistealcunagradazionedivalore Ilfenomenopresenteoppureassente,connessunaviadimezzo

Lalogicalabasedelfunzionamentodelcomputer: Associandoilvaloreveroconlapresenzadiunfenomenoeil

valorefalsoconlasuaassenza,possiamoimplementareilmondologicopermezzodelmondofisico.

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Perpoterrappresentareunnumeromaggiorediinformazionesiusanosequenzedibit

Peresempio,perrappresentarequa/roinformazionidiversepossiamou_lizzareduebitcheciperme/onodio/enerequa/roconfigurazionedis_nte

00011011

Codificadellinformazione

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Codificadellinformazione

Ilprocessosecondocuisifacorrispondereaduninformazioneunasequenzedibitprendeilnomecodificadellinformazione

informazione rappresentazione binaria

codifica dellinformazione

decodifica

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Codificabinaria

Esempio-unesamepuaverequa/ropossibiliesi_:

o8mo,discreto,sufficiente,insufficiente

Codifico(duebit): o8mocon 00 discretocon 01 sufficientecon 10 insufficientecon 11

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Codificabinaria

Esempio-o/ocolori:nero,rosso,blu,giallo,verde,viola,grigio,arancione

Codifico(trebit): nerocon 000 rossocon 001 blucon 010 giallocon 011 verdecon 100 violacon 101 grigiocon 110 arancionecon 111

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Codificabinaria

Esempio-o/ocolori:nero,rosso,blu,giallo,verde,viola,grigio,arancione

Codifico(trebit): nerocon 000 rossocon 001 blucon 010 giallocon 011 verdecon 100 violacon 101 grigiocon 110 arancionecon 111

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Con2bitsicodificano4informazioni(22) Con3bitsicodificano8informazioni(23) ConNbitsipossonocodificare2Ninformazionidifferen_

Codificabinaria

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SeilproblemaquellodidoverrappresentareMinformazionidifferen_sideveselezionareilnumerodiNbitinmodotaleche

2NM

Esempio:perrappresentare40informazionidifferen_devou_lizzare6bitperch

26=64 5bitnonsonosufficien_perch25=32

Codificabinaria

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Codificabinaria

Esisteunapar_colareaggregazionedibitchecos_tuitada8bit(28=256informazioni)eprendeilnomedibyte

Disolitosiusanoimul_plidelbyte

Kilo KB 210 (~ un migliaio, 1024 byte) Mega MB 220 (~ un milione, 1KB x 1024) Giga GB 230 (~ un miliardo, 1MB x 1024) Tera TB 240 (~ mille miliardi, 1GB x 1024) Peta PB 250 (~ miliardo miliardi, 1TB x

1024)

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Codificadeicara/eri

Alfabetoanglosassone Le/eremaiuscoleeminuscole Cifrenumeriche(0,1,2,,9) Simbolidipunteggiatura(,.;:!?) Segnimatema_ci(+,-,{,[,>,) Alcunicara/erinazionali(,,,,,,,,)

puesserecodificatousandounbyte(220cara/ericirca) Ilmetododicodificapidiffusotraiprodu/oridi

hardwareedisowareprendeilnomeExtendedASCII(ASCII=AmericanStandardCodeforInforma_onInterchange)

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Codificadeicara/eri(ExtendedASCII)

Extended ASCII Simbolo 00000000 NUL (spazio bianco)

00111110 > 00111111 ? 01000000 @ 01000001 A 01000010 B 01000011 C

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Codificadelleparole

Parolesonosequenzedicara/eri Codificadellaparolecane

01100011011000010110111001100101cane

Ilproblemainverso:dataunasequenzadibit,iltestocheessacodificapuessereo/enutonelmodoseguente: Sidividelasequenzaingruppidio/obit(byte) Sideterminailcara/erecorrispondenteadognibyte

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Codificadeicara/eri

Abbiamoconsideratoilcodice: ExtendedASCII:8bitpercara/ere statobasatodalcodiceASCII:7bitpercara/ere

IlcodiceASCIInoninclude,,,,,,peresempio

Unaltrocodice: UNICODE,16bitpercara/ere(ExtendedASCII+cara/erietnici)

216=65.536simboli

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Codificadellinformazione

Quan_bitsidevonou_lizzareperrappresentare300informazionidis_nte?

Da_7bitperlacodifica,quanteinformazionidis_ntesipossonorappresentare?

Quan_byteoccupalaparolapsicologiaselasicodificau_lizzandoilcodiceExtendedASCII?

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Codificadelleimmagini

Sistemidisupportoallaproge/azioneCAD/CAM Campomedico(peresempio,isistemidiTACodiecografia)

Telecamereevideoregistratoriprofessionali EffeTspecialiifilm,televisione Telefonicellulari Ecc.

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Campionamentospaziale

Suddividiamo limmagine mediante una griglia formata da righe orizzontali e verticali a distanza costante

Esempio: unimmagine in bianco e nero

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Quan_zzazionecroma_ca

Ogniquadra_noderivantedatalesuddivisioneprendeilnomedipixel(pictureelement)epuesserecodificatoinbinariosecondolaseguenteconvenzione: Ilsimbolo0vieneu_lizzatoperlacodificadiunpixelcorrispondenteadunquadra_noincuiilbiancopredominante

Ilsimbolo1vieneu_lizzatoperlacodificadiunpixelcorrispondenteadunquadra_noincuiilneropredominante

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Codificadelleimmagini

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

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Codificadelleimmagini

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Poich una sequenza di bit lineare, necessario definire convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso verso lalto e da sinistra verso destra 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000

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Codificadelleimmagini

Non sempre il contorno della figura coincide con le linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica unapprossimazione della figura originaria Se riconvertiamo la sequenza di stringhe 0000000000 0011111000 0011100000 0001000000 in immagine otteniamo

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Codificadelleimmagini

La rappresentazione sar pi fedele allaumentare del numero di pixel, ossia al diminuire delle dimensioni dei quadratini della griglia in cui suddivisa limmagine

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Codificadelleimmagini

Assegnandounbitadognipixelpossibilecodificaresoloimmaginiinbiancoenero

Percodificareleimmaginicondiversilivellidigrigiooppureacolorisiusalastessatecnica:perognipixelvieneassegnataunasequenzadibit Peresempio,seu_lizziamoqua/robitpossiamorappresentare24

=16livellidigrigioo16coloridiversi Mentrecono/obitnepossiamodis_nguere28=256,ecc.

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Lusodelcolore

Ilcolorepuesseregeneratocomponendo3colori:red(rosso),green(verde),blue(blu)

Adognicoloresiassociaunapossibilesfumatura

Usando2bitperognicoloresipossonoo/enere4sfumatureperilrosso,4perilbluee4perilverdeche,combinateinsieme,dannooriginea64coloridiversi Ognipixelperesserememorizzato

richiede6bit

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ModelloRGB

Usando8bitperognicoloresipossonoo/enere: 256sfumatureperilrosso 256perilverdee 256perilblu

che,combinateinsieme,dannoorigineacirca16,8milionidicoloridiversi(precisamente16.777.216colori)

Ognipixelperesserememorizzatorichiede3byte

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Lusodelcolore

1bit 3 bit

1 byte 3 byte

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Lusodelcolore

Esempi: 000000000000000000000000nero 111111111111111111111111bianco 111111110000000000000000rosso 111111111111111100000000giallo 000000001111111100000000verde 000000001111111111111111cyan 000000000000000011111111blu 111111110000000011111111viola

100000001000000010000000grigio(uncertotonalitdi)

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Codificadelleimmagini

Esempio: Perrappresentare256colorisononecessario/obitperla

codificadiciascunpixel Lacodificadiunimmaginedi256colori,formatada640x480

pixel,richieder640x480=307.200byte(2.457.600bit)

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Risoluzione

Ilnumerodipixelpresen6sulloschermo(colonnexrighe)prendeilnomedirisoluzione

4:3 16:9 640 480 640 360 nHD 800 600 720 405 1024 768 848 480 1280 1024 960 540 qHD 1600 1200 1024 576

1280 720 HD 1366 768 1600 900 HD+ 1920 1080 Full HD

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Codificadelleimmagini

Leimmaginicodificatepixelperpixelsonode/eimmaginiingraficabitmap Leimmaginibitmapoccupanoparecchiospazio

Esistonodelletecnichedicompressionecheperme/onodiridurreledimensioni Adesempio,sepipun_vicinidiunimmagineassumonolo

stessocolore,sipumemorizzarelacodificadelcoloreunasolavoltaepoiricordareperquantevoltedeveessereripetuta

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Codificadelleimmagini

Unesempioconcreto-codificaRun-LengthEncoding(RLE)nelcontestodelleimmaginiinbiancoenero:

Usanumeribinariperspecificarelalunghezzadellaprimasequenzadi0(bianco)

poiquelladellasequenzadi1(nero) poiquelladellasuccessivasequenzadi0 ecosvia

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Codificadelleimmagini

Iforma_comeGIF,JPEGePNGsonoforma_compressi Peresempio:rispe/oalbitmap,ilformatoJPEGdedicamenobitalladescrizionedellesfumaturacroma_chediunimmagine

Un'immagineinJPEGpuarrivareadoccupare1/10dellacorrispondenteimmaginebitmap

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Codificadelleimmagini

Dis_nzionetracompressionelosslessecompressionelossy Lossless:compressionesenzaperditadiinformazioni

Dallaversionecompressa,sipuricostruireperfe/amentelaversionenon-compressa

Peresempio,GIF,PNG Lossy:compressioneconperditadiinformazioni

Dallaversionecompressa,nonpossibilerecuperarelaversioneoriginale

Peresempio,JPEG:nostriocchidis_nguonobenevariazionidiluminositmanontonalitJPEGdedicamenobitallatonalit

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Codificadelleimmagini

JPEG:livellidicompressione

30,2 KB 6,8 KB

3,2 KB

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Codificadiimmaginiinmovimento

Unfilmatounasequenzadiimmaginista_che(de/efotogrammioframe)

Percodificareunfilmatosidigitalizzanoisuoifotogrammi

Esempio: 30immaginiadaltarisoluzionealsecondo 30imm./secx2.457.600bit/imm.=73.728.000bit/sec Unminutorichiederebbe60secx73.728.000=4.423.680.000bit

(5.529.600byte,circa5.400KB) Esempidiforma_perilvideo:AVI,MOV Compressione:MPEG(MovingPictureExpertGroup),

memorizzasololadifferenzatrafotogrammiconsecu_vi

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Codificadelleimmagini

Quan_byteoccupaunimmaginedi20x40pixelinbiancoenero?

Quan_byteoccupaunimmaginedi100x100pixela256colori?

Seunimmaginea16.777.216dicolorioccupa2400byte,daquan_pixelsarcomposta?

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Codificadeisuoni

Fisicamenteunsuonorappresentatocomeunondachedescrivelavariazionedellapressionedellarianeltempo(ondasonora)

Sullasse delle ascisse viene rappresentato il tempo e sullasse delle ordinate viene rappresentata la variazione di pressione corrispondente al suono stesso

Tempo

Pres

sion

e de

l suo

no

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Codificadeisuoni

Unideachiave:ilsuonocon6nuo(lapressionevariasenzasal_)

possibileo/enereunaregistrazioneanalogicacon_nuadellonda Unaregistrazioneanalogicamemorizzaognivariazionedellonda

originale(almenoinlineadiprincipio)

Larappresentazionedigitalediunsuonofunzionainunmododiverso

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Campionamento

Sieffe/uanodeicampionamen