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2 Lezione 1 Rappresentazione delle informazioni Mauro Piccolo September 6, / 12

3 Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Rappresentazione dellinformazione 2 / 12

4 Bit, Byte, Word... Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione I sistemi di elaborazione utilizzano numeri per codificare qualsiasi tipo di informazione, sia quando tale informazione numerica, sia quando un immagine oppure un filmato. Ogni dato viene quindi codificato e trasformato in una serie di cifre per poter essere memorizzato ed elaborato dai computer. 3 / 12

5 Bit, Byte, Word... Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione La scelta del nostro normale sistema decimale dettata dalle dieci dita delle mani che ogni persona possiede, mentre lutilizzo della rappresentazione binaria si presta ad essere facilmente rappresentata negli stati ON/OFF di un circuito eletrico. Inoltre, essa consente la semplificazione e quindi la miniaturizzazione dei circuiti fisici che dovranno eseguire la memorizzazione e le successive elaborazioni. 3 / 12

6 Bit, Byte, Word... Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Il bit costituisce quindi lunit elementare di memorizzazione; visto che la quantit di informazione che pu essere contenuta in un singolo bit minima, per poter codificare dati complessi necessario lavorare su gruppi di bit. 3 / 12

7 Bit, Byte, Word... Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Un gruppo di 8 bit viene detto ottetto o byte e consente di codificare 256 (28) simboli o dati elementari diversi; ad esempio un byte pu essere usato per codificare tutti i simboli (caratteri) presenti in un normale testo, quali lettere maiuscole e minuscole, numeri e segni di interpunzione. 3 / 12

8 Bit, Byte, Word... Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Il termine word indica, invece, una gruppo di bit (in numero tale da essere potenza di 2); si parla quindi di word di 4, 16, 32 o 64 bit. Ad esempio, il byte una parola di 8 bit. Normalmente, una word la dimensione minima di bit su cui un calcolatore pu eseguire operazioni elementari; i vecchi PC lavoravano con word di 8 o 16 bit, mentre gli attuali elaboratori hanno word di 64 bit. 3 / 12

9 Multipli La memoria utilizzata per codificare una pagina di testo di qualche migliaio di byte, quella usata per una immagine pu raggiungere il milione di byte, mentre un lungo filmato pu richiedere miliardi di byte per essere memorizzato. Come nel sistema metrico decimale si introducono multipli delle grandezze elementari. Nella terminologia informatica sono stati quindi adottati gli stessi simboli del sistema decimale, ma visto che la misurazione della memoria ha come sua base principale il 2, il loro significato leggermente diverso. 4 / 12

10 Multipli La seguente tabella riassume i simboli e i valori dei multipli pi usati in campo informatico: Multiplo Sigla Valore Approssimazione Kilo k 2 10 = Mega M 2 20 = Giga G 2 30 = Tera T 2 40 = Peta P 2 50 = Exa E 2 60 = Zetta Z 2 70 = Yotta Y 2 80 = / 12

11 ASCII ASCII: American Standard Code for Information Interchange. Un ASCII-code è una rappresentazione numerica di un carattere. Il codice ASCII diventato uno standard mondiale. Un testo in formato ASCII, per esempio il vostro curriculum, oppure un articolo, un testo in formato standard che puo facilmente essere riutilizzato nei propri programmi. Infatti il formato ASCII e universalmente riconosciuto da tutti i computer, cosa che non e vera nel caso di testi formattati, cio con sottolineature, stili, grassetti, ecc. Un file in formato ASCII pu essere creato utilizzando il Blocco Note di Windows, oppure salvando in formato solo testo da programma di word-processing, come Word, Writer, AmiPro e simili. Ogni carattere rappresentato in 7 bit. ES: il carattere A in base al codice ASCII in binario rappresentato da ossia 41 in esadecimale. 5 / 12

12 ASCII Decimal Octal Hex Binary Symbol Name NUL (Null char.) SOH (Start of Header) STX (Start of Text) ETX (End of Text) EOT (End of Transmission) ENQ (Enquiry) ACK (Acknowledgment) BEL (Bell) BS (Backspace) TAB (Horizontal Tab) A LF (Line Feed or newline) B VT (Vertical Tab) C FF (Form Feed or newpage) D CR (Carriage Return) E SO (Shift Out) F SI (Shift In) DLE (Data Link Escape) DC1 (Device Control 1) DC2 (Device Control 2) DC3 (Device Control 3) DC4 (Device Control 4) NAK (Negativ Acknowledgemnt) SYN (Synchronous Idle) ETB (End of Trans. Block) CAN (Cancel) EM (End of Medium) A SUB (Substitute) B ESC (Escape) C FS (File Separator) D GS (Group Separator) E RS (Reqst to Send)(Rec. Sep.) F US (Unit Separator) Decimal Octal Hex Binary Symbol Name SP (Space) ! (exclamation mark) (double quote) # (number sign) $ (dollar sign) % (percent) & (ampersand) (single quote) ( (left/open parenthesis) ) (right/closing parenth.) A * (asterisk) B (plus) C , (comma) D (minus or dash) E (dot) F / (forward slash) A : (colon) B ; (semi-colon) C (less than) D = (equal sign) E (greater than) F ? (question mark) 5 / 12

13 ASCII Decimal Octal Hex Binary Symbol Name (AT symbol) A B C D E F G H I A J B K C L D M E N F O P Q R S T U V W X Y A Z B [ (left - opening bracket) C \ (back slash) D ] (right - closing bracket) E ˆ (caret - circumflex) F (underscore) Decimal Octal Hex Binary Symbol Name ` a b c d e f g h i A j B k C l D m E n F o p q r s t u v w x y A z B { (left - opening brace) C (vertical bar) D } (right - closing brace) E (tilde) F DEL (delete) 5 / 12

14 Il messaggio Hello in ASCII 6 / 12

15 Unicode L ASCII esteso designa una codifica a 8 bit o pi, in grado di rappresentare molti altri caratteri oltre ai tradizionali 128 dell ASCII a 7 bit. In seguito al proliferare di codifiche proprietarie, l ISO rilasci uno standard denominato ISO 8859 contenente un estensione a 8 bit del set ASCII. Il pi importante fu l ISO , detto anche Latin1, contenente i caratteri per i linguaggi dell Europa Occidentale. Furono standardizzate codifiche per gli altri linguaggi: ISO per i linguaggi dell Europa Orientale, ISO per i caratteri cirillici e molti altri. 7 / 12

16 Unicode Unicode un sistema di codifica che assegna un numero univoco ad ogni carattere usato per la scrittura di testi, in maniera indipendente dalla lingua, dalla piattaforma informatica e dal programma utilizzato. Unicode stato compilato e viene aggiornato e pubblicizzato da un consorzio internazionale. Unicode incorpora, la codifica ISO [3], ma va molto oltre, codificando i caratteri usati in quasi tutte le lingue vive e in alcune lingue morte, nonch simboli matematici e chimici, cartografici, l alfabeto Braille, ideogrammi etc. UTF-8 (Unicode Transformation Format, 8 bit) una istanza della codifica Unicode, quella che ci riguarda. 7 / 12

17 Unicode Attualmente lo standard Unicode non rappresenta ancora tutti i caratteri in uso nel mondo. Essendo ancora in evoluzione, si prefigge di coprire tutti i caratteri rappresentabili, garantendo la compatibilit e la non sovrapposizione con le codifiche dei caratteri gi definiti, ma lasciando comunque dei ben precisi campi di codici non usati, da riservare per la gestione autonoma all interno di applicazioni particolari. 7 / 12

18 Numeri Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Notazione binaria: uso dei bit per rappresentare numeri in base 2 (prossima lezione!) Limitazioni delle rappresentazioni dei valori numerici usate dai calcolatori Overflow accade quando un valore e troppo grande per essere rappresentato Troncamento accade quando un valore non puo essere rappresentato in modo accurato 8 / 12

19 Immagini Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Per memorizzare le immagini in un calcolatore bisogna prima discretizzarle. Vi sono due modi principali: raster e vettoriale. 9 / 12

20 Immagini Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione La grafica bitmap (mappa di bit), o grafica raster, una tecnica utilizzata per descrivere un immagine. L immagine viene vista come una scacchiera e ad ogni elemento della scacchiera, chiamato pixel, viene associato uno specifico colore. Se limmagine in bianco-e-nero allora abbiamo la rappresentazione sar una matrice di bit. La memorizzazione dei colori puo avvenire in vari modi, ma richiedera comunque piu bit, che saranno associati ad ogni elemento della scacchiera. Spesso si parla di immagine a 256 colori oppure a colori. Esempi: TIFF, GIF, PNG, BMP, JPEG,... 9 / 12

21 Immagini Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Nella grafica vettoriale un immagine descritta mediante un insieme di primitive geometriche che definiscono punti, linee, curve e poligoni ai quali possono essere attribuiti colori e anche sfumature. 9 / 12

22 Immagini Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Nella grafica vettoriale Grossolanamente, possiamo immaginare di descrivere figure su un piano cartesiano: un segmento di retta potrebbe essere un individuato dalla coppia di coordinate che la delimitano, una segmento di parabola potrebbe essere individuato dai coefficienti di una equazione di secondo grado e dalle due proiezioni sulle ascisse dei suoi estremi, e cos via. 9 / 12

23 Immagini Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione Nella grafica vettoriale I principali vantaggi della grafica vettoriale rispetto alla grafica raster sono i seguenti: possibilit di esprimere i dati in una forma direttamente comprensibile ad un essere umano (es. lo standard SVG); possibilit di esprimere i dati in un formato che occupi (molto) meno spazio rispetto all equivalente raster; possibilit di ingrandire l immagine arbitrariamente, senza che si verifichi una perdita di risoluzione dell immagine stessa. Esempi: SVG, DWG, DXF,... 9 / 12

24 Immagini Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione In realta esistono anche formati ibridi. Esempio: PS, EPS, PDF. 9 / 12

25 Audio Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione L accuratezza del campionamento dipende di un audio: dalla dimensione degli intervalli; da quanti bit uso per descrivere il suono in ogni campione nella fase di quantizzazione Al solito... maggiore accuratezza significa maggior quantit di memoria occupata! Formati: WAV, MP3, OGG, WMA, AC / 12

26 Video Rappresentazione Bit... Multipli ASCII Il messaggio Hello in ASCII Unicode Numeri Immagini Audio Video Compressione I video possono essere memorizzati come flussi di immagini fisse (o frame) trasmesse con velocit sufficientemente elevata insieme ad una informazione audio. Non andiamo nei dettagli, ma probabilmente avete incontrato i formati: avi, mp4, wmv, flv, / 12

27 Compressione La compressione dati viene utilizzata sia per ridurre le dimensioni di un file, e quindi lo spazio necessario per la sua memorizzazione, sia per velocizzare le trasmissioni di dati. 12 / 12

28 Compressione ESEMPIO: Originale Nel mezzo del cammin di nostra vita mi ritrovai per una selva oscura ch la diritta via era smarrita. Ah quantoadirqualera cosaduraesta selva selvaggia e aspra e forte che nel pensier rinova la paura! Tant amara che poco pi morte ma per trattar del ben ch io vi trovai, dir dell altre cose ch io v ho scorte... Compresso Nl mzz dl cmmn d nstr vt m rtrv pr n slv scr ch l drtt v r smrrt. h qnt dr ql r cs dr st slv slvgg spr frt ch nl pnsr rnv l pr! Tnt mr ch pc p mrt m pr trttr dl bn ch v trv, dr dll ltr cs ch v h scrt / 12

29 Compressione Tipicamente testi e programmi non tollerano alcuna perdita di informazione, come invece potrebbe essere ragionevole per immagini, video e audio. Per esempio, dato un manifesto di 1x1 metri in un formato raster, se abbiamo una sezione bianca di 10x10 cm che contiene un unico punto nero di 0.1x0.1 mm allora eliminando tale punto non cambiamo la vista complessiva. Mentre, in un testo come quello precedente vorremmo poter recuperare il testo originale. 12 / 12

30 Compressione Le tecniche senza perdita (lossless) consentono di preservare l informazione originale in ogni sua parte. l unica via possibile quando si devono comprimere file di testo, programmi, documenti, database, schemi elettrici ecc. Esempi sono ZIP, RAR, GZ, ARJ,...Questi consentono di archiviare o trasmettere uno o pi file risparmiando sulle risorse necessarie (spazio su disco o tempo di trasmissione). Al momento in cui vengono recuperati i file dallo ZIP o RAR (decompressione) questi risultano indistinguibili dagli originali. Un altro esempio di caso in cui viene usata la compressione senza perdita quello delle immagini non fotografiche, come schemi, disegni-tecnici o icone. Per questo scopo esistono formati come il GIF o il pi recente PNG. L immagine compressa con uno di questi formati mantiene esattamente l aspetto originale fino al dettaglio pi insignificante. 12 / 12

31 Compressione D altro canto, le tecniche con perdita di informazione (lossy) permettono anche delle compressioni molto spinte, quindi un grande risparmio di risorse, a discapito per della qualit dell immagine o dell audio che si voluto comprimere. Generalmente queste tecniche si usano per comprimere i file multimediali. Pur mantenendo minima la perdita di qualit, il risparmio rispetto ad una compressione lossless sulla stessa informazione sempre decisamente apprezzabile. Le informazioni multimediali come audio o video, sono molto grandi per essere agevolmente trasmesse o memorizzate, quindi si preferisce avere una piccola riduzione della qualit (o distorsione del contenuto), ma nel contempo file molto pi leggeri. Alcuni esempi sono: la compressione di immagini in formato JPEG, la compressione video in formato MP4 oppure la compressione audio in formato MP3. 12 / 12

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