Elaborazione dell informazione. Elaborazione dell informazione. Rappresentazione dei numeri INFORMATICA PER LE DISCIPLINE UMANISTICHE 2 (13042)

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1 Elaborazione dell informazione INFORMATICA PER LE DISCIPLINE UMANISTICHE 2 (13042) Elaborazione di informazione prevede una codifica come: Dato: insieme di simboli rappresentati su un supporto Negli elaboratori: rappresentazione binaria (bit) Codifiche per rappresentare informazione Numerica Testuale Grafica Sonora Rappresentazione dei dati Elaborazione dell informazione Rappresentazione dei dati Rappresentazione dei numeri Codifica posizionale Cifre assumono valori in funzione alla loro posizione Le cifre sono elevate a potenze della base Es. (248) 10 = 2* * *10 0 (10010) 2 = 1* * *2 2 +1*2 2 +0*2 0 =(18) 10

2 Elaborazione dell informazione Codifiche posizionali rilevanti Codifica binaria (base 2); simboli {0,1} Codifica decimale (base 10); simboli usati {0,1,, 9} Codifica ottale (base 8); simboli usati {0,1,,7} Codifica esadecimale (base 16); simboli usati {0,1,, 9,A,,F} Rappresentazione dei dati Teoria dell informazione Elaborazione dell informazione Elaborazione dell informazione Teoria dell informazione: quantità di informazione contenuta in un supporto Quantità di informazione: legata alla riduzione di incertezza portata da una configurazione del supporto E legata alla probabilità che si verifichi una configurazione Esempio Viene lanciata una moneta Su un supporto scriviamo il risultato del lancio Data una moneta: incertezza si verifica testa o croce? Probabilità di una configurazione: 1/2 Quantità di informazione del risultato scritto sul supporto: legata alla probabilità 1/2 In un dado: 6 possibili configurazioni, ognuna di probabilità 1/6 Quantità di informazione?

3 Elaborazione dell informazione Elaborazione dell informazione Quantità di informazione: differenza tra i logaritmi delle probabilità prima e dopo la lettura di una configurazione Bit: è l unità di misura elementare dell informazione Nel caso della moneta: log 2 (1) log 2 (1/2)= 1 bit Nel caso di un dado: log 2 (1) log 2 (1/6)= 2, bit Estrazione di un numero tra 1 e 90 log 2 (1) log 2 (1/90)= 6,49185 bit Informazione digitale e analogica Rappresentazione dei dati Codifica analogica e digitale Due approcci per codificare l informazione Codifica analogica Codifica digitale Codifica analogica: individuazione di una Codifica analogica: individuazione di una grandezza analoga per rappresentare incrementi/decrementi Es. termometro a mercurio, orologio analogico

4 Informazione digitale e analogica Informazione digitale e analogica Codifica digitale Alfabeto di simboli Regole di codifica: legame tra un valore e una sequenza di simboli Es. orologio digitale Alfabeto: notazione decimale Regole di codifica: relazioni tra i numeri utilizzati Codifica analogica Rappresenta in modo implicito metainformazione Ordinale Metrico Codifica digitale Più compatta Meta-informazione: definita dalle regole di codifica Informazione discreta e continua Informazione digitale Informazione discreta Insieme di valori riconducibile ai numeri naturali Es.: termometro digitale Informazione continua Insieme di valori riconducibile ai numeri reali Es.: termometro a mercurio Codifica digitale Permette una rappresentazione discreta Per rappresentare una grandezza continua quantizzazione Quantizzazione: divisione dell intervallo dei possibili valori in intervalli discreti

5 Informazione digitale Codifica digitale Per rappresentare l andamento nel tempo di una grandezza continua campionamento Campionamento: Suddivisione dell intervallo in sottointervalli Scelta di un istante di riferimento del sottointervallo Valore campionato negli istanti di riferimento scelti Frequenza di campionamento: numero campioni nell unità di tempo Informazione digitale Quantizzazione e campionamento: base della codifica digitale Provocano perdita di informazione Risultati teorici indicano come limitare la perdita di informazione Codifica digitale binaria: basata su valori binari Campionamento Campionamento ampiezza ampiezza tempo tempo

6 Campionamento Campionamento ampiezza ampiezza tempo tempo Quantizzazione Quantizzazione ampiezza ampiezza tempo tempo

7 Trasmissione dell informazione digitale Informazione digitale favorisce la corretta trasmissione dell informazione Nel caso dell informazione binaria digitale Due possibili valori nell alfabeto Ogni altro valore: errore Possibili meccanismi di protezione basati su ridondanza Trasmissione dell informazione digitale Meccanismi di protezione Schema di ripetizione: simboli inviati più volte Messaggio: Messaggio trasmesso: Messaggio con errore: Controllo di parità: messaggio diviso in blocchi e aggiunta di un bit di parità (numero di 1 nel blocco) Messaggio: Messaggio trasmesso: Messaggi con errore: Informazione non numerica Rappresentazione dei dati Rappresentazione binaria di informazione non numerica Entità del mondo reale codificate tramite codici: sequenze di simboli Una codifica univoca permette di identificare ogni singolo entità Codifica condivisa tra sorgente e destinatario Esempi: Matricola studente Codice fiscale Codice ISBN

8 Codifica binaria Nei calcolatori codifica binaria Supponiamo di avere una successione di k bit: posso rappresentare 2 k successioni distinte k=2 00, 01, 10, 11 k=3 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 Se ho k bit posso costruire una codifica univoca per al più 2 k entità Codifica binaria Supponiamo di dover codificare dati non numerici. Es. i mesi dell anno Codifica dell insieme: ad ogni elemento associo una sequenza univoca. Di quanti bit ho bisogno? gennaio febbraio marzo maggio luglio aprile giugno settembre ottobre novembre dicembre agosto gennaio febbraio marzo maggio aprile giugno luglio agosto settembre ottobre novembre dicembre 1 0 gennaio febbraio marzo aprile maggio giugno luglio agosto settembre ottobre novembre dicembre Codifica del testo Carattere: simbolo dell alfabeto Stringa: successione di caratteri Conversione in codifica binaria dei caratteri Codifica binaria univoca per ogni simbolo dell alfabeto: Lettere maiuscole e minuscole Simboli interpunzione Cifre numeriche e simboli matematici Altri caratteri (es. è, ) Codifica del testo Codifica ASCII (American Standard Code for Information Interchange): codifica con 7 bit Successivamente Extended ASCII: estensione a 8 bit (1 byte) Il carattere A è rappresentato da

9 Codifica del testo Codifica del testo Altre codifiche: EBCIDC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code): 8 bit Codice Unicode: 2 byte (16 bit) per rappresentare un carattere Codice Unicode esteso fino a 21 bit Obiettivo: favorire interoperabilità File di testo utilizzati dagli elaboratori File di puro testo (file.txt) File di testo con formattazione (file.doc,.odt) Linguaggi di marcatura: marcature (tag) per descrivere alcuni aspetti del documento Linguaggi di descrizione dell impaginazione: PostScript, PDF (Portable Document Format) Immagini Suoni Rappresentazione digitale delle immagini Campionamento immagine Bitmap: matrice di pixel (picture element) Ogni pixel associato a un colore Quantizzazione Profondità di colore: numero di colori (bit) per pixel Formati raster/vettoriale Formati compressi: JPEG, GIF, Formati non compressi: BMP, Codifica digitale (CD audio): Frequenza di campionamento: Hz Quantizzazione: livelli (16 bit) Formato file audio Non Compressi: WAV, AIFF Compressi: MP3, AAC

10 Filmati Filmato digitale costituito da sequenza di fotogrammi (frame) Alcuni formati: QuickTime MPEG-2 FLV (FLash Video) AVI (Audio Video Interleave) Compressione Definizione nuova codifica digitale maggiore efficienza Vantaggi: memorizzazione trasmissione Definizione nuova codifica: utilizzo di informazioni sui dati da codificare Rapporto di compressione: dimensione del file non compressione/dimensione del file compresso Compressione Esempio Testo da codificare su alfabeto A,C,G,T A: 50 occorrenze C: 20 occorrenze G, T :10 occorrenze Compressione Esempio A: 50 occorrenze, C: 20 occorrenze, G, T: 10 occorrenze Codifica 1: 50*2+20*2+10*2+10*2=180 bit Codifica 2: 50*1+20*2+10*3+10*3=150 bit Codifica 1 A: 00 C: 01 G: 10 T: 11 Codifica 2 più efficiente A: 0 C: 10 G: 110 T: 111 Codifica 1 A: 00 C: 01 G: 10 T: 11 Codifica 2 più efficiente A: 0 C: 10 G: 110 T: 111

11 Compressione Tecniche di compressione senza perdita di informazione (lossless): Processo reversibile Tecniche statistiche: frequenza simboli Sostituzione: ripetizione simboli con perdita di informazione (lossy): Processo irreversibile Elevati rapporti di compressione Eliminazione informazione non rilevante Rappresentazione dei dati Sicurezza informatica Sicurezza informatica Normativa italiana Trattamento dell informazione legato alla sicurezza dei dati e informazioni codificate Alcuni aspetti della sicurezza: Riservatezza Integrità Autenticità Non ripudiabilità Disponibilità Distingue tra tre tipi di dati: Dato personale Dato sensibile Dato giudiziario La raccolta di informazioni personali prevede Informativa Consenso

12 Normativa italiana Misure minime di sicurezza Autenticazione informatica Protezione da software maligni Procedure per ripristino dei dati Documento programmatico di sicurezza Crittografia Crittografia: Tecnica per la protezione di informazione (messaggi): limitare la lettura ai destinatari Ad esempio: cifratura dei messaggi di posta elettronica La crittografia permette di costruire un messaggio non decifrabile per chi non ha la chiave di decifrazione Crittografia Crittografia a chiave segreta In base ad un algoritmo di cifratura: Il messaggio da inviare viene trasformato in messaggio cifrato dal mittente Il messaggio cifrato viene trasferito Il ricevente utilizza un algoritmo di decifratura per ricostruire il messaggio originale Due modalità A chiave segreta (crittografia simmetrica) A chiave pubblica (crittografia asimmetrica) Crittografia a chiave segreta: il messaggio viene cifrato/decifrato con una chiave in possesso del mittente e del ricevente Ad es.: ogni parola è associata un codice Problemi: trasmissione della chiave Testo Testo criptato Testo Messaggio: Ciao come stai Chiave segreta Messaggio criptato: Chiave segreta Messaggio decriptato: Ciao come stai

13 Crittografia a chiave pubblica Crittografia a chiave pubblica Crittografia a chiave pubblica Utilizza due chiavi complementari con funzioni diverse: chiave pubblica: per cifrare i messaggi (nota a tutti) chiave privata: per decifrare i messaggi (nota solo al proprietario) Testo Testo criptato Testo Messaggio: Ciao come stai Chiave pubblica Messaggio criptato: Chiave privata Messaggio decriptato: Ciao come stai La conoscenza di una chiave non permette di calcolare l altra Il destinatario del messaggio invia (o pubblica) la chiave pubblica al mittente Il mittente cifra il messaggio con la chiave pubblica ricevuta e invia il messaggio al destinatario Il destinatario utilizza la chiave privata per decifrare il messaggio codificato Solo chi ha la chiave privata può decifrare il messaggio Firma digitale Firma digitale Tecnica basata sull utilizzo della crittografia a chiave pubblica per la firma di documenti Utilizzando la chiave privata viene creata una firma non duplicabile da associare al documento Firma: cifratura di parte del documento con chiave privata La corrispondente chiave pubblica permette di decifrare la firma creata La firma digitale viene equiparata nell ordinamento giuridico italiano alla firma autografa Caratteristiche Autenticità Integrità Non ripudiabilità