Architettura di un elaboratore. Informatica Architettura di un elaboratore 1

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1 Architettura di un elaboratore Informatica Architettura di un elaboratore 1

2 Il termine informatica Informazione + automatica Informazione = dati + istruzioni Informatica Architettura di un elaboratore 2

3 Codifica e decodifica il numero dieci codifica decodifica dispositivo bistabile Informatica Architettura di un elaboratore 3

4 Dati: numerici Decodifica di numeri naturali (c k c k 1 c 0 ) b = c k b k + c k 1 b k c 0 b 0 b= indica Informatica Architettura di un elaboratore 4

5 continua esempio due = 1 dieci 2 5 dieci+ 0 dieci 2 4 dieci+ 1 dieci 2 3 dieci+ 1 dieci 2 2 dieci+ 0 dieci 2 1 dieci+ + 0 dieci 2 0 dieci = = 1 dieci 32 dieci + 0 dieci 16 dieci + 1 dieci 8 dieci + 1 dieci 4 dieci + 0 dieci 2 dieci + 0 dieci 1 dieci = = 32 dieci + 8 dieci + 4 dieci = = 44 dieci Informatica Architettura di un elaboratore 5

6 continua esempio due = 1 dieci 2 8 dieci+ 0 dieci 2 7 dieci+ 1 dieci 2 6 dieci+ 1 dieci 2 5 dieci+ 1 dieci 2 4 dieci+ 0 dieci 2 3 dieci+ 1 dieci 2 2 dieci+ 0 dieci 2 1 dieci+ 1 dieci 2 0 dieci = = 1 dieci 256 dieci + 0 dieci 128 dieci + 1 dieci 64 dieci + 1 dieci 32 dieci + 1 dieci 16 dieci + 0 dieci 8 dieci + 1 dieci 4 dieci + 0 dieci 2 dieci + 1 dieci 1 dieci = = 256 dieci + 64 dieci + 32 dieci + 16 dieci + 4 dieci + 1 dieci = = 373 dieci Informatica Architettura di un elaboratore 6

7 continua Codifica di numeri naturali c n 1 c n 2 c 1 c 0 = c n 1 B n 1 + c n 2 B n c 1 B B + c 0 (c n 1 B n 1 + c n 2 B n c 1 B B + c 0 )/B quoziente = c n 1 B n 2 + c n 2 B n c 1 resto = c 0 Codifica per iterazione Informatica Architettura di un elaboratore 7

8 continua esempio 18 : 2 = 9 resto 0 9 : 2 = 4 resto 1 4 : 2 = 2 resto 0 2 : 2 = 1 resto 0 1 : 2 = 0 resto Informatica Architettura di un elaboratore 8

9 continua esempio 137 : 2 =68 resto 1 68 : 2 =34= resto 0 34 : 2 =17= resto 0 17 : 2 =8= resto 1 8 : 2 =4= resto 0 4 : 2 =2= resto 0 2 : 2 = 1 resto 0 1 : 2 = 0 resto Informatica Architettura di un elaboratore 9

10 continua Per la codifica dei numeri naturali si utilizzano abitualmente successioni di 32 bit Informatica Architettura di un elaboratore 10

11 Sommare numeri naturali = Overflow: il risultato non è rappresentabile nel numero di bit disponibili Informatica Architettura di un elaboratore 11

12 Numeri interi Modulo e segno: il bit più significativo rappresenta il segno, i bit successivi rappresentano il modulo del numero Esercizio: Codificare il numero -18 su 8 bit per cui Informatica Architettura di un elaboratore 12

13 continua Modulo e segno: (2 n-1 1) N 2 n e sono = L adozione di questa tecnica richiederebbe la realizzazione di distinti circuiti per sommare e sottrarre e per correggere inconvenienti come il doppio 0 Informatica Architettura di un elaboratore 13

14 Rappresentazione in virgola fissa 1. Codifica la parte intera su un numero fissato di bit 2. Codifica la parte decimale su un mero fissato di bit 0.c 1 c = m m codifica per moltiplicazioni successive Informatica Architettura di un elaboratore 14

15 continua Esempio: Codificare in virgola fissa 2,25 2,25 = Decodificare in virgola fissa = 3,78125 Informatica Architettura di un elaboratore 15

16 continua Esempio: Codificare 0.2 PROBLEMA Informatica Architettura di un elaboratore 16

17 continua Problemi: 1) Spreco di bit per rappresentare gli 0 (esempio 0,007) 2) Intervallo di numeri rappresentabili piccolo Informatica Architettura di un elaboratore 17

18 Dati: alfanumerici Codice ASCII Informatica Architettura di un elaboratore 18

19 continua 26 lettere maiuscole + 26 minuscole cifre Circa 30 segni d interpunzione Circa 30 caratteri di controllo (EOF, CR, LF, ) circa 120 oggetti complessivi k = log = 7 ASCII esteso: 8 bit UNICODE: 16 bit Informatica Architettura di un elaboratore 19

20 Il successo del digitale Quanto un supporto è immune al rumore? Codifica analogica: ogni configurazione è lecita dal punto di vista informazionale e quindi risulta impossibile distinguere il rumore dal segnale. Codifica digitale: un valore binario è associato a un insieme di configurazioni valide quindi si può -riconoscere il rumore che porta in configurazioni non lecite -trascurare il rumore che non fa uscire il segnale dall insieme associato alla stessa configurazione Informatica Architettura di un elaboratore 20

21 continua Tensione(V) binario non lecitodaun p.todivista informazionale 0 binario Informatica Architettura di un elaboratore 21

22 Dati: analogici - quantizzazione Ampiezza della grandezza fisica Codificheassegnateaivalorisceltiper rappresentare gli insiemi Valori rappresentativi dei diversi insiemi Demarcazione degli insiemi individuati Informatica Architettura di un elaboratore

23 Dati: analogici - campionamento I valori di riferimento debbono essere rilevati in diversi istanti di tempo. Ampiezza della grandezza fisica La quantizzazione deve poi essere ripetuta per ogni valore campionato. Tempo Informatica Architettura di un elaboratore 23

24 Ampiezza della grandezza fisica Dati: analogici campionamento e quantizzazione Valori rappresentativi Tempo Informatica Architettura di un elaboratore 24

25 continua Ampiezza A 3 A 2 A 1 A 0 Tempo t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 Informatica Architettura di un elaboratore 25

26 Dati: analogici - ricostruzione Ampiezza A 3 a 3 A 2 a 2 Andamento originario della grandezza A 1 a 1 Andamento della grandezza ricostruito dai valori campionati A 0 a 0 Tempo t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 Informatica T 1 T 2 T 3 Architettura Tdi 4 un elaboratore T 5 T 6 T 7 26

27 Esempio: suono digitale frequenza di campionamento di 44'100 Hz quantizzazione su 65'536 livelli (un campione viene codificato su 16 bit) Un secondo di musica stereo richiede 44'100 campioni di 16 bit (2 byte) ciascuno per due canali, quindi 176'400 byte L errore che si commette nella ricostruzione del segnale sonoro è difficilmente rilevabile da parte di un orecchio umano Informatica Architettura di un elaboratore 27

28 Codifica delle immagini Immagine: insieme continuo di informazioni (luce, colore, che si estende in due dimensioni ) Informatica Architettura di un elaboratore 28

29 Modalità row Informatica Architettura di un elaboratore 29

30 Formato di una immagine - header: dimensioni spaziali dell immagine (righe colonne) numero di bit per pixel cosa rappresenta un valore numerico etc. - immagine Informatica Architettura di un elaboratore 30

31 Immagini bitmap o raster Campionamento: divisione immagine in sottoinsiemi (pixel), per ognuno dei quali si dovrà prelevare un campione che si considera rappresentativo del colore di tutto il sottoinsieme Quantizzazione: codifica del colore associato a ogni pixel 8 bit per ogni RGB, 8 per trasparenze indice a una tavolozza di colori Informatica Architettura di un elaboratore 31

32 continua Proprietà: risoluzione: numero di pixel contenuti nell'unità di misura considerata profondità: numero di bit dedicati ad ogni pixel per descrivere il colore Informatica Architettura di un elaboratore 32

33 Compressione dati Algoritmi lossless Algoritmi lossy Informatica Architettura di un elaboratore 33

34 Istruzioni aritmetico-logiche trasferimento dati controllo Istr. Codice ADD SUB AND Istr. Codice LOAD STORE Istr. Codice IF_EQ GOTO RETURN Informatica Architettura di un elaboratore 34