Capitolo 1. Salvataggio dei dati. Prof. Mauro Giacomini Pearson Addison-Wesley. All rights reserved

Transcript

1 Capitolo 1 Salvataggio dei dati Prof. Mauro Giacomini 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved

2 Capitolo 1: Salvataggio dei dati 1.1 Bits e loro memorizzazione 1.2 Memoria principale 1.3 Memorie di massa 1.4 Rappresentare le informazioni come insiemi di Bit 1.5 Il sistema binario 1.6 Memorizzazione degli interi 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-2

3 Capitolo 1: Salvataggio dei dati 1.7 Memorizzazione dei numeri razionali 1.8 Compressione dei dati 1.9 Comunicazione degli errori 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-3

4 Bit e insiemi di Bit Bit: Cifra binaria (0 o 1) Gli insiemi di Bit sono utilizzati per rappresentare le informazioni. Numeri Caratteri Immagini Suoni E altro 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-4

5 Operazioni Booleane Operazioni Booleane: Sono operazioni che manipolano uno o più valori del tipo vero/falso Operazioni specifiche AND OR XOR (or esclusivo) NOT 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-5

6 Figura 1.1 Le operazioni Booleane AND, OR, e XOR 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-6

7 Porte logiche Porte logiche: Dispositivi che effettuano operazioni Booleane Spesso implementate come (piccoli) circuiti elettronici Forniscono gli elementi di base che costituiscono i computer 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-7

8 Figura 1.2 Una rappresentazione illustrativa delle porte logiche AND, OR, XOR, e NOT con anche I loro valori di input e output 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-8

9 Flip-flop Flip-flop: Un circuito formato da porte logiche che può memorizzare un bit. Ha una linea di input che imposta il suo valore di salvataggio a 1 Ha una linea di input che imposta il suo valore di salvataggio a 0 Se entrambi i valori di input sono a 0, viene conservato il più recente valore di memorizzazione 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-9

10 Figura 1.3 Settare il valore di output di un flip-flop a Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-10

11 Figura 1.4 Un altro modo di costruire un flip-flop 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-11

12 Notazione Esadecimale Notazione Esadecimale: Una notazione abbreviata per descrivere gli insiemi di bit lunghi Divide un insieme in gruppi di 4 bit ciascuno Rappresenta ciascun gruppo attraverso un singolo simbolo Esempio: diventa A Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-12

13 Celle di memoria principale Celle: Un unità di memoria principale (tipicamente 8 bit, che rappresenta un byte) Bit più significativo: il bit posizionato all estremità destra della riga concettuale di bit nella cella di memoria Bit meno significativo: il bit all estremità destra della riga concettuale di bit in una cella di memoria 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-13

14 Indirizzo nella memoria principale Indirizzo: Un nome che identifica univocamente una cella nella memoria principale del computer I nomi sono attualmente numeri. Questi numeri sono assegnati consecutivamente a partire da zero. Numerando le celle in questa maniera si associa un ordine alle celle di memoria Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-14

15 Denominazioni delle memorie Random Access Memory (RAM): Memoria alle cui celle si può fare un facile accesso diretto, in un qualunque ordine. Dynamic Memory (DRAM): RAM composte da memoria volatile 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-15

16 Rappresentazione delle capacità Kilobyte: 2 10 bytes = 1024 bytes Esempio: 3 KB = bytes Alcune volte è scritto kibi invece di kilo Megabyte: 2 20 bytes = 1,048,576 bytes Esempio: 3 MB = 3 1,048,576 bytes Alcune volte è scritto megi invece di mega Gigabyte: 2 30 bytes = 1,073,741,824 bytes Esempio: 3 GB = 3 1,073,741,824 bytes Alcune volte è scritto gigi invece di giga 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-16

17 Memorie di massa On-line contro off-line Tipicamente più grandi delle memorie principali Tipicamente meno volatili delle memorie principali Tipicamente più lente delle memorie principali 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-17

18 Sistemi di archiviazione di massa Sistemi magnetici Dischi Nastri Sistemi ottici CD DVD Flash Drives 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-18

19 I File File: un insieme di dati memorizzati all interno dei sistemi di archiviazione di massa Campi e campi chiave Record Fisici e record Logici Buffer: un area di memoria utilizzata per memorizzare temporaneamente i dati (abitualmente è un passaggio nel trasferimento dei dati) 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-19

20 Rappresentazione di testi Ciascun carattere (lettere, punteggiatura, etc.) è assegnato ad un unico insieme di bit. ASCII: Utilizza insiemi di 7-bits per rappresentare la maggior parte dei simboli utilizzati nell inglese scritto Unicode: Utilizza insiemi di 16-bits per rappresentare la maggior parte dei simboli utilizzati nelle lingue del mondo (cinese, giapponese, ebraico, etc) ISO standard: Utilizza insiemi di 32-bits per rappresentare la maggior parte dei simboli utilizzati nelle lingue del mondo (potenzialmente più potente del precedente) 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-20

21 Rappresentazione di valori numerici Notazione Binaria: Utilizza i bit per rappresentare un numero in base due Esistono delle limitazioni nella rappresentazione dei valori numerici all interno dei computer Overflow avviene quando un valore è troppo grande per essere rappresentato Truncation avviene quando un valore è nell intervallo tra due valori rappresentabili 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-21

22 Rappresentare Immagini e suoni Immagini: Tecniche Bit map Pixel: abbreviazione per picture element RGB Luminanza and crominanza Suoni: Tecniche di campionamento Utilizzate per registrazioni di alta qualità Registra il suono così com è Tecniche vettoriali Scalabili TrueType and PostScript MIDI Utilizzata nei sintetizzatori musicali Equivalente allo spartito 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-22

23 Il sistema binario Il sistema tradizionale decimale è basato sulla potenza del dieci. Il sistema binario è basato sulla potenza del due Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-23

24 Figura 1.5 Decodificare la rappresentazione binaria di Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-24

25 Figura 1.6 Un algoritmo per trovare la rappresentazione binaria di un intero positivo 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-25

26 Figura 1.7 Algoritmi binari Metodo di somma dei numeri binari Applicare l algoritmo della slide 23 per ottenere il numero 13 nella rappresentazione binaria 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-26

27 Figura 1.8 Decodificare la rappresentazione binaria Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-27

28 Memorizzare gli interi Due notazioni complementari: La più popolare consiste nel rappresentare valori interi Notazione in eccesso: Un altro metodo per rappresentare i valori interi Entrambi possono essere affetti da errori di overflow Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-28

29 Figura 1.9 Esempi di Codifica Codificare il valore - 6 nelle due notazioni complementari, utilizzando quattro bit Esempi di somma nella conversione tra le due notazioni 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-29

30 Figura 1.10 Tabelle di conversione per la notazione in eccesso Tabella di conversione per l eccesso 8. Sistema per la notazione in eccesso utilizzando insiemi di 3 bit 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-30

31 Memorizzazione dei numeri razionali Notazione a Virgola Mobile: Consiste in un bit di segno, un campo mantissa e un campo esponente. Le nozioni correlate sono: Forma normalizzata Troncamento dell errore 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-31

32 Figura 1.11 Codifica del valore Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-32

33 Compressione dei dati Esistono algoritmi con perdita e senza perdita Codifica Run-length Codifica dipendente dalla frequenza (Codice di Huffman) Codifica relativa Codifica a dizionario (include dizionari adattativi come per esempio la codifica LZW) 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-33

34 Compressione delle immagini GIF: Appropriato per i cartoons JPEG: Appropriato per le fotografie TIFF: Appropriato per l archiviazione delle immagini 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-34

35 Compressione Audio e Video MPEG Trasmissione televisiva ad alta definizione Videoconferenza MP3 Mascheramento temporale Mascheramento in frequenza 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-35

36 Errori nelle comunicazioni Bit di parità (pari e dispari) Byte di controllo Codici di correzione degli errori An error-correcting code 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-36

37 Figura 1.12 Il codice ASCII codifica la lettera A e F adattato per la parità dispari 2007 Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-37

38 Figure 1.13 Decodificare l insieme utilizzando il codice in slide Pearson Addison-Wesley. All rights reserved 0-38