Architettura di un elaboratore. Rappresentazione dell informazione digitale

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1 Architettura di un elaboratore Rappresentazione dell informazione digitale

2 Rappresentazione dell informazione digitale L informatica è la scienza della rappresentazione e dell elaborazione dell informazione. Come viene rappresentata l informazione negli elaboratori? Come si passa dalla rappresentazione dell informazione del mondo esterno alla rappresentazione dell informazione nell elaboratore?

3 L informazione nei sistemi digitali Informazione codifica Rappresentazione digitale Mondo esterno L informazione del mondo esterno deve essere codificata decodifica Segnale può assumere solo 2 configurazioni

4 L informazione nei sistemi digitali L informazione viene rappresentata nei computer in modo digitale I computer rappresentano l informazione attraverso i bit (Binary digit, numero binario). Bit: è l unità di misura elementare dell informazione Permette di distinguere tra due stati: Vero-Falso, due livelli diversi di tensione elettrica. I dati digitali: sequenza di valori 0 e 1, rappresentati da impulsi elettrici on e off. Le operazioni aritmetiche negli elaboratori sono effettuate con aritmetica binaria

5 Codifica Binaria Supponiamo di avere una successione di k bit: posso rappresentare 2 k successioni diverse. k=2 00, 01, 10, 11 Una successione di 8 bit: byte Kilobyte (KB) 2 10 =1.024 byte (circa mille byte) Megabyte (MB) 2 20 = byte (circa un milione di byte) Gigabyte (GB) 2 30 = byte (circa un miliardo di byte) Terabyte (TB) 2 40 = byte (circa mille miliardi di byte)

6 Codifca digitale dei dati Supponiamo di dover codificare dati non numerici. Es. i giorni della settimana Di quanti bit ho bisogno? lunedì martedì mercoledì giovedì venerdì sabato domenica lunedì martedì mercoledì giovedì venerdì sabato domenica 0 1 lunedì martedì mercoledì giovedì venerdì sabato domenica Se devo rappresentare un insieme di n elementi, scelgo k tale che 2 k n

7 La rappresentazione dei caratteri E necessario rappresentare con una codifica binaria (che utilizza solo simboli 0 e 1) tutti i simboli che possono essere utilizzati: Lettere maiuscole e minuscole, cifre numeriche e simboli matematici, altri caratteri (es. è, è, ) In generale ad ogni carattere viene associato un sequenza di bit univoca (è necessario che sia univoca per poter distinguere simboli diversi)

8 Codice ASCII Proposta dall ANSI (American National Standards Institute) Codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange): codifica con 7 bit. Ogni carattere è rappresentato da una sequenza univoca di 7 bit. Successivamente Extended ASCII: estensione a 8 bit (1 byte) Il carattere a è rappresentato da

9 Codice ASCII Carattere Codice ASCII A B C D E

10 Codifca di un testo Nel mezzo del cammin di nostra vita Traduciamo il testo in codice ASCII:

11 Decodifca del codice ASCII Supponiamo di avere un testo in codice ASCII Per decodificare la sequenza dividiamola in gruppi di 1 byte e traduciamo ogni gruppo N e l m

12 Altre codifche di caratteri Altre codifiche: Codice EBCDIC (External Binary-Coded Decimal Interchange Code) Codice Unicode: 2 byte (16 bit) per rappresentare un carattere. Il codice ASCII rappresenta 2 8 =256 caratteri, il codice Unicode 2 16 = Codice Unicode: esteso per rappresentare più caratteri

13 L informazione nei sistemi analogici L informazione analogica: informazione continua. Sfumature, variazioni impercettibili. Esempi: un termometro a mercurio rappresenta la temperatura in modo continuo. Musica prodotta da un vecchio giradischi

14 L informazione nei sistemi analogici L informazione analogica per essere codificata come informazione digitale deve essere resa discreta. Supponiamo di avere un segnale continuo: Campionamento: si scelgono i valori assunti dal segnale in certi intervalli di tempo Quantizzazione: si divide l ampiezza del segnale in intervalli discreti

15 Campionamento ampiezza tempo

16 Quantizzazione ampiezza tempo

17 Quantizzazione Sequenza di bit per rappresentare i valori ampiezza tempo

18 L informazione nei sistemi analogici e digitali La lunghezza della sequenza utilizzata deve essere la più compatta possibile per ridurre la memoria utilizzata e i tempi di trasmissione Vantaggi dell informazione digitale rispetto all informazione analogica: tolleranza al rumore, riconoscimento del rumore