INFORMATICA UMANISTICA B
2: RAPPRESENTAZIONE
DELLE INFORMAZIONI IN
FORMA DIGITALE
Concetti di base
Due tipi di informazione: in forma ANALOGICA,
in forma DISCRETA (o simbolica)
Per rappresentare o comunicare informazione
occorre un CODICE
Codici digitali:
–
–
–
–
Per numeri
Per testi
Per immagini
Per suoni
Informazione su computer
Un computer deve:
– Fare l’input/output dell’informazione
Usando i dispositivi di input/output
– Memorizzare l’informazione
Usando la memoria principale/secondaria
– Elaborare l’informazione
Usando il processore
Informazione su computer
codifica
rappresentazione
digitale
informazione
decodifica
Mondo esterno
Computer: memorizzazione,
elaborazione
INFORMAZIONE IN FORMA
ANALOGICA
INFORMAZIONE IN FORMA
DISCRETA
PROBLEMA DELLA RAPPRESENTAZIONE
DELL’INFORMAZIONE SU COMPUTER
SVILUPPARE CODICI CHE PERMETTANO
DI
RAPPRESENTARE INFORMAZIONE DI
TIPO DISCRETO IN MODO EFFICIENTE
SU UN SUPPORTO FISICO
RAPPRESENTARE INFORMAZIONE DI
TIPO ANALOGICO CON CODICI
DISCRETI
RAPPRESENTAZIONE
DELL’INFORMAZIONE E
COMUNICAZIONE
IL PROBLEMA DELLA RAPPRESENTAZIONE
DELL’INFORMAZIONE SI E’ GIA POSTO NEL
CASO DELLA COMUNICAZIONE
COMUNICAZIONE ED
INFORMAZIONE
Soprattutto a partire dalla metà del
novecento, il termine comunicazione è
stato sempre più spesso adottato per
designare quella particolare forma di
trasporto immateriale ed astratto che è il
trasferimento di informazione
COMUNICAZIONE E CODICI
Il fatto che una certa immagine od un certo
simbolo rappresentino informazione non è
sufficiente perche’ possano essere usati per la
comunicazione
Un CODICE (o LINGUAGGIO) è un insieme di
SEGNI (e di regole) che mittente e destinatario
devono CONDIVIDERE affinché il primo sia in
grado di formulare messaggi ed il secondo di
comprenderli
CODICI NON DISCRETI
CODICI DISCRETI
Codice non dev’essere necessariamente
discreto, ma codice discreto piu’ pratico
– E’ piu’ facile memorizzare i simboli (alfabeto
Cinese)
– E’ piu’ facile trasmetterli
Teoria dell’Informazione (sotto) quantifica
quest’idea di ‘piu’ pratico’
LA SCRITTURA: DA
IDEOGRAFICA A DISCRETA
Le prime forme di scrittura
furono tutte essenzialmente
ideografiche
La scrittura fonetica
alfabetica appare, sempre
in area mediorientale,
intorno al 1500 a. C
Ma furono solamente i
Greci che, introducendo
anche i segni per le vocali,
ne completarono
l’evoluzione intorno
all’ottavo secolo a. C.
UN ESEMPIO DI CODICE
DISCRETO VISIVO
CODICI E STATI INFORMATIVI
I CODICI VENGONO PROGETTATI
SULLA BASE DELLA VARIETA’ DI
INFORMAZIONE CHE DEVE ESSERE
RAPPRESENTATA
TIPO BASE DI INFORMAZIONE: STATI
UN ESEMPIO MINIMO DI
INFORMAZIONE: L’INTERRUTTORE
Due possibilità
– Acceso
– Spento
L’informazione sullo stato dell’interruttore
corrisponde dunque alla scelta fra due sole
alternative
Possiamo rappresentarla usando una sola cifra
con due valori: 0 od 1
UNA DEFINIZIONE SEMI-FORMALE
DI CODICE (O LINGUAGGIO)
a)
b)
c)
d)
una serie di nozioni sugli stati del mondo che possono essere il
contenuto di ciascun atto comunicativo; chiamiamo questi
elementi significati
una serie di simboli astratti che possono essere connessi in
modo convenzionale a significati; essi possono essere sottoposti
a regole che ne governino la combinazione e la successione e
che stabiliscano quali sequenze considerare e quali scartare;
chiamiamo queste regole sintassi
una serie di eventi fisici dotati di caratteristiche distintive, che
possono essere adoperati per rappresentare le unità astratte
della serie (b)
una regola che associa in modo sistematico le unità della serie
(a) a quelle della serie (b), ed in seconda istanza le unità della
serie (b) a quelle della serie (c)
CODICI PER NUMERI
Nel caso dei numeri, la necessita’ di
sviluppare un codice limitato non motivata
solo da facilita’ di memorizzazione, ma
anche dalla necessita’ di usarli per
MANIPOLAZIONI SIMBOLICHE
DUE CODICI PER I NUMERI
Codice romano:
– VII + IV = XI
Codice decimale:
– 7 + 4 = 11
Differenza fondamentale: il codice decimale e’
un codice POSIZIONALE
– 8 = 8x100
– 70 = 7x101 + 0 x100
I codici posizionali rendono le operazioni
aritmetiche molto piu’ semplici
Rappresentazione digitale dei
numeri
Il codice decimale, benche’ molto comodo, non
e’ il codice MINIMO
Per rappresentare informazione sui computer,
codice minimo essenziale perche’ occorreva
poter rappresentare ogni simbolo diverso in
modo FISICO (= con circuiti elettrici)
Il minimo numero di simboli diversi necessari per
rappresentare tutti i numeri e’ il codice BINARIO:
0, 1
Perché la rappresentazione
binaria?
I due simboli (0 e 1)
possono essere
rappresentate da:
– Due stati di polarizzazione di
una sostanza magnetizzabile
– Due stati di carica elettrica di
una sostanza
–…
Rappresentazione digitale =
rappresentazione binaria
L’entità minima di informazione che
possiamo trovare all’interno di un
elaboratore prende il nome di bit
– Binary digit – cifra binaria
– Un bit può assumere due valori
Rappresentazione binaria
– Solo due simboli (0 e 1)
USO DELLA RAPPRESENTAZIONE
BINARIA: DUE STATI
Due possibilità
– Acceso
– Spento
L’informazione sullo stato dell’interruttore
corrisponde dunque alla scelta fra due sole
alternative
Possiamo rappresentarla usando un solo bit
NUMERO MAGGIORE DI STATI
Per poter rappresentare un numero maggiore di
informazione si usano sequenze di bit
Per esempio, per rappresentare quattro
informazioni diverse possiamo utilizzare due bit
che ci permettono di ottenere quattro
configurazione distinte
00
01
10
11
Il processo secondo cui si fa corrispondere ad
un’informazione una sequenze di bit prende il
nome codifica dell’informazione
QUATTRO STATI DIVERSI
Esempio: un esame può avere quattro
possibili esiti: ottimo, discreto, sufficiente,
insufficiente
Codifico (due bit):
– ottimo con
– discreto con
– sufficiente con
– insufficiente con
00
01
10
11
OTTO STATI
Esempio: otto colori: nero, rosso, blu, giallo,
verde, viola, grigio, arancione
Codifico (tre bit):
–
–
–
–
–
–
–
–
nero con
rosso con
blu con
giallo con
verde con
viola con
grigio con
arancione con
000
001
010
011
100
101
110
111
I numeri in rappresentazione
binaria
Il principio e’ lo stesso del codice decimale, ma
con due soli simboli
8 = 8x100 = 1x23 + 0x22+ 0x21+ 0x20 =
1000
70 = 7x101 + 0 x100 =
1 x26 + 0x25+ 1x24+ 0x23+ 0x22+ 1x21+ 0x20 =
1010010
178 = 1x102 + 7x101 + 8x100 =
1x27+ 0x26 + 1x25+ 1x24+ 0x23+ 0x22+ 1x21+
0x20
BYTE
Esiste una particolare aggregazione di bit
che è costituita da 8 bit (28 = 256
informazioni) e prende il nome di byte
Di solito si usano i multipli del byte
Kilo
KB
210 (~ un migliaio, 1024 byte)
Mega MB
220 (~ un milione, 1KB x 1024 byte)
Giga
GB
230 (~ un milliardo, 1MB x 1024 byte)
Tera
TB
240 (~ mille miliardi, 1GB x 1024 byte)
RAPPRESENTAZIONE DI INTERI
SU COMPUTER
Tipicamente 4 byte (= 32 bit) oppure 8
byte (= 64 bit)
RAPPRESENTAZIONE DIGITALE
DI ALTRI TIPI DI INFORMAZIONE
Per molti anni, l’unico tipo di informazione
rappresentata sui computers informazione
di tipo numerico
Ma di fatto, si scopri’ presto che lo stesso
trucco poteva venire usato per I TESTI
La codifica digitale del testo
che tipo di
rappresentazione
digitale del testo?
La codifica digitale del testo
Il testo e la sua organizzazione
intestazione
capitolo
titolo
testo
La codifica digitale del testo
Il testo come sequenza di caratteri
Ciascun carattere alfanumerico, di punteggiatura o
di controllo che compone il testo deve essere
rappresentato nei termini di un codice binario
Le avventure di Pinocchio
Capitolo I
Come andò che Maestro Ciliegia, falegname, trovò un pezzo di legno, che
piangeva e rideva come un bambino.
C'era una volta...
- Un re! - diranno subito i miei piccoli lettori.
- No, ragazzi, avete sbagliato. C'era una volta un pezzo di legno.
Non era un legno di lusso, ma un semplice pezzo da catasta, di quelli che
d'inverno si mettono nelle stufe e nei caminetti per accendere il fuoco e per
riscaldare le stanze.
Non so come andasse, ma il fatto gli è che un bel giorno questo pezzo di
legno capitò nella bottega di un vecchio falegname, il quale aveva nome
mastr'Antonio, se non che tutti lo chiamavano maestro Ciliegia, per via della
punta del suo naso, che era sempre lustra e paonazza, come una ciliegia
matura.
La codifica digitale del testo
Due livelli di codifica del testo digitale
– codifica di basso livello (codifica di livello 0)
riguarda la rappresentazione binaria della
sequenza ordinata dei caratteri
– codifica di alto livello
arricchisce il testo codificato al livello zero con
informazione relativa a dimensioni strutturali
– organizzazione del testo in strutture macrotestuali
– articolazione del testo in strutture linguistiche
La codifica di alto livello permette di rendere esplicita
qualsiasi interpretazione, anche di tipo linguistico, si
voglia associare al testo
La codifica di alto livello:
il punto di partenza
Il testo codificato al livello zero si presenta
come un manoscritto in scriptio continua
Come sono rappresentati i
caratteri nel computer?
Repertorio di caratteri
– un insieme di caratteri (es. “A”, “a”, “!”, “à”, “P”, ecc.)
– i caratteri sono entità astratte, da non confondersi con il modo in cui
sono realizzati graficamente (gliphs)
“a”, “a”, “a”, “a” sono tutti lo stesso carattere “a”
la stessa realizzazione grafica può corrispondere a caratteri diversi (es.
“A” latino e “A” cirillico e “A” greco)
Set di carattere (codice)
– una tabella che definisce una corrispondenza biunivoca (1-a-1) tra
un repertorio di caratteri e un insieme di numeri interi non negativi
a ogni carattere è assegnato un codice numerico (punto di codice o code
position)
Codifica di carattere
– algoritmo che determina come i codici dei caratteri sono
rappresentati in sequenze di bits (bytes)
Il codice ASCII
Primo standard per l’assegnazione di codici a caratteri
(dal 1963)
– set di caratteri riconosciuto da tutti i computer
– conosciuto come “ASCII Standard” o ISO-646
Codifica
– 7 bits
ciascun punto di codice è rappresentato con il numero binario
corrispondente di 7 bits
in realtà 1 byte = 8 bits di cui un bit non è usato per la codifica (bit di
parità)
– 7 bits = 27 punti di codice = 128 caratteri rappresentati
Sufficiente per rappresentare l’inglese
– mancano i caratteri accentati, umlauts, ecc. per rappresentare
altri alfabeti occidentali
ASCII (binario)
CODIFICA DI PAROLE IN ASCII
Parole sono sequenze di caratteri
Codifica della parole cane
01100011
c
01100001
a
01101110
n
01100101
e
Il problema inverso: data una sequenza di bit, il
testo che essa codifica può essere ottenuto nel
modo seguente:
– si divide la sequenza in gruppi di otto bit (byte)
– si determina il carattere corrispondente ad ogni byte
Il set di caratteri ISO-Latin-1
ISO-Latin-1 (ISO-8859-1 o ASCII esteso)
– unica estensione standard di ASCII
– 1 byte = 8 bits = 28 punti di codice = 256 caratteri rappresentati
– sufficiente per lingue europee occidentali (italiano, francese, ecc.)
ASCII Standard
Caratteri di controllo
0-32
128-159
Dall’analogico al digitale
OK, nel caso dei testi è tutto chiaro…
…ma come la mettiamo con immagini,
suoni, filmati?
Cominciamo dalle immagini…
Di nuovo, il trucco e’ convertire
l’informazione nelle immagini in forma
binaria!!
Codifica delle immagini
Suddividiamo l’immagine mediante una griglia formata
da righe orizzontali e verticali a distanza costante
Codifica delle immagini
Ogni quadratino derivante da tale
suddivisione prende il nome di pixel (picture
element) e può essere codificato in binario
secondo la seguente convenzione:
– Il simbolo “0” viene utilizzato per la codifica di un
pixel corrispondente ad un quadratino in cui il
bianco è predominante
– Il simbolo “1” viene utilizzato per la codifica di un
pixel corrispondente ad un quadratino in cui il nero
è predominante
Codifica delle immagini
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Codifica delle immagini
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Poiché una sequenza di bit è lineare, è necessario definire
convenzioni per ordinare la griglia dei pixel in una
sequenza. Assumiamo che i pixel siano ordinati dal basso
verso l’alto e da sinistra verso destra
0000000000 0011111000 0011100000 0001000000
Codifica delle immagini
Non sempre il cortorno della figura coincide con le
linee della griglia. Quella che si ottiene nella codifica
è un’approssimazione della figura originaria
Se riconvertiamo la sequenza di stringhe
0000000000 0011111000 0011100000 0001000000
in immagine otteniamo
Codifica delle immagini
La rappresentazione sarà più fedele all’aumentare
del numero di pixel, ossia al diminuire delle
dimensioni dei quadratini della griglia in cui è
suddivisa l’immagine
EFFETTO DELLA RISOLUZIONE
ESERCIZIO (PER I TECNOFILI
DANAROSI)
Se avete sia un telefonino con camera che
una camera digitale, provate a riprendere
due immagini dello stesso oggetto ….
PIU’ DI DUE COLORI
Se l’immagine è solo in bianco e nero (senza
grigi), basterà usare un ‘1’ per i pixel neri, e uno
‘0’ per i pixel bianchi
Se l’immagine ha più di due colori, si faranno
corrispondere a gruppi diversi di ‘0’ e ‘1’
sfumature diverse di colore (o di grigio)
RAPPRESENTARE COLORI
Così, ad esempio, se si fa corrispondere a ogni
pixel un byte (cioè 8 bit), potremo differenziare
256 colori
Al posto della tabella di codifica dei caratteri
avremo una tabella di codifica dei colori
Ad es: 00101101 
I SUONI
CONVERSIONE IN DIGITALE VIA
CAMPIONAMENTO
SUONO: DALLA RAPPRESENTAZIONE
ANALOGICA ALLA RAPPRESENTAZIONE
DIGITALE
Digitalizzare informazione
multimediale
E i filmati? Un filmato non è altro che una
successione di fotogrammi (frame)
accompagnata da una colonna sonora
Basterà codificare, uno per uno, tutti i
fotogrammi (sappiamo come fare: ogni
fotogramma è un’immagine)… e codificare la
colonna sonora.
Non stupisce che per codificare un breve
filmato servano moltissimi bit!
`Convergenza digitale’ o
`Multimedialita’
TEORIA DELL’INFORMAZIONE
Dobbiamo a Claude
Shannon e Warren
Weaver la prima
definizione teorica
rigorosa del concetto di
comunicazione ed il
primo schema astratto di
tutti i processi
comunicativi, elaborati
alla fine degli anni ‘40
Il concetto di comunicazione
Ma, soprattutto a partire dalla metà del
novecento, il termine comunicazione è
stato sempre più spesso adottato per
designare quella particolare forma di
trasporto immateriale ed astratto che è il
trasferimento di informazione
Lo schema di
Shannon e Weaver
La comunicazione è il trasferimento di
informazioni mediante segnali da una fonte a
un destinatario
Lo schema della comunicazione di Shannon e
Weaver è un modello astratto della
comunicazione. Esso ha l’obiettivo di
individuare la forma generale di ogni processo
comunicativo e i fattori fondamentali che lo
costituiscono, quegli elementi, cioè, che
devono essere presenti ogni qual volta si
verifichi un passaggio di informazione
Lo schema di
Shannon e Weaver
INFORMAZIONE COME SCELTA
Con 2 bit si codificano 4 informazioni (22)
Con 3 bit si codificano 8 informazioni (23)
…
Con N bit si possono codificare 2N
informazioni differenti
NUMERO DI BIT NECESSARI PER
RAPPRESENTARE INFORMAZIONE
Se il problema è quello di dover rappresentare
M informazioni differenti si deve selezionare il
numero di N bit in modo tale che
2N >= M
Esempio: per rappresentare 40 informazioni
differenti devo utilizzare 6 bit perché
26 = 64
– 5 bit non sono sufficienti perché 25 = 32
COMPRESSIONE
L’informazione analogica richiede molti bit
Per cercare di ridurre l’impiego di bit,
possiamo cercare di utilizzare tecniche di
compressione
Le tecniche di compressione usano ogni
trucco possibile per ‘economizzare’ sul
numero di bit utilizzati per la codifica
GIF VS. JPEG
GIF (75279 bytes)
JPEG (15975 bytes)
JPEG: PIU’ / MENO
COMPRESSO
SUONO ORIGINALE / MP3
CD:
– Musica campionata 44100 volte al secondo
– 16 bit per campione
– Campioni per sinistra e destra (stereo)
– Totale: 1 411 200 bits x secondo
– = 32 M per una canzone di 3 minuti
MP3
Sfrutta conoscenza dei limiti dell’udito
umano per ridurre la quantita’ di
informazione da immagazzinare:
– Escludi suoni che l’orecchio non puo’ udire
– Quando c’e’ un suono particolarmente
rumoroso, non registrare gli altri suoni
Fattore di riduzione: anche 10 volte (= 3M
per canzone)
RIASSUNTO
Due tipi di informazione: in forma ANALOGICA,
in forma DISCRETA (o simbolica)
Per rappresentare o comunicare informazione
occorre un CODICE
Codici digitali:
–
–
–
–
Per numeri: binario
Per testi: ASCII
Per immagini
Per suoni
Compression: JPEG, MP3
RIFERIMENTI / SITI
Ciotti e Roncaglia, capitolo 1
– Online:
http://www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/e
d_multimediale/lezioni/01/
Rappresentazione digitale delle immagini e
compressione:
– http://www.med.unifi.it/didonline/annoI/informatica/node3.html
JPEG: http://www.brycetech.com/tutor/windows/jpeg_compression.html
MP3:
– http://it.wikipedia.org/wiki/MP3
Acknowledgments
Alcune slides prese dal sito online di Testo
e Computer (Lenci / Montemagni / Pirrelli)
Altre slides ereditate da Ciotti / Roncaglia
(via Cuel / Ferrario)
Altre slides ancora da Jeremy Sproston
(Universita’ di Torino)