Informatica per la comunicazione - 2024-25 - Lumsa PDF

Lumsa Dipartimento di Scienze umane Corso di studi in Scienze della Comunicazione, Marketing e Digital media Informatica per la comunicazione (Gruppo P-Z) (Gruppo A-F) L’informazione digitale Prof.ssa Alessandra Musolino A.A. 2024-25 Aree di lavoro (I semestre) Sicu...

Lumsa Dipartimento di Scienze umane Corso di studi in Scienze della Comunicazione, Marketing e Digital media Informatica per la comunicazione (Gruppo P-Z) (Gruppo A-F) L’informazione digitale Prof.ssa Alessandra Musolino A.A. 2024-25 Aree di lavoro (I semestre) Sicurezza delle Reti, Internet e informazioni e WWW privacy Quale Introduzione ad paradigma Excel nell’era dell’AI? L’informazione digitale 2 Quale paradigma nell’era dell’AI? Introduzione all’Intelligenza Artificiale Social Machine networks e learning introduzion e ai grafi ChatGPT Generative Pre- trained Transformer Informatica Deriva dal francese informatique = information + automatique È una contrazione di informazione automatica Scienza che studia l’elaborazione delle informazioni e le sue applicazioni 4 A cosa mi serve? Conoscere l’informatica, da fruitori e non da tecnici specializzati, richiede: capacità di comprensione degli elementi strutturali fondamentali e delle funzionalità disponibili per effettuare scelte consapevoli in base alle proprie esigenze ed a quelle del proprio gruppo di lavoro capirne i meccanismi evolutivi e, sulla base di quanto appreso nel passato, essere in grado di effettuare delle scelte consapevoli valutando gli elementi di novità. 5 Cos’e l’informatica? Insieme dei processi e delle tecnologie che rendono possibile ▪ la creazione ▪ la raccolta ▪ l’elaborazione ▪ l’immagazzinamento ▪ la trasmissione dell’informazione con metodi automatici. 6 Differenza tra dato e informazione Dato: elemento direttamente presente alla conoscenza. Non ha bisogno di essere spiegato. Informazione: rappresenta il dato all’interno di un contesto in modo da definirne un significato. 7... ne deriva che Il dato descrive in maniera elementare, un fatto, un oggetto, un evento o altro, attraverso simboli o combinazione di simboli. Non è interpretato ma esprime in forma originaria l’oggetto rappresentato dal dato stesso. Il dato diventa informazione quando ci permette di scegliere. L’informazione diventa conoscenza quando ci permette di capire. La conoscenza diventa competenza quando ci permette di agire 8 … modi diversi per rappresentare l’elaborazione digitale Dati Elaborazione Informazione * INPUT Elaborazione OUTPUT (AI) Dati di input acquisiti Funzione agente Azione tramite sensori * È possibile che informazioni già elaborate divengano dati per elaborazioni successive 9 Hardware e Software ▪ Hardware - Struttura fisica, tangibile ▪ Software - Livello logico, intangibile ✓ Insieme di programmi contenenti delle istruzioni che permettono all’hardware di funzionare 10  Cos’e un Computer ▪ Elaboratore Elettronico Digitale o Rappresenta ed elabora dati in base ad una serie di istruzioni. o Utilizza componenti elettronici per elaborare le informazioni. o Le informazioni sono rappresentate mediante i due simboli (digit) della numerazione binaria. 11 L’evoluzione dei dati I dati numerici sono stati i primi ad essere elaborati in automatico da un computer Le parole possono essere memorizzate codificando i singoli caratteri (tutto deve essere ricondotto sempre al digit della numerazione binaria) Fotografie ed altre immagini possono essere memorizzati, elaborati Il segnale audio da analogico può essere digitalizzato Il segnale video da analogico può essere digitalizzato ………...ed altro ancora 13 Immagazzinamento e trasferimento dei dati ▪ Il dato è “portato da” o “trasmesso su” o memorizzato in” o “contenuto in” qualcosa: o Questo “qualcosa” (supporto fisico) NON e il dato stesso (il dato richiede un supporto fisico, ma non coincide con esso) ▪ Ogni supporto fisico ha le sue caratteristiche in quanto supporto per i dati o Alcuni supporti sono particolarmente adatti alla trasmissione dei dati, ma non alla loro memorizzazione (cavi, etere, …) o Per altri supporti vale il viceversa (CD, DVD, …) 14 Requisiti dei supporti per il trasferimento e l’immagazzinamento dei dati Condizione necessaria perche un supporto sia in grado di trasferire o immagazzinare dati e che esso possa assumere configurazioni (o stati) differenti, a ognuna delle quali venga associata un differente valore dei dati. Un supporto che non può avere diverse configurazioni non può immagazzinare o trasferire dati. Ad esempio: le particelle magnetiche presenti in un supporto possono puntare in direzioni opposte: una direzione indica 0, quella opposta 1 Una lampadina può essere accesa o spenta Le scanalature in un CD-ROM riflettono la luce del laser in maniera diversa da quelle non scanalate 15 Dato e codifica In generale, si può chiamare codifica l’operazione con cui il dato viene scritto su un supporto fisico e decodifica l’operazione con cui il dato viene letto da un supporto fisico Il computer deve cioè convertire nel linguaggio binario (codifica) le informazioni che gli forniamo e successivamente riconvertire i risultati dell’elaborazione o della semplice lettura dal linguaggio binario in un linguaggio a noi comprensibile (decodifica) 16 Bit e Byte BIT: elemento atomico (binario) che codifica un dato corrispondente ai valori logici “ Falso ” o “ Vero ” : può essere rappresentato da un dispositivo che assume due stati BYTE: combinazione di 8 bit. Può rappresentare un carattere (lettera, numero o simbolo tipografico) tra 28 = 256 diversi 17 Sistema posizionale Sistema decimale Moltiplico per>> 104=10.0 103=1.000 102=100 101=10 100=1 00 20198 2 0 1 9 8 20000+0+100+90+8=20198 20000 + 0 + 100 + 90 + 8 Sommo >> Sistema binario Moltiplico per>> 24=16 23=8 22=4 21=2 20=1 10011 1 0 0 1 1 16+0+0+2+1=19 16 + 0 + 0 + 2 + 1 Sommo >> ** L’esponente è uguale al numero di cifre che stanno alla destra, l’ultimo è quindi zero 18 Notazione binaria: esempi 128 64 32 16 8 4 2 1 Numeri binari Numeri  decimali 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 2 2 0 0 0 0 0 0 1 1 3 2+1 0 0 0 0 0 1 0 0 4 4 0 0 0 0 0 1 0 1 5 4+1 0 0 0 0 0 1 1 0 6 4+2 0 0 0 0 0 1 1 1 7 4+2+1 0 0 0 0 1 0 0 0 8 8 0 0 0 0 1 0 0 1 9 8+1 0 0 0 0 1 0 1 0 10 8+2.......... 1 1 1 1 1 1 1 1 255 255 Esempio: 00000110 0 * 128 + 0 * 64 + 0 * 32 + 0 *16 + + 0 *8 + 1*4 +1*2 + 0 +1=6 19 Codifica binaria Alfabeto – 2 simboli: {0, 1}, {off, on} Quanti oggetti posso codificare con k bit? – 1 bit ? (0, 1) ? 2 oggetti – 2 bit ? (00, 01, 10, 11) ? 4 oggetti – 3 bit ? (000, 001, 010, …, 111) ? 8 oggetti –… – k bit 2k oggetti 20 ASCII American Standard Code for Information Interchange (Extended) 1 ☺ 26 → 51 3 76 L 101 e 126 ~ 151 ù 176 ░ 201 ╔ 226 Ô 251 ¹ 2 ☻ 27 ← 52 4 77 M 102 f 127 ⌂ 152 ÿ 177 ▒ 202 ╩ 227 Ò 252 ³ Il carattere è editabile 3 ♥ 28 ∟ 53 5 78 N 103 g 128 Ç 153 Ö 178 ▓ 203 ╦ 228 õ 253 ² 4 ♦ 29 ↔ 54 6 79 O 104 h 129 ü 154 Ü 179 │ 204 ╠ 229 Õ 254 digitando Alt + numero 5 ♣ 30 ▲ 55 7 80 P 105 i 130 é 155 ø 180 ┤ 205 ═ 230 µ 255 space decimale (nel tastierino 6 ♠ 31 ▼ 56 6 81 Q 106 j 131 â 156 £ 181 Á 206 ╬ 231 þ 7 32 space 57 9 82 R 107 k 132 ä 157 Ø 182 Â 207 ¤ 232 Þ numerico). 8 ◘ 33 ! 58 : 83 S 108 l 133 à 158 × 183 À 208 ð 233 Ú I caratteri evidenziati nella 9 ○ 34 " 59 ; 84 T 109 m 134 å 159 ƒ 184 © 209 Ð 234 Û cornice possono risultare 10 ◙ 35 # 60 < 85 U 110 n 135 ç 160 á 185 ╣ 210 Ê 235 Ù 11 ♂ 36 $ 61 = 86 V 111 o 136 ê 161 í 186 ║ 211 Ë 236 ý differenti a seconda 12 ♀ 37 % 62 > 87 W 112 p 137 ë 162 ó 187 ╗ 212 È 237 Ý dell’applicazione software 13 ♪ 38 & 63 ? 88 X 113 q 138 è 163 ú 188 ╝ 213 ı 238 ¯ 14 ♫ 39 64 @ apostrofo 89 Y 114 r 139 ï 164 ñ 189 ¢ 214 Í 239 ´ utilizzata. 15 ☼ 40 ( 65 A 90 Z 115 s 140 î 165 Ñ 190 ¥ 215 Î 240 - Diffuse codifiche più estese 16 ► 41 ) 66 B 91 [ 116 t 141 ì 166 ª 191 ┐ 216 Ï 241 ± (es. UNICODE 16 bit per 17 ◄ 42 * 67 C 92 \ 117 u 142 Ä 167 º 192 └ 217 ┘ 242 ‗ 18 ↕ 43 + 68 D 93 ] 118 v 143 Å 168 ¿ 193 ┴ 218 ┌ 243 ¾ carattere , 216=65.536) per 19 ‼ 44 , 69 E 94 ^ 119 w 144 É 169 ® 194 ┬ 219 █ 244 ¶ rappresentare anche le lingue 20 ¶ 45 - 70 F 95 _ 120 x 145 æ 170 ¬ 195 ├ 220 ▄ 245 § 21 § 46. 71 G 96 ` 121 y 146 Æ 171 ½ 196 ─ 221 ¦ 246 ÷ orientali 22 ▬ 47 / 72 H 97 a 122 z 147 ô 172 ¼ 197 ┼ 222 Ì 247 ¸ 23 ↨ 48 0 73 I 98 b 123 { 148 ö 173 ¡ 198 ã 223 ▀ 248 ° 24 ↑ 49 1 74 J 99 c 124 | 149 ò 174 « 199 Ã 224 Ó 249 ¨ 25 ↓ 50 2 75 K 100 d 125 } 150 û 175 » 200 ╚ 225 ß 250 · 21 Scala delle dimensioni binarie Grandezza prefisso Simb. Valore Analogo SI Diff % Sistema Internazionale Kilo binario Kibi Ki 210 1024,00 103 2,40% 1000,00 Mega binario Mebi Mi (210)2 1048576,00 (103)2 4,86% 1000000,00 Giga binario Gibi Gi (210)3 1073741824,00 (103)3 7,37% 1000000000,00 Tera binario Tebi Ti (210)4 1099511627776,00 (103)4 9,95% 1000000000000,00 Peta binario Pebi Pi (210)5 1125899906842620,00 (103)5 12,59% 1000000000000000,00 Exa binario Exbi Ei (210)6 1152921504606850000,00 (103)6 15,29% 1000000000000000000,00 Zetta binario Zebi Zi (210)7 1180591620717410000000,00 (103)7 18,06% 1000000000000000000000,00 Yotta binario Yobi Yi (210)8 1208925819614630000000000,00 (103)8 20,89% 1000000000000000000000000,00 22 Analogico e digitale Usa grandezze variabili con continuità Usa una sequenza finita di simboli (l’angolo formato dalle lancette con un appartenente ad un insieme finito riferimento fisso). (spesso un insieme di cifre, ad esempio quelle Più difficile essere precisi quando si decimali). Più facile essere precisi. legge l’ora 23 Origine e trasformazione dell’informazione Sorgenti dell’informazione Sorgenti acustiche Sorgenti visive Dati alfanumerici Forma del segnale per la trasmissione su lunghe distanze Segnali elettromagnetici Segnali ottici Trasformazione della natura del segnale = Trasduzione Microfoni Telecamere 24 La conversione analogico-digitale Campionamento e quantizzazione ▪ Gli elaboratori elettronici hanno natura discreta, ovvero ogni grandezza in gioco può essere rappresentata soltanto da un numero finito di elementi. ▪ Per essere elaborati da un calcolatore, segnali analogici (intrinsecamente continui) quali suoni, immagini, video ecc., devono essere discretizzati (digitalizzati) attraverso operazioni di campionamento e quantizzazione (conversione analogico-digitale). ▪ Parametri della procedura ▪ Frequenza di campionamento, misurata in hertz (Hz) ▪ Risoluzione = numero di bit utilizzati per la quantizzazione 25 Campionamento ampiezza segnale continuo ampiezza segnale campionato tempo tempo (discreto) t Il segnale continuo viene misurato (“campionato”) ad intervalli di tempo regolari t (t = intervallo di campionamento). Il segnale risultante è un insieme finito di punti equidistanti nel tempo. Tuttavia le ampiezze devono essere ancora approssimate ad intervalli discreti, ovvero quantizzate. Si noti che campionamento e quantizzazione comportano una perdita di informazione. Il segnale analogico originale non può essere recuperato esattamente 26 Quantizzazione 111 segnale quantizzato 110 Ampiezza 101 (discreta e codificata) 100 011 Codifica a 3 bit 010 001 000 Tempo (discreto) La quantizzazione suddivide l’intervallo di possibili valori del segnale in n sotto intervalli che vengono poi codificati in binario. Ogni valore del segnale campionato viene approssimato al più vicino valore discreto Più sotto-intervalli si utilizzano, più l’approssimazione risultante sarà precisa, ma occorre impiegare un maggior numero di bit per la codifica. 27 Le immagini digitali Campionamento e quantizzazione nello spazio: codifica bitmap (raster) Le immagini digitali non hanno una struttura continua ma sono costituite da un numero finito di componenti monocromatiche (pixel) prodotte dal campionamento dell’immagine reale. I pixel assumono valori finiti di intensità luminosa. I possibili valori dipendono dal numero di bit: con N bit, ci sono 2N valori distinti. 28= 256 224= 16.777.216 28 Le immagini digitali Per esempio nella codifica base RGB si codificano i 3 colori primari con 8 bit per colore per pixel. 8 bit = 28 = 256 valori da 0 a 255 (v. msg di errore in figura) Componenti primarie: –rosso (R, red) –verde (G, green) –blu (B, blue) 29 La codifica vettoriale delle immagini Nella grafica vettoriale l’immagine viene codificata con l’indicazione della forma geometrica dei singoli oggetti che la compongono (primitive geometriche) Gli oggetti si possono ingrandire, rimpicciolire, ruotare, ridimensionare, colorare (bordi e contenuto), estrarre o inserire senza nessuna perdita di qualità. Gli oggetti si possono trattare in modo indipendente, come se ognuno fosse tracciato su un foglio trasparente (layer). Gli oggetti possono essere messi uno sull’altro, eventualmente quello sopra può nascondere quello sotto, che comunque non viene permanentemente cancellato. Occupano molto meno spazio dell’equivalente raster L’ingrandimento non comporta una perdita di risoluzione 30 I segnali video I video vengono codificati come sequenze di immagini La frequenza con cui vengono campionate le immagini che formano la sequenza video viene chiamata frame rate Il frame rate deve essere abbastanza alto affinché l’occhio umano non percepisca il passaggio da un fotogramma all’altro (almeno 30 frame/s) 31 Il bit rate Il prodotto della frequenza di campionamento (campioni/s) e della risoluzione (bit/campione) fornisce la velocità di cifra, ovvero il numero di bit emessi nell’unità di tempo, misurata in bit/s La velocità di cifra viene comunemente indicata col termine inglese bit rate Esempio: Audio CD ➔ 2 x 44100 x 16 = 1441200 bit/s ≈ 1.4 Mbit/s – Frequenza di campionamento = 44.1 kHz – Risoluzione = 16 bit/canale – 2 canali (stereo) 32 Fedeltà e bit rate La fedeltà aumenta all’aumentare della frequenza di campionamento e del numero di bit/campione, ovvero all’aumentare del bit rate Il bit rate ha però delle limitazioni dovute al mezzo trasmissivo utilizzato (oltretutto condiviso) E’ opportuno ridurre il bit rate cercando di limitare al minimo l’impatto sulla qualità del segnale La riduzione del bit rate viene chiamata compressione del segnale 34 La compressione Compressione = Riduzione della quantità di dati per trasmettere la stessa informazione (testo, audio, video) La compressione viene realizzata dal compressore o codificatore (coder) Per ottenere l’informazione originaria occorre effettuare la decompressione La decompressione è effettuata dal decompressore o decodificatore (decoder) Spesso i due dispositivi (coder e decoder) sono raggruppati in un unico dispositivo (codec) Il rapporto tra la quantità di bit da inviare senza e con compressione è denominato fattore di compressione 35 Pro e contro della compressione Vantaggi Aumento della capacità effettiva dei supporti di memorizzazione (più brani audio in un lettore MP3, più filmati in un hard disk,...) Miniaturizzazione dei dispositivi di riproduzione Aumento della qualità del segnale a parità di banda disponibile sul canale trasmissivo Svantaggi Peggioramento della qualità all’aumentare del fattore di compressione Ritardo nella riproduzione 36 La fedeltà della riproduzione con compressione Codifiche lossless – La sequenza di bit ottenuta a valle del decoder è identica bit per bit a quella originale – Il fattore di compressione è tipicamente minore di 2:1 Codifiche lossy – La fedeltà al segnale originale non è perfetta – La qualità del segnale a valle del decoder peggiora all’aumentare del fattore di compressione 37 Codifica immagini Formato GIF Il formato supporta fino a 8 bit per pixel Il numero di colori è limitato a 256 La limitazione sul numero di colori lo rende poco adatto per immagini fotografiche a colori E’ adatto ad immagini geometriche E’ adatto per loghi con zone di colore omogeneo Grado di compressione tipico = 50% Il logo e l’immagine dell’Italia sono GIF L’immagine dell’Italia `e 125x160 px e pesa 6390 byte, ovvero circa 2.5 bit/pixel 38 Codifica immagini Formato JPEG Diminuisce la qualità della visualizzazione, ma utilizza tutta la gamma di colori RGB E’ adatto ad immagini di tipo fotografico con variazioni graduali del colore Non è adatto per immagini geometriche o con variazioni nette del colore (meglio TIFF o GIF o PNG) È lossy perché comporta una perdita di risoluzione Non è adatto per immagini che devono essere editate più volte, perché ogni operazione di decompressione/ricompressione introduce degradazioni Grado di compressione tipico = 90% 39 Esempi di codifica immagini GIF Il numero di colori è limitato a 256 (8 bit) Grado di compressione tipico 50% Disegno originale in bmp JPG Utilizza tutta la gamma di colori RGB 256^3= 6.777.216 Grado di compressione tipico 90% 40