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 Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’auto...

 Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 1 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Indice 1. CONCETTI INTRODUTTIVI.................................................................................................... 3 2. LA RAPPRESENTAZIONE DELL'INFORMAZIONE..................................................................... 6 3. DETERMINARE LA LUNGHEZZA DELLE PAROLE CODICE........................................................ 9 BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................... 13 Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 2 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni 1. Concetti introduttivi La società moderna è sempre più dipendente dai dispositivi elettronici e dall'informatica. Nella società contemporanea, l'ubiquità dell'informatica e dei dispositivi elettronici ha trasformato radicalmente il tessuto stesso della vita quotidiana. La dipendenza da tali tecnologie è diventata una costante, permeando ogni aspetto della nostra esistenza. L'offerta di una vasta gamma di funzionalità da parte degli elaboratori elettronici moderni riflette questa realtà: dalla sfera lavorativa all'intrattenimento, dalla comunicazione alla gestione delle informazioni, questi strumenti si adattano e si evolvono continuamente per soddisfare le mutevoli esigenze della vita contemporanea. Questo connubio tra informatica e mondo moderno non solo ha reso possibile l'accesso a una miriade di servizi e opportunità, ma ha anche plasmato profondamente la nostra percezione stessa di cosa significhi vivere nel ventunesimo secolo. Grazie all'avanzamento tecnologico, l'utilizzo degli elaboratori elettronici moderni è stato notevolmente semplificato attraverso l'implementazione di interfacce user-friendly e multimodali, come, ad esempio, quelle riportate in Fig. 1. Figura 1 - Elaboratori elettronici con diverse tipologie di interfacce Queste interfacce, progettate per essere intuitive e accessibili, consentono agli utenti di interagire con i dispositivi in modi diversi e flessibili, utilizzando non solo input tradizionali come la tastiera e il mouse, ma anche comandi vocali, gestuali o touch. L'influenza dell'informatica permea la nostra quotidianità, dall'incessante flusso di documenti digitali alla comodità delle prenotazioni e degli acquisti online. Questo costante "invaso" degli elaboratori Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 3 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni elettronici nella nostra vita quotidiana è solo una piccola parte del vasto impatto che l'informatica ha avuto sull'umanità. L'informatica ha rivoluzionato il modo in cui analizziamo, memorizziamo, manipoliamo e trasmettiamo i dati, aprendo la strada a nuove possibilità di innovazione e progresso in tutti i settori della società moderna. È stata la forza trainante di molte delle nostre più grandi conquiste, dalla conquista dello spazio alle scoperte rivoluzionarie nel campo della medicina e della scienza (vedi Fig. 2). Figura 2 – Esempi di campi della scienza in cui l’informatica ha avuto un grande impatto. L'informatica, il cui termine deriva dalla contrazione di "informazione automatica", rappresenta il campo dedicato all'elaborazione dell'informazione. Può essere definita come un insieme di conoscenze, metodologie, tecnologie e strumenti volti alla gestione automatizzata delle informazioni. In altre parole, è la disciplina che si occupa della risoluzione dei problemi attraverso l'uso degli elaboratori elettronici. L'informatica è una scienza interdisciplinare che si occupa di tutti gli aspetti del trattamento dell’informazione mediante procedure automatizzabili. L’informatica ha essenzialmente due anime: metodologica, focalizzata alla definizione di metodologie per la gestione delle informazioni; tecnologica, dedicata alla progettazione delle apparecchiature. Il concetto di informazione trae origine dal verbo "informare", che significa dare forma a qualcosa, e si riferisce a un concetto astratto che può manifestarsi in varie forme, come notizie o racconti. Un’informazione è ciò che viene comunicato attraverso diversi mezzi, sia scritti che orali. In altre parole, un'informazione è la trasmissione di dati, fatti o conoscenze in una forma accessibile e comprensibile, che può essere condivisa e interpretata da altri individui e/o elaboratori. Questo scambio di informazioni costituisce il fondamento della comunicazione e gioca un ruolo cruciale nella costruzione e nella diffusione della conoscenza. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 4 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni L'informazione, spesso associata al concetto di messaggio, è rappresentata e trasportata attraverso quest'ultimo. Affinché un messaggio sia correttamente interpretato, mittente e destinatario devono concordare le regole di interpretazione e condividere un insieme di regole e convenzioni per la scrittura e la lettura del messaggio. Queste regole stabiliscono il modo in cui l'informazione è codificata e decodificata, garantendo una trasmissione efficace e una comprensione accurata. Fondamentalmente, l'obiettivo di un messaggio è eliminare l'incertezza e aumentare la conoscenza, contribuendo così alla creazione e alla diffusione di informazioni significative. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 5 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni 2. La rappresentazione dell'informazione Affinché persone o macchine possano utilizzare un'informazione in modo efficace, è fondamentale che essa sia rappresentata in modo appropriato. La storia dell'umanità offre numerosi esempi di efficaci forme di rappresentazione dell'informazione, come la scrittura, che ha permesso la trasmissione di conoscenze e idee attraverso il tempo e lo spazio. Esistono due modalità principali di rappresentazione dell'informazione: la rappresentazione analogica o continua, che si basa su una scala di valori ininterrotta, e la rappresentazione discreta, che divide l'informazione in unità distinte e separate. Ogni modalità ha le proprie applicazioni e vantaggi. La rappresentazione analogica impiega un insieme infinito di distinte rappresentazioni, collegate in modo continuo alla grandezza reale che si intende rappresentare. Nella rappresentazione analogica le proprietà del fenomeno rappresentato sono omomorfe alla forma di rappresentazione, consentendo una comprensione intuitiva e diretta. La Fig. 3 mostra alcuni esempi di dispositivi di misura basati sulla rappresentazione analogica delle grandezze misurate: un termometro tradizionale, dove la variazione di temperatura è correlata alla dilatazione del mercurio; un tachimetro tradizionale, dove la variazione di velocità è rappresentata dall'angolo della lancetta. Figura 3 – Esempi di dispositivi basati sulla rappresentazione analogica delle grandezze misurate. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 6 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni La rappresentazione discreta impiega un insieme finito di rappresentazioni distinte, collegate a elementi significativi dell'universo rappresentato. Essa costituisce un'approssimazione della rappresentazione analogica, fornendo una visualizzazione a scatti di grandezze o fenomeni. La Fig. 4 mostra alcuni esempi di dispositivi di misura basati sulla rappresentazione discreta delle grandezze misurate: un orologio digitale mostra il tempo a salti di minuti o di secondi; un termometro digitale visualizza la temperatura in gradi e decimi di grado su un display; una proiezione cinematografica rappresenta il movimento di una scena attraverso l'uso di 24 fotogrammi al secondo. Figura 4 – Esempi di dispositivi basati sulla rappresentazione discreta delle grandezze misurate. La codifica è un processo che implica l'adozione di convenzioni e regole per trasformare un'informazione dalla sua forma originale in una rappresentazione specifica e viceversa. Questo insieme di regole e convenzioni determina come l'informazione sarà interpretata e manipolata. È importante notare che un'informazione può essere codificata in modi diversi, dando luogo a rappresentazioni diverse dello stesso concetto. Ad esempio, il numero "1" può essere rappresentato mediante la codifica araba come "1" o mediante la codifica romana come "I". Queste diverse rappresentazioni mantengono lo stesso significato fondamentale, ma utilizzano simboli e convenzioni diverse per esprimerlo. Un codice è un sistema di simboli che facilita la rappresentazione dell'informazione in una determinata codifica. I suoi componenti principali includono: i simboli, che costituiscono gli elementi atomici della rappresentazione; Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 7 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni l'alfabeto, che rappresenta l'insieme completo dei simboli possibili del codice; o la cardinalità del codice, indicata con (n), rappresenta il numero totale di elementi presenti nell'alfabeto; le parole codice, dette anche stringhe, sono le sequenze ammissibili di simboli all'interno del codice; o la lunghezza (l) delle stringhe rappresenta il numero di simboli dell'alfabeto che compongono ciascuna parola; il linguaggio del codice definisce le regole che determinano la costruzione di parole codice significative per l'utente del codice stesso. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 8 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni 3. Determinare la lunghezza delle parole codice Sia A = {s1, s2,…, sn} un alfabeto composto da n simboli distinti, il numero di parole codice a lunghezza l che si possono costruire è funzione di n e l. Fissato il valore di l, esistono nl parole codice distinte, che deriva dal numero di combinazioni con ripetizione degli n simboli su l posizioni. Ad esempio: se l=1, esistono n parole codice; se l=2, esistono n2 parole codice; se l=3, esistono n3 parole codice. Il codice Morse, sviluppato intorno al 1840, è un sistema utilizzato per trasmettere lettere, numeri e segni di punteggiatura mediante segnali intermittenti. Il codice Morse ha giocato un ruolo significativo nelle comunicazioni a lunga distanza nel corso della storia, offrendo un metodo affidabile e universale per la trasmissione di informazioni tramite telegrafia. L'alfabeto del codice Morse è composto da due simboli distinti: la linea ("-") e il punto ("."). Pertanto, l'alfabeto Morse può essere rappresentato come A = {"-", "."}. Questi due simboli vengono combinati in sequenze specifiche per rappresentare ciascun carattere del linguaggio scritto, consentendo la trasmissione efficiente di messaggi attraverso segnali sonori o luminosi. Figura 5 – Le possibili stringhe del codice Morse a lunghezza l=1 e l=2. La Fig. 5 mostra le possibili stringhe del codice Morse a lunghezza l=1 e l=2. Mentre, la Fig. 6 riporta le possibili parole codice che si possono costruire fino alla lunghezza l=4. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 9 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Figura 6 – Le possibili stringhe del codice Morse fino alla lunghezza l=4. La scelta del numero di simboli necessari e della lunghezza delle parole codice dipende da vari fattori, come la complessità dell'informazione da trasmettere e la necessità di garantire efficienza e affidabilità nella codifica e nella decodifica. Per determinare la lunghezza delle parole codice, è necessario innanzitutto identificare i possibili valori che l'informazione può assumere. Indichiamo con V = {v1, v2,…, vm} l'insieme dei m possibili valori distinti dell'informazione da codificare. Codificare l'informazione significa associare univocamente ad ogni possibile valore vi dell'informazione una specifica parola codice, indicata come s1i s2i … sli. A questo punto, la lunghezza l delle parole codice, da utilizzare per trasmettere un’informazione, va scelta in modo che: nl ≥ m Si noti che se nl > m non tutte le rappresentazioni possibili (parole codice) saranno utilizzate per la rappresentazione. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 10 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Figura 7 – Alcuni esempi di possibili scelte di l per codifiche basate sul codice Morse. In Fig. 7 e in Fig. 8 sono riportati, rispettivamente, la scelta della lunghezza delle parole codice, e le rappresentazioni, di alcuni esempi di codifica basati sul codice Morse. Si noti che: m denota il numero di valori diversi dell'informazione da codificare; n denota il numero di simboli presenti nell'alfabeto (2 per il codice Morse); l denota la lunghezza delle stringhe, numero di simboli dell'alfabeto da cui è composta una parola codice. La lunghezza della codifica può essere fissa o variabile, e questa scelta dipende dalle specifiche esigenze applicative. Nella codifica a lunghezza fissa, tutte le parole codice hanno la stessa lunghezza, selezionata in base alle necessità del sistema. Al contrario, nella codifica a lunghezza variabile, le parole codice possono avere lunghezze differenti a seconda del valore da rappresentare. Un esempio comune di codifica a lunghezza variabile è la scrittura, dove le parole possono variare notevolmente in lunghezza a seconda della complessità del concetto da comunicare. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 11 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Figura 8 – Alcuni esempi di possibili codifiche con il codice Morse. La lunghezza della codifica può essere fissa o variabile, e questa scelta dipende dalle specifiche esigenze applicative. Nella codifica a lunghezza fissa, tutte le parole codice hanno la stessa lunghezza, selezionata in base alle necessità del sistema. Al contrario, nella codifica a lunghezza variabile, le parole codice possono avere lunghezze differenti a seconda del valore da rappresentare. Un esempio comune di codifica a lunghezza variabile è la scrittura, dove le parole possono variare notevolmente in lunghezza a seconda della complessità del concetto da comunicare. Nei calcolatori, la lunghezza della codifica può variare a seconda del tipo di dati che devono essere memorizzati o trasferiti. Ad esempio, per i numeri interi, potrebbe essere utilizzata una codifica a lunghezza fissa, mentre per le stringhe di testo potrebbe essere preferibile una codifica a lunghezza variabile per gestire la diversità della lunghezza delle parole. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. Ne è severamente vietata la riproduzione o il riutilizzo anche parziale, ai sensi e per gli effetti della legge sul diritto d’autore (L. 22.04.1941/n. 633). 12 di 13  Aniello Minutolo – Rappresentazione e codifica delle informazioni Bibliografia Le radici dell’informatica. Dal bit alla programmazione strutturata. Angelo Chianese, Vincenzo Moscato, Antonio Picariello, Carlo Sansone. Maggioli Editore. Attenzione! Questo materiale didattico è per uso personale dello studente ed è coperto da copyright. 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