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INFORMATICA APPLICATA (MODULO TEORICO)
Vi sono 11 tecnologie che hanno cambiato la storia dell’umanità:
- STAMPA , Johan Gutenberg, 1450, Magonza (Germania). Per la prima volta vengono introdotti i caratteri mobili. Prima vi erano i copisti, gli amanuensi addetti a trascrivere, ma non erano molto affidabili. Molti, nel copiare i testi, li modificavano perché contrari ai loro principi, venivano modificati per censura. Possiamo, dunque, affermare che i migliori copisti e più affidabili erano gli analfabeti, che ignoravano cosa stessero scrivendo. La stampa è un’invenzione che rivoluziona il mondo soprattutto per una questione di tempistica. La comunicazione, ovvero il passaggio di informazioni, subisce una notevole accelerazione. Si diffonde la cultura;
- FOTOGRAFIA , Louis Daguerre, 1839, Parigi (Francia). Inventata sulla base del funzionamento del dagherrotipo;
- TELEFONO. Per la sua invenzione vi è stata una diatriba. Antonio Meucci lo inventa nel 1871 e nel 1876 Alexander Graham lo “reinventa” sfruttandolo commercialmente. Meucci morì nel 1889 e solo il 15 giugno 2002 la Camera dei Rappresentanti degli Stati Uniti riconobbe che l’invenzione appartenesse a lui concludendo, finalmente, la luna disputa. La scoperta di Meucci fu del tutto casuale. In quel periodo egli stava facendo esprimenti medici per la cura, tramite elettroshock, dei malati di epilessia. Tale cura avveniva tramite l’utilizzo di un filo che collegava la batteria del macchinario che avrebbe dovuto dare la scossa al paziente, ed il paziente stesso. Per non prendere egli stesso la scossa, Meucci realizza un cono di protezione intorno al filo. Una volta somministrata la scossa al paziente quest’ultimo emette un urlo e Meucci sente tale urlo dal cono;
- RADIO. Anche qui vi sono due personalità che se ne contendono l’invenzione. Nel 1893 Nikola Tesla effettua la prima dimostrazione di comunicazione radio senza fili. Nel 1896 Guglielmo Marconi sviluppa un sistema di comunicazione con la telegrafia senza fili via onde radio ed effettua nel 1901 la prima comunicazione radio transoceanica. Nel 1909 otterrà il premio Nobel per la fisica. In Italia è il 6 ottobre del 1924 che va in onda la prima trasmissione radiofonica con la voce di Ines Viviani Donarelli;
- CINEMA , fratelli Lumière, 1895, Parigi (Francia). Il primo film che viene trasmesso in assoluto presenta alcuni operai che escono da una fabbrica;
- TELEVISIONE , l’ingegnere scozzese John Logie Baird, 25 marzo 1925, Londra (Gran Bretagna). Nel 1953 nasce negli USA lo standard NTSC (National Television Systems Commitee). Quando arriva in Italia la tv in bianco e nero siamo in una situazione di boom economico, il Paese si sta riprendendo da anni di guerra. In questo momenti vi erano sul territorio italiano una grande differenziazione di dialetti. Possiamo dire che l’italiano come lingua ufficiale nasce anche grazie alla televisione, che unifica la lingua. Il 1º febbraio 1977 si avviano ufficialmente le prime trasmissioni a colori;
- INTERNET. Al tempo si chiamava Arpanet (acronimo di Advanced Research Projects Agency NETwork ). Fu una rete di computer studiata e realizzata nel 1969 dall’agenzia Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, responsabile per lo sviluppo di nuove tecnologie ad uso militare. Siamo nel periodo della Guerra Fredda e tale sistema di comunicazione permetteva di comunicare, appunto, tra i centri militari statunitensi ed era principalmente utilizzata per la difesa dalla minaccia nucleare russa. Si tratta, quindi, della forma per così dire embrionale dalla quale poi nel 1983 nacque Internet. Stanislav Petrov è stato un militare sovietico, tenente colonnello dell'Armata Rossa durante la Guerra Fredda. La notte del 26 settembre 1983, in quanto analista al tempo, si trovò quasi casualmente a fare un turno di guardia ai calcolatori dei sistemi di difesa sovietici, sostituendo uno dei militari professionisti. Quella notte si accorse che i radar intercettori del sistema di difesa sovietici stavano segnalando l’arrivo di missili atomici lanciati dagli USA. Tuttavia egli non si fidò di tali segnali, reputando che ci fosse un errore di sistema. Non credeva che gli USA potessero veramente attaccare, “e se pure l’avessero fatto, non avrebbero lanciato solo un grappolo di missili”. Dunque, non seguì la procedura, che prevedeva di avvertire il Cremlino, che avrebbe avuto meno di quindici minuti per decidere di reagire, facendo partire bombe atomiche dirette verso l’America e l’Europa. I suoi superiori, quando poi si chiarì che si era trattato di un errore del sistema, non lo premiarono. Il colonnello, anzi, ricevette un richiamo per non aver seguito la procedura standard e la sua storia è rimasta segreta fino al crollo dell’Unione Sovietica;
- POSTA ELETTRONICA , il programmatore statunitense Ray Tomlinson nel 1971 utilizzò Arpanet per trasmettere un messaggio da un nodo all’altro della rete e decise di usare il segno @ per dividere il nome del destinatario da quello della macchina. Dichiarò in seguito “ forse scrissi QWERTYUIOP, tutto maiuscolo ”, da qui le tastiere QWERTY. La posta elettronica nella forma in cui oggi la conosciamo la dobbiamo però a Shiva Ayyadurai, uno studente di origine indiana trasferitosi giovanissimo negli Stati Uniti che, nel 1979 (a soli quindici anni) mise a punto il sistema di elettronica mail. Ayyadurai, che è diventato uno scienziato del Massachusetts Institute of Technology, ha ottenuto nel 1982 il brevetto dallo U.S. Copyright Office, come inventore della prima email in senso moderno;
- TELEFONO CELLULARE , 3 aprile 1973, Martin Cooper viene considerato l’inventore del primo telefono cellulare portatile e la prima persona ad aver effettuato una chiamata in pubblico con un prototipo di telefono cellulare. In Europa, i primi cellulari sono stati commercializzati a partire dal 1989 e nel 1997 fu commercializzato il primo telefono a conchiglia, il Motorola StarTAC;
- PERSONAL COMPUTER (PC). 1981, International Business Machines ( IBM ). Era inizialmente composto da 2 unita floppy a singola faccia da 5/quarti pollici da 160 kB. Possedeva una tastiera alfanumerica QWERTY a 83 tasti. Il mouse fu inventato nel 1967 ma il primo computer non ne possedeva uno. Il commodore 64 è una tastiera che veniva collegata alla televisione, formando un pc;
- WORLD WIDE WEB (WWW). Tim Berners-Lee, 1991, Cern (Ginevra). INFORMATICA In informatica il browser è un'applicazione per il recupero, la presentazione e la navigazione di risorse sul web. Tali risorse (come pagine web, immagini o video) sono messe a disposizione sul World Wide Web (la rete globale che si appoggia su Internet), su una rete locale o sullo stesso computer dove il browser è in esecuzione. Il termine browser deriva dal verbo inglese to browse , che significa sfogliare le pagine di un libro. Il primo browser fu sviluppato da Tim Berners-Lee e venne chiamato WorldWideWeb. Serviva a scopi dimostrativi, era disponibile solo per sistema operativo NeXT e perciò in seguito fu chiamato Nexus. Il primo browser a raggiungere un'apprezzabile popolarità internazionale, entrando nei laboratori informatici, fu Mosaic , sviluppato da NCSA (National Center for Supercomputing Applications). NCSA Mosaic è stato originariamente disegnato e programmato da Marc Andreessen e Eric Bina, due studenti della University of Illinois. Il suo sviluppo incominciò nel dicembre 1992 e la sua prima versione fu rilasciata nell’aprile 1993. Tra i browser più utilizzati ad oggi vi sono Google Chrome , Internet Explorer, Mozilla Firefox, Microsoft Edge (uscito con Windows 10), Safari, Opera. E’ importante non confondere la nozione di browser con quella di motore di ricerca. Nell'ambito delle tecnologie di Internet, un motore di ricerca è un sistema automatico che, su richiesta, analizza un insieme di dati (spesso da esso stesso raccolti) e restituisce un indice dei contenuti disponibili classificandoli in modo automatico in base a formule statistico-matematiche che ne indichino il grado di rilevanza data una determinata chiave di ricerca. I motori di ricerca più utilizzati nel 2017 sono stati: Google, Bing, Baidu, Qwant, Yandex, Ecosia, DuckDuckGo. Il termine informatica nasce nel 1962 in Francia dalla compressione dell’espressione information electronique ou automatique. Definiamo l’informatica come la scienza applicata che si occupa del trattamento dell'informazione mediante procedure automatizzate. Con la parola informazione intendiamo l’azione di comunicare dei contenuti attraverso un mezzo. Definiamo automatico ciò che può essere eseguito senza intervento umano, o che viene eseguito simulando l’intervento umano. Ad esempio, lo svolgimento di attività ripetitive o di calcoli estremamente complessi.
Alla fine del XVII secolo Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) inventa un meccanismo ora conosciuto come ruota dentata di Leibniz , una macchina che poteva svolgere automaticamente operazioni di addizione, di sottrazione, di moltiplicazione e di divisione. La disponibilità di nuove fonti di energia modifica la produzione. Con l’avvento dell’energia tramite l’ uso del vapore , nascono le prime industrie che si basano su tale forza e alcune di esse, come l’industria tessile, cominciano ad essere automatizzate grazie proprio all’uso di questa energia. Ci sono alcuni elementi che hanno fatto del settore tessile un precursore della moderna informatica, grazie al fatto che era stato inventato un telaio che aveva la possibilità di creare un tessuto attraverso le indicazioni di alcune schede perforate. E’ il primo esempio di una macchina che funziona attraverso un programma, senza la necessità di un tessitore. I nuovi telai meccanici accentrati attorno a macchine a vapore, mossi da alberi motore che possono raggiungere i 60 metri di lunghezza, costituiscono un primo esempio di concentrazione industriale. La fonte di energia che muove la macchina del telaio si chiama clock (la macchina esegue operazioni cicliche, in sequenza, sotto la spinta dell’albero motore). Questo telaio si chiama telaio Jacquard. Dunque, l’industria comincia a produrre questi telai in grande scala, e questa macchina ebbe un enorme successo. Sul finire della seconda guerra mondiale nascono i grandi calcolatori , grandi quanto un intero edificio. Il loro funzionamento si basava su schemi elettrici. Il più famoso di questi, il Colossus (o “Mark I”), fu costruito nel 1943 dal governo britannico per decriptare in maniera più rapida le comunicazioni radio dei tedeschi criptate con la macchina ENIGMA. Subito dopo la fine della grande guerra negli Stati Uniti nasce l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Il suo scopo era quello di effettuare calcoli balistici per l’esercito americano. La programmazione di questa enorme macchina veniva realizzata esclusivamente in linguaggio macchina, ossia secondo codici binari direttamente eseguiti dal processore, ed era prevalentemente costituita da relè (interruttori elettrici). Fu il matematico e fisico ungherese John Von Neuman (1903-1957) a definire le basi dei moderni calcolatori, macchine capaci di eseguire sequenze di comandi (algoritmi). John von Neumann definì per la prima volta il concetto di elaboratore elettronico guidato da un programma memorizzato, la cosiddetta macchina di von Neumann. Per questo è considerato come uno dei padri della moderna informatica. BUG DEL MILLENNIO Millennium bug , in italiano bug del millennio , è il nome che è stato attribuito ad un potenziale difetto informatico che si manifestò al cambio di data della mezzanotte tra il venerdì 31 dicembre 1999 e il sabato 1º gennaio 2000 nei sistemi di elaborazione dati. Anticipato da molto scalpore dai media, e da altrettanto allarmismo da parte dell'opinione pubblica, il problema si rivelò poi di minor portata del previsto e piuttosto circoscritto grazie alle misure di precauzione adottate. Il principio alla base di questo errore risiede nel fatto che, per rappresentare le date, diversi pacchetti software sviluppati a partire dagli inizi dell'informatica utilizzavano solo due cifre decimali per memorizzare l'anno; tali cifre potevano assumere i valori compresi da 00 a 99, dando per sottintesa, come base di partenza, l'anno 1900. In questo modo, al raggiungimento dell'anno 2000, le conseguenze sarebbero state imprevedibili. Questo malfunzionamento sarebbe una conseguenza del fatto che, all'epoca, i sistemi informativi disponevano di una ridotta quantità di byte di memoria, cosa che indusse i programmatori a risparmiare sul numero di cifre per la rappresentazione delle date. Era chiaro che questo sistema avrebbe generato una criticità al termine del 1999, ma tale evento era ritenuto, all'epoca, talmente lontano che si dava per scontato che, col passare del tempo, il software sarebbe stato completamente aggiornato, cosa che invece non sempre avvenne a causa della politica di risparmio della maggior parte dei paesi ed aziende. Tale bug avrebbe generato non pochi problemi nei grandi processori di imprese, ministeri ed enti pubblici, a spese di disoccupati, anziani e contribuenti; soprattutto questi ultimi sarebbero rimasti duramente colpiti, in quanto, i processori dei computer che gestivano pensioni e tasse erano tra i più antiquati. Secondo le prime statistiche almeno il 50% dei calcolatori, distribuiti nella civiltà occidentale, non erano “2000-compatibili".
Fortunatamente il bug si risolse con solo alcuni problemi effettivamente accaduti ma tuttavia circoscritti grazie alle misure di precauzione adottate (rilascio di programmi software per risolvere il problema). Il millennium bug è quindi un esempio di vulnerabilità umana , che ha facilmente travolto i mezzi di comunicazione di massa, portando i governi mondiali e miliardi di cittadini ad intraprendere una nuova era, nel versare tempo, energia e denaro in una frenetica corsa contro il tempo. Il termine inglese bug , in italiano baco, identifica in informatica un errore nella scrittura del codice sorgente di un programma software. L’uso di tale termine, che in inglese indica genericamente un piccolo insetto, è legato ad un curioso aneddoto risalente ai tempi pionieristici dell'informatica: il 9 settembre 1947 il tenente Grace Hopper ed il suo gruppo stavano cercando la causa del malfunzionamento di un computer Mark II quando, con stupore, si accorsero che una falena si era incastrata tra i circuiti. IL COMPUTER E LE SUE PERIFERICHE La comunicazione da e verso l’esterno avviene attraverso dispositivi di input/output chiamati periferiche. Le periferiche del computer sono componenti hardware collegati alla scheda madre del computer che svolgono una funzione di interfaccia tra l’utente e il microprocessore. Consentono uno scambio dati tra l’utente e il computer. Sono detti periferiche in quanto sono situate all’esterno dell’unità centrale del computer (scheda madre + processore), a cui sono collegati tramite cavo o wireless. È possibile distinguere le periferiche del computer in:
- periferiche di input , quei dispositivi che permettono il flusso di dati dall’utente verso il
processore (mouse, scanner, tastiera, lettore dvd);
- periferiche di output , quei dispositivi che gestiscono il flusso di dati dal processore verso
l’utente (monitor, stampante). In telecomunicazioni ed elettronica il modem è un dispositivo di ricetrasmissione che ha funzionalità logiche di modulazione/demodulazione (analogica o digitale) in trasmissioni analogiche e digitali.
Abbiamo visto, quindi, come è possibile contare in base 2 (in binario), così come è possibile contare in base 10 (in decimale). D’ora in avanti quando indicheremo un numero, per riconoscere i due sistemi di numerazione useremo la notazione in pedice : CIFRA BINARIA Ma il nostro obiettivo è sempre quello di rappresentare l’informazione, quindi lettere, cifre, simboli ecc. nelle memorie di un computer che, come abbiamo visto, parla solo in binario. Cioè una memoria digitale può rappresentare informazioni al suo interno utilizzando solo i bit ovvero i numeri binari, i numeri in base 2, le cui cifre, come abbiamo visto, sono solo lo 0 e l’1. I simboli della scrittura, e dunque l’informazione che vogliamo rappresentare nei nostri computer, comprendono le lettere dell’alfabeto (inglese), le maiuscole, le parole accentate, i numeri, la punteggiatura, i simboli, i comandi, i caratteri speciali, per un totale di 136 caratteri. Per rappresentarli nella memoria di un computer, la soluzione è far corrispondere ad ogni simbolo della nostra scrittura un numero. Questa operazione prende il nome di codifica. E, in questo caso, essendo i numeri binari (in base 2) la codifica prende il nome di codifica binaria. Con 8 bit posso rappresentare 256 combinazioni diverse di numeri (da 0 a 255) che sono più che sufficienti per rappresentare gli oltre 136 caratteri della nostra scrittura. Questi otto bit prendono il nome di byte , che deriva quindi dalla contrazione di binary octette. Il byte è , quindi, un numero composto da 8 cifre binarie ovvero da 8 bit. Possiamo pertanto identificare il byte come il modo di rappresentazione dell’informazione all’interno di un computer. Tutta l’informazione di cui disponiamo oggigiorno si misura in byte. Nel 1968 , l’ANSI (American National Standard Institute) pubblica l’ ASCII (American Standard Code for Information Interchange), la tabella che assegna ad ogni carattere o simbolo della scrittura un byte. Per quanto riguarda le lingue orientali , capiamo bene che un solo byte (ovvero otto bit) non sono sufficienti per codificare tutti i caratteri. Si è dovuti quindi ricorrere ad un sistema di codifica che utilizzasse due byte , ovvero 16 bit , per un totale di 65’536 combinazioni : Ma anche sedici bit non sono sufficienti dovendo codificare oltre agli ideogrammi delle lingue orientali anche i caratteri usati in quasi tutte le altre lingue vive e in alcune lingue morte, nonché simboli matematici e chimici, cartografici, l'alfabeto Braille, ecc. Si è quindi aumentato il numero di bit portandolo a 21 bit , per un totale di 2’097’152 combinazioni :
CIFRA DECIMALE
DIGITALIZZAZIONE DELLE IMMAGINI
Vi sono due modi per digitalizzare un’immagine:
- acquistandola con un dispositivo digitale;
- usando lo scanner.
Facciamo riferimento allo scanner. Questo si presenta come un dispositivo digitale con una base quadrata bianca. Poniamo che vogliamo digitalizzare un’immagine molto semplice, ovvero un triangolo nero. Una volta attivato lo scanner, questo riflette una luce bianca sull’immagine da digitalizzare. E’ come se disegnasse una griglia sopra l’immagine e la dividesse in milioni di piccoli quadrati, per ognuno dei quali definisce il contenuto in termini numerici. Ogni quadratino di questa griglia prende il nome di pixel (derivato dalla contrazione di picture element). Lo scanner rileva nell’immagine in quale pixel prevale il colore bianco e in quale il nero, dunque ad ogni pixel può essere assegnato un valore binario (in bit), ad esempio 1 se nel quadratino prevale il bianco e 0 se nel quadratino prevale il nero. Quando l’elaboratore va a rileggere il file memorizzato, ricostruisce la matrice nel monitor e riempie di bianco i pixel corrispondenti al bit 1 e di nero i pixel corrispondenti al bit 0. Naturalmente, aumentando il numero dei pixel in cui scompongo l︎’immagine, la digitalizzazione è più precisa e definita, l’immagine ha una migliore risoluzione. Analizziamo le principali risoluzioni:
- VGA (risoluzione standard), 640 × 480 (colonne×righe), ovvero 307’200 pixel;
- SVGA (Super VGA), 800 × 600 (colonne×righe), ovvero 480’000 pixel;
- XGA (Extended Graphics Array), 1024 × 768 (colonne×righe), ovvero 786’432 pixel;
- 720p (HD Ready), 1280 × 720 (colonne×righe), ovvero 921’600 pixel;
- 4K , 4096 × 2160 (colonne×righe), ovvero 8’847’360 pixel
Più è alto il numero dei pixel, più è grande il monitor che li comprende. Per quanto riguarda l’acquisizione delle immagini a gradazione di grigio capiamo che l’assegnazione di un bit non ci può più bastare, adesso assegniamo un intero byte (8 bit), con il quale possiamo ottenere 256 gradazioni diverse di grigio. Vi è una specifica tabella, che si chiama palette , che assegna il valore 255 al bianco , il valore 0 al nero e i valori intermedi alle altre gradazioni di grigio. Ad esempio, deduciamo che il bye 30 sarà molto scuro e il byte 200 sarà molto chiaro. Dunque, una volta attivato lo scanner, questo analizza la quantità di grigio presente in ogni pixel e ne codificherà il rispettivo byte di appartenenza. Spieghiamo una cosa importante : il valore 0 è associato al colore nero perché, essendo gli schermi dei nostri devices essi stessi neri, non hanno bisogno di un ulteriore lavoro di codifica per quel valore. Per quanto riguarda l’acquisizione delle immagini a colori facciamo riferimento ai colori primari (un insieme ristretto di colori dalla cui combinazione si può ottenere, con un'accettabile approssimazione, qualsiasi altro colore). I colori primari sono CMY : ciano (C) , magenta (M) , giallo (Y). Questo è un modello di colore a sintesi sottrattiva, che viene usato nei dispositivi di stampa a colori (stampanti, plotter, ecc.). L’unione di questi tre colori ci da il nero (K). Ecco spiegato perché tra i colori della stampante vi è anche il nero (K ovvero key , il colore chiave) da parte, perché sarebbe un grande spreco se per ottenerlo ogni volta dovessimo mescolare insieme gli altri tre colori. I complementari dei tre colori primari usati per produrre tutti i colori visibili su uno schermo sono RGB : rosso (R) , verde (G) , blu (B). L’unione di questi tre colori ci da il bianco.
Per quanto riguarda le immagini a colori, abbiamo bisogno di 3 byte, assegnandone uno ad ogni colore. Per fare questa misurazione lo scanner (dall’inglese to scan ovvero scansionare ) utilizza i cosiddetti CCD (Charge Coupled Device), di cui è composto, che rilevano la quantità dei tre colori fondamentali presenti in punto dell’immagine che si vuole acquisire. Vi sono, dunque, 3 CCD diversi e ognuno di questi è specializzato per rilevare uno dei tre colori diversi. La luce dello scanner è bianca perché il bianco è la mescolanza di tutti i colori. La luce dello scanner riflessa sull’immagine trasmette le informazioni in dipendenza del singolo pixel che sta riflettendo. Se la luce dello scanner tocca il bianco, questa viene riflessa totalmente dal pixel. Se la luce dello scanner tocca il nero non riflette niente perché questo assorbe tutta la sua luce. Dunque, grazie ai CCD, lo scanner rileva quanto c’è di quel colore in ogni singolo pixel, dunque quanti byte da 0 a 255 sono presenti in quel singolo pixel. Capiamo che possiamo avere 255 alla terza varietà di colori diverse, ovvero 16’581’375 varietà di colori diverse. Per trasformare un’immagine a colori in un’immagine in bianco e nero è necessario mettere lo stesso valore (da 0 a 256) a tutti e tre i colori primari. E’ come se dovessimo passare da 3 byte ad 1 byte solo, dunque per rappresentare quell’1 byte dobbiamo avere lo stesso valore (da 0 a 256) per tutti e 3 i byte.
Mostriamo un banale esempio di compressione senza perdita di dati. Abbiamo un file con la seguente sequenza di byte: 10101010 10101010 10101010 R G B Sono 3 byte, ovvero 24 bit. Come comprimerli senza perdere dati?
- 10101010 x 3, è una compressione “media”;
- 10 x 12, è una compressione “spinta”. Con questa compressione non ho perso informazioni.
Tuttavia, questo è un sistema basato su soli 3 byte, quindi molto pochi rispetto ai milioni presenti nelle vari immagini. Il formato di rappresentazione per punti che abbiamo visto sin ora è definito bitmap (o raster ). Nella grafica bitmap l'immagine viene vista come una scacchiera e ad ogni elemento della scacchiera, chiamato pixel , viene associato uno specifico colore. E’ particolarmente adatto per riprodurre fotografie, dipinti, immagini ecc. La grafica bitmap si contrappone alla grafica vettoriale. La grafica vettoriale è una tecnica di rappresentazione dell'immagine (o di un carattere tipografico generato da un computer), in cui gli elementi grafici che la costituiscono sono un insieme di primitive geometriche , come punti, segmenti di retta, curve di Bézier, ecc., alle quali possono essere attribuiti colori e anche sfumature. Questi elementi vengono geometricamente ubicati nel disegno con l'indicazione delle coordinate dei punti di applicazione. Il vantaggio per le immagini vettoriali è che, in tale formato è presente tutta l︎’informazione necessaria a riprodurre l’︎immagine, a prescindere dalle dimensioni, pertanto si elimina il problema legato al rapporto tra risoluzione e definizione (ad esempio, per ingrandire o ridurre la riproduzione basta agire sul sistema di coordinate). Tali immagini hanno un minor ingombro in termini di spazio di memoria occupato.
PERIFERICHE VIDEO
Il monitor (che prende il nome di generico di periferiche RGB) è un dispositivo elettronico per la visualizzazione di immagini, testo e video trasmessi in forma elettronica. Il componente principale di un monitor è il display, cioè il dispositivo elettronico per la visualizzazione su cui vengono generate le immagini. Il monitor collegato ad un computer viene considerato una periferica di uscita (output), ma se dispone della funzione touch screen diventa anche una periferica di ingresso (input). La risoluzione di un monitor viene, quindi, espressa in numero di colonne per numero di righe (ricordiamo, 640×480 - VGA; 800×600 - SVGA; 1024×768 - XGA ecc). In base alla tecnologia usata esistono diverse tipologie di display. Tra i primi ricordiamo lo schermo a tubo catodico , o schermo CRT. Il suo funzionamento si basa sull’utilizzo di elettroni. Questi, sparati verso il monitor, passano attraverso un campo magnetico che devia il loro percorso. Gli elettroni vanno a colpire dei fosfori che rappresentano i colori primari. A seconda della potenza fornita agli elettroni (da 0 a
- il fosforo colpito si illumina e mostra il colore del pixel. Tale sistema permette di visualizzare le immagini per fasce, dall’alto verso il basso, con una frequenza di 60/70 Hz. Dunque, la rigenerazione dei fosfori nelle varie strisce avveniva circa 60/70 volte al secondo. La fine di questi schermi si sancisce con il passaggio al famoso 100 Hz, che rende l’immagine più stabile. Un’altra tipologia di schermi è lo schermo cristalli a liquidi (in acronimo LCD dalla corrispondente espressione inglese liquid crystal display ) è una tipologia di display a schermo piatto. Il suo funzionamento si basa su celle di cristalli liquidi, messe in triplette) che sono accese con una forza da 0 a 255 a seconda del colore che devono riprodurre. Lo schermo al plasma , in sigla PDP (del corrispondente termine inglese plasma display panel ), è una tipologia di display a schermo piatto. E’ composto da molte piccole celle posizionate in mezzo a due pannelli di vetro che mantengono una mistura inerte di gas nobili. Il gas nelle celle viene elettricamente trasformato in un plasma, il quale poi eccita i fosfori ad emettere luce. Il vantaggio principale della tecnologia per schermi al plasma è che si può produrre uno schermo molto grande utilizzando materiali molto sottili. Siccome ogni pixel viene acceso individualmente, l'immagine è molto luminosa ed ha angolo di visione molto ampio.
camera in cui si trova, impedendo l'ingresso di luce dal mirino. Non appena l'otturatore si richiude, lo specchio si riabbassa in posizione di mira. Tutto questo avviene in un breve istante, nel quale i movimenti delle parti meccaniche producono il caratteristico "click" di questa tipologia di fotocamere. Il pentaprisma, oltre a deviare l'immagine dallo specchio al mirino, ha anche la funzione di raddrizzarla, perché altrimenti risulterebbe avere i lati destro e sinistro invertiti. Il tempo di esposizione è il tempo durante il quale l'otturatore della macchina fotografica rimane aperto per permettere alla luce di raggiungere la pellicola (nel caso della macchina analogica) o il sensore (nel caso della macchina digitale). Il tempo di esposizione regola la giusta quantità di luce per ottenere una fotografia ben esposta. Una fotocamera digitale è una fotocamera che utilizza, al posto della pellicola fotosensibile in rullino, un sensore elettronico (che può essere di diversi tipi, ma noi vedremo il CCD). Questo acquisisce l'immagine che successivamente viene convertita in una sequenza di informazioni digitali ed adeguatamente elaborate andranno a formare un file di formato JPEG. Il CCD è costituito da 3,2 megapixel, ovvero da 3 milioni e 200 mila triplette che codificano i colori. Le fotocamere digitali presentano, inoltre, uno schermo LED che serve per vedere la qualità della foto che è appena stata scattata.
DIGITALIZZAZIONE AUDIO
Partiamo descrivendo la nozione di suono. Il suono è la sensazione data dalla vibrazione di un corpo ( sorgente del suono ) in oscillazione. Tale vibrazione (che possiamo indicare come spostamento o differenza di pressione ), che si propaga nell'aria, raggiunge l'apparato uditivo dell'orecchio che, tramite un complesso meccanismo interno, crea una sensazione "uditiva" correlata alla natura della vibrazione. Un semplice movimento vibratorio si propaga meccanicamente originando un' onda sonora , che è un’onda longitudinale. Come tutte le onde, anche quelle sonore sono caratterizzate da una frequenza , data dalla distanza tra un’onda e l’altra. Parliamo di frequenze alte quando tra le onde vi è una breve distanza; parliamo di frequenze basse quando tra le onde vi è una grande distanza. Il suono raggiunge l’ apparato uditivo nel modo seguente. E’ per primo il padiglione dell’orecchio che viene raggiunto, il quale convoglia le onde verso il condotto uditivo e da qui verso il timpano. Il timpano si presenta sotto forma di una membrana impermeabile che al ricevere del suono si flette; tale flessione produce un movimento meccanico trasmesso alla catena degli ossicini (composta da staffa, incudine e martello) provocando una vibrazione trasmessa alla coclea. E’ in questo momento che avviene una trasduzione di movimento , da un movimento meccanico si passa ad una corrente elettrica. Il nervo uditivo interpreta questa corrente elettrica in un segnale nervoso al cervello. Vediamo come l’orecchio sia già di per sé un codificatore, trasformando una grandezza da meccanica ad elettrica. L’equivalente del nostro orecchio è il microfono , un trasduttore di tipo elettro-acustico in grado di convertire le onde di pressione sonora in segnali elettrici. Esistono diversi tipi di microfono, come quello tradizionale o quello a condensatore. All’interno del microfono vi è una membrana (equivalente del timpano dell’orecchio) che al ricevere la differenza di pressione vibra traducendo, tramite un circuito elettrico (trasduzione), tale differenza di pressione in un segnale elettrico (non numerico). Tale corrente elettrica viene poi trasferita ad un convertitore ADC ( Analog to Digital Converter ); questo è un circuito elettronico in grado di convertire un segnale analogico con andamento continuo in una serie di valori discreti, dunque digitali (sotto forma di byte). Quindi il segnale digitale in binario viene trasferito ad un computer. Il segnale elettrico che produce il microfono una volta ricevuta la differenza di pressione viene misurato in una procedura chiamata campionamento (tecnica che consiste nel convertire un segnale continuo nel tempo oppure nello spazio in un segnale discreto). In questo modo, a seguito di una successiva operazione di quantizzazione , è possibile ottenere una stringa digitale con valore binario. Naturalmente, esiste anche il processo inverso , che permette una conversione audio dal digitale all’analogico. L’operazione inversa si ha quando vogliamo riascoltare ciò che è stato precedentemente digitalizzato. Ciò implica, pigiando il tasto play , il passaggio da un segnale digitale ad un segnale elettrico. Questo compito è svolto dal convertitore DAC ( Digital to Analog Converter ). Il segnale prodotto viene successivamente trasformato in onda sonora dalle casse acustiche. Anche nelle casse è presente una membrana, che vibra al ricevere del segnale elettrico. Il movimento della membrana è dato dalla presenza di magneti posti dietro di essa che creano un campo magnetico in grado di attrarre o respingere la membrana, generando la sua vibrazione.
La soluzione a questo è stata trovata nel formato mp. MP3 MPEG ( Moving Picture Expert Group Layer 3 ) è un algoritmo di compressione audio di tipo lossy , sviluppato dal gruppo MPEG, in grado di ridurre drasticamente la quantità di dati richiesti per memorizzare un suono, mantenendo comunque una riproduzione accettabilmente fedele del file originale non compresso. La sua ideazione è dovuta a un team di lavoro coordinato da Leonardo Chiariglione. Il complesso algoritmo di compressione è basato sulla fisiologia dell’orecchio che riduce l’︎occupazione dei file da un minimo di 12 a 1 fino ad un massimo di 96 a 1. Il formato AAC ( Advanced Audio Coding ) è un formato di compressione audio lossy creato dal consorzio MPEG e incluso ufficialmente negli standard MPEG-2 ed MPEG-4. Progettato per essere il successore del formato MP3, AAC in genere può fornire una migliore qualità audio a parità di fattore di compressione rispetto al predecessore. La masterizzazione di un CD avviene nel modo seguente. Si incide un CD partendo dalla parte interna per andare verso la parte esterna. Vi si incidono i byte (composti dai bit 0,1): l’1 si incide opacizzando la superficie tramite l’utilizzo di un laser molto potente; lo 0 si incide opacizzando la superficie tramite l’utilizzo di un laser meno potente. Napster era un programma di file sharing attivo dal giugno 1999 fino al luglio 2001. Adesso è un servizio legalizzato a pagamento con una prova gratuita di 30 giorni acquistato dalla Roxio. Si basa sul principio del peer-to-peer. Consisteva nel mettere in collegamento un acquirente che voleva acquistare un brano con un possessore di tale brano, cosicché il passaggio del file audio avveniva automaticamente da computer a computer senza bisogno di recarsi in negozio a comprare il CD. Studi di neuropsicoacustica hanno rivelato che non tutte le frequenze di suono sono percepite all’orecchio umano. Vi sono alcune frequenze di suono ( frequenze mascheranti ) che impegnano talmente tanto l’apparato uditivo dell’uomo, da non permetterli di udire le frequenze di suono immediatamente successive. Tali frequenze mascheranti sono riconoscibili e nel momento in cui si digitalizza, si omettono, diminuendo ancora di più la grandezza del file audio.
DIGITALIZZAZIONE VIDEO
Anche per la digitalizzazione video valgono gli stessi principi fin qui analizzati per la digitalizzazione delle immagini. Ma partiamo con delle considerazioni fisiologiche. Il nostro occhio è un corrispondente di una videocamera. L’ occhio è l'organo di senso esterno dell'apparato visivo, che ha il compito di ricavare informazioni sull'ambiente circostante attraverso la luce. L'occhio umano raccoglie la luce che gli proviene dall'ambiente, ne regola l'intensità attraverso l'iride, la focalizza attraverso un sistema regolabile di lenti per formarne un'immagine sulla retina e trasforma questa immagine in una serie di segnali elettrici che attraverso il nervo ottico vengono inviati al cervello per l'elaborazione e l’interpretazione (l’immagine che arriva alla retina è capovolta; è il cervello che opera per raddrizzarla). L’immagine che rimane sulla retina ha una permanenza di 1/24 di secondo , prima di scomparire. Da qui l’invenzione dei video. Per comporre un video (e, dunque, garantire l’illusione di movimento) si necessitano circa 24 fotogrammi al secondo , posti in sequenza. Tutto questo sta alla base dell’invenzione sia del video che del cinema (Fratelli Lumière, 1895). Eadweard Muybridge dimostrò come durante il galoppo di un cavallo esiste un istante in cui tutte le zampe sono sollevate da terra. Nel 1878, Muybridge fotografò con successo un cavallo in corsa utilizzando 24 fotocamere , sistemate parallelamente lungo il tracciato. Ogni singola macchina veniva azionata da un filo colpito dagli zoccoli del cavallo. La sequenza di fotografie sono chiamate The Horse in motion. Tutto ciò ci porta, naturalmente, anche al mondo dell’ animazione. L'animazione è una tecnica che crea la percezione di movimento mediante la rapida successione di immagini che superano il tempo di percezione dell'occhio umano. La frequenza di successione delle immagini si misura in fotogrammi al secondo ( Fps ); il valore minimo accettabile di fps è 16 fotogrammi al secondo. Invece i valori standard di fps sono: 24, per il Cinema; 25, per i sistemi televisivi europei (PAL), 29,97 per il sistema televisivo (NTSC). La animazione tradizionale è la tecnica classica dei disegni animati, chiamata anche cel animation ; i cel sono fogli di rodovetro , fogli lucidi sintetici di acetato , usato per sovrapporre le parti da animare a quelle fisse. E’ un strategia per far in modo da non dover disegnare ogni volta lo sfondo. Toy Story è un film d'animazione statunitense, il primo lungometraggio completamente sviluppato in computer grafica , diretto da John Lasseter, realizzato dalla Pixar e distribuito dalla Walt Disney Pictures nel 1995. La Pixar Animation Studios , o semplicemente Pixar , è una multinazionale e casa di produzione cinematografica. È stata fondata nel 1986 , e dal 2006 appartiene alla Walt Disney Company. La tecnica passo uno (in inglese stop-motion o anche frame by frame ) è una tecnica di ripresa cinematografica e di animazione. Affinché la ripresa risulti fluida all'osservatore, sono necessarie molte pose. Con questa tecnica sono stati realizzati corti e lungometraggi, sia televisivi che usciti in sala.
