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appunti informatica grafica, Appunti di Fondamenti di informatica

Politecnico di Milano (POLIMI)Fondamenti di informatica
Prof. Manuel Roveri

appunti informatica grafica, completi presi a lezione, anno 2024/2025. Integrazione di Disegno uno primo anno EDA Politecnico di Milano

Tipologia: Appunti

2024/2025

Caricato il 27/01/2026

caterina-cecchi-3
caterina-cecchi-3 🇮🇹

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PERSONAL COMPUTER:
elaboratore elettronico general purpose quindi preciso per una specifica
funzione ma modificabile in base alle esigenze APPLICAZIONE DEL
SOFTWARE. Personal perché il proprietario installa ciò che è necessario
COMPOSTO DA HARDWARE E SOFTWARE
1-Software: comprende i programmi eseguiti dal sistema, hanno lo scopo
di rendere funzionale il computer. Si divide in d’ambiente ed applicativo
1. Applicativoagisce sul sistema operativo, racchiude le
informazioni associate alle applicazioni (atemporale, flessibile
e semplice)
2. Software di sistema o D’ambiente aggiornabile, dedicato alla
gestione dell’elaboratore
2-Hardware: comprende le componenti fisiche del sistema composto da
elementi funzionali presumibilmente presenti in ogni pc
- CPU unità di elaborazione
- RAM memoria centrale
- Memorai di massa MM
- Bus di sistema
- Unità periferiche
FUNZIONAMENTO DEL PC si basa su
- Dati da elaborarecontenuti che possono avere a loro volta dei
contenuti
- Istruzioni da eseguire
- Istruzioniapplicazioni
*****
CPU, RAM, bus di sistema e interfacce periferiche
CPU, unità di elaborazione: Organizzata da una serie di oggetti
- Unita di controllo coordina tutta la CPU. Preleva, trasporta e
interpreta l’istruzione. Attiva le varie unità
- Clock orologio di sistema che definisce i quanti di tempo, tempo e
passaggi
- Registro dati e indirizzi condivisi con la memoria. Portano i dati e
specificano gli indirizzi su cui lavorare
- Unità aritmetico-logica compie le azioni aritmetiche e logiche/
registra indirizzi e dati
- Registro istruzionale corrente parte di memoria che contiene
l’istruzione prelevata dall’unità di controllo che deve essere eseguita
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PERSONAL COMPUTER:

elaboratore elettronico general purpose quindi preciso per una specifica funzione ma modificabile in base alle esigenze  APPLICAZIONE DEL SOFTWARE. Personal perché il proprietario installa ciò che è necessario COMPOSTO DA HARDWARE E SOFTWARE 1-Software: comprende i programmi eseguiti dal sistema, hanno lo scopo di rendere funzionale il computer. Si divide in d’ambiente ed applicativo

  1. Applicativoagisce sul sistema operativo, racchiude le informazioni associate alle applicazioni (atemporale, flessibile e semplice)
  2. Software di sistema o D’ambiente aggiornabile, dedicato alla gestione dell’elaboratore 2-Hardware: comprende le componenti fisiche del sistema composto da elementi funzionali presumibilmente presenti in ogni pc
  • CPU unità di elaborazione
  • RAM memoria centrale
  • Memorai di massa MM
  • Bus di sistema
  • Unità periferiche FUNZIONAMENTO DEL PC si basa su
  • Dati da elaborarecontenuti che possono avere a loro volta dei contenuti
  • Istruzioni da eseguire
  • Istruzioniapplicazioni

CPU, RAM, bus di sistema e interfacce periferiche

CPU, unità di elaborazione: Organizzata da una serie di oggetti

  • Unita di controllo coordina tutta la CPU. Preleva, trasporta e interpreta l’istruzione. Attiva le varie unità
  • Clock orologio di sistema che definisce i quanti di tempo, tempo e passaggi
  • Registro dati e indirizzi condivisi con la memoria. Portano i dati e specificano gli indirizzi su cui lavorare
  • Unità aritmetico-logica compie le azioni aritmetiche e logiche/ registra indirizzi e dati
  • Registro istruzionale corrente  parte di memoria che contiene l’istruzione prelevata dall’unità di controllo che deve essere eseguita
  • Registro contatore di programma PCdice quale si all’indirizzo della prossima cella di memoria che deve essere registrata
  • Registro interruzioni INTRcontiene le funzioni per rispondere alle intenzioni( segnali che indicano alla CPU la necessità di interpretare l’esecuzione del programma corrente)
  • Registri operandi memorie di dati temporanei che uso nell’immediato
  • Registro di stato  fornisce informazioni in più sullo stato di diversi risultati di operazioni matematiche per esempio che un’operazione non può essere eseguita RAM, memoria centrale Fatta come una matrice, organizzata attraverso una lunga tabella, con un numero di colonne fisso (16 o 32 bit) Il numero di righe rappresenta la quantità di memoria che ho a disposizione
  • Parola di memoriaogni riga della tabella si chiama parola ed è il piu piccolo elemento che si possa andare a scrivere o leggere, contiene l’informazione. È volatile (quanto tolgo l’alimentazione perdo il contenuto quindi deve essere manualmente salvata)
  • Stato di indirizzamentoposizione in memoria ( se ho K bit= 2^K indirizzi) Anche gli indirizzi sono rappresentati in binario lo spazio di indirizzamento è quindi sempre una potenza di due
  • Registro indirizzi memoria con le dimensioni di un indirizzo (10 bit) che definisce la posizione della cella di memoria in cui devo lavorare
  • Registro dati memoria con le dimensioni della parola (16 o 32bit) che contiene l’informazione che devo leggere o scrivere Bus di sistema, trasmette attraverso i cavi l’istruzione (sapere solo i nomi)
  • Bus indirizzispecifica l’indirizzo a cui si deve lavorare
  • Bus datitrasferisce i dati dalla CPU alla RAM e viceversa
  • Bus di controllo  specifica se è una lettura o scrittura Interfacce periferiche Comprende le informazioni e registri per permettere l’esecuzione delle attività direttamente sulla periferica
  • Registro dati della periferica contiene i dati da leggere o scrivere
  • MIRCROPROCESSORE che si trova sulla scheda madresempre attaccato ad una ventola. È la componente tecnologica dell’unità di elaborazione e si occupa di leggere e scrivere i dati sulla memoria. Permette di riconoscere ed eseguire le istruzioni fornite dai programmi, indica alle altre componenti che cosa fare
  • memoria centrale RAM: RANDOM ACCESS MEMORYmemoria con cui interagisce la CPU per leggere e scrivere è volatile e conserva le informazioni su cui sto lavorando
  • CACHE memoria a cui il microprocessore accede prima della RAM e in modo piu veloce
  • ROM =READ ONLY MEMORY memoria di sola lettura , non riscrivibile dal sistema, contiene informazioni che non possono essere modificate dall’utente (accensione e mantenimento della CPU)
  • INTERFACCIA INPUT/OUTPUTparte di comunicazione t5ra computer e periferiche
  • HARD DISK DRIVE componente rigido dove vengono memorizzati in modo permanente le informazioni elaborate. Composto da dischi magnetici con testine per leggere informazioni (dischi magnetici sono tracce e settori ). Con le operazioni sul disco ne provoco la frammentazione e quindi il rallentamento all’accesso dell’informazione
  • SSD: solid state disk dispositivi di memorizzazione permanente. Organizzata in pagine (che posso leggere e scrivere), blocchi (informazioni da cancellare) e insieme di blocchi. La cancellazione avviene per blocchi, con il tempo il sistema diventa piu lento
  • CD e DVD dischi per la memorizzazione dei programmi e informazioni tramite fori e lenti con infrarossi
  • MONITOR Distinto per il numero di pixel in essi contenuti Pixel: picture element, ogni pixel contiene un’informazione che sarebbe il colore. Se si aumenta la risoluzione si aumenta dunque il numero di pixel contenuti in una stessa dimensione pixel piu piccoli ed immagini piu nitide. Per colore vengono uniti 3 pixel con le diverse tonalità di rosso, blu e verde per far vedere il colore il monitor emette una sequenza di foto con una frequenza altissima ( es, 60 volte al secondo) per farmela vedere fluida
  • Floppy disk antenato della chiavetta USB Periferiche : dispositivi esterni (stampante mouse e tastiera) e dispositivi interni (monitor hard disk e floppy disk

MODELLO DI VON-NEUMANN

modello generale di descrizione del funzionamento di un calcolatore. (atemporale, flessibile e semplice). modello concettuale, viene poi applicato a più tecnologie Costituito da 4 elementi

  1. Unità di elaborazione CPUcuore o cervello del sistema , esecutore delle informazion, ha lo scopo di interpretare ed eseguire i programmi e coordinare la macchina
  2. Memoria centrale RAMmemoria centrale, contiene dati e istruzioni portati nella CPU
  3. Interfaccia delle periferiche interfaccia con il mondo esterno, porte di sistema che riguardano lo scambio di informazioni con le periferiche
  4. Bus di sistema collega CPU, RAM e interfaccia , quindi collegamento tra gli elementi funzionali Funzionamento della macchina: il processore estrae le istruzioni una per volta dalla memoria centrale RAM per interpretare, poi attraverso il bus di sistema le esegue. Possono riguardare manipolazione e trasferimento di dati Le azioni si svolgono in modo sincrono secondo un clock di sistema. La durata dipende dalla frequenza del processore. In ogni unità di tempo c’è una unità di controllo che si assicura che tutto avvenga in modo sequenziale stabilendo la funzione da svolgere DOMANDA :nella macchina di von Neumann non è elencata la sequenza delle periferiche , c’è solamente il concetto di interfaccia  L’hard disc viene pensata come periferica esterna quindi quando le informazioni si trovano li e non nella memoria centrale ci impiega del tempo per trasferirle nella memoria centrale per poi usarli La memoria contiene le informazioni che sto usando quando salvo un file manda le modiche fatte nell’hard disc **** come funziona un computer Prendo i dati e li elaboro, ci sono due tipi di istruzioni
  • Trasferimento dei dati
  • Manipolazione dei dati e quindi elaborazione di questi
  1. Prendo i dati
  2. Manipolo i dati attraverso le istruzioni

Rappresentazione binaria dell’informazione

Connessione tra i dati utilizzati dagli uomini e quelli del computer tutti i dati acquisiti devono essere convertiti in binario per essere manipolati, elaborati e rasessi alla macchina Per codificare dati e istruzioni scrivo : ALFABETO DEI SIMBOLI, SINTASSI (regole di composizione) e SEMANTICA(codice)

  • Testo.
  • Info numeriche .
  • Audio.
  • Video .
  • Foto. ‘’ corrisponde alla rappresentazione binaria ovvero scrivere nel linguaggio del calcolatore Alfabeto dei simboli: insieme dei simboli ammissibili che servono per costruire parole  Cifre di 0 e 1 , cifra decimale 0,1,…,  Vurgola (,)  Punto (.)  Piu (+)  Meno(-) Regole di sintassi : regole di composizione, definisce le sequenze di cifre ammissibili
  • Una virgola
  • Punti ogni tre numeri
    • e – sempre davanti Semantica : codice, insieme delle regole che associano una determinata informazione alle configurazioni ammissibili  Regole che mi fanno interpretare il linguaggio corretto e ci permette di interpretarlo come informazioni L’alfabeto del calcolatore è binario ed i dispositivi hanno solamente due stati : 1 e 0. Il codice binario non limita la funzionalità del calcolatore BIT piu piccola informazione binaria, quantità di informazione che si ottiene selezionando una configurazione da una quantità che ne contiene duesimbolo o cifra binario

Es.

  • Avendo a disposizione n bitposso codificare 2^n stati (informazioni)aggiungendo un bit raddoppio le informazioni che posso codificare
  • Per codificare n oggetti mi servono Byte: 8 bit quindi 2^8 stati Kilobyte: 10 ^3 bit Megabyte: 10^6 byte Gigabyte: 10^ Terabyte: 10^12 byte CODIFICA l’elemento complesso viene scomposto in più elementi semplici che vengono poi trasformati in binario. Per definire un codice devo identificare 2 insiemi: configurazioni ammissibili e oggetti da rappresentare e associare gli elementi dei due insiemi

CODIFICARE UN TESTO

CODIFICA NUMERI NATURALI

Si usa la NOTAZIONE POSIZIONALE: il valore assegnato ad una riga dipende dalla sua posizione

  • Conversione binariodecimale
  • 26 maiuscole
  • 10 cifre
  • 30 simboli interpunzione
  • 30 caratteri di controllo Ci sono diversi codici
  • Ascii ridotto 7 bit
  • Ascii esteso 8 bit  1 byte
  • Unicode 16 bit CODIFICA DI NUMERI INTERI in modulo e segno
  • -Il primo bit a sinistra rappresenta il segno del numero (bit di segno), i bit rimanenti rappresentano il valore 0 per il segno positivo, 1 per il segno negativo
  • Il bit di segno è applicato al numero rappresentato, ma non fa propriamente parte del numero
  1. il bit di segno non ha significato numerico
  2. Inefficiente: due codifiche per lo 0
  • Complessità di implementazione CODIFICA DI NUMERI FRAZIONARI IN VIRGOLA BASSA CODIFICA DI NUMERI FRAZIONARI IN VIRGOLA FISSA
  • La sequenza di bit rappresentante un numero frazionario consta di due parti di lunghezza prefissata Il numero di bit a sinistra e a destra della virgola è stabilito a priori, anche se alcuni bit restassero nulli
  • È un sistema di rappresentazione semplice, ma poco flessibile, e può condurre a sprechi di bit
  • Per rappresentare in virgola fissa numeri molto grandi (oppure molto precisi) occorrono molti bit CODIFICA DI NUMERI FRAZIONARI IN VIRGOLA MOBILE

CODIFICA DI SUONI, IMMAGINI E VIDEO

SUONI

Le onde sonore: onda che si propaga nell’aria con una certa frequenza. sono segnali continui che vanno divisi e quindi discretizzatiprendere un segnale complesso e semplificarlo (1 foto) Bisogna discretizzare il campionamento che prima è continuo: FRAZIONAMENTO (divisione in Hertz) Fc= 1/T (Hz) Campionamento : scelta di istanti in cui considerare il valore del segnale. Prendo solamente gli istanti che mi interessano mentre tutto quello che c’è tra i due istanti lo perdo. Se viene selezionata male la frequenza di campionamento si possono presentare degli errori come far diventare la frequenza piatta) (2 foto) segnale digitale (3 foto) QUANTIZZAZIONErendere le diverse ampiezze un insieme finito

  • In base alla quantizzazione e quindi ai bit che ho a disposizione, considero max e min e vedo quante configurazioni posso codificare (2^k livelli , k numero di bit per campione). Ad ogni elemento associo un numero. Piu il numerosi bit è alto più il numero delle diverse configurazioni per le ampiezze aumentala dimensione del singolo livello aumenta
  • Devo necessariamente introdurre delle approssimazioni. Errori che vengono ridotti se aumento i bit a disposizione

pixel aumenta e diminuisce la loro dimensione e la rappresentazione approssima meglio l’immagine originale Immagini rasterdisporre di una griglia e piazzare / impressionare l’immagine. Il numero dei pixel si distingue nei punti con + tonalità di colore o dove ci sono linee curve , + pixel richiede + memoria Occorre rappresentare ogni pixel come un numero , ogni numero rappresenta il colore quantizzo il colore

  • B&N: un bit per ogni pixel 0 bianco e 1 nero / con sfumature 256 gradazioni di grigio
  • A colori con modello RGB: tre primari Colori: verde rosso blu: la loro combinazione mi permette di scegliere altri colori 2 problemi:
  • Numero di pixel che mi definisce le linee
  • Numero di bit per il colore Anche qui ci sono delle tecniche di compressione che si ha la necesità di adottare per occupazione di spazio nella memoria e per velocità di trasmissione attraverso la rete. Non cambia la risoluzione ma prende due pixel vicini che non cambiano tonalità, diventano dello stesso colore con tonalità media
  • LOSSLESS senza perdita di informazioni (TIFF, RAW, GIF, PNG, BMP), reversibili
  • LOSSY con perdita di informazioni JPEG, il colore di alcuni punti dell’immagine viene appiattito e reso omogeneo
  • formati di compressione per immagini raster

 TIFF

 GIF e JPEG: in questo caso viene sfruttata la caratteristica

dell’occhio umano

 PNG

 BPM

 JFIF

  1. Immagini vettoriali, nascono in digitale Nasce gia nello spazio digitale, non ce bisogno della risoluzione perché e tutto definito attraverso primitive geometriche e quindi equazioni matematiche, quindi scalata senza perdere qualità

Sono generati dalla macchina che è diversa dal reale e dunque posso passare al vettoriale raster e rasterizzazioneNON SI PUO FARE L’INVERSO AUTOCAD : immagini composte da enti geometrici Formati di cadDWG (drawing) e DFX(drawing exchange format), formato standard di interscambio di dati di cad tra le diverse applicazioni SVANTAGGI: le immagini vettoriali sono per loro natura generate all’interno della macchina e non è il miglior formato fotografico con toni di luce ombre e miscele di colore FORMATI VETTORIALI

  • postScript adobe: misto bitmap vettoriale con compressione senza perdita
  • PDF portable document format derivato dal primo: rappresentare documenti in 2D FORMATI MISTI es. PDF : hanno la capacità di essere entrambi RAPPRESENTAZIONI VIDEO Successione di immagini riprodotte ad alte velocità (15-30 fps)  frame , diventano un video continuo Video interlacciato facendo vedere mezza foto per volta con righe orizzontali. Ora mai è stato sorpassato dal video progressivo ogni frame è costituito da un numero pari di righe pari e dispari Compressione del video
  • Bianco e nero
  • Motion-jpeg: prevede la riduzione delle dimensioni attraverso la riduzione delle immagini
  • Diminuire il frame
  • Se i frame sono simili codifico il primo e poi solamente le differenze
  • Per compressioni maggiori posso sfruttare la ridondanza temporale: quando sue frame successivi si assomigliano vengono codificate le differenze