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ABILITÁ INFORMATICHE:
L’INFORMAZIONE IN FORMATO DIGITALE
Meet, università americana => edx => reso disponibile piattaforma corsi disponibili. Informazione come scelta tra due sole alternative => interruttore acceso o spento, ci manca un’informazione sullo stato della luce e dell’interruttore. Possiamo rappresentare i due stati con 0 e 1. Quando accade questo, si dice che l’informazione vale 1 BIT => unità di misura dell’informazione e corrisponde alla quantità di informazioni fornita tra due sole alternative, considerate equamente probabili. BIT => casella in cui possiamo scrivere 0 o 1 che può rappresentare una scelta piuttosto che un’altra. Scelta tra più di 2 alternative => uso di più di 1 BIT Prima esempio codice linguistico è quello del semaforo, si associano significati a combinazioni di colori, ogni luce può essere accesa o spenta e quindi rappresentata con un bit => 3 bit => stato 1,0, rosso, 0,0,1 verde, 0,1,0 giallo => 8 stati possibili. Caso più complicato => codifica dei testi in formato digitale, il testo ha tante dimensioni, lo consideriamo solo come una successione di caratteri, rimaniamo in superficie. Ogni carattere viene scelto all’interno di un insieme di simboli, di un alfabeto finito => testo in italiano => alfabeto, spazi, cifre, punteggiature ecc. Con 8 bit => 256 alternative diverse (2 all’ottava), possono sembrare abbastanza per codificare un carattere di un testo latino. Nel caso del testo diverse combinazioni di 8 bit corrispondono a diverse combinazioni di caratteri => 8 bit a 0 A, 7 bit a 0 e 1 a 1 B, 6 bit a 0, 1 a 1 e 1 a 0 C, non è codifica più utilizzata, ma così idea di costruzione di tabella di codifica dei caratteri => associa caratteri alfanumerici a gruppi diversi di 8 bit. Tabella più diffusa è ISOLATIN1 (ISO = organizzazione internazionale per la standardizzazione che ha il compito di occuparsi di standardizzazione di ogni cosa tra cui anche ambito informatica), evoluzione tabella precedente che non comprendeva lettere accentate (7 bit).
Se usciamo da alfabeto latino non ci bastano gli 8 bit => verso tabella UNICORD, in grado di codificare codici molto più complessi, cinese mandarino ecc. Es. stringa di caratteri => Oggi piove, tastiera manda sequenze di bit 0 e 1 (gg stessa codifica). LA CODIFICA DIGITALE Bit = Binary digit (cifra binaria)
- SISTEMA BINARIO (0/1)
- SISTEMA DECIMALE (0/9, dieci cifre = dieci alternative). 0 0 1 1 2? => con sistema binario aggiungo un altro spazio e ricomincio = 2 10 3 11 4 100 5 101 6 110 7 111 Con un’unica posizione a disposizione, posso registrare due scelta, se aumento di 1, quattro, se aumento di 2, otto e così via. Tot n. Di bit mi dà tot n. di alternative (1 => 2, 2 => 4, 3 => 8, 4 => 16, rapporto dato da 1 funzione, ELEVAZIONE A POTENZA DI 2 ELEVATO ALLA N IN CUI N É IL NUMERO DI BIT A DISPOSIZIONE => 2^n. 2^1 2 2^2 4 2^3 8 2^4 16 2^5 32 2^6 64 2^7 128 2^8 256 (BYTE) => logaritmo base 2 delle scelte (256) = 8 => DAL N. DI SCELTE VOGLIO SAPERE QUANTI BIT MI SERVONO PER RAPPRESENTARLA. I SISTEMI NUMERICI POSIZIONALI Ogni cifra ha significato, a seconda della posizione che occupa (0 a sinistra non sono significativi).
Uno degli aspetti fondamentali della digitalizzazione è quella di rendere un qualcosa di continuo e farlo diventare discreto (elementi separati, autonomi, ma vicini). Le frasi sono fatte da parole e le parole da lettere => ad una parola corrisponde altro che è facile da rappresentare con sistema binario => trovare intermediario tra lettera alfabeto e sequenza di cifre sistema binario => sistema decimale. Tra sistema binario e decimale ho stabilito un rapporto di conversione basato sul sistema posizionale, tra quello decimale e le lettere dell’alfabeto potrò avere una conversione arbitraria => tabelle di codifica. A 65 1000001 (2^6=64+1=65) B 66 1000010 C 67 1000011 a 97 1100001 b 98 1100010 c 99 1100011 ASCII (acronimo di American Standard Code for Information Interchange, lett. "codice standard americano per lo scambio di informazioni”) => STANDARD DIFFUSO PER RAPPRESENTARE L’INFORMAZIONE TESTUALE NEI COMPUTER, la codifica base si basa su 7 bit (2^7 = 128 da 0 a 127), 128 caratteri diversi che appartengono all’alfabeto inglese. TABELLA DEI CODICI DI CONTROLLO
Line feed => manda a capo Escape => interrompe una sequenza, servono ad indicare che quel numero è in realtà qualcos’altro (es. &# 65 per codice Unicode) CARATTERI STAMPABILI
GLIFO = FORMA GRAFICA DEL CARATTERE
NUMERI COME CARATTERI ALFANUMERICI
CHARACTER SET => SISTEMA ESADECIMALE DA 0 A F
LA CODIFICA DEL TESTO PARTE 2
Nell’alfabeto inglese non sono presenti le lettere accentate. Per ogni glifo è importante rappresentare un numero che verrà poi associato ad un binario. Se devo aggiungere caratteri ulteriori, propri di altri alfabeti => ESTENSIONI ASCII => aggiungo un bit per 256 scelte, caratteri (2^8) per lingue europee occidentali => italiano, francese, portoghese. Per lingue europee orientali come il russo aggiungerò bit. Con il tempo, necessità di tramettere informazioni al livello globale => l’organizzazione ISO (International Standard Organization) ha elaborato un proprio standard, una serie di famiglie in cui questi 128 caratteri in più, l’ISO-LATIN (1 bit in più per 256 caratteri) o ISO/IEC 8859-2 o LATIN ALPHABET N.1. Primi caratteri identici all’ASCII, più spazio dedicato ai 128 caratteri in più (e grave, e acuta, anche caratteri non propri dell’alfabeto italiano. L’ISO-LATIN 1 utilizza questo bit in più per rappresentare i caratteri non presenti nell’ASCII, propri degli alfabeti latini occidentali. Esiste anche l’ISO-LATIN 2 o ISO/IEC 8859-2 che utilizza questi 128 in più per rappresentare le lettere degli alfabeti latini orientali.
(contrazione Picture elements), immagine bidimensionale composta da griglia immaginaria in cui linee orizzontali e verticali definiscono i pixel. Il pixel contiene informazioni relative al colore, zummando l’immagine sempre più visibili. Quest’informazione posso farla corrispondere ad un numero, prima decimale, poi binario => 1 byte => 2^8 = 256 colori (prima palette di soli 256 colori a disposizione). Es. Non ci sono molte sfumature, poco fotorealistiche, passaggio da un colore all’altro molto marcato, il peso dell’immagine era dato dal numero di pixel dietro il quale c’era un byte (100 linee orizzontali e 100 verticali = 10 000 byte => pesa molto più del testo). Passaggio da sistema esadecimale/binario più semplice rispetto a decimale/binario. Un’alternativa è quella di utilizzare immagini a scala di grigio, sempre 8 byte, immagini monocromatiche, ma più realistiche (definizione maggiore). Es. Notte stellata di Van Gogh (256 colori), corrispondente in grigio, livello di realismo maggiore, più sfumature. Posso aumentare il numero di bit, aumentando byte, per aumentare colori a disposizione => 2^16 = 65536 colori. Es. Sfumature decisamente maggiori. Salto vero e proprio da 16 bit a 24 bit => 2^24 (3 byte per ogni pixel) = 16777216 colori, soglia del fotorealismo (da metà degli anni ’90), oltre il quale l’occhio non distingue più i colori (oltre a profondità di colore deve esserci anche una certa gratuità, definizione del pixel). Ogni colore che può essere rappresentato con questo modello è dato dalla combinazione di tre colori primari (giallo, rosso e blu). Per la struttura dell’occhio sono questi i colori che percepiamo come primari (modello RGB => 256 sfumature di giallo, 256 di rosso e 256 di blu => 256(2^8)x256(2^8)x256(2^8)=16777216(2^24). Argomento da trattare è anche. Il peso dell’immagine, lo spazio occupato. Vanno analizzati due aspetti: memorizzazione e trasmissione, ormai non ci sono più grossi problemi riguardo questo (schede da 64 gb, 5G). Prima problema della trasmissione => compressione => 2 tipi => senza perdita o con perdita. Nel caso della prima, prendo l’immagine, la comprimo, preservando esattamente l’oggetto originario (testo => al posto di 9 caratteri, 9 byte, utilizzerò un unico simbolo/immagine => stessa sfumatura di colore, non la ripeto); data la difficoltà di applicare la prima tecnica ale immagini, è
nata la compressione con perdita, si va a perdere un po’ della qualità originale per comprimere l’immagine, occupare meno spazio, molto importante ai fini della conservazione. La perdita di definizione dipende da quanto comprimo l’immagine, prima si cerca di sacrificare gli elementi a cui l’occhio fa meno caso, ma poi la differenza si nota molto. In passato comprimere le immagini è stato un aspetto fondamentale per l’informatica. Le immagini bidimensionali sono dette BIT MAP o RASTER, a mappa di bit perché sono appunto composte da una mappa che contiene pixel. Altra qualità di immagini bidimensionali sono le IMMAGINI VETTORIALI, composta da una serie di funzioni matematiche che descrivono delle curve (in questo caso non avviene come nelle immagini bit map in cui zummando si vedono sempre di più i pixel), questa tipologia di immagini funziona per grafici, loghi, facilmente riportabili a linee e curve. Se vado ad ingrandire, non trovo alcun pixel, solo curve perfette, immagine stilizzate senza perdita di qualità. File PDF = immagine vettoriale. Le gif hanno pochi colori, erano utilizzate per i loghi. Le immagini Jpeg erano utilizzate per immagini fotorealistiche. Scalable Vector Graphics => standard per la grafica vettoriale sul web dagli inizi degli anni 2000. Modalità di rappresentazione del colore => modello RGB (SINTESI ADDITIVA), altro metodo SINTESI CONTRATTIVA (METODO CMYK, iniziali di colori da cui è composta => ciano, magenta, giallo e nero, STAMPA IN QUADRICOMIA). Altra differenza tra immagini a stampa e digitali è il tipo di risoluzione => per essere visibile nitidamente deve avere una certa percentuale di punti DPI (Dot Per Inch) => immagini a video 72 dpi/ immagini a stampa 300 dpi (quella digitale dev’essere rimpicciolita per essere visibile a stampa. Es. Definizione FULL HD => 900 pixel in orizzontale e 1080 in verticale, diviso per i pollici della diagonale => RISOLUZIONE IN DPI DELL’IMMAGINE. LA CODIFICA DI AUDIO E VIDEO Altro tipo di codifica digitale, quella uditiva, fortemente continua, ma a cui si può applicare lo stesso metodo.
Anche qui diversi formati che hanno lavorato per comprimere in maniera efficace i prodotti => MPEG-2, formato digitale che veniva utilizzato nella trasmissione via satellite e dvd. Altro standard è l’mp4 (MPEG-4) che serve a definire una struttura di file in cui posso inserire documenti audiovisivi in modo da bilanciare nel modo migliore possibile il turn off, la qualità e lo spazio occupato. Es. Serie tv, film che possano entrare in dvd, blue ray o essere trasmessi con una certa velocità. Anche lo standard mp4 è formato da parti, ognuna per un determinato scopo (in particolare parte 3, evoluzione che dà un risultato migliore, parte 10, ‘’Advanced Video Coding’’, formato di codifica video che permette di ottenere un’ottima compressione. I fotogrammi non si differenziano molto l’uno dall’altro, occupano porzioni di video che rimarranno identiche, bisogna solo capire quale porzione di schermo cambia da un fotogramma all’altro. Parte 14 => MP4 file format, come funziona il contenitore dell’MPEG-4, come si mettono insieme le informazioni. L’MPEG-1 ha avuto un ruolo importante nella diffusione audio; L’MPEG-4 ha inciso molto sulla diffusione video sul web, ha permesso di avere video hd di ottima qualità senza occupare troppo spazio. Il web nella fine degli anni ’90 era prettamente testuale, senza contenuti multimediali. BIT => casella immaginaria che può contenere 0 o 1 BYTE => sequenza di bit => multipli del byte => su base 10: 10^3 => CHILOBYTE 10^6 => MEGABYTE 10^9 => GIGABYTE 10^12 => TERABYTE DI VOLTA IN VOLTA DI 3 IN 3. ALTRA MODALITÁ DI MISURARE I BYTE CON POTENZA SU BASE 2 (più comodi da misurare perché in base 2): 2^10 => KIBIBYTE 2^20 => MEBIBYTE 2^30 => GIBIBYTE 2^40 => TEBIBYTE INTRODUZIONE ALL’ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI
Scopo della codifica dell’informazione è l’utilizzo da parte di uno strumento, il computer => nato per effettuare dei calcoli, ora strumento di diffusione di informazioni ecc. Un computer è sia un Eniac (immagini in bianco e nero, Eniac Girls, strumento molto più arcaico) sia uno Smartphone; tra i due c’è uno scarto quantitativo, smartphone molto più potente, con capacità grafiche molto più evolute. Primo modello che possiamo utilizzare per definirne le caratteristiche: Al centro scatola nera, ai lati dati in entrata (INPUT) che vengono processati e memorizzati e poi inviati in uscita attraverso altre periferiche (OUTPUT). Contemporaneamente dati in output (posizione oggetto sullo schermo) e in input (cambio direzione), è un flusso continuo che avviene attraverso lo stesso dispositivo => schermo touchscreen. Concetto di DETERMINISMO = se inserisco n volte n dati, avrò n volte gli stessi risultati (processo replicabile). Conoscere come funziona un computer, tutte le componenti di un computer può essere difficile, ma non impossibile (prevedibile); al contrario, conoscere il funzionamento, l’utilizzo e come reagirà con altri dispositivi è un qualcosa di complesso (non posso prevederne il comportamento). LA MACCHINA DI TOURING: LE RADICI SORICO/ CULTURALI DELL’INFORMATICA II cap Mondo digitale => modello astratto su cui si basano tutti i computer (eniac, smartphone, personal computer) => LA MACCHINA DI TOURING. ALAN TOURING, uno dei padri dell’informatica. Il suo modello di calcolo va inserito in un preciso contesto, non pensava inizialmente che poi questo modello sarebbe stato utilizzato per la creazione di un computer; in realtà, lui voleva dimostrare un punto di un programma che era stato sviluppato da un altro matematico, David Hilbert (1900) => programma hilbertiano che proponeva 23 problemi che la matematica doveva risolvere per non essere più ambigua. Nell’800, grandi scoperte scientifiche e fede assoluta nella scienza. 2 aspetti fondamentali di questo programma erano completezza e consistenza, esprimendo i concetti con un linguaggio formale per evitare contraddizioni => un altro studioso si è occupato di questi aspetti, Gödel, considerato il secondo logico più importante dopo Aristotele.
C’è una tastiera e dei rotori, digito il messaggio sulla tastiera e i rotori trasformano la lettera da una posizione all’altra con un tot numero di giri che a sua volta passerà ad un’altra posizione, ad un altro rotore e verrà trasformata in un’altra lettera per l’intera frase (combinazioni esponenziali). Il destinatario, oltre ad avere a disposizione una macchina enigma, deve anche essere a conoscenza della posizione dei rotori: Se configuro 2 macchine enigma, mettendo nella stessa posizione i rotori, stesso numero di giri => scrivo il messaggio in linguaggio naturale, ottenendo una sequenza di caratteri inintelligibili e se il mio destinatario ha le conoscenze necessarie, inserisce, digita questo stringa di caratteri, ottenendo qualcosa di telegibile. Nonostante l’impossibilità di codifica manuale, il team riuscì a decifrare i codici tedeschi, sibilarono su peculiarità della macchina => es. stessa lettera in entrata mai codificata con la stessa in uscita, sempre con due caratteri diversi, ma anche la presenza di formule sempre presenti. Questa macchina rappresentava un vantaggio competitivo e, per questo, non bisognava far sapere al nemico di esserne in possesso, pur se con riscontri drammatici => es. Città di Coventry rasa al suolo, il governo inglese non fecero evacuare la città perché significava svelare la loro arma. Questo strumento ha permesso al governo inglese di ridurre la durata della Guerra Mondiale di due anni. Touring ha avuto un ruolo decisivo grazie alle sue competenze logico- matematiche. Era omosessuale (omosessualità vietata in Inghilterra), aveva una relazione con un ragazzo più giovane, relazione viene scoperta in maniera anche stupida => un amico di questo ragazzo lo convince a coprirlo nel fare una rapina a Touring, lui lo va a denunciare ed emerge la loro relazione. All’epoca l’omosessualità era un crimine, lui è un eroe di guerra e in possesso di informazioni sensibili, gli viene fatta una proposta => cura ormonale che consisteva nella castrazione chimica, per continuare a lavorare accetta di sottoporsi a ciò e poco dopo muore in circostanze misteriose. Nell’ultimo periodo, Touring effettuava esperimenti, uno con il cianuro di potassio, prende la mela senza lavarsi le mani e muore avvelenato nel 1954 (42 anni). Le motivazioni sono celate nel mistero => incidente, suicidio come gesto simbolico => Biancaneve.
Curiosità => simbolo mela Apple in onore di Touring Per diverso tempo l’Inghilterra ignorò la drammatica vicenda di Touring,solo nel 2009 Brown chiese ufficialmente scusa e nel 2012 la condanna venne cancellata. Recentemente Touring è diventato anche personaggio narrativo: film del 2014 The Imitation Game, conosciuto anche come il test di Touring, utilizzato nell’intelligenza artificiale. Anche romanzo Enigma, diventato poi fil nel 2001 => giovane genio che codifica il codice nemico durante la Seconda Guerra Mondiale. Breaking the Code, miglior film realizzato intorno alla figura di Alan Touring (1996), tratto da una pièce teatrale, parti scientificamente molto accurate => scena in cui gli viene chiesto quale sia il suo lavoro, si riassumono tutte le grandi figure che abbiamo visto precedentemente/altra scena in cui viene spiegato come funziona la macchina enigma/altra scena dopo 2°G.M., Touring viene avvicinato da un personaggio dei servizi segreti per testare la sua fedeltà alla corona in cui Touring spiega come vengono codificati i codici tedeschi. *Alonso Church, molto più grande di Touring, arrivò nello stesso anno alle stesse conclusioni di Touring attraverso un altro metodo, LAMBDA CALCOLO, metodo di riscrittura di funzioni matematiche, approccio molto più astratto (quello di Touring più intuitivo). I due metodi sono diventati poi modelli per i linguaggi di programmazione. Serie Doctor Who, riferimento a codifica codici tedeschi con macchina Ultima, Alan Touring rappresentato sulla sedia a rotelle come dimostrazione dell’impossibilità ad esprimere la sua natura. LA MACCHINA DI TOURING: IL MODELLO DI CALCOLO Si tratta di un modello astratto, in quanto possiede una caratteristica che ne rende impossibile la realizzazione concreta. La macchina è composta da un nastro diviso in cellette, è potenzialmente infinito (questo è ciò che la rende impossibile da realizzare). Ogni celletta può essere vuota o può contenere un simbolo appartenente ad un alfabeto determinato (più semplice 0/1). A completare il nastro c’è una testina che può muoversi a destra o sinistra, può esaminare il contenuto del nastro, scrivere o cancellare una celletta (cambiare simbolo) attraverso un meccanismo preciso.
IN = _ =_ freccia in giù = F Nel caso in cui il nastro è vuoto, bisognerà passare direttamente allo stato finale. Questo procedimento è estremamente semplice, ma efficace poiché in grado di effettuare qualsiasi calcolo, una funzione è computabile se esiste una macchina di Touring in grado di effettuarla. Compito di questa macchina è proprio quello di trovare funzioni incomputabili per risolvere negativamente il problema della dicibilità. Il linguaggi di programmazione vengono definiti Touring Completi, in grado di effettuare queste stesse operazioni, può calcolare ogni funzione. RISORSE ESTERNE E INTEGRATIVE DELLA MACCHINA DI TOURING Gödel, uno dei più grandi logici matematici. TEOREMA D’INCOMPLETEZZA LA MACCHINA ANALITICA E APPROFONDIMENTO RONCAGLIA 1679 => PRIMA TEORIZZAZIONE CALCOLO BINARIO 0/1 PER RAPPRESENTARE I NUMERI Leibniz pubblica il De progressione dyadica in cui viene scoperto il calcolo binario, dimostra come i numeri a base 10 possono essere rappresentati con numeri a base 2. Lui lavorò molto sull’idea di caratteristica universale, su linguaggio numerico universale e preciso => lo 0 e l’1 bastano per rappresentare la realtà. Calcolo binario realizzato da una macchina => fori che possono essere aperti e chiusi: aperti in corrispondenza di 1 e chiusi in corrispondenza di 0. 1843 => PUBBLICAZIONE ARTICOLO IN CUI VIENE DESCRITTA UNA MACCHINA DEFINITA ANALITICA (BABBAGE, INVENTORE, SCIENZIATO VITTORIANO NOTO PER AVER INVENTATO LA MACCHINA DIFFERENZIALE, POI ANALITICA => macchina da calcolo che ha un’innovazione importante: lavora sulla base di programmi e distinzione tra unità di calcolo e memoria da cui vengono presi e riportati i dati). 1936 => PUBBLICAZIONE ARTICOLO DI TOURING 1948 => PUBBLICAZIONE ARTICOLO DI SHANNON SULLA TEORIA MATEMATICA DELL’INFORMAZIONE (BIT PER CODIFICA) 1983 => DIFFUSIONE DEL PERSONAL COMPUTER 1992 => DIFFUSIONE DEL WEB Termine computer già esistente per strumento utilizzato per effettuare calcoli in astronomia per esempio, venivano riprodotte tavole di calcolo.
Una di queste era la macchina differenziale, non ancora aspetto rivoluzionario che sarà presente nella cosiddetta macchina analitica, oltre ad effettuare calcoli era programmabile (non specifica per un singolo calcolo, ma per calcoli generici), non fu in grado di realizzarla per diversi motivi: molto difficile data la tecnologia dell’epoca/necessari molti fondi per realizzarla. Il nome di Babbage va accanto a quello di Ada Lovelace, contessa figlia del celebre poeta Byron, prima programmatrice della storia. Era una matematica e collaborò con B. Per realizzare questa macchina analitica, se pur senza risultati. Luigi Federico Menabrea, generale italiano e matematico, rimase affascinato dagli studi di Babbage, tanto che scrisse un articolo proprio su questo, chiarendo le idee e il funzionamento della macchina. Graphic Novel di Sydney Padua => serie di fumetti su corrispondenza tra Babbage e Lovelace, storia alternativa su come hanno costruito la macchina analitica per combattere il crimine, nell’appendice ricostruisce anche il funzionamento della macchina. COMPONENTI MACCHINA ANALITICA: Dimensioni consistenti, lo STORE è la parte più grande, la memoria; Altra parte,MILL, in cui i dati vengono elaborati; La macchina è azionata tramite il vapore ed effettua delle computazioni, riceve istruzioni e dati su come deve essere programmata, sulle operazioni che deve svolgere. Durante la Rivoluzione Industriale veniva utilizzata per i telai, grazie a schede perforate, un telaio era in grado di creare più disegni. Da una parte c’erano le cards con le istruzioni dall’altra le cards con i dati effettivi, altri dispositivi come una stampante per mandare in output i dati e degli ingranaggi che servivano a far compiere determinate computazioni alla macchina, del tutto programmabile. Nel 1990, narratizzazione importante => The Difference Engine di William Gibson e Bruce Sterling, padri del movimento cyber punk (altro movimento in parallelo è lo Steam punk, scrittura dell’età vittoriana nella quale l’aspetto tecnologico è molto importante, Babbage e Lovelace => personaggi di rilevanza, macchina analitica come una sorta di divinità, tutto ruota intorno ad un programma misterioso che permette di predire la vittoria dei cavalli => altro non è che la dimostrazione del teorema d’incompletezza di Gödel). IL COMPUTER E LE OPERAZIONI LOGICHE
