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LA DIGITALIZZAZIONE (Informatica di Base), Appunti di Fondamenti di informatica

Il documento contiene: La digitalizzazione; Intervallo continuo; Esempio della fotocamera; Esempio di discretizzazione e quantizzazione.

Tipologia: Appunti

2021/2022

Caricato il 27/03/2023

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LA DIGITALIZZAZIONE
Altri tipi di informazione sono archiviabili nei sistemi digitali
I contenuti multimediali sono un altro comune tipo di informazione che necessita
della sua codifica
oSuoni (e.g. brani musicali)
oImmagini
oVideo
L’informazione non è qualcosa di tangibile. L’informazione che è tangibile è la sua
rappresentazione. Questo non dipende necessariamente dalla tecnologia impiegata. I
principi di rappresentazione dell’informazione non dipendono dalla tecnologia. Si può
scegliere qualsiasi strumento che abbia determinate caratteristiche per presentare
un’informazione. In teoria nel corso della storia lo sviluppo tecnologico ha portato allo
sviluppo dei dispositivi informatici come metodo per eccellenza per la rappresentazione di
elaborazione dell’informazione e questo è diventato un po’ lo standard quando parliamo di
questo argomento. È importante ricordare che è solo una scelta tecnologica basata
sull’efficienza degli strumenti che abbiamo e, in un certo senso, anche sul la storia del
trasloco tecnologico nel senso che il fatto di aver approfondito molto l’uso dell’elettricità e
dei dispositivi elettrici e successivamente elettronici ha portato a questa tecnologia di
eccellenza per la elaborazione di un’informazione. Il motivo del perché questo è anche
conveniente da un punto di vista della codifica: la codifica binaria è la scelta standard della
rappresentazione dell’informazione e questo si sposa molto bene con le tecnologie ideata
che permette di stabilire o rappresentare due stati necessari per una codifica binaria
analizzando il passaggio o meno di corrente all’interno di un circuito. Questo è quello che
ancora succede nei dispositivi informatici attuali, anche se molto minimizzati di termini di
tensioni, si tratta sempre di piccolissimi circuiti aperti e chiusi in quantità nell’ordine di
grandezza di milioni se non di più all’interno del dispositivo informatico. La codifica binaria
può funzionare come metodo di rappresentazione, però serve capire anche limiti, come
limiti che non sono dettati dalla scelta della codifica binaria in particolare ma nel momento
in cui si sceglie di rappresentare in maniera fisica, quindi scrivendo sulla carta in qualsiasi
maniera di informazione, si incorre in un problema: una serie di limiti che hanno come
radice comune alla base il fatto che la rappresentazione è finita dell’informazione nel senso
che scelta una dimensione per la sua rappresentazione si potrebbe pensare di fare un
meccanismo in caso fosse necessario per esempio potrebbe espandere lo spazio utilizzato
per consentire una rappresentazione di più informazioni. Tuttavia questo è un po’ un
passaggio non così immediato da tenere in testa possiamo anche immaginare di espandere
lo spazio a nostra disposizione per consentire rappresentazione di informazione sempre
maggiori però ogni qualvolta scegliamo una certa dimensione anche se poi pian piano la
modifichiamo ma ogni volta che ne scegliamo una essa è comunque finita e quindi in quel
dato momento concede soltanto una rappresentazione finita dell’informazione. Questa è
una cosa importante perché è un limite dell’informatica dell’informazione quindi tutto
quello che ne deriva anche nell’uso pratico bisogna sempre fare i conti.
I contenuti informativi che potremmo desiderare di rappresentare sottoforma di
informazione codificata, quindi con la codifica binaria oltre ad essere i numeri possono
essere anche contenuti multimediali come immagini suoni e video.
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LA DIGITALIZZAZIONE

 Altri tipi di informazione sono archiviabili nei sistemi digitali  I contenuti multimediali sono un altro comune tipo di informazione che necessita della sua codifica o Suoni (e.g. brani musicali) o Immagini o Video L’informazione non è qualcosa di tangibile. L’informazione che è tangibile è la sua rappresentazione. Questo non dipende necessariamente dalla tecnologia impiegata. I principi di rappresentazione dell’informazione non dipendono dalla tecnologia. Si può scegliere qualsiasi strumento che abbia determinate caratteristiche per presentare un’informazione. In teoria nel corso della storia lo sviluppo tecnologico ha portato allo sviluppo dei dispositivi informatici come metodo per eccellenza per la rappresentazione di elaborazione dell’informazione e questo è diventato un po’ lo standard quando parliamo di questo argomento. È importante ricordare che è solo una scelta tecnologica basata sull’efficienza degli strumenti che abbiamo e, in un certo senso, anche sul la storia del trasloco tecnologico nel senso che il fatto di aver approfondito molto l’uso dell’elettricità e dei dispositivi elettrici e successivamente elettronici ha portato a questa tecnologia di eccellenza per la elaborazione di un’informazione. Il motivo del perché questo è anche conveniente da un punto di vista della codifica: la codifica binaria è la scelta standard della rappresentazione dell’informazione e questo si sposa molto bene con le tecnologie ideata che permette di stabilire o rappresentare due stati necessari per una codifica binaria analizzando il passaggio o meno di corrente all’interno di un circuito. Questo è quello che ancora succede nei dispositivi informatici attuali, anche se molto minimizzati di termini di tensioni, si tratta sempre di piccolissimi circuiti aperti e chiusi in quantità nell’ordine di grandezza di milioni se non di più all’interno del dispositivo informatico. La codifica binaria può funzionare come metodo di rappresentazione, però serve capire anche limiti, come limiti che non sono dettati dalla scelta della codifica binaria in particolare ma nel momento in cui si sceglie di rappresentare in maniera fisica, quindi scrivendo sulla carta in qualsiasi maniera di informazione, si incorre in un problema: una serie di limiti che hanno come radice comune alla base il fatto che la rappresentazione è finita dell’informazione nel senso che scelta una dimensione per la sua rappresentazione si potrebbe pensare di fare un meccanismo in caso fosse necessario per esempio potrebbe espandere lo spazio utilizzato per consentire una rappresentazione di più informazioni. Tuttavia questo è un po’ un passaggio non così immediato da tenere in testa possiamo anche immaginare di espandere lo spazio a nostra disposizione per consentire rappresentazione di informazione sempre maggiori però ogni qualvolta scegliamo una certa dimensione anche se poi pian piano la modifichiamo ma ogni volta che ne scegliamo una essa è comunque finita e quindi in quel dato momento concede soltanto una rappresentazione finita dell’informazione. Questa è una cosa importante perché è un limite dell’informatica dell’informazione quindi tutto quello che ne deriva anche nell’uso pratico bisogna sempre fare i conti. I contenuti informativi che potremmo desiderare di rappresentare sottoforma di informazione codificata, quindi con la codifica binaria oltre ad essere i numeri possono essere anche contenuti multimediali come immagini suoni e video.

o Il processo di codifica e di conversione di una grandezza fisica (o della sua misurazione) in un’informazione discreta (sequenza di bit) è chiamato digitalizzazione o Esempio:  Una foto scattata con il telefono è una digitalizzazione dell’informazione luminosa passante per la lente della camera Quello che succede quando prendiamo delle informazioni e quindi della realtà fenomenica o fisica e la convertiamo e la vogliamo rappresentare all’interno del sistema informatico questo processo comporta una conversione da una certa grandezza fisica in genere in una codifica, quindi in una sequenza di simboli di 0 e 1 in questo caso e a questo processo di conversione è il processo di digitalizzazione. Esempio per capire qual è il processo che avviene durante la digitalizzazione: ad esempio se immaginiamo di scattare una foto con il telefono deve rappresentare l’informazione quindi l’immagine della fotocamera all’interno del nostro dispositivo informatico quindi all’interno del nostro telefono. Quando scattiamo una foto con il telefono stiamo facendo un processo di digitalizzazione.  Continuiamo con l’esempio della foto ú Supponiamo di scattare una foto con un telefono che fa solo foto in scala di grigi ú Il sensore dietro il sistema di lenti riceve la luce a varie intensità, in base alla luminosità dei colori degli oggetti visibili. ú Le ‘‘sfumature’’ che può assumere la luce in questo senso sono infinite all’interno dell’intervallo bianco-nero Supponiamo di scattare una foto col telefono che faccia le foto in scala di grigi di un telefono del fine ottocento che fa soltanto questa tipologia di foto: quello che succede è che il processo fotografico è normale/standard quindi c’è il passaggio di luce tra sole e ambiente nella fotocamera. Nel caso però di una macchina digitale come quella all’interno del telefono, la luce colpisce un sensore che abbiamo dietro la lente che ha delle parti che sono fotosensibili, quindi queste parti fotosensibili hanno un certo intervallo di corrente elettrica indotta nella luce che poi viene misurata, convertita in informazione e codificata. Ci si trova a scontrarsi già con il problema della rappresentazione limitata dall’informazione nel senso che in genere secondo la fisica che conosciamo oggi le grandezze misurabili della realtà fenomenica quindi la luce, il rumore, la temperatura e tutto quello che possiamo misurare della realtà esiste un intervallo continuo. Rappresentare l’intervallo continuo avendo solo dei sistemi finiti è fondamentalmente impossibile. Ci sono dei numeri che non sono rappresentabili in maniera finita come la radice di 2. Questi numeri già di per sé sono un problema ma non è solo questo il problema, è anche il problema delle divisioni infinite nel senso che se siamo in un intervallo vediamo tutti i numeri da 0 a 1 e dividiamo l’intervallo a metà ci troviamo con tutti i numeri da 0 a 0,5 e li dividiamo metà e possiamo fare questo gioco all’infinito, non c’è un limite oltre il quale che sia indivisibile. In un intervallo continuo questo è sempre possibile, quindi all’interno di un intervallo di valore continuo ci sono infinite possibilità, infiniti numeri e quindi infiniti valori e dovremmo rappresentare il nostro sistema informatico ma questo è impossibile. Possiamo essere molto precisi al punto da poter migliorare in accuratezza di certe cose ma in teoria bisognerebbe avere dei metodi per

In un intervallo continuo tra due valori qualsiasi all'interno c'è un'infinità di valori che potete prendere. Mentre l’intervallo finito come nei numeri interi c’è solo un numero limitato di valori che si può prendere. Quindi nel primo caso gli intervalli continui sono gli intervalli o anche non intervalli ma anche una serie di valori continui senza fine esattamente come funziona nella realtà fisica mentre gli intervalli finiti sono esattamente come funzionano i sistemi digitali e informatici. A capire la differenza tra questi due modi di rappresentare l’informazione è importante. Il problema fondamentale che sta alla base del trasformare l’informazione è prenderla dalla realtà e metterla su carta o sul digitale. Esempio della fotocamera Rappresentiamo la scala dei grigi partendo dal nero (0) al bianco (1) e grigio (0,5). E tutti i numeri di mezzo sono sfumature infinite.  Immaginiamo di voler conservare nel nostro telefono 3 bit quindi tre cifre nella codifica binaria per la rappresentazione dei colori della scala dei grigi. Scriviamo tutti i valori possibili che codifica binaria consente con tre cifre. E costruiamo il nostro sistema di scale grigie a valori finiti utilizzando tutti i numeri possibili che possiamo tenere con tre cifre. E quindi otteniamo una scala a otto valori. Nero (111) e bianco (000)  Cosa succede nel processo di digitalizzazione della scala di grigi. Immaginiamo che le sette cifre della codifica binaria abbiano un valore che va da 0 a 7.

 Mentre qua abbiamo una serie di raggi luminosi che entrano dalla fotocamera. Quello che fa la fotocamera come processo di digitalizzazione è prendere questi valori e capire a quali di questi numeri assegnarli. Qui l’operatore più semplice è l’arrotondamento, ovvero il valore 0,15.  Ad ognuno dei raggi di luce che cadono all’interno un certo intervallo gli viene assegnato un solo valore. Sono valori infiniti però quello che andiamo a vedere una volta che misuriamo un valore possiamo capire quantomeno all’interno di quale sotto intervallo sia. Si prendono dei sotto intervalli dell’intervallo continuo, e tutto ciò che è all’interno cioè tutti i valori che ricordiamo che sono infiniti anche da sotto intervallo, ma tutti i valori che cadono all’interno di un certo sotto intervallo vengono trasformati in un numero singolo. Ovviamente con quest’operazione non solo si semplifica la rappresentazione ma dovrebbe essere chiaro che l’informazione che si vuole rappresentare all’interno di un dispositivo è sempre un’informazione limitata rispetto a quella che troviamo nella realtà perchè la realtà è fatta di grandezze con valori di intervalli.  Se arrivano due raggi di luce e cadono nello stesso intervallo però hanno una sfumatura di grigio relativamente differente anche in piccola parte, noi assegniamo a tutti e due i colori il numero 4 ma se vogliamo fare il processo inverso e ricostruire e recuperare l’informazione su quei due raggi di luce questo non è possibile, sono indistinguibili una volta che abbiamo digitalizzato perché abbiamo assegnato lo stesso numero, si parla di informazione. ° Il sistema del nostro telefono assegnerà quindi in base a un certo numero di soglie e al loro valore uno dei colori, in numero finito, a ogni parte della nostra foto.

Che differenza fondamentale c’è tra la discretizzazione e la quantizzazione? Ci sono modi per discreti zar è un intervallo che non comportando la quantizzazione quindi la quantizzazione è un metodo di discretizzazione e la discretizzazione si può fare con altri metodi. Negli intervalli discreti gli estremi sono dati dai numeri disponibili all’interno dell’intervallo nel senso che se uso due cifre in codifica binaria gli intervalli dei valori degli intervalli sono quattro quindi i numeri vanno da 04 però questo zero e questo quattro non mi dicono niente, non devono dirmi niente sugli estremi che hanno i valori che sto misurando nella realtà. Ad esempio la temperatura utilizza una scala che va da 0 in su. O che va da -100 a 100 e quindi io non ho bisogno di avere -100 e 100 dall’intervallo discreto ma quello che devo fare è attribuire correttamente il significato degli estremi.  Se io ho questi estremi all’interno del mio intervallo discreto, quindi se io ho i numeri da zero a quattro per rappresentare i numeri da -100 a 100 di un termometro.  L’unica cosa che mi interessa è che poi il mio sistema informatico sta a 0 quando il numero tradotto digitalizzato significa -100 e sta a 4 quando il numero dell’auto digitalizzato significa +100.  Però il numero utilizzato all’interno del dispositivo informatico per rappresentare questi valori nessuno ci vieta che questi numeri siano 0 e 4. Quindi in realtà il significato di questo 0 e 4 in questo caso significa proprio il numero di valori del nostro intervallo quindi sappiamo che il nostro intervallo nel nostro termometro dobbiamo dividerlo in quattro parti e dividerlo nella maniera più banale possibile. Andiamo da -100 a 100° e mettiamo delle tacche ideali come -50, 0, 50 all’interno.

Se utilizziamo due di questi termometri uno ci dice che la temperatura misurata e 60° è un altro ci dice che in un altro posto la temperatura misurata sono 80°. Nel processo di quantizzazione possiamo decide di assegnare entrambi i valori 60 e 80 al 4. Possiamo fare una quantizzazione per difetto e dire tre però quello che è importante capire è che tutti i valori interno di questo intervallo che non riusciamo a rappresentare l’intervallo discreto di schiacciamo e diciamo questi sono lo stesso numero fondamentalmente. Così come ad esempio due temperature come -20 e -30,55 gli diamo a entrambi i numeri due perché sono all’interno dello stesso intervallo. Esempio di discretizzazione e quantizzazione  Prendo un intervallo da zero a 10 in questo intervallo è possibile avere un numero intero come 3, ma anche numeri intermedi come 3,2; 3,15; 3,1.752.000 …