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Introduzione:
Perché seguire questo il corso di informatica di base? Perché dobbiamo considerare che siamo nel 2021 e già da diversi decenni l’arte e la tecnologia si sono incontrate e sposate. Questo vuol dire che ci sono tanti lavori e opere artistiche che fanno uso di tecnologia (computer grafica, web design, scenografia digitale). Sostanzialmente con questo corso apriremo una finestra su questo tipo di arte contemporanea.
Normalmente con “informatica” ci riferiamo alla cosiddetta tecnologia digitale dove l’informazione viene trasformata in lunghe sequenze di bit (0 e 1). A precedere tale tecnologia fu quella analogica ovvero funzionante tramite circuiti elettrici.
Che cos’è successo quando la musica si è incontrata con la tecnologia?
Ha prodotto la Musica Elettronica colta che è un’esperienza avanguardistica e perfetto esempio di matrimonio tra arte e tecnologia. Viene chiamata “colta” poiché le sue radici affondando nella musica colta della tradizione occidentale.
- La prima tappa di tale esperienza avviene nel 1948 (poco prima degli anni ’50) a Parigi in cui viveva un noto personaggio ovvero Pierre Schaeffer. Egli era sia un compositore che un ingegnere e fondò il primo stile della musica Elettronica Colta ovvero la Musica Concreta (musica composta sostanzialmente con suoni “concreti” ovvero suoni pescati nella realtà quotidiana).
- Nel 1951-53 a Colonia , in Germania, troviamo Karlheinz Stockhausen ovvero colui che dà inizio al secondo stile della Musica Elettronica Colta che si contrappone totalmente al primo di Schaeffer. Tale stile prende il nome di Musica Elettronica Pura ed è composta da suoni di sintesi ovvero prodotti esclusivamente nel laboratorio dell’artista-compositore. Stockhausen pertanto non diede risalto ai suoni tratti dalla realtà circostante bensì volle direttamente produrli aiutandosi con la tecnologia.
- Nel 1955-56 a Milano Luciano Berio e Bruno Maderna porteranno in Italia la Musica Elettronica Colta composta sia da suoni trovati che da suoni di sintesi.
Tale matrimonio tra arte e tecnologia ha prodotto un allargamento del materiale artistico a disposizione (si sono potuti avere molti più suoni a disposizione rispetto a quelli tradizionali). Fino ad allora infatti, la musica era composta solo da note tradizionali (suonate da strumenti musicali tradizionali). Di conseguenza ha portato benefici.
Nello specifico a quale tecnologia ci riferiamo?
La registrazione è la tecnologia usata nella Musica Elettronica Concreta e permette la cattura dei suoni. Essa è una tecnologia molto importante perché e una e trina. Si scrive registrazione ma si legge “Registrazione + Conservazione + Riproduzione”. Per questo è stata una tecnologia che ha sconvolto il rapporto dell’uomo con il mondo del suono. Anch’essa è stata in un primo momento analogica (nacque nel 1877 e il primo strumento fu il fonografo inventato dall’inventore Thomas Alba Edison ) per poi diventare digitale.
Per i suoni di sintesi Stockhausen nel suo laboratorio usava la tecnologia analogica (produceva suoni tramite circuiti elettrici). Oggi giorno a differenza di allora si utilizzano specifici software su computer (tecnologia digitale). Il software per la produzione di suoni deve essere necessariamente “ open-source ” ovvero a sorgente aperta. Ciò significa che il codice con il quale è scritto il programma è libero e a disposizione di tutti. Di conseguenza c’è una possibilità di cambiarlo e modificarlo. Tale funzione è fondamentale per non avere vincoli e essere liberi di poter creare tutto ciò che vogliamo. Questi software open-source, oltre a essere gratuiti, hanno anche forum e una community che si aiuta reciprocamente.
Es. software open-source: Csound , Pure Data , Audacity , Processing , Blender , ecc...
- Csound e Pure Data servono letteralmente per la creazione di suoni.
- Processing serve per la sintesi e l’elaborazione di immagini.
- Audacity serve per registrare, modificare e montare i suoni fra di loro.
Le opere di Pierre Schaeffer come etude aux chemins de fer e Apostrophe sono studi che lui fece per la Musica Concreta.
Bruno Moderna: Continuo (1958), non è uno studio.
Copyleft
Se copyright significa “diritto d’autore”, copyleft significa “ permesso d’autore ”. Sono sostanzialmente 2 facce della stessa medaglia. Il software libero (free) non è di pubblico dominio (con 0 diritti) ma ci sono comunque dei doveri da rispettare basati proprio sul copyleft.
Il copyleft è il modello di gestione dei diritti d’autore basato su licenze tramite le quali il detentore dei diritti indica ai fruitori che l’opera può essere distribuita… modificata… con alcune condizioni…
Il copyleft è fondamentale poiché, qualora non ci fosse, potrebbe accadere che alcune persone possano modificare e chiudere il codice per poi vendere il software. Lo scopo del copyleft è far sì che i prodotti restano liberi.
Licenze Copyleft forte
Il riferimento è la GNU GPL. La GNU GPL vuole che tutte le opere derivate debbano essere rilasciate sotto la stessa licenza.
Licenze Copyleft debole
Il riferimento è la GNU LGPL. L’obbligo della stessa licenza è previsto solo per le modifiche relative al programma stesso e non a prodotti più ampi che incorporano il codice (che deve restare separato e individuabile).
Licenze Copyleft Network
Un esempio è l’ Affero GPL versione 3. Essa regola e tratta esclusivamente il software in Internet cioè le libertà di diffusione e distribuzione del software via Internet.
Licenze permissive
Licenze molto vicine al pubblico dominio. Un esempio di licenza permissiva è la BL (Berkeley License) o BSD (Berkeley Standard Distribution). Le condizioni sono pochissime rispetto ai permessi (non ci sono praticamente divieti ma quasi solo libertà). Il codice è utilizzabile con codice rilasciato sotto qualsiasi altra licenza, anche proprietaria.
Questo genere di licenze può generare un corto circuito (il software non si mantiene sempre libero e aperto). Ciò è successo con il sistema Mac OS che venne formato a partire dal sistema operativo Darwin che possedeva proprio una licenza BSD.
Licenze Creative Commons
Le Creative Commons sono delle licenze basate sul copyleft relative a prodotti NON software (prodotti artistici, articoli ecc..).
Nel 2001 Lawrence Lessig , un esperto di diritti d’autore, fonda l’Organizzazione Creative Commons.
Nel 2002 vengono pubblicate a San Francisco
Nel 2003 vengono tradotte in Italiano
Nel 2004 sono presentate e pubblicate in Italia (versione 1 e 2)
Nel 2009 – CC0 versione 1 (coincide con il pubblico dominio. Con questa licenza si perdono tutti i diritti), Licenze versione 3
Nel 2011 – Licenze versione 3 in Italiano
Nel 2013 – Licenze versione 4
Funzione:
- Da “tutti i diritti sono riservati” a “alcuni diritti sono riservati”
- User-friendly, con simboli e sigle
- Tra il copyright e il pubblico dominio
A contraddistinguere le creative commons ci sono 4 clausole.
Combinando queste 4 clausole si costruiscono le 6 licenze creative commons.
Funzionamento:
- https://creativecommons.org/choose/ Per applicare una CC
- https://search.creativecommons.org Per cercare opere con CC
L’opera si basa sul feedback (ritorno) ovvero l’elemento centrale.
La tecnologia mette a disposizione i suoi mezzi per l’arte.
A partire degli anni ‘70 ci sarà un’evoluzione scientifica e tecnologica (cresce di tantissimo la potenza e scende il prezzo diventa accessibile a tutti). L’interazione uomo-macchina si evolve.
Iper-strumenti, strumenti virtuali, sistemi interattivi multimodali hanno portato al teatro tecnologico.
- Gli iper strumenti sono strumenti musicali tradizionali arricchiti da sensori e da elettronica affinché possano andare oltre le possibilità tradizionali di produzione di controllo del suono.
- Gli strumenti virtuali sono degli strumenti completamente nuovi, medianti i quali si genera uno spazio vivo che diventa sensibile al gesto dell’esecutore. Caratteristica fondamentale è l’interattività.
- Sistemi interattivi multimodali sono dei sistemi che permettono di avere un controllo totale dell’azione sulla scena (dello spazio performativo).
Rivoluzione digitale
- “ Alla nuova era tecnologica mancano ancora termini di espressione ”. Dalla seconda metà del ‘ in poi, specialmente in Italia, si è aperto un dibattito secondo cui la tecnologia faccia male all’arte e faccia perdere ad essa la sua aurea (idee di passatisti). Piuttosto la vera domanda da porsi sarebbe come poterla sfruttare al meglio.
- Claude Shannon (principale autore della rivoluzione digitale), è definito il padre della teoria dell’informazione (genio e ingegnere americano del ‘900). Senza di lui il digitale o non esisterebbe o non sarebbe così come è oggi. Claude Shannon ha attribuito per la prima volta un’unità di misura all’informazione ( Bit ). Ogni bit può assumere il valore 0 o 1 Esempio: interruttore accesso (1) e interruttore spento (0). La natura del messaggio è pertanto irrilevante. In sostanza l’informazione verrà trasmessa attraverso semplicemente sequenze di 0 ed 1 qualsiasi contenuto sia.
- L’utilizzo del digitale ha diversi aspetti positivi tra cui: efficienza della trasmissione , minimizzazione dei rischi di perdita dei dati , semplicità di elaborazione , economicità del sistema , possibilità di controllo totale.
- Mettere in atto una digitalizzazione vuol dire: Segnale continuo segnale discontinuo e qualificato ( critica).
Digitalizzazione = Campionamento + Quantizzazione. Con il Campionamento si prelevano dal segnale continuo alcuni suoi valori a intervalli regolari, i cosiddetti campioni. È in questo modo che il segnale diventa discontinuo (possiede solo alcuni dei suoi valori di partenza). La quantizzazione regola la precisione dei campioni rispetto ai valori del segnale originale. Al digitale viene mossa una critica sul segnale discontinuo e qualificato. Tuttavia è importante sapere che anche il nostro stesso cervello compie una riduzione di stimoli e di dati prima di riconoscere, ad esempio, un volto, un soggetto, un suono, ecc.…
Algoritmi = serie di istruzioni
Immagine Digitale
- Nel 1988 l’ ISO (International Standard Organization) nominò il sottocomitato 29 che darà origine a due gruppi. Il gruppo JPEG (Joint Picture Expert Group) e MPEG (Moving Pictures coding Expert Group).
Il gruppo JPEG si occupava di studiare i sistemi di compressione delle immagini fisse e della fotografia digitale ( daranno vita allo standard JPEG).
Il gruppo MPEG (fondato dall’italiano Leonardo Chiariglione ) invece, si occupava di studiare i sistemi di compressione delle immagini in movimento e dell’audio ( daranno vita allo standard mp3).
- Fotografia Elettronica (le immagini vengono registrare su un nastro o disco magnetico). Essa nacque intorno alla fine anni degli anni ’60 quando fu scoperto il CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor).
- Fotografia Digitale : nacque nel 1969 quando presso i Bell Labs (laboratori molto importanti che tutt’oggi si occupano di ricerca e di sviluppo tecnologico) fu inventato il CCD (Charge Coupled Device), un circuito elettronico (simile al CMOS) che rendeva il segnale pronto per essere convertito in digitale.
- Elaborazione digitale dell’immagine in campo militare, scientifico, televisivo sempre negli anni ’60. In particolare nel ‘64 la NASA filtrava digitalmente i segnali delle sonde spaziali.
Net Art
La Net art nasce alla fine degli anni ’80 quando alcuni artisti e creativi iniziarono a comunicare tra loro tramite i BBS (Bullettin board systems). Questi erano sistemi telematici per lo scambio di file, messaggi e immagini.
Alla fine degli anni ’80 viene fondata da un’artista italiano, Tommaso Tozzi , la Hacker Art BBS. Egli aveva creato una banca dati che risiedeva nel suo computer e, attraverso questo sistema telematico di comunicazioni, tutti potevano accedervi (esempio di opera d’arte interattiva) banca dati accessibile a tutti quanti i partecipanti.
La natura della Net Art è dunque immateriale (esempio: la banca stessa di dati non è concreta) smaterializzazione. Tuttavia, dato che per accedervi serve una apparecchiatura (computer), sarebbe più corretto parlare di virtualizzazione. Un'altra caratteristica della Net Art è la delocalizzazione dell’opera d’arte (il luogo dell’opera d’arte è diverso in base a dove le sue informazioni risiedono). La Net Art ha anche la caratteristica della ubiquità poiché può manifestarsi su molteplici computer contemporaneamente (tante persone possono contemporaneamente usufruire dell’opera).
La Net Art NON è l’Art on the net, ovvero non consiste nella digitalizzazione di opere già esistenti. Internet semmai costituisce il luogo di fruizione/mezzo di produzione.
I lavori di Net Art possono essere chiamati anche Web Project e hanno tali caratteristiche: performatività , processualità (è estremamente importante il processo che ha portato il compimento dell’opera) e decostruzione del medium.
Net Art si può scrivere anche net.art (nome originale stabilito dagli artisti stessi).
Esempi di opere di Net Art
- Nel 1994 il sito newyorkese “ adaweb” commissionò dei progetti artistici pensati per la rete anche ad artisti già affermati. Tra questi ci fu Jenny Holzer che realizzò Please changes beliefs. Prima della Net Art, egli realizzava i cosiddetti truism (modi di dire, slogan e aforismi proiettati, ad esempio, su edifici). Con la Net Art trasferì questi truism su una pagina di un sito web in modo tale che potessero essere letti, modificati e integrati dagli utenti.
- The file room di Antoni Muntadas. Essa è sia un’installazione fisica, sia un progetto online. In particolare è un archivio aperto (database) che l’utente può consultare e integrare e in cui sono presenti tutti i casi di censura della storia.
- King’s Cross Phone in di Heath Bunting. Presso la stazione londinese King’s Crosse vi erano 36 cabine telefoniche delle quali Bunting aveva diffuso i numeri invitando le persone a chiamare contemporaneamente a un certo orario di un certo giorno così che venisse realizzata l’opera.
Se all’inizio della comparsa della Net Art gli artisti vivevano con entusiasmo l’approccio alla rete, nella seconda metà degli anni ’90 iniziò a emergere un approccio critico verso il web nacque una sorta di scettiscismo nei confronti della democrazia del web.
www.jodi.org sito creato da alcuni artisti in cui generarono un rovesciamento della schermata della pagina con il codice sottostante.
Il duo artistico di Jodi.org , insieme a Bunting e Olia Lialina fanno parte della scuola europea della Net art che mirava all’ironia e alla dissacrazione del web. Il nome da loro scelto per definire le loro opere è net.art (che richiama il modo generale di denominare i file).
Olia Lialina realizzò My boyfriend comeback from the war.
www.hijack.org lavoro di net.art chiamato Digital Hijack , realizzato dal collettivo svizzero “ Etoy ”, che possiamo inquadrare dal punto di vista della performatività. Questo lavoro consiste nel primo rapimento virtuale degli utenti. Vennero programmati dei siti trappola che, legati da determinate parole chiave , apparivano in alto nella ricerca sul web.
Life_sharing (condivisione della vita) è un lavoro di net.art che verte sulla libera circolazione delle risorse in rete. Da notare che “life” è un anagramma di “file” condivisione dei file. Per alcuni è una sorta di applicazione radicale del concetto di open source.
Hacktivism è un’etichetta che denota alcune opere di net.art che trattano di sabotaggio , plagio e contro informazione. Hacktivism è un neologismo Hacktivism = activism + hacking.
L’hacker è colui che, essendo molto competente in materia, intacca i software. Non ha un’accezione negativa o positiva. Stallman stesso si definiva un Hacker data la sua oggettiva conoscenza dei software.
Nel 1997 la net.art è stata messa al Documenta Kassel , ovvero una rassegna molto importante di arte contemporanea.
Dal 2000 in poi la net.art ebbe tantissimo successo poiché la critica, il pubblico e le istituzioni incominciarono ad interessarsi. Oltre a questo, le opere si diversificarono sempre di più.
Parallelamente nasce la Software Art che consiste nella programmazione di fine artistico (la programmazione iniziò ad essere considerata arte).
Scenografia virtuale.
È un ulteriore esempio di unione tra arte e tecnologia. La figura dello scenografo è accompagnata da un’equipe di lavoro costituita da un Art director (coordina il lavoro creativo), computer graphic (creazione di immagini e video tramite computer. Tali immagini possono essere tratte anche dalla realtà e questa caratteristica la differenzia dalla computer Art), illustratore , Concept Artist (colui che si focalizza sulla parte concettuale), story-board Artist (colui che scrive la successione delle varie scene).
Viene creato un Virtual set in cui gli attori parlano e interagiscono senza avere un reale contatto con gli elementi della scena. Lo scenario completo sarà visto solamente e successivamente dal pubblico.
È possibile avere una scenografia virtuale anche in diretta senza la necessaria post produzione. Ciò è possibile tramite i sistemi 2D e 3D che si avvalgono del blu o green screen (il blu o il verde della scena, attraverso la tecnica del “ Chroma Key ”, vengono sostituiti da altro), delle workstation grafiche, sistemi di modellazione e di animazione, delle librerie per importare modelli e template e altro ancora.
Josef Svobodo (1920-2002) è stato uno scenografo e regista teatrale ceco. Egli utilizzò per la prima volta la scenografia virtuale si allontanò dalla concezione di scenografia come semplice decorazione. Il materiale visuale doveva entrare all’interno della narrazione e, doveva pertanto, essere studiato e costruito appositamente.
Polyécran inventò, nel 1958 circa, un multischermo formato da tanti piccoli schermi. Successivamente si evolverà nella multivisione 3D.
Jacques Polieri (1928-2011) è stato uno scenografo francese che, dagli anni ’80, iniziò ad utilizzare il digitale. Egli creò sulla scena delle proiezioni fisse e mobili che distrussero l’idea di frontalità. Sostanzialmente Polieri ci parla di mobilità e virtualità tridimensionale dell’emissione e della ricezione dei dati visivi e acustici e di ambienti performativi che oscillano tra realtà e immaginazione, scienza e finzione.
Informatica
Il termine “informatica” deriva da “ Informazione + automatica ”. L’informatica è la scienza che studia l’elaborazione automatica dei dati (le operazioni che vengono compiute sui dati: salvare, aprire, esportare, copiare, incollare…) tramiti gli elaboratori. Gli elaboratori sono dispositivi che usano la tecnologia elettronica il cui funzionamento interno è naturalmente digitale (bit).
Storia
Da quando l’uomo esiste ha sempre avuto l’idea di farsi aiutare, ovvero di costruire delle macchine che lo aiutassero a fare cose (ad esempio a fare i calcoli). La prima macchina costruita per farsi aiutare nel calcolo fu l’ abaco (Babilonesi). Nel 1600 Pascal, filosofo e matematico, inventa un'altra macchina per fare i calcoli, ovvero la Pascalina. Anch’essa era un elaboratore meccanico fatta di ruote meccaniche che incastrandosi fra loro riusciva a svolgere le 4 operazioni base della matematica. Nel 1800 circa viene inventato l’ Analytical Engine da Babbage (un nobile inglese). Esso era un calcolatore che aveva la peculiarità di essere programmato tramite un sistema di schede traforate. Se la Pascalina può essere considerata il predecessore delle moderne calcolatrici, sicuramente il calcolatore di Babbage è il predecessore del personal computer.
Successivamente l’elettricità e l’elettronica dopo la prima guerra mondiale hanno spinto affinché si creassero macchine ancora più performanti e avanzate. Il Colossus fu il primo elaboratore elettronico a valvole termo ioniche (ovvero il primo componente elettronico avanzato). A partecipare alla sua costruzione ci fu anche Alan Turing. A ridosso della prima guerra mondiale si svilupperà anche l’ ENIAC (inventato presso l’università della Pennsylvania nel 1946). Era un’evoluzione del Colossus, difatti era programmabile.
Gli anni ’60 furono importantissimi poiché i calcolatori divennero parte importante delle imprese (questo portò a sviluppare un interesse nel renderli sempre più performanti). La valvola si evolverà nel Transistor.
Successivamente nel corso degli anni verranno prodotti i primissimi chip da Texas e Intel. Nel 1971 la Intel realizzò un microprocessore che conteneva in sé tutti i circuiti elettronici necessari per realizzare un piccolo elaboratore. Questo chip era chiamato 4004 , costruito da Federico Faggin (fisico italiano che aveva precedentemente lavorato alla Olivetti). Dopo il microprocessore 4004 venne inventato l’ 8086 il quale permise lo sviluppo dei personal computer degli anni ’80. Gli anni ’80 furono rivoluzionari poiché i computer entrarono a far parte della vita quotidiana delle persone (divennero alla portata di tutti).
Oggi per informatica si intende “Information and Communication Technology (ICT)”. Essa comprende tutte le tecnologie che si occupano della trasmissione dei dati.
Bit
L’essere umano per rappresentare l’informazione utilizza delle parole formulate da un alfabeto comune. Anche il computer utilizza un suo alfabeto ( alfabeto binario ) composto semplicemente da 0 e 1 (i cosiddetti bit).
I bit (b) sono sempre organizzati in gruppi di 8 almeno. In particolare il gruppo di 8 bit si chiama Byte (B). Il Byte ha dei suoi multipli ( chilobyte , Megabyte , Gigabyte , Terabyte ). Tuttavia, a differenza dei nostri multipli con base 10, 1 KB non è uguale a 1000 B ma a 1024 e così di seguito per gli altri multipli (un megabyte non sarà 10 alla sesta ma 2 alla ventesima; un gigabyte non sarà 10 alla nona ma 2 alla trentesima; un terabyte non sarà 10 alla dodicesima ma 2 alla quarantesima…). Ciò è dovuto all'uso della base 2 (poiché sono solo 2 i valori: 0 e 1) anche nella costruzione dei multipli. Allo stesso tempo si è cercato di avvicinarsi il più possibile ai nostri multipli per semplificarci l’identificazione.
L’ Hardware (ferraglia) è tutto ciò di tangibile di un computer (componenti elettronici).
I Software , (neologismo coniato in opposizione all’hardware), sono l’insieme dei programmi che si trovano all’interno dell’elaboratore.
MIPS, FLOPS, B, bps
Unità di misura nell’Informatica:
- Velocità di calcolo. L’unità di misura è il MIPS (Millions of Instructions Per Second). In particolare si riferisce alle operazioni interne di un computer ovvero quelle che vengono compiute fra i bit. Per FLOPS (Floating Point Operations Per Second) invece, si intende la velocità per calcoli aritmetici (calcoli su numeri reali).
- Capacità di immagazzinare dati. L’unità di misura è il Byte (B)
- Velocità di trasmissione. L’unità di misura è il bps (bit per second).
Analogico, Digitale
La differenza risiede nella gestione e rappresentazione dell’informazione.
Es. il termometro a mercurio segue analogamente (con continuità) le variazioni della temperatura. Nel termometro digitale invece, la temperatura viene espressa in numeri (rappresentati da sequenze di bit) e non c’è pertanto il rapporto di continuità e il movimento analogo.
Digitale (deriva da “ Digitus ” nonché “dito” inteso come strumento per contare) sistema binario e informatica.
Il digitale ha dei vantaggi: tutta l’informazione vengono appiattite e semplificate in sequenze di 0 ed 1. Di conseguenza può essere facilmente trasmessa, manipolata, elaborata e conservata.
Informazione
L’informazione di per sé è un concetto astratto. Tuttavia l’informazione concretizzata non è altro che un insieme di dati. I dati sono informazioni rappresentate secondo schemi, simboli...
Es. codice fiscale (un dato composto da lettere e numeri che identifica una persona), il codice a barre, codice segreto.
Il sistema di codifica è l’insieme di regole che converte le informazioni in simboli (dati).
Es. codice binario.
Codice binario
- Dati n bit, quanta informazione si può rappresentare? Si può rappresentare una quantità di informazioni pari a: 2^n. Es. 3 bit 2^3=8 (001, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111).
- Data k informazione, quanti bit servono per rappresentarla? Servono bit pari a: 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 (^) 𝟐𝟐 𝒌𝒌.
In conclusione: k=2^n, n=log 2 𝑘𝑘.
Codifica dei numeri
L’uomo ha sempre avuto l’esigenza di misurare la realtà che lo circondava. I primi sistemi di numerazione risalgono al 3500 a.C. – 3000 a.C.
Sistema binario con numeri negativi
Il segno (+, -) è anch’esso un’entità binaria. La codifica prevede che se vogliamo indicare il segno positivo dobbiamo utilizzare lo 0, mentre il negativo l’1.
Due tipi di codifica:
- Modulo e segno (caduta in disuso perché complessa e di conseguenza non compresa facilmente dagli elaboratori): Il primo bit a sinistra non deve essere computato come una cifra significativa ai fini di trovare il valore che noi stiamo trasformando in binario (In breve: il primo bit a sinistra serve solamente a capire il segno del numero). Es. 0101 = +5 (lo 0 sulla sinistra indica solamente che il numero è positivo)
- Completamento a due: Come nella notazione in modulo e segno, il bit più a sinistra rappresenta il segno ma entra anch’esso nel calcolo. La regola prevede che al primo numero sulla sinistra, che sia 0 o 1, bisogna anteporre il meno.
Es. 0110 = -02^3 + 12^2 + 12^1 + 02^0 = -0 + 4 + 2 + 0 = + Es. 1010 = -12^2 + 02^2 + 12^1 + 02^0 = -8 + 0 + 2 + 0 = -
- Da decimale a binario (numero negativo) : si codifica il corrispondente positivo, si invertono i bit, si somma 1. Es. -5 +5 0101 1010 1011
Sistema binario con numeri razionali
Anche in questo caso esistono due tipi di codifiche:
- (in disuso) codifica in virgola fissa ( fixed point ): prevede un certo numero dopo la virgola fissato a priori.
- codifica in virgola mobile ( floating point ): a seconda del calcolo, il numero delle cifre dopo la virgola può aumentare o diminuire. In tale notazione si usa scrivere i numeri in questo modo: Es. 0,0012 = 1210^ (-4) N = +- Mr^E dove M = mantissa
Quanti calcoli/informazioni un computer può gestire?
Tutti gli elaboratori utilizzano un numero fisso di bit (8, 16, 32, 64).
Questo numero di bit è applicato per tutti i calcoli che quel computer andrà a compiere. Come capire quanti calcoli/informazioni può gestire?
Es: computer ad 8 bit 2^8 = 256 numero di calcoli/informazioni distinte che si possono gestire. Tuttavia bisogna considerare anche lo 0 e quindi diventano 255.
Con il completamento a due, invece, un bit è destinato al segno 2^7 = 128 127.
In conclusione si avrà un intervallo di rappresentazione finito. Questo potrebbe portare all’errore di Overflow (tracimazione), ovvero il computer potrebbe trovarsi a fare un calcolo che esce fuori dal suo intervallo di rappresentazione.
Oltre a ciò possiamo riscontrare anche un errore di approssimazione:
Es. 35,569 35,5 (approssimazione per troncamento)
Es. 35,569 (approssimazione per arrotondamento)
Codifica di caratteri e testi
La regola per rappresentare caratteri e testi in simboli (codici) si è avuta dall’invenzione del codice Morse e telegrafo (strumento per comunicare a distanza) in poi.
Nel 1968 viene introdotto l’ ASCII (American Standard Code for Information Interchange). L’ASCII fu originariamente un codice a 7 bit (2^7 = 128). Le informazioni comprendevano l’alfabeto inglese e caratteri di controllo (spaziatura, virgola ecc..). Tuttavia dagli anni ’60 in poi queste 128 possibilità non bastarono più e fu così che l’ASCII venne esteso a 8 bit (2^8= 256) e venne adottato dall’ISO che lo rinominerà IEC 8859.
Allo stesso modo nel corso degli anni ancora successivi si sono giunti anche altri alfabeti (quelli provenienti da tutto il mondo) e quindi già nel 1992 abbiamo l’introduzione dell’ Unicode (2^16 = 65536) dall’omonima organizzazione americana.
Oggigirono ci ritroviamo davanti a testi formattati (oltre alle informazioni relative ai caratteri ci sono anche quelle relative allo stile). Ai tempi non esistevano informazioni stilistiche di standard fino a quando l’ISO, nel 2002, introdusse l’ ODF (Open Document Format).
Successivamente l’ODF verrà soppiantato dal PostScript (introdotto da Adobe) caratterizzato dalla possibilità di introdurre immagini oltre che a testi e a stili. Successivamente verrà soppiantato a sua volta dal PDF (Portable Document Format) che divenne dal 2005 uno standard ISO.
Rappresentazione dei Suoni
In natura i suoni sono causati da compressioni e rarefazioni delle molecole d’aria (Es. corda di chitarra pizzicata). In digitale, invece, sono sequenze di numeri binari.
Dato che il computer funziona ad elettricità, le compressioni e le rarefazioni delle molecole d’aria sono convertite in segnale elettrico attraverso il microfono. Il microfono è un dispositivo chiamato trasduttore che trasforma un’energia in un altro tipo di energia (In questo caso l’energia meccanica si trasforma in energia elettrica). Il segnale elettrico, detto anche analogico, sarà di uguale intensità al suono captato.
Tale segnale analogico viene trasformato in digitale, ovvero in binario, da convertitori A/D. La conversione consiste inizialmente nell’operazione del campionamento ( sampling ). Il campionamento è la rilevazione e l’estrazione a intervalli regolari dei valori del nostro segnale. Ognuno di questi valori rilevati è chiamato campione o sample.
Per periodo di campionamento (T) si intende l’intervallo di tempo regolare che intercorre fra un campionamento e l’altro (lunghezza di un gradino).
La frequenza di campionamento (f) è uguale a 1/T. Essa indica quante volte avviene il campionamento in una determinata unità di tempo e si misura in Hertz (Hz).
Il teorema del campionamento ci dice sostanzialmente quanto deve valere la frequenza di campionamento affinché quest’ultimo sia fatto bene. Esso è stato formulato a metà degli anni ’50 da Claude Shannon e dall’ingegnere svedese Harry Nyquist Teorema di Shannon-Nyquist
Suono digitale
Il segnale campionato è una sorta di segnale a gradini. Ognuno dei gradini viene ottenuto con il campionamento (rilevamento dei valori assunti dal nostro segnale analogico). Metaforicamente si può dire che il segnale venga interrogato per estrarre i suoi valori di tanto in tanto. Più sono i gradini (ovvero più è alta la frequenza) più il suono è preciso e corrisponde a quello reale. Allo stesso tempo la frequenza di campionamento, per un ottimo campionamento, deve sempre essere maggiore o uguale al doppio della frequenza massima contenuta nel segnale da campionare (teorema del campionamento). Il numero di bit deve essere almeno 16 per rappresentare al meglio i valori rilevati dal campionamento
Codifica dei suoni
Se ho l’esigenza di avere un file audio che pesi di meno, posso adottare la codifica/formato mp3 ( MPEG Layer 3 ). Il formato è una sorta di contenitore in cui si trovano tutte quante le informazioni codificate. L’ ISO nel 1988 nominò il sottocomitato 29 (comitato di esperti). Esso, a sua volta, si divise in altri due sottocomitati, ovvero JPEG e MPEG. Il gruppo JPEG si occupava di studiare i sistemi di compressione delle immagini fisse e della fotografia digitale ( daranno vita allo standard JPEG). Il gruppo MPEG (fondato dall’italiano Leonardo Chiariglione ) invece, si occupava di studiare i sistemi di compressione delle immagini in movimento e dell’audio ( daranno vita allo standard mp3). Un file mp3 (formato lossy ) pesa meno poiché si avvale di tecniche psicoacustiche prima di convertire il suono analogico in binario, vengono eliminate le frequenze impercepibili o poco percepibili dall’orecchio umano e quelle mascherate da altre frequenze. Di conseguenza ci sono meno informazioni da codificare che si traduce in minor peso. Si chiamano tecniche psicoacustiche perché hanno a che fare su come l’uomo percepisce il suono.
Il cosiddetto “fattore di compressione” è di 1:10 1 ora di audio non mp3 corrispondono a più di 10 ore di audio mp3 a livello di peso.
Relative al suono vi sono altre codifiche come la MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Essa è una codifica particolare dove al suo interno vi sono dei bit di controllo che rappresentano i parametri del suono.
Il file wav può essere associato alla codifica PCM o ADPCM. In esso ci sono sia i bit che codificano l’audio sia anche altri bit relativi a delle informazioni aggiuntive su questo audio (autore del brano, titolo del brano, il numero dei canali…).
I file audio ape o flac sono formati cosiddetti lossless cioè dei formati in cui l’audio non subisce nessun tipo di cancellazione di informazioni. Il flac in particolare, è open source.
La codifica vorbis è abbinata sempre con il formato ogg. Anch’essa è open source ma è lossy , ovvero vi è una perdita di informazioni.
Compressione dell’informazione
Due grandi tecniche di compressione: quelle lossy ( con perdita ) e lossless ( senza perdita ).
- Le compressioni lossy riducono il numero di bit eliminando le informazioni meno importanti. Da un file lossy non è possibile ritornare al file originario.
- Le compressioni lossless riducono il numero di bit senza perdere le informazioni. Da un file lossless è possibile ritornare al file originario.
Si sceglie un tipo di compressione piuttosto che un altro in base alla convenienza.
Win ZIP (proprietario), Win RAR (proprietario), 7-zip (libero) sono dei programmi che ci permettono di compiere la compressione lossless.
Codifiche Lossless
“ Run-length encoding ” si basa sulla sostituzione di sequenze di simboli identici con simbolo + numero di volte della ripetizione. Esempio: la sequenza “222233444” viene compressa secondo questo tipo di codifica in “2[4]3[2]4[3]”
Codifica di Huffman si basa su considerazioni statistiche relative ai simboli. Il numero di bit è inversamente proporzionale alla probabilità di occorrenza del simbolo i simboli più frequenti vengono rappresentati con un numero inferiore di bit, mentre i meno frequenti con un numero maggiore di bit.
Esempio.
la lettera A pochi bit poiché molto frequente.
La lettera Z tanti bit poiché poco frequente.
