Nel Laboratorio di Scienze e Tecnologie Informatiche, i principi di teoria e di codifica dell’informazione servono a capire come l’informazione viene rappresentata, trasmessa e protetta nei sistemi digitali. Di seguito propongo una trattazione ordinata, coerente con i programmi scolastici e spendibile sia all’orale sia nelle attività di laboratorio.

1) Concetto di informazione.

L’informazione è la riduzione dell’incertezza su un evento.

• Un’informazione può essere:
  • testuale
  • numerica
  • audio
  • video
• Nei sistemi informatici tutta l’informazione è rappresentata in forma digitale, cioè tramite bit.

Unità di misura:

• bit (b): unità minima (0 o 1)
• byte (B) = 8 bit
• multipli: KB, MB, GB, TB

2) Principi della teoria dell’informazione.

a) Sistema binario.

I computer utilizzano il sistema di numerazione binario:

• cifre: 0 e 1
• rappresenta tensioni elettriche (spento/acceso)

Esempio:

• Decimale 13 → Binario 1101

b) Entropia dell’informazione (Shannon).

L’entropia misura la quantità di informazione contenuta in un messaggio:

• più un evento è imprevedibile, più informazione trasmette
• messaggi ripetitivi → bassa entropia
• messaggi casuali → alta entropia

Concetto chiave: l’entropia definisce il limite teorico di compressione.

c) Ridondanza.

• Informazione ripetuta volontariamente.
• Serve a:
  • rilevare errori
  • correggere errori
• Più ridondanza → meno efficienza, più affidabilità

3) Codifica dell’informazione.

La codifica è il processo di trasformazione dell’informazione in una forma adatta alla memorizzazione o trasmissione.

4) Codifica dei numeri.

a) Numeri interi.

• Binario puro
• Complemento a 2 (per numeri negativi)

Esempio (8 bit):

• +5 → 00000101
• −5 → 11111011

b) Numeri reali.

• Virgola mobile (floating point) – standard IEEE 754
• Compromesso tra:
  • precisione
  • spazio di memoria

5) Codifica dei caratteri.

a) ASCII

• 7 o 8 bit
• 128 / 256 caratteri
• Include lettere, numeri e simboli

Esempio:

• ‘A’ → 65 → 01000001

b) Unicode

• Standard universale
• Include alfabeti di tutte le lingue
• Codifiche comuni:
  • UTF-8
  • UTF-16
  • UTF-32

UTF-8 è il più usato sul web.

6) Codifica di immagini, audio e video.

a) Immagini

• Raster (pixel)
• Parametri:
  • risoluzione
  • profondità di colore
• Formati:
  • BMP (non compresso)
  • PNG (senza perdita)
  • JPEG (con perdita)

b) Audio

• Campionamento:
  • frequenza (Hz)
  • quantizzazione (bit)
• Formati:
  • WAV (non compresso)
  • MP3 (con perdita)
  • FLAC (senza perdita)

c) Video

• Sequenza di immagini + audio
• Compressione essenziale
• Codec:
  • H.264
  • H.265
  • AV1

7) Compressione dei dati.

a) Compressione senza perdita

• Recupero perfetto dei dati
• Usata per:
  • testi
  • programmi
• Esempi:
  • ZIP
  • PNG
  • FLAC

b) Compressione con perdita

• Eliminazione di informazioni meno percepibili
• Usata per:
  • audio
  • immagini
  • video
• Esempi:
  • JPEG
  • MP3
  • MP4

8) Codici di rilevazione e correzione degli errori.

Servono per garantire l’affidabilità della trasmissione.

a) Codici di rilevazione

• Bit di parità
• CRC

b) Codici di correzione

• Codice di Hamming
• Reed–Solomon

9) Relazione teoria–codifica.

Aspetto	Funzione principale
Entropia	Limite di compressione
Ridondanza	Affidabilità
Codifica	Rappresentazione dei dati
Compressione	Efficienza
Codici di errore	Integrità dell’informazione

10) In laboratorio devi saper fare.

• Convertire numeri tra decimale e binario
• Codificare caratteri (ASCII / Unicode)
• Spiegare la differenza tra compressione con e senza perdita
• Motivare l’uso della ridondanza
• Interpretare formati di file multimediali