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Informatica Applicata Prof. Laura Pierucci

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Presentazione sul tema: "Informatica Applicata Prof. Laura Pierucci"— Transcript della presentazione:

1 Informatica Applicata Prof. Laura Pierucci

2 Parte I: Caratterizzazione di un segnale informativo 1.Introduzione allo studio dei segnali Che cosè un segnale? Tipi di segnali Proprietà elementari dei segnali 2. Caratterizzazione dei segnali Segnali periodici a tempo continuo Sviluppo in serie di Fourier in forma reale polare e in forma complessa Spettri di ampiezza e di fase Cenni sulla sintesi di un segnale con un numero limitato di armoniche Segnali aperiodici a tempo continuo Dalla serie allintegrale di Fourier 3. La codifica dell'informazione Il concetto di informazione La codifica dei dati Conversione analogico digitale La trasmissione dell'informazione Programma sintetico del corso

3 Parte II: Sistema Informatico 4. Le infrastrutture hardware Larchitettura di riferimento Lesecutore La memoria I dispositivi per le memorie di massa Linterfaccia di ingresso/uscita Le principali periferiche La connettività 5. Le infrastrutture software Le funzioni del sistema operativo La gestione dei processi La gestione della memoria La gestione delle periferiche Il file system Larchitettura del software di rete Programma sintetico del corso

4 Parte III: Linguaggio c Parte III: Linguaggio c (lezioni e laboratorio) 6. Rappresentazione Cenni su rappresentazione di basso livello, la codifica dei tipi del c. Definizione di un linguaggio: sintassi, grammatica, albero sintattico, BNF, semantica; Linguaggio c: tipi variabili e costanti, Operatori ed espressioni, Puntatori, Array, Istruzioni, Funzioni, dati strutturati; 7. STRUTTURE DATI E ALGORITMI ELEMENTARI Liste: rappresentazione in forma sequenziale, collegata con arrays e indici, collegata con puntatori; Iterazione e ricorsione; Costo di esecuzione e complessità; Algoritmi di ricercai; Algoritmi di ordinamento Programma sintetico del corso

5 Testi adottati * "Teoria dei segnali", M. Luise e G. Vitetta, McGraw-Hill (seconda edizione) Capitoli 1 (paragrafi 1.1, 1.2, 1.3), 2 (par. 2.2, 2.4, 2.7), 3 (par. 3.1) "Introduzione ai sistemi informatici", D. Sciuto, G. Buonanno, W. Fornaciari, L. Mari, McGraw-Hill (seconda edizione) Capitoli 3 (tranne par. 3.3), 4 (par. da 4.1 a 4.7), 5 (par. da 5.1 a 5.6) * Dispense del docente Sostituiscono il paragrafo 3.3 del testo 2. Altro materiale di supporto Alla pagina sono raccolte le informazioni aggiornate relative al corso di Informatica Applicata Per la terza parte in aggiornamento Programma sintetico del corso

6 Lab. Tecnologie dellInformazione Il corso di Informatica Applicata costituisce il modulo base del Lab. Tecnologie dellInformazione, che si occupa di descrivere le tecnologie che vanno sotto il nome di Telematica per i Trasporti o, a livello internazionale, ITS – INTELLIGENT TRANSPORT SYSTEM. Lab. Tecnologie dellInformazione

7 ITS: insieme delle procedure, sistemi e dispositivi che consentono – attraverso la raccolta,comunicazione, elaborazione e distribuzione di informazioni – di migliorare il trasporto e la mobilità di persone,merci nonchè della verifica dei riusltati raggiunti. Telematica Impatto rilevante sia sulla qualità del servizio di trasporto che sullefficacia, la sicurezza, lecoomicità, il rispetto ambientale. Lab. Tecnologie dellInformazione

8 Telematica Telecomunicazione: Qualsiasi procedimento di trasmissione rapida a distanza di informazioni mediante... Informatica: La scienza che consente di ordinare, trattare e trasmettere le informazioni attraverso lelaborazione elettronica,... DEVOTO-OLI Lab. Tecnologie dellInformazione

9 Telematica La scienza che regola/propone lo sviluppo delle applicazioni basate sulle tecnologie di rete, che vengono implementate nella attuale Rete (Internet) e che prospettano unevoluzione verso la Rete Globale per permettere accesso a informazione, comunicazione, condivisione della conoscenza per supportare potenzialmente lesercizio di tutte le attività umane. Lab. Tecnologie dellInformazione

10 Telematica per i trasporti permette: al passeggero: scegliere ed utilizzare le varie opportunità secondo I suoi desideri; alloperatore:sfruttare al meglio le capacità e migliorare la sicurezza dellinfrastruttura, a costi relativamente contenuti; al gestore di flotte: conoscere la situazione dei mezzi, determinare le rotte piu efficienti, aggiornare il cliente sulla consegna; ai fornitori dei servizi: di rendere disponibili ai passeggeri, agli operatori, ai gestori, le informazioni necessarie per poter ottimizzare le proprie scelte ed operare in un contesto più sicuro. Lab. Tecnologie dellInformazione

11 Un segnale è una qualunque grandezza fisica variabile cui è associata un informazione - il segnale acustico prodotto da uno strumento musicale (variazione di pressione acustica trasformata in tensione elettrica da un microfono (trasduttore)) - un tracciato ECG (tensione elettrica che permette al cuore di contrarsi in funzione del tempo; informazione di tipo medico - segnali sismici registrati da vari sensori in funzione del tempo Segnali ?

12 Un segnale puo essere rappresentato tramite una funzione x(t), in cui la variabile t rappresenta un istante di tempo; puo essere descritta in forma matematica o mediante un grafico Si definisce segnale una forma donda che evolve nel tempo: s(t) cos 2 t T 0 s(t) e t s(t) rect t t 1 T 2 s(t) e j t cos( t) jsin( t) Segnali ?

13 Segnali Deterministici e Casuali Un segnaledeterministicoè completamente noto, epuò essere predetto. –Es: il segnale trasmesso da una sorgente a frequenza fissa Di un segnale casuale è nota solo la probabilità che assuma un certo valore, ma non esiste alcuna certezza. Il suo valore non è univocamente determinabile, una volta fissato t, se non dopo la sua osservazione. –Es: il rumore E rappresentabile con funzioni matematiche che ne caratterizzino landamento in ogni istante E rappresentabile con modelli probabilistici Il segnale è cioè noto a posteriori (ad es. lancio dei dadi)

14 Esistono due tipi di segnali determinati a seconda del campo di esistenza. - Segnali a tempo continuo il cui insieme di definizione della variabile indipendente t è un intervallo o tutto l'asse reale Segnali a tempo discreto il cui insieme di definizione è formato da istanti di tempo discreti, equamente intervallati. Segnali Determinati

15 - Inoltre, un segnale determinato può essere a valori discreti ( ampiezza discreta o quantizzata ) o a valori continui ( ampiezza continua ): nel primo caso, il segnale può assumere, in tutti gli istanti dell'i nsieme di definizione, solo valori discreti (anche infiniti); nel secondocaso, il segnale può assumere un qualsiasi valore in un intervallo o in tutto l'i nsieme dei numeri reali. Segnali Determinati

16 Hanno una forma continua nel tempo e in ampiezza (analogici perché mantengono una forma analoga al messaggio che li ha originati) Segnali analogici

17 Segnali analogici (esempio) Il telefono : la voce è una vibrazione che genera nellaria onde sonore, che arrivano alla membrana del microfono, dove sono convertite in variazioni di potenziale elettrico; queste generano una corrente elettrica lungo il filo, che giunge fino allaltro apparecchio, dove avviene il processo inverso.

18 Segnale digitale o numerico Segnale a tempo ed ampiezza discreti ( per es. CD audio)

19 SEGNALI CAMPIONATI: segnali a tempo discreto ed ad ampiezza continua ottenuti per campionamento da segnali analogici. SEGNALI QUANTIZZATI: segnali a tempo continuo ed ampiezza discreta SEGNALI NUMERICI: segnali a tempo discreto ed ampiezza discreta ottenuti associando al livello dampiezza del segnale quantizzato una parola in codice ; Il messaggio è rappresentato in forma numerica (digitale da digit in inglese cifra), generalmente la sequenza binaria 0 e 1(bit) Segnale digitale o numerico

20 Il segnale digitale in pratica puo assumere soltanto un numero finito di valori su un tempo finito. Poichè tali valori sono numerabili, il segnale prende anche il nome di segnale numerico. Es. La sequenza binaria

21 Trasmissione analogica: trasmissione di un segnale in formato analogico(es. Radio AM, FM) Trasmissione numerica:trasmissione di un segnale in formato numerico (es. Internet) La Trasmissione

22 Segnali periodici e non periodici Un segnale si definisce periodico quando Il segnale periodico è definito dal suo periodo T 0 (in secondi) o dal suo inverso, detta frequenzafondamentale (in Hertz). T 0 0|s(t nT 0 ) s(t) t R Per un segnale discreto

23 Segnali non periodici Se non esiste nessun periodo T 0 tale che x(t+T 0 )=x(t) il segnale si dice aperiodico

24 Segnali di potenza e di energia Un segnale è detto di energia se esiste il seguente integrale Un segnale è detto invece di potenza se esiste il seguente integrale N.B.: un segnale di energia non può essere di potenza e viceversa. 2/ 2/ 2 |)(| 1 lim T T T dtts T P Segnali fisici sono ad energia finita

25 Proprietà Elementari I segnali fisici sono ad energia finita. Segnali ideali (es.tensione della batteria ideale) hanno energia illimitata. A t V Cioè il modello matematico è relativo ad un segnale a potenza finita mentre la forma donda fisica è un segnale ad energia finita

26 Proprietà Elementari Si definisce valor medio Nel caso della batteria ideale

27 Energia e Potenza:esempi

28 Segnali periodici Sono segnali a potenza finita Valor medio T 0 periodo del segnale

29 Segnali sinusoidali

30 frequenza La frequenza f 0 (1/T 0 ) è il numero di cicli che si verificano nellunità di tempo Indica la rapidità di variazione del segnale Si misura in Hertz (Hz) (cicli/secondo) –Ad es. Un segnale a frequenza 10 Hz compie 10 cicli in un secondo

31 Lunghezza donda La lunghezza donda di unonda elettromagnetica è la distanza in metri tra due picchi Dove c= km /s= m/s è la velocità della luce nel vuoto –Se

32 Sinusoide: ampiezza,frequenza,fase

33 Segnali fisicamente realizzabili Hanno valori non nulli su un intervallo temporale finito; Possiedono uno spettro a valori non nulli su un intervallo di frequenze finito; Sono funzioni continue del tempo; Hanno valore di picco finito; Sono a valori reali. Nella realtà i segnali sono a valori reali mentre spesso alcune loro proprietà rappresentano con grandezze complesse, es. spettri, segnali passa banda. I segnali fisicamente realizzabili hanno energia finita ma spesso hanno come rappresentazione matematica una funzione periodica I segnali periodici non sono segnali di energia ma di potenza COME TRATTARE SEGNALI PERIODICI ARBITRARI, IN PARTICOLARE NON SINUSOIDALI? Analisi di Fourier

34 16 Analisi di Fourier Anche se un segnale determinato e completamente definito dal suo andamento temporale è spesso opportuna una diversa rappresentazione che renda più agevole valutare il segnale. Analisi del segnale nei due domini -Tempo -Frequenza (analisi diFourier) Obiettivo: rappresentare un segnale continuo ad energia finita come combinazione lineare di segnaliortonormali(magari esponenziali complessi?!)

35 Esponenziali complessi (richiami) In natura esistono solo segnali reali, tuttavia e possibile pensare a segnali che abbiano sia una parte reale sia una immaginaria che evolvono nel tempo: i segnali complessi. Anche se i segnali complessi non esistono in natura, essi vengono utilizzati per descrivere in modo compatto coppie di segnali reali di tipo passa- basso (come sono solitamente i segnali da trasmettere) inviati contemporaneamente nella stessa banda di frequenze per mezzo di un segnale di tipo passa-banda, e separabili (come vedremo)in ricezione.

36 Esponenziali complessi (richiami) Un segnale complesso (Eulero) puo essere interpretato come combinazione lineare di vettori ruotanti sul piano complesso detti Fasori

37 Esponenziali complessi

38 Il segnale risultante dalla somma vettoriale di due vettori controrotanti di ugual modulo A e fasi iniziali opposte è un segnale reale Esponenziali complessi

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40 Esponenziali complessi (richiami) I segnali complessi possono essere espressi in Da cartesiana a polare Da polare a cartesiana

41 Serie di Fourier: definizione Dato un segnale periodico, Fourier dimostrò che è possibile scrivere lo stesso segnale in forma di serie dove N.B.: i coefficienti X n sono numeri complessi Sintesi Analisi

42 Serie di Fourier: forme alternative Serie di seni e coseni Serie di soli coseni

43 Sviluppo in serie di Fourier Eq. di sintesi: x(t) puo essere sintetizzato con una sommatoria di infinite oscillazioni sinusoidali di ampiezza V n, fase iniziale e frequenza f n =n/T 0 Eq. di analisi: rende possibile analizzare il peso delle varie armoniche che contribuiscono a formare x(t)

44 Spettro di un segnale Conoscere i valori di modulo (ampiezza) e fase dei coefficienti di Fourier in funzione delle f n significa determinare lo spettro delle ampiezze e delle fasi di x(t) Fornisce la conoscenza del segnale nel dominio delle frequenze mentre landamento di x(t) fornisce la descrizione nel dominio del tempo

45 Spettro di un segnale Lo spettro di ampiezza (e di fase) di un segnale periodico si ha solo all freq. f n : spettro a righe o discreto (solo in corrispondenza delle frequenze armoniche) La distribuzione e laltezza delle righe spettrali è caratteristica del segnale periodico considerato: ad es. lo spettro di un suono puro (sinusoidale) è costituito da una sola riga.

46 Sintesi di un segnale Per un segnale reale le ampiezze |X n | decrescono allaumentare di n. Ai fini della ricostruzione di x(t) contano le prime armoniche le rimanenti danno contributo trascurabile Si commette un errore di ricostruzione che diminuisce allaumentare del numero dei termini K utilizzati Il numero K è tanto maggiore quanto piu il segnale x(t) varia bruscamente.

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51 Serie di Fourier:coseno Il coseno è di per sè un termine dellespansione in SdF di segnali reali: La componente continua vale 0 |X k | k

52 Serie di Fourier:seno Il seno è di per sè un termine dellespansione in SdF di segnali reali: La componente continua vale 0 Im|X k | k

53 Trasformata di Fourier: definizione Dato un segnale aperiodico, esso può essere scritto mediante la formula dove Le due equazioni si chiamano antitrasformata e trasformata di Fourier. x(t) e X(f) si dicono coppia di Fourier. N.B.: si badi ancora una volta che la funzione X(f) è una funzione a valori complessi

54 Pierucci Laura 3 Si prenda un rettangolo alto A e lungo T, rappresentato dalla formula: La sua trasformata di Fourier è: N.B.: questa trasformata è esattamente linviluppo dei coefficienti della serie diFourierche si ottiene periodiciz- zando il rettangolo per T 0 oo f 0 0 e nf 0 f 2/0 2/1 rect Tt Tt T t A fTATfXsinc)( A t 0.5T Trasformata di Fourier: (il rect)

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