fondamenti-aero/01/fondamenti-01.tex

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\begin{document}

\title{\textbf{Informatica 2020-21\\}
Esercizi di Introduzione}
\author{Andrea Gussoni}
\author{
Andrea Gussoni\\
andrea1.gussoni@polimi.it\\
{Politecnico di Milano}\\
}
\date{March 9th, 2021}
%\date{}
\maketitle

\section{Esercizi di codifica dell'informazione}
\subsection{Conversione a base 10}
Calcolare le conversione dei seguenti numeri in base 10:
\begin{itemize}
  \item $101101_{2} = x_{10}$
  \item $101101_{5} = x_{10}$
  \item $42_{8} = x_{10}$
  \item $111_{3} = x_{10}$
  \item $BA_{16} = x_{10}$
\end{itemize}

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\

\begin{itemize}
  \item $101101_{2} = 45_{10}$
  \item $101101_{5} = 3276_{10}$
  \item $42_{8} = 34_{10}$
  \item $111_{3} = 13_{10}$
  \item $BA_{16} = 186_{10}$
\end{itemize}
\bigskip

\subsection{Conversione da base 10 ad altra base}
Calcolare le conversione dei seguenti numeri nella base indicata dal pedice:
\begin{itemize}
  \item $128_{10} = x_{2}$
  \item $63_{10} = x_{2}$
  \item $77_{10} = x_{7}$
  \item $15_{10} = x_{3}$
  \item $46_{10} = x_{16}$
\end{itemize}
\textbf{NB.:} In base esadecimale, in aggiunta alle cifre 0-9, si usano anche le lettere A-F.

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\

Utilizzando il metodo delle divisione successive, si ottiene:
\begin{itemize}
  \item $128_{10} = 10000000_{2}$
  \item $63_{10} = 111111_{2}$
  \item $77_{10} = 140_{7}$
  \item $15_{10} = 120_{3}$
  \item $46_{10} = 2E_{16}$
\end{itemize}
\bigskip

\subsection{Conversione in complemento a 2}
Calcolare la conversione dei seguenti numeri in complemento a 2, usando 8 bit per la loro rappresentazione:
\begin{itemize}
  \item $17_{10} = x_{c2}$
  \item $127_{10} = x_{c2}$
  \item $128_{10} = x_{c2}$
  \item $-21_{10} = x_{c2}$
  \item $-128_{10} = x_{c2}$
\end{itemize}

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\

\begin{itemize}
  \item $17_{10} = 00010001_{c2}$
  \item $127_{10} = 01111111_{c2}$
  \item $128_{10} = ???_{c2}$
  \item $-21_{10} = 11101011_{c2}$
  \item $-128_{10} = 10000000_{c2}$
\end{itemize}
\bigskip

\subsection{Operazioni tra numeri in complemento a 2}
Svolgere le operazioni seguenti tra numeri in complemento a 2, 8 bit:
\begin{itemize}
  \item $+15_{10} + 30_{10}$
  \item $+10_{10} + 125_{10}$
  \item $127_{10} - 15_{10}$
  \item $-21_{10} - 32_{10}$
  \item $-115_{10} - 40_{10}$
\end{itemize}

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\
\begin{itemize}
  \item $+15_{10} + 30_{10} = 00001111_{c2} + 00011110_{c2} = 00101101_{c2} = 45_{10}$
  \item $+10_{10} + 125_{10} = 00001010_{c2} + 01111101_{c2} = 10000111_{c2} = -121_{10}$ (operandi concordi, risultato negativo, overflow)
  \item $127_{10} - 15_{10} = 01111111_{c2} + 11110001_{c2} = 01110000_{c2} = 112_{10}$
  \item $-21_{10} - 32_{10} = 11101011_{c2} + 11100000_{c2} = 11001011_{c2} = -53_{10}$
  \item $-115_{10} - 40_{10} = 10001101_{c2} + 11011000_{c2} = 01100101_{c2} = 101_{c10}$ (operandi concordi, risultato positivo, overflow)
\end{itemize}
\bigskip

\subsection{Conversioni Binario, Decimale, Esadecimale, Ottale}
Svolgere le seguenti conversioni rapide:
\begin{itemize}
  \item $347_{8} = x_{2}$
  \item $347_{8} = x_{16}$
  \item $F3A5_{16} = x_{2}$
  \item $F3A5_{10} = x_{8}$
\end{itemize}

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\
\begin{itemize}
  \item $347_{8} = 011100111_{2}$
  \item $347_{8} = E7_{16}$
  \item $F3A5_{16} = 1111001110100101_{2}$
  \item $F3A5_{16} = 171645_{8}$
\end{itemize}
\bigskip

\subsection{Codifica Floating Point}
Conversioni in virgola fissa e virgola mobile.
\begin{itemize}
  \item $0|1010.011_{2, virg fissa} = x_{10}$
  \item $17.675_{10} = x_{2, virg fissa}$
  \item $6.375_{10} = segno=x, exp=x, mantissa=x..._{2, virg mobile}$
\end{itemize}

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\
\begin{itemize}
  \item $0|1010.011_{2, virg fissa} = 10.375_{10}$
  \item $17.675_{10} = 0|10001.1010110_{2, virg fissa, ci fermiamo alla settima cifra frazionaria perchè periodico}$
  \item $6.375_{10} = segno=0, exp=00000010, mantissa=1001100..._{2, virg mobile}$
\end{itemize}
\bigskip

\section{Esercizi di dimensionamento dati}
\subsection{Video di Sorveglianza}
Per la sorveglianza di un capannone aziendale, viene impiegata una fotocamera con risoluzione Full HD. Il flusso video generato è quindi composto da una sequenza di immagini (anche dette frame) ognuna con dimensione di $1920\times1080$ pixels. Ogni pixel è rappresentato da una tripletta RGB (Red, Green, Blue), ognuna occupante $24$ bit. Ogni secondo, la fotocamera registra $24$ frame. La policy di sicurezza dell'azienda prevede che i filmati debbano venire conservati per un periodo di 1 settimana. Calcolare la dimensione di memoria necessaria per soddisfare tale requisito.

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\
Cominciamo calcolando quanta memoria necessita un singolo frame. Ad una risoluzione di $1920\times1080$ ogni frame racchiude un totale di $2073600$ pixels, ed ogni pixel necessita di $3$ byte. Questo significa che ogni fame occuperà uno spazio di circa $5.9 \; MiB$. Ogni secondo vengono catturati $24$ frames, per un totale di $5.9MiB * 24 \approx 141.6 \; MiB$. In una settimana, sono presenti $604800$ secondi, quindi per contenere una settimana di registrazioni saranno necessari $604800 * 141.6 \; MiB \approx 81.7 \; TiB$ di spazio.
Questa quantità di memoria è molto elevata. Infatti, per memorizzare immagini e video si usano algoritmi di compressione che ne riducono di molto la dimensione.

\subsection{SDR}
La Software Defined Radio, è una recente tecnologia che permette di ricevere, analizzare e creare trasmissioni radio con tecnologia digitale in modo molto più economico di quanto avveniva in passato. Un software SDR, è in genere in grado di demodulare e salvare un segnale ricevuto sotto forma di registrazione audio. Il segnale viene salvato con un campionamento a $44.1kHz$, di due canali, dove ogni campione ha una dimensione di $24$ bit. Se assumiamo che il nostro software sia in grado di attivare automaticamente $1$ minuto di registrazione ogni volta che un segnale sopra una certa soglia viene ricevuto, quanta memoria servirà immagazzinare il risultato di $1000$ ricezioni di segnale? In aggiunta, ogni attivazione salverà anche $1 \; KiB$ di metadati per poter ricostruire il momento della registrazione.

\bigskip
\noindent
\paragraph{Soluzione:}\
Ogni secondo, il campionamento del segnale richiederà $44100 * 2 * 3B \approx 258.4 \; KiB$. Un minuto di registrazione, richiederà quindi $60 * 258.4 \; KiB \approx 15.1 \; MiB$. Se consideriamo quindi 1000 eventi di attivazione, serviranno $1000 * (15.1 \; MiB + 1 \; KiB) \approx 14.7 \; GiB$.

\clearpage

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\section{Installazione IDE}
Controllare la pagina Beep per slides su installazione di un IDE (consigliato CodeBlocks) per seguire al meglio le prossime esercitazioni e sessioni di laboratorio.

\end{document}