Кодирование информации. Двоичное кодирование
Кодирование информации. Двоичное кодирование.
Автор: Юрьева Елена Николаевна
Цели: сформировать у учащихся понимание процесса обмена информацией; показать различные виды кодирования информации; выявить преимущества двоичного кодирования различных видов информации.
Требования к знаниям и умениям:
Учащиеся должны знать:
- что такое «код», «кодирование», «двоичное кодирование», бит;
- почему в вычислительной технике используется двоичное кодирование информации;
- как кодируются различные виды информации в вычислительной технике.
Учащиеся должны уметь:
- кодировать информацию;
- восстанавливать информацию по ее кодовому представлению.
Программно-дидактическое обеспечение: ПК, программа PowerPoint таблицы, схемы.
Ход урока
I. Постановка целей урока
1. Каким образом информация добирается от источника информации до приемника?
2. Что означает код 1101101?
3. Как информация кодируется в компьютере? Почему именно так?
II. Изложение нового материала.
1. Кодирование информации.
Когда человек или какой-либо другой живой организм или какое-то устройство участвуют в информационном процессе, то все они представляют информацию в той или иной форме. ПРИМЕРЫ.
Так вот, когда мы представляем информацию в разных формах или преобразуем ее из одной формы в другую, мы информацию кодируем.
Код - это система условных знаков для представления информации.
Кодирование — это операция преобразования символов или группы символов одного кода в символы или группы символов другого кода.
Человек кодирует информацию с помощью языка.
Язык — это знаковая форма представления информации.
4.
|
Естественные языки (носят национальный характер): речь и письменность |
Формальные языки (интернациональны, понятны всём) |
Примеры |
- русский язык; - английский язык; - и т.д. |
- язык математики; - язык химии; - языки программирования; - командные языки операционных систем; - и т.д. |
Алфавит — набор основных символов, различимых по их начертанию |
— кириллица — 33 буквы; — латиница — 26 букв; — иероглифы и др. |
Алфавит жестко зафиксирован. — арабские цифры; — ноты; . — дорожные знаки; — точки и тире; — изображения элементов |
Синтаксис - правила для образования предложений языка |
Формируется из большого числа правил, из которых существуют исключения |
Наличие строгих правил |
Грамматика - правила правописания |
|
|
Физическая природа знаков |
Изображения на бумаге, звуки (фонемы), электрические импульсы и т.д. |
Пояснение: таблица формируется в виде рассказа и заполняется по строкам сверху вниз.
Упражнение 1. Представьте с помощью формальных и естественных языков следующую информацию:
Информация |
Естественный язык |
Формальный язык |
Нахождение площади треугольника |
|
|
Правило дорожного движения |
|
|
Призыв о помощи |
|
|
Одну и ту же информацию можно кодировать разными способами.
Это зависит от ряда причин, каков носитель информации, какова окружающая обстановка, кто или что является источником информации и получателем, от засекреченности, от удобства обработки и т.д.
Одну и ту же информацию можно кодировать разными способами:
КОМПЬЮТЕР - русский язык
_•------------ •__• _••_ ••------------ • ... - КодМорзе
COMPUTER - английский язык 67 79 77 80 85 84 69 82 - код ASCII.
Обычно при кодировании информации используется средство кодирования -некоторая таблица, которая устанавливает соответствие между знаками разных кодов. Например, для кода Морзе есть специальная таблица, в которой указаны символы алфавита и их представление с помощью набора точек и тире.
Таблица азбуки Морзе.
Пояснение: таблицу азбуки Морзе подготовьте заранее и раздайте всем детям.
В процессе обмена информацией кроме кодирования информации происходит и ее декодирование.
Источник информации-----кодирующее устройство---передача информации-----декодирующее устройство---получатель информации
КАК СОЗДАЕТСЯ НОВАЯ МЕЛОДИЯ
Образ мелодии---запись композитором мелодии нотами----передача исполнителю носителя с нотами---перевод исполнителем нот в звуки---прослушивание
Пояснение: пример записать по схеме, варианты заполнения которой предлагают сами ученики.
Упражнение 2 (устно). Девочка заменила каждую букву своего имени ее номером в алфавите. 141261. Как зовут девочку? ( 14-1-26-1 Маша)
Упражнение 3. Разбить на этапы процесс обмена информацией в следующих ситуациях
1. Работа телеграфа.
2. Разговор по телефону.
3. Отправление письма по почте.
Огромное количество способов кодирования информации неизбежно привело пытливый ум человека к попыткам создать универсальный язык или азбуку для кодирования. Эта проблемы была достаточно успешно реализована лишь в отдельных областях техники, науки и культуры. Своя система кодирования информации существует и в вычислительной технике. Она называется двоичным кодированием. Всю информацию, с которой работает вычислительная техника, можно представить в виде последовательности всего двух знаков - 1 и 0. Эти два символа называются двоичными цифрами, по-английски - binary digit или сокращенно bit - бит.
1 бит кодирует 2 понятия или сообщения (0 или 1).
2 бита — 4 разных сообщения (11 или 00 или 01 или 10).
3 бита — 8 разных сообщений.
4 бита - 16 сообщений и т.д.
Общая формула имеет вид: N = 2i, где N - количество значений информации, i — количество бит.
Упражнение 4
Заполните таблицу:
Количество бит |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Количество сообщений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Почему именно двоичное кодирование используется в вычислительной технике? Оказывается такой способ кодирования легко реализовать технически: 1 — есть сигнал, 0 — нет сигнала. Для человека такой способ кодирования неудобен тем, что двоичные последовательности получаются достаточно длинными. Но технике легче иметь дело с большим числом однотипных элементов, чем с небольшим числом сложных.
Как разные виды информации кодируются в компьютере?
2. Кодирование чисел.
Исторически получилось так, что человек в обычной своей жизни для вычислений и обозначения количества использует десятичную систему счисления. Но это не значит, что десятичная система счисления единственна и нет и не существовало других систем счисления. На самом деле их существует огромное количество. Часть из них уже давно не используется, а часть находится в применении параллельно десятичной системе счисления. Как раз в компьютере используется одна из таких систем счисления и не единственная- ДВОИЧНАЯ. 0 и 1
3. Кодирование текстовой информации.
Каждому символу алфавита- целое число, код
Сколько же бит необходимо для кодирования символов?
Упражнение 5 (устно)
33 русских прописных буквы+33 русских строчных+26 английских+26+10 цифр знаки препинания=256
2?=256
8 бит = 1байт
4. Кодирование графической и звуковой информации.
Изображение и звук передают сигналы, имеющие аналоговую непрерывную форму. Дискретная - разбиение на отдельные элементы. Дискретизация- кодирование, значение в форме двоичного кода.
Графическая информация в два приема.
Прием 1.
Исходная картинка Растр Увеличенный фрагмент
На изображение накладывают прямоугольную сетку, состоящую из большого числа мельчайших точек — пикселей. Такая сетка называется растром и позволяет разбить рисунок на конечное количество элементов. Каждая такая точка изображения имеет свой цвет, который как раз и можно закодировать1 двоичным кодом. Записав код каждой точки, тем самым можно получить код всего изображения.
Прием 2 (показать картинку)
Изображение представляют в виде графического объекта, состоящего из элементарных дуг и отрезков. У каждого такого элементарного объекта кодируются его положение через координаты точек и длину радиуса, тип линии (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет. Такое изображение называют векторным и все его перечисленные свойства и характеристики также кодируются двоичным кодом.
5. Кодирование звуковой информации.
Звук представляет собой гармонические колебания в определенном диапазоне частот, распространяющиеся в определенной среде. Сигналы, несущие звук, являются аналоговыми. Поэтому для представления звука двоичным кодом необходимо преобразовать аналоговый сигнал в дискретный (двоичный). Выполняют это преобразование специальные устройства, находящиеся на звуковой плате компьютера.
III. Закрепление пройденного.
Попросите учащихся еще раз ответить на вопросы, поставленные в начале урока.
IV. Итоги урока.
Оцените работу класса и назовите учащихся, отличившихся на уроке. Домашнее задание.
Уровень знания: выучить, что такое код, кодирование, бит, байт и формулу, связывающую количество разных сообщений и количество бит.
Уровень понимания: как кодируется числовая, текстовая, графическая и звуковая информация? Почему именно так, а не иначе?
Уровень применения: решите задачи:
1. «Шифры замены». Каждая буква алфавита может быть заменена любым числом из соответствующего столбика кодировочной таблицы.
А |
Б |
В |
Г |
Д |
Е |
Ж |
3 |
И |
К |
Л |
М |
Н |
О |
П |
Р |
21 |
37 |
14 |
22 |
01 |
24 |
62 |
73 |
46 |
23 |
12 |
08 |
27 |
53 |
35 |
04 |
40 |
26 |
63 |
47 |
31 |
83 |
88 |
30 |
02 |
91 |
72 |
32 |
77 |
68 |
60 |
44 |
10 |
03 |
71 |
82 |
15 |
70 |
11 |
55 |
90 |
69 |
38 |
61 |
54 • |
09 |
84 |
45 |
С |
Т |
У |
Ф |
X |
Ц |
Ч |
Ш |
Щ |
Ъ |
Ы |
Ь |
Э |
Ю |
Я |
|
20 |
13 |
59 |
25 |
75 |
43 |
19 |
29 |
06 |
65 |
74 |
48 |
36 |
28 |
16 |
|
52 |
39 |
07 |
49 |
33 |
85 |
58 |
80 |
50 |
34 |
17 |
56 |
78 |
64 |
41 |
|
89 |
67 |
93 |
76 |
18 |
51 |
87 |
66 |
81 |
92 |
42 |
79 |
86 |
05 |
57 |
|
16 |
55 |
54 |
10 |
69 |
09 |
61 |
89 |
29 |
90 |
49 |
44 |
10 |
08 |
02 |
73 |
21 |
32 |
83 |
54 |
74 |
41 |
55 |
77 |
10 |
23 |
68 |
08 |
20 |
66 |
90 |
76 |
44 |
21 |
61 |
90 |
55 |
21 |
61 |
83 |
54 |
42 |
57 |
30 |
27 |
10 |
91 |
68 |
32 |
20 |
80 |
02 |
49 |
45 |
40 |
32 |
46 |
55 |
40 |
08 |
83 |
27 |
17 |
Какие сообщения закодированы?
2. «Шифр Цезаря». Этот шифр реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется третьей после нее буквой в алфавите, который считается написанным по кругу.
Используя этот шифр, зашифруйте слова ИНФОРМАЦИЯ, КОМПЬЮТЕР, ЧЕЛОВЕК.
3. Расшифруйте слово НУЛТХСЕУТЧЛВ, закодированное с помощью шифра Цезаря.
4. «Шифр Виженера». Этот шифр представляет шифр Цезаря с переменной величиной сдвига. Величину сдвига задают ключевым словом. Например, слово ВАЗА означает следующую последовательность сдвигов букв исходного текста: 3 1 9 1 3 1 9 1 и т.д. Используя в качестве ключевого слово ВАГОН, закодируйте слова: АЛГОРИТМ, ПРАВИЛА, ИНФОРМАЦИЯ.
Творческий уровень: придумайте свой способ кодирования информации.