Конспект урока по информатике на тему Двоичное кодирование информации

ТЕМА: «Кодирование информации. Двоичное кодирование»
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.
Ход урока
1. Орг. момент
2. 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. При выполнении домашнего задания вы также представляли информацию в различных формах.
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.

Естественные языки (носят
национальный характер):
речь и письменность
Формальные языки (интернациональны, понятны всем)

Примеры
-русский язык; - английский язык; -и т.д.
язык математики;
язык химии;
языки программированияния;
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 элементовразличных схем и др.

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 прямоугольника



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
-.- --- -- .--. -..- ..-- - . .-. Код Морзе
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 студентам.
В процессе обмена информацией кроме кодирования информации происходит и ее декодирование.

Пояснение: пример записать по схеме, варианты заполнения которой предлагают сами студенты.
Упражнение 2
Девочка заменила каждую букву своего имени ее номером в алфавите. Получилось 141261. Как зовут девочку? (код имени необходимо разделить так: 14-1-26-1. МАША)
Упражнение 3
Разбить на этапы процесс обмена информацией в следующих ситуациях:
Разговор по телефону
Отправление письма по почте
Информация имеет форму сообщения, а сообщение кодируется тем или иным набором знаков, символов, цифр. Теоретически и экспериментально было показано, что с технической точки зрения самым удобным и эффективным является использование двоичного кода, то есть набора символов, алфавита, состоящего из пары чисел {0,1}. Поскольку двоичный код используется для хранения информации в вычислительных машинах, его еще называют машинным кодом.
Цифры 0 и 1, образующие набор {0,1}, обычно называют двоичными цифрами, потому что они используются как алфавит в так называемой двоичной системе счисления. Система счисления представляет собой совокупность правил и приемов наименования и записи чисел, а так же получения значения чисел из изображающих их символов. Количество знаков в алфавите системе счисления обычно отражается в ее исчислении: двоичная, восьмеричная, десятичная, шестнадцатеричная и т.д.
Элементарное устройство памяти компьютера, которое применяется для изображения одной двоичной цифры, называется двоичным разрядом или битом.
Слово «бит» произошло от английского термина bit, представляющего собой сокращение словосочетания Binary digit – двоичная цифра.
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 = 2m, где N количество значений информации, m количество бит.
Упражнение 4 Заполните таблицу:
Кодирование информации
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), которая называется двоичной. И это закономерно, так как в силу вышеназванных причин в вычислительной технике применяется двоичное кодирование информации.
В двоичной системе счисления для записи чисел используется всего две цифры 1 и 0. С их помощью можно записать любое число. Во всем остальном эта система счисления не отличается от привычной для вас десятичной системы. Она обладает всеми теми же свойствами, в ней соблюдаются все основные законы выполнения арифметических операций.
Для кодирования чисел используются специальные правила перевода чисел из десятичной системы счисления в двоичную и наоборот. Например, десятичное число 372 в двоичной системе счисления будет записано как 101110100, в восьмеричной системе счисления 564, в шестнадцатеричной - 173. Все четыре записи выражают одно и то же количество. Компьютер выполняет операции перевода чисел из одной системы счисления в другую мгновенно, тогда как человек затратил бы на эту работу некоторое время.
3. Кодирование текстовой информации
. Для кодирования текстовой информации в компьютере также применяется двоичное кодирование, т.е. представление текста в виде последовательности 0 и 1. Каждому символу алфавита сопоставили определенное целое число, которое и принято считать кодом этого символа.
Бит – это очень маленькая порция информации. Поэтому, так же как и при записи десятичных чисел, используется несколько десятичных разрядов – разряд единиц, разряд десятков, сотен и т.д., так и для записи двоичных чисел используется несколько двоичных разрядов, несколько битов.
Для хранения двоичных чисел в компьютере используется устройство, которое принято называть ячейкой памяти. / Память компьютера можно образно представить себе как автоматическую камеру хранения, состоящую из отдельных ячеек, в каждую из которых можно положить некоторое число./
Ячейки образуются из нескольких битов, так же как двоичные числа образуются из двоичных разрядов. В общем случае ячейки различных компьютеров могут состоять из различного количества битов. Поэтому, начиная с машин третьего поколения, стандартными являются те ячейки, которые состоят из восьми битов.
Элемент памяти компьютера, состоящий из восьми битов, называется байтом.
Слово «байт» произошло от английского термина byte, представляющего собой сокращение словосочетания BinarY Term – двоичный терм, выражение. Байт сохраняет все свойства бита, /то есть может сколь угодно долго хранить записанный в него двоичный код, этот код можно прочитать, можно также записать в байт любой новый код./ Каждый из восьми байтов может содержать любую из двоичных цифр независимо от остальных. Следовательно, байт может содержать произвольную комбинацию, последовательность из восьми нулей и единиц, например последовательность 10110011. Такую последовательность также называют двоичным числом, двоичным кодом либо просто кодом.


0

1
0
1
1
0
0
1
1

а) б)
Сколько же бит необходимо для кодирования символов?
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно определить их количество. Ограничений на количество символов теоретически не существует. Однако есть количество, которое можно назвать достаточным.
Запись двоичного кода легко спутать с аналогичным по записи десятичным числом. В таких случаях справа от двоичного числа записывают индекс 2, а около десятичного числа указывают индекс 10. Например: 101100112 – двоичное число, 1011001110 – десятичное.
Так как байт состоит из восьми двоичных разрядов, то количество различных кодов, различных комбинаций из восьми нулей и единиц, записываемых в один байт, равно 28=256. (00000001, 00000010,, 11111111).
С помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов.
4. Кодирование графической и звуковой информации
Изображение и звук передают сигналы, имеющие аналоговую, непрерывную форму. Поэтому они преобразуются в дискретную форму путем дискретизации, т.е. разбиения непрерывного графического изображения или , непрерывного звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, т.е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме двоичного кода. Для кодирования графической информации используют два приема.

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 закодировать 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 определённой 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.
3. Закрепление пройденного
1. Каким образом информация добирается от источника информации до приемника
2. Как информация кодируется в компьютере. Почему?
4. Итоги урока
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?






Азбука Морзе


Прием 2













Азбука МорзеАзбука Морзе15