Урок "Кодирование инфомации".

Информацию друг другу мы передаем в устной и письменной форме, а также в форме жестов и знаков.

Знаки могут иметь различную физическую природу . Например, для представления информации с использованием языка в письменной форме используются знаки, которые являются изображениями на бумаге или других носителях, в устной речи в качестве знаков языка используются различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов ).

Виды информации

Информация, как объект классифицируется по видам. Таких классификаций несколько. Каждая наука вводит свою классификацию. Для информатики главным является то, каким образом информация вводится/выводится, обрабатывается, хранится, используя средства вычислительной техники. Поэтому в информатике принята следующая классификация видов информации:

Аналоговая – непрерывная (воспринимается человеком)		Дискретная – скачкообразная (воспринимается ВТ)
визуальная аудиальная тактильная обонятельная вкусовая
Примеры: скрипка телевизор телефон картина в музее графики функций		Примеры: фортепьяно монитор музыкальный центр мобильный телефон

Формы представления информации

Так как аналоговую информацию человек воспринимает с помощью своих органов чувств, то он стремится зафиксировать ее таким образом, чтобы она стала понятна другим. При этом одна и та же информация может быть представлена в разных формах.

В любом виде информация для нас выражает сведения о ком-то или о чем-то. Она отражает происходящее или происшедшее в нашем мире, например: что мы делали вчера или будем делать завтра, как будет выглядеть выпуск­ное платье или место будущей работы. Но при этом информация обязательно должна получить некоторую форму, наиболее удобную для восприятия:

· текстов, рисунков, фотографий, чертежей;

· жестов и мимики;

· запахов и вкусовых ощущений;

· радиоволн;

· электрических и нервных импульсов;

· магнитных записей;

· хромосом

Получение информации - это, в конечном счете, получение фактов, сведений и данных о свойствах, структуре или взаимодействии объектов и явлений окружающего нас мира.

Язык как знаковая система

В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число языков. Среди них язык жестов и мимики, язык рисунков и чертежей, язык музыки и язык математики, разговорный язык, алгоритмический язык и т. д.

Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков.

Примеры алфавитов: В основе русского языка лежит кириллица , содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует алфавит из десятков тысяч знаков (иероглифов ).

Последовательности символов алфавита в соответствии с правилами грамматики образуют основные объекты языка - слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называются синтаксисом . Необходимо отметить, что в естественных языках грамматика и синтаксис языка формулируются с помощью большого количества правил, из которых существуют исключения, так как такие правила складывались исторически.

Схема передачи информации через письменность

УСТНАЯ РЕЧЬ

Þ

Письмо

ТЕКСТ

Чтение

УСТНАЯ РЕЧЬ

КОДИРОВАНИЕ ДЕКОДИРОВАНИЕ

Кодирование информации

Общая схема обмена информацией

Источник информации

Кодирующее устройство

Передача информации

Декодирующее устройство

Получатель информации

Кодирование текстовой информации

Языки представления информации
Естественные: Английский, французский, …			Формальные: Математики, программирования, ноты, …
Кодирование информации
Цели кодирования
засекречивание информации	быстрый способ записи	передача по техническим каналам связи		выполнение математических вычислений
Шифрование	Стенография	Телеграфный код		Системы счисления
Алгоритмы криптографии	Один знак – слово или сочетание букв	Код Морзе	Код Бодо	Для человека: десятичная	Для ПК: двоичная

Существует много способов кодирования, например

Азбука Морзе:

Стенография (от греч. στενός - узкий, тесный и γράφειν - писать) - способ письма посредством особых знаков и целого ряда сокращений, дающий возможность быстро записывать устную речь. Скорость стенографического письма превосходит скорость обычного в 4-7 раз.

Так как выбор значков для стенографии в основном произвольный, то из сочетаний различных значков образовалось бесчисленное множество стенографических систем, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Искусство стенографии существовало уже, как можно заключить по некоторым данным, у древних египтян , где условным знаком записывались речи фараонов ; от египтян это искусство перешло к грекам и римлянам , у которых имелись скорописцы. 5 декабря 63 г. до н. э. в Древнем Риме состоялось первое известное в истории применение стенографии.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания документа или текста. В этом случае текст шифруется. В давние времена зашифрованный текст назывался тайнописью.

Шифрование - способ преобразования открытой информации в закрытую и обратно. Применяется для хранения важной информации в ненадёжных источниках или передачи её по незащищённым каналам связи .

Шифрование – это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только адресату и источнику. Методами шифрования занимается наука криптография .

Рассмотрим в качестве примера кодирования соответствие цифрового и штрихового кодов товара. Такие коды имеются на каждом товаре и позволяют полностью идентифицировать товар (страну и фирму производителя, тип товара и штриховой коды товара. Знакам цифрового кода (цифрам) соответствуют группы знаков штрихового кода (узкие и широкие штрихи, а также размеры промежутков между ними). Для человека удобен цифровой код, а для автоматизированного учета и штриховой код, который считывается с помощью узкого светового луча и подвергается последующей обработке в компьютерных бухгалтерских системах учета.

Домашнее задание - придумайте или вспомните какую-либо информацию и представьте ее в разных формах, создать схему:

Создание новой мелодии

Кодирование и декодирование. Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки. Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки для профессионального применения их в какой-либо сфере. Представление информации с помощью какого-либо языка часто называют кодированием. Код - набор символов (условных обозначений) для представления информации. Код - система условных знаков (символов) для передачи, обработки и хранения информации(со общения). Кодирование - процесс представления информации (сообщения) в виде кода. Все множество символов, используемых для кодирования, называется алфавитом кодирования. Например, в памяти компьютера любая информация кодируется с помощью двоичного алфавита, содержащего всего два символа: 0 и1. Декодирование- процесс обратного преобразования кода к форме исходной символьной системы, т.е. получение исходного сообщения. Например: перевод с азбуки Морзе в письменный текст на русском языке. В более широком смысле декодирование - это процесс восстановления содержания закодированного сообщения. При таком подходе процесс записи текста с помощью русского алфавита можно рассматривать в качестве кодирования, а его чтение - это декодирование.

>> Способы кодировании информации

§ 1.7. Способы кодирования информации

3. Выразите словами смысл следующего арифметического выражения:

4. Мальчик заменил каждую букву своего имени её номером в алфавите. Получилось 18 21 19 13 1 15. Как зовут мальчика?

5. Зная, что каждая буква исходного текста заменяется третьей после неё буквой в алфавите русского языка, который считается записанным по кругу, декодируйте следующие сообщения:

а) жуцёг льл, г ргмжиыя - дзузёл;
б) фхгуюм жуцё оцъыз рсеюш жецш.

6. Каждой букве алфавита поставлена в соответствие пара чисел: первое число - номер столбца, а второе - номер строки следующей кодовой таблицы:

Пользуясь данной таблицей, расшифруйте головоломку: (1,1), (2,2), (1,3), (3,2), (10,3), (3,3), (12,1), (4,2), (5,1), (4,2), (12,2), (12,1), (1,1), (4,2), (5,1), (12,1), (1,1), (2,2), (1,3), (3,2), (10,3), (3,3), (5,1), (12,1), (1,2), (5,1), (3,2), (4,2), (5,2), (1,2), (1,3), (6,3), (4,2), (12,3).

Босова Л. Л., Информатика и ИКТ: учебник для 5 класса Л. Л. Босова. М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 192 с. : ил.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Кодировка буквенных символов

Лекция 8. Компьютерное представление текста

Компьютерное представление текста связано с системой его кодирования, которая начала развиваться задолго до появления компьютера. В развитии системы кодирования текста можно отметить следующие особенности.

1. Информация никогда не появляется в чистом виде, она всегда как-то представлена, как-то закодирована. Решать задачу кодирования информации человечество начало задолго до появления компьютеров. В результате решения этой грандиозной задачи была создана письменность – как система кодирования речи и арифметика - как система кодирования чисел.

2. Человек выражает свои мысли в виде предложений, составленных из слов. Слова, в свою очередь, складываются из букв. Буквы объединяются в алфавит. Основу языка составляет алфавит - конечный набор различных знаков (символов) любой природы, из которых складывается сообщение.

3. Одна и та же запись может нести разную смысловую нагрузку. Например, набор цифр 251299 может обозначать: массу объекта; длину объекта; расстояние между объектами; номер телефона; запись даты и т.д. Запись – это данные, которые могут превратиться в информацию только в результате раскодирования. Таким образом, для представления информации нужно знать систему кодирования и декодирования илиопределенные правила записи кодов.

Кодирование – это процесс представления информации в виде кода, или переход от одного формата к другому, более удобному для хранения, передачи или обработки информации.

Код – набор условных обозначений для представления информации.

Декодирование – получение информации с использованием кода (обратное преобразование).

Шифрование – кодирование, выполняемое с целью засекречивания сообщения, результат шифрования называется криптограммой или шифровкой.

4. Кодировать информацию можно различными способами: устно, письменно, жестами или сигналами любой другой природы (сигналы светофора, телефонные звонки). Чаще всего кодированию подвергаются тексты на естественных языках. Для естественных языков существуют различные способы кодирования, остановимся на самых характерных и широко используемых способах.

1. Графический – основан на использовании специальных рисунков или знаков. Графическое кодирование описано, например, в литературном произведении Конан Дойла "Пляшущие человечки", где для шифрования сообщений использовалась последовательность человеческих фигурок. Другим примером графического кодирования является азбука Морзе, созданная американским изобретателем Самюэлем Морзе в 1837 году для телеграфического кодирования сообщений. В азбуке Морзе каждая буква или знак представлены комбинацией точек и тире или последовательностью коротких и длинных сигналов. До настоящего времени в мореходной практике используются сигналы азбуки Морзе, например, сигнал бедствия – SOS (спасите наши души).

2. Символьный – на основе символов (букв) того же алфавита, что и исходный текст. Способ используется, например, в криптографии при создании шифрованных сообщений. Одним из первых применений способа является кодирование английского алфавита, предложенное в 1580 году Фрэнсисом Бэконом. Шифр Бэкона (табл. 8.1) выполнен на основе двоичного 5-тиразрядного кода или двухсимвольного алфавита, состоящего из букв А и В.

Таблица 8.1

Кодирование английского алфавита

a	AAAAA	g	AABBA	n	ABBAA	t	BAABA
b	AAAAB	h	ABBB	j	ABBAB	v	BAABB
c	AAABA	i	ABAAA	p	ABBBA	w	BABAA
d	AAABB	k	ABAAB	q	ABBBB	x	BABAB
e	AABAA	l	ABABA	r	BAAAA	y	BABBA
f	AABAB	m	ABABB	s	BAAAB	z	BABBB

Для создания сообщений на основе предложенной Бэконом системы требуется двухсимвольный алфавит, но при этом длина самого сообщения возрастает в 5 раз, поскольку каждая буква заменяется набором из 5 символов.

3. Числовой – основан на кодировании символов с помощью чисел. Широкое распространение способ получил благодаря развитию ЭВМ. В ЭВМ для кодирования букв используется два числа: 0 и 1. В отличие от шифра Бэкона, где достаточно 5-разрядного представления, в компьютерной технике принято 8-разрядное или 8-битовое представление символов. Последовательность из 8 бит образует 1 байт, байт используется для кодирования одного символа. Число возможных комбинаций 0 и 1 в пределах байта вычисляется по формуле 2 8 =256. Это означает, что с помощью одного байта путем смены последовательности записи нулей и единиц можно закодировать 256 различных символов.

Числовую систему кодирования компьютерных символов следует рассматривать как систему общего пользования. При создании такой системы кодирования используются общеизвестные подходы и принципы. Рассмотрим, каким образом числовой способ реализуется для кодирования компьютерного текста.

Кодирование информации. В процессе преобразования информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую осуществляется кодирование. Средством кодирования служит таблица соответствия, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.

В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре выполняется его кодирование, т. е. преобразование в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс - декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в графическое изображение.

Кодирование изображений и звука. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Примером аналогового представления графической информации может служить, скажем, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.

Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного - аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

Графическая и звуковая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. е. разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, т. е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация - это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода.

Кодирование информации в живых организмах. Генетическая информация определяет строение и развитие живых организмов и передается по наследству. Хранится генетическая информация в клетках организмов в структуре молекул ДНК (дезоксирибонукле-иновой кислоты). Молекулы ДНК состоят из четырех различных составляющих (нуклеотидов), которые образуют генетический алфавит.

Молекула ДНК человека включает в себя около трех миллиардов пар нуклеотидов, и в ней закодирована вся информация об организме человека: его внешность, здоровье или предрасположенность к болезням, способности и т. д.

6. Основные понятия темы «Информация и управление»: числовое и символьное кодирование информации

Кодирование числовой информации.

Сходство в кодировании числовой и текстовой информации состоит в следующем: чтобы можно было сравнивать данные этого типа, у разных чисел (как и у разных символов) должен быть различный код. Основное отличие числовых данных от символьных заключается в том, что над числами кроме операции сравнения производятся разнообразные математические операции: сложение, умножение, извлечение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполнения этих операций в математике подробно разработаны для чисел, представленных в позиционной системе счисления.

Основной системой счисления для представления чисел в компьютере является двоичная позиционная система счисления.

Кодирование текстовой информации

В настоящее время, большая часть пользователей, при помощи компьютера обрабатывает текстовую информацию, которая состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания и др. Подсчитаем, сколько всего символов и какое количество бит нам нужно.

10 цифр, 12 знаков препинания, 15 знаков арифметических действий, буквы русского и латинского алфавита, ВСЕГО: 155 символов, что соответствует 8 бит информации.

Единицы измерения информации.

1 байт = 8 бит

1 Кбайт = 1024 байтам

1 Мбайт = 1024 Кбайтам

1 Гбайт = 1024 Мбайтам

1 Тбайт = 1024 Гбайтам

Суть кодирования заключается в том, что каждому символу ставят в соответствие двоичный код от 00000000 до 11111111 или соответствующий ему десятичный код от 0 до 255.

Необходимо помнить, что в настоящее время для кодировки русских букв используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной таблицы не будут правильно отображаться в другой

Основным отображением кодирования символов является код ASCII - American Standard Code for Information Interchange- американский стандартный код обмена информацией, который представляет из себя таблицу 16 на 16, где символы закодированы в шестнадцатеричной системе счисления.

одирование символьной (текстовой) информации.

Основная операция, производимая над отдельными символами текста - сравнение символов.

При сравнении символов наиболее важными аспектами являются уникальность кода для каждого символа и длина этого кода, а сам выбор принципа кодирования практически не имеет значения.

Для кодирования текстов используются различные таблицы перекодировки. Важно, чтобы при кодировании и декодировании одного и того же текста использовалась одна и та же таблица.

Таблица перекодировки - таблица, содержащая упорядоченный некоторым образом перечень кодируемых символов, в соответствии с которой происходит преобразование символа в его двоичный код и обратно.

Наиболее популярные таблицы перекодировки: ДКОИ-8, ASCII, CP1251, Unicode.

Исторически сложилось, что в качестве длины кода для кодирования символов было выбрано 8 бит или 1 байт. Поэтому чаще всего одному символу текста, хранимому в компьютере, соответствует один байт памяти.

Различных комбинаций из 0 и 1 при длине кода 8 бит может быть 28 = 256, поэтому с помощью одной таблицы перекодировки можно закодировать не более 256 символов. При длине кода в 2 байта (16 бит) можно закодировать 65536 символов.

7.Основные понятия темы «Информация и управление»: графическое кодирование информации.

Кодирование графической информации.

Важным этапом кодирования графического изображения является разбиение его на дискретные элементы (дискретизация).

Основными способами представления графики для ее хранения и обработки с помощью компьютера являются растровые и векторные изображения

Векторное изображение представляет собой графический объект, состоящий из элементарных геометрических фигур (чаще всего отрезков и дуг). Положение этих элементарных отрезков определяется координатами точек и величиной радиуса. Для каждой линии указывается двоичные коды типа линии (сплошная, пунктирная, штрихпунктирная), толщины и цвета.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей), полученных в результате дискретизации изображения в соответствии с матричным принципом.

Матричный принцип кодирования графических изображений заключается в том, что изображение разбивается на заданное количество строк и столбцов. Затем каждый элемент полученной сетки кодируется по выбранному правилу.

Pixel (picture element - элемент рисунка) - минимальная единица изображения, цвет и яркость которой можно задать независимо от остального изображения.

В соответствии с матричным принципом строятся изображения, выводимые на принтер, отображаемые на экране дисплея, получаемые с помощью сканера.

Качество изображения будет тем выше, чем «плотнее» расположены пиксели, то есть чем больше разрешающая способность устройства, и чем точнее закодирован цвет каждого из них.

Для черно-белого изображения код цвета каждого пикселя задается одним битом.

Если рисунок цветной, то для каждой точки задается двоичный код ее цвета.

Поскольку и цвета кодируются в двоичном коде, то если, например, вы хотите использовать 16-цветный рисунок, то для кодирования каждого пикселя вам потребуется 4 бита (16=24), а если есть возможность использовать 16 бит (2 байта) для кодирования цвета одного пикселя, то вы можете передать тогда 216 = 65536 различных цветов. Использование трех байтов (24 битов) для кодирования цвета одной точки позволяет отразить 16777216 (или около 17 миллионов) различных оттенков цвета - так называемый режим “истинного цвета” (True Color). Заметим, что это используемые в настоящее время, но далеко не предельные возможности современных компьютеров.

8 Основные понятия темы «Информация и управление»: алфавит, код

Алфавит - упорядоченный набор символов, используемый для кодирования сообщений на некотором языке.

Мощность алфавита - количество символов алфавита.
Двоичный алфавит содержит 2 символа, его мощность равна двум.
Сообщения, записанные с помощью символов ASCII, используют алфавит из 256 символов. Сообщения, записанные по системе UNICODE, используют алфавит из 65 536 символов.

С позиций computer science носителями информации являются любые последовательности символов, которые хранятся, передаются и обрабатываются с помощью компьютера. Согласно Колмогорову, информативность последовательности символов не зависит от содержания сообщения, алфавитный подход является объективным, т.е. он не зависит от субъекта, воспринимающего сообщение.

9 Основные понятия измерения информации: бит, байт, килобайт, мегабайт

Бит, Байт, Килобайт, Мегабайт, Гигабайт – это и есть единицы измерения информации.

Правда, в компьютерных исчислениях в 1 килобайте не 1000 байт, а 1024. Почему столько? Информация в компьютере представлена в двоичном виде и принято считать, что килобайт - это 2 в десятой степени байта или 1024 байт.
Ниже представлены общепринятые единицы.

10 Количественное и качественное измерение информации.

11 Алфавитный и содержательный подходы к измерению информации