С какой целью используют кодирование в компьютере ответ 5 класс

Обновлено: 04.07.2024

Прежде чем приступить к изучению новой темы, мы с Вами повторим материал, изученный на прошлом уроке.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ:

  1. Что такое информация? /Информация - это сведения об окружающем нас мире (всё что нас окружает)/.
  2. Какие действия человек совершает с информацией? /Человек постоянно совершает действия, связанные с получением и передачей, хранением и обработкой информации./
  3. Как человек хранит информацию? /Хранение информации в уме - собственная (внутренняя информация) - оперативная память; внешняя память (долговременная). Также существует память отдельного человека и память человечества./
  4. Какие современные носители информации вам известны? /Магнитные и лазерные диски, флеш-карты - обладают большой ёмкостью, надёжны и компактны. Винчестер (жёсткий диск)/

(см. Презентация, слайд 2-3)

3. Изучение новой темы.

История кодирования информации начинается в доисторической эпохе, когда первобытный человек выбивал в скале незамысловатые образы известных ему объектов окружающего мира.

Информация может поступать от передатчика к приёмнику с помощью условных знаков или сигналов самой разной физической природы. Сигнал может быть световым, звуковым, тепловым, электрическим, в виде жеста, слова, движения, другого условного знака.

Для того чтобы произошла передача информации, приёмник должен не только принять сигнал но и расшифровать его. Так, услышав звонок будильника - человек понимает, что пришло время просыпаться; телефонный звонок - кому-то нужно с вами поговорить; школьный звонок - сообщает учащимся о долгожданной перемене.

Для правильного понятия разных сигналов требуется разработка кода или кодирование.

Ребята, давайте запишем определения, что такое код, кодирование.

Код - это система условных знаков для представления информации.

Кодирование - формирование представления информации с помощью некоторого кода. (или можно сказать, что кодирование, это переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки).

Обратное преобразование называется декодированием.

Ребята, запишите себе в тетрадь, что:

Декодирование - это процесс восстановления содержания закодированной информации.

(см. Презентация, слайд 4)

Способ кодирования зависит от цели, ради которой осуществляется.

Существует три основных способа кодирования информации:

  1. Графический - с помощью рисунков или значков;
  2. Числовой - с помощью чисел;
  3. Символьный - с помощью символов того же алфавита, что и текст.

(см. Презентация, слайд 5)

Множество кодов очень прочно вошло в нашу жизнь. Так

  • числовая информация кодируется арабскими, римскими цифрами. (часы в классе)
  • для общения мы используем код - русский язык, в Англии - английский и т.д. (см. Презентация, слайд 6)
  • с помощью нотных знаков записывается (кодируется) любое музыкальное произведение правила дорожного движения закодированы с помощью дорожных знаков (см. Презентация, слайд 7)
  • код используется для оценки ваших знаний в школе ("5" отлично и т.д.), вы пишите что-то в тетради - на самом деле вы кодируете информации с помощью специальных символов, эти символы - буквы.
  • свой код (почтовый индекс) имеет каждый населённый пункт.

(см. Презентация, слайд 8)

Людьми были придуманы специальные коды, к ним относятся: Азбука Брайля, азбука Морзе, флажковая азбука. В середине 19 века французский педагог Луи Брайль придумал специальный шрифт для слепых. Буквы этого шрифта выдавливались на листках плотной бумаги. Проводя пальцами по образовавшимся от уколов выступам, люди учатся различать буквы и могут читать специальные книги. Шифрование - это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату.

Характерной особенностью азбуки Морзе является переменная длина кода разных букв , поэтому код Морзе называют неравномерным кодом .

(см. Презентация, слайд 9-10)

Двоичное кодирование - это перевод десятичных чисел в двоичную систему счисления. Вся информация, поступающая в компьютер (винчестер) кодируется числами 1 и 0, это может быть картинка, буквы, числа, так поступающую информацию видит компьютер.

(см. Презентация, слайд 11)

Закрепление новой темы.

Ребята, сейчас мы с вами выполним практические задания для закрепления. Послушайте условия выполнения работы:

Вы разделитесь на две команды.

Придумайте и запишите название команды.

Выберите капитана команды.

(см. Презентация, слайд 12)

У вас на столах лежат карточки, которые помогут вам выполнить предложенные задания.

На выполнение задания дается определённое время, если выполняется раньше - команда получает 1 балл. Напоминаю: соблюдать тишину и ТБ в компьютерном классе!

(см. Презентация, слайд 13, 14)

Задание №1 "Расшифровать следующие записи, используя таблицу азбуки Морзе"

(закодированное слово в столбик)

(см. Презентация, слайд 15-16)

Изобразить в пространстве с закрытыми глазами:

(см. Презентация, слайд 17)

Задание №2 "Декодирование слов по номерам букв (конкурс капитанов)"

Задание №3 "Заменить буквы её порядковым номером в алфавите: Аa 1, Бa 2, Вa 3, :, Яa 33"

(см. Презентация, слайд 20-21)

Задание №4 "Закодировать текст используя код Цезаря (на 1 букву вперёд)"

(см. Презентация, слайд 22-23)

Подведение итогов - команда победитель.

Наш урок подходит к концу. Давайте проанализируем, что мы с вами сегодня успели сделать (ответы учеников)


1) Чтобы скрыть информацию;
2) Чтобы укоротить данные;
3) Для удобства хранения и передачи.

Составьте ребус для одного из следующих слов: информация, кодирование, хранение, передача, обработка.

4. Какие знаки используются для представления информации при: а) записи арифметических выражений; б) записи мелодий; в) записи звуков речи; г) оформлении календаря погоды; д) управлении движением транспорта.


5. Зависит ли форма представления информации от носителя информации (бумага, камень, электронный носитель информации)?


6. Выразите словами смысл следующего арифметического выражения: 1+2+3+4+5/10-7=5.

Отношение суммы чисел 1, 2, 3, 4, 5 к разности двух чисел 10 и 7 равно 5.

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

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

а) Друга ищи, а найдешь - береги.
б) Старый друг лучше новых друг.

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

Пользуясь данной таблицей, расшифруйте головоломку:

Красив тот, кто красиво поступает.

10. Что такое метод координат? Расскажите о нем. Как метод координат применяется в географии? Где вы встречаетесь с методом координат в быту? Приведите примеры.



11. На координатной плоскости отметьте и подпишите точки со следующими координатами. Соедините точки.

После проверки правильности выполнения задания можно раскрасить полученную картинку цветными карандашами.


12. Игра "Шифровальщик". Выполните действия по следующему плану:

1) на листочке в клетку постройте оси координат и нарисуйте произвольный многоугольник;
2) пронумеруйте его вершины и закодируйте их с помощью координат;
3) задайте порядок соединения вершин;
4) проверьте, не допущена ли вами ошибка при кодировании рисунка;
5) координаты точек и то, в каком порядке их следует соединить, выпишите на отдельный листок;
6) предложите кому-нибудь восстановить ваш рисунок по этому коду;
7) сравните результаты - объясните возможное искажение информации при декодировании.

Процессор берёт команды программ и данные для обработки из памяти. Память является электронным устройством и состоит из микросхем, которые, в свою очередь, состоят из тысяч более мелких электронных компонентов. Подобные электронные компоненты могут находиться только в двух состояниях — «включено» или «выключено», что соответствует двум цифрам двоичной системы счисления 1 или 0 или одному биту.

Таким образом, любая информация в памяти компьютера представляется в виде последовательности битов, каждый из которых находится в одном из допустимых состояний.

При использовании одного бита можно представить в памяти компьютера только два различных символа. Одному из них будет сопоставлен двоичный код — ноль, а второму — единица.

Если мы увеличим длину кодовой комбинации символа до двух цифр, то получим следующие коды: 00, 01, 10, 11. Таким образом, в памяти компьютера можно будет представить четыре различных символа. При последовательном наращивании длины двоичной кодовой комбинации увеличивается количество символов, которые могут быть закодированы. Кодом длиной в три символа представляются 8 различных символов (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) и т. д.

При длине кодовой комбинации L количество кодовых комбинаций K определяется по формуле:
K = 2 L ,

Текстовая информация состоит из букв, цифр, знаков препинания, специальных символов, таких, как пробел, символ перевода строки и др. Для кодирования текстовой информации в компьютере используются равномерные коды. В случае, когда код каждого символа занимает в памяти компьютера 1 байт, или 8 бит, общее количество символов, которые можно закодировать, равно 2 8 = 256. Если кодовое слово состоит из двух байтов, можно закодировать 2 16 = 65 536 символов.

Существуют стандартные таблицы кодов. Они могут использовать один или два байта для кодирования одного символа.

Широко используется таблица кодов, известная как стандарт ASCII (American Standart Code for Information Interchange — Американский стандартный код для обмена информацией), использующая один байт для кодирования одного символа. ASCII представляет собой кодировку для представления десятичных цифр, символов латинского и национального алфавитов, знаков препинания, символов арифметических операций и управляющих символов. Управляющие символы называют непечатаемыми символами, к ним относятся такие, как «перевод строки» (код символа 10), «возврат каретки» (код 13) и др.

Первая половина кодовой таблицы содержит стандартные символы ASCII (символы с кодами 0 — 127), они одинаковые во всех странах.

Коды в таблице записаны в шестнадцатеричной системе счисления, как принято в информатике. Код символа А, например, 4116 = 6510. Таблицу кодов не надо запоминать, но следует помнить последовательность символов:

  1. знаки препинания и арифметических операций;
  2. цифры от 0 до 9;
  3. прописные символы латинского алфавита;
  4. строчные символы латинского алфавита.

Вторая часть кодовой таблицы (символы с кодами 128 — 255) называют расширенными кодами ASCII. В расширенные коды ASCII включают символы национальных алфавитов, например символы кириллицы. Но даже с учётом этих дополнительных знаков алфавиты многих языков не удаётся охватить при помощи 256 знаков. По этой причине существуют различные варианты кодировки ASCII, включающие символы разных языков.

Отсутствие согласованных стандартов привело к появлению различных кодовых таблиц (вернее, различных вторых частей кодовых таблиц) для кодирования символов кириллицы, среди которых

  • международный стандарт ISO 8859;
  • кодовая таблица фирмы Microsoft CP-1251 (кодировка Windows);
  • кодовая таблица, применяемая в ОС Unix KOI8R и др.

По этой причине тексты на русском языке, набранные с использованием одной кодовой таблицы, невозможно прочитать при использовании другой кодовой таблицы.

В настоящее время в компьютерах широко применяется стандарт кодирования Unicode (Юникод), в котором для кодирования одного символа отводятся один байт, два байта или четыре байта. Первые 128 символов Юникода совпадают с символами ASCII. Остальная часть кодовой таблицы включает символы, используемые в основных языках мира.

Изображение на экране монитора формируется набором экранных точек —пикселей. Каждая экранная точка имеет свой цвет. Картинка на экране — это отображение информации из памяти компьютера.

Первые мониторы были монохромными. Точка на экране монохромного монитора может быть только светлой (белой) или тёмной (чёрной). Для кодирования цвета пикселя используется один бит памяти, значение 1 соответствует белому цвету, 0 — чёрному. Подобные экраны используются в недорогих сотовых телефонах, системах видеонаблюдения и других устройствах.

Каждый пиксель современного дисплея определяется компонентами трёх основных цветов: красного (Red, R), зелёного (Green, G) и синего (Blue, B). В памяти необходимо сохранять информацию о состоянии каждой точки изображения, т. е. о состоянии каждой из её трёх составляющих. Управление яркостью каждой составляющей позволяет влиять на цвет экранной точки.

Цветовой моделью называется правило представления цвета в виде наборов чисел (обычно трёх-четырёх). В компьютерной графике используется несколько видов цветовых моделей.

Рассмотрим цветовую модель, связанную с представлением пикселя составляющими красного, зелёного и синего цветов. Она называется RGB(Red-Green-Blue)-моделью.

В RGB-модели происходит сложение цветов и добавление их к чёрному цвету экрана, поэтому она называется аддитивной (additive). Разные цвета образуются смешиванием трёх основных цветов в разных пропорциях, т. е. с разными яркостями.

Глубина цвета (color depth) — это число бит, используемых для представления каждого пикселя изображения.

В модели RGB каждый цвет может кодироваться тремя байтами (режимTrueColor). Каждый байт отвечает за яркость красной, зеленой и синей составляющей пикселя соответственно. Таким образом, глубина цвета в режиме TrueColor составляет 24 бита. Изображения, пиксели которых закодированы таким способом, называются 24-битными изображениями.

Чтобы указать цвет пикселя в модели RGB, достаточно перечислить разделённые точками яркости каждой составляющей, например: 255.255.0 — код жёлтой точки, записанный при помощи десятичных кодов яркостей. Значения яркости варьируются от 0 («выключено») до 255 («включено на максимум»). Если значения яркостей всех трёх составляющих равны, получим оттенки серого цвета.

Если изменять интенсивность каждого цвета для смешанных цветов, например задать цвет 127.127.0, то мы получим на экране болотный цвет, а не более тёмный оттенок жёлтого цвета, как можно было ожидать. Это связано с тем, что человеческий глаз более чувствителен к зелёному цвету. Чем ниже интенсивности составляющих, тем темнее цвет на экране. И наоборот — чем выше интенсивности цветов, тем светлее оттенки.

Модель CMY использует также три основных цвета: голубой (Cyan), фуксин (Magenta, иногда его называют «пурпурный» или «малиновый») и жёлтый (Yellow). Эти цвета описывают отражённый от белой бумаги свет трёх основных цветов RGB-модели.

Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью. Краситель, нанесённый на белую бумагу, вычитает часть спектра из падающего белого света. Например, на поверхность бумаги нанесли жёлтый (Yellow) краситель. Теперь синий свет, падающий на бумагу, полностью поглощается. Таким образом, жёлтый носитель вычитает синий свет из падающего белого.

При смешении двух субтрактивных составляющих результирующий цвет затемняется, а при смешении всех трёх должен получиться чёрный цвет. Но при использовании реальных полиграфических красок получается не чёрный, а неопределённый тёмный цвет. Поэтому к трём основным цветам CMY-модели добавляют чёрный (Black) и получают новую цветовую модель CMYK.

Цветовая модель CMYK используется в основном в полиграфии при выводе изображения на печать.

Количество различных цветов K и количество битов для их кодирования (глубина цвета) L связаны формулой K = 2 L . При L = 24 бита можно закодировать 2 24 = 16 777 216 различных цветов.

Если известно разрешение экрана (количество точек по горизонтали и вертикали) и глубина цвета, можно определить объём видеопамяти для хранения одного кадра (одной страницы) изображения. Например, при разрешении экрана 640 × 480 и использовании 24 бит на точку объём видеопамяти равен 640 ∙ 480 ∙ 24 = 7 372 800 бит = 900 Кбайт.

Все компьютерные изображения делятся на два больших класса — растровые и векторные. Различие между ними определяет способ хранения изображений в памяти компьютера.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук; чем больше частота сигнала (число колебаний в секунду), тем выше тон.

В настоящее время существует два основных способа записи звука —аналоговый (непрерывный) и цифровой (дискретный). Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно. Компакт-диски являются примером цифрового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка компакт-диска содержит участки с различной отражающей способностью.

Для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель, его нужно преобразовать в электрический сигнал. Это делается с помощью микрофона. Микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток. Так звуковые волны преобразуются микрофоном в электрический ток переменного напряжения, который представляет собой аналоговый сигнал. Применительно к электрическому сигналу термин «аналоговый» обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде (см. рис. 11а).

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный сигнал должен быть превращён в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени. Дискретизация — это преобразование непрерывных сигналов в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается число — кодовое слово.

Для дискретизации надо несколько раз в секунду измерять величину аналогового сигнала и кодировать её, например, с помощью 256 значений.

Фактически плоскость, на которой изображён непрерывный сигнал, разбивается вертикальными и горизонтальными линиями (см. рис. 11б), и считается, что график проходит строго через узлы полученной сетки, непрерывная плавная линия заменяется ломаной.


Дискретизация по времени соответствует разбиению вертикальными линиями. Она характеризуется частотой дискретизации. Частота дискретизации звукового компакт-диска 44,1 кГц, DVD — примерно 96 кГц. Это значит, что величина аналогового сигнала измеряется 44 100 и 96 000 раз в секунду соответственно. Если кодируется стереозвук, отдельно кодируются два канала.

Горизонтальное разбиение также важно: чем меньше расстояние между горизонтальными линиями сетки, тем качественнее будет цифровой звук. Количество линий сетки определяет количество уровней звука, поэтому горизонтальное разбиение называется квантованием по уровню. Для кодирования полученных значений уровней используют двоичные числа. Количество используемых для кодирования бит называется глубиной звука. Если глубина звука 8 бит или 16 бит, можно закодировать соответственно 2 8 = 256 уровней или 2 16 = 65 536 уровней сигналов. Это значит, что интервал от нулевого до максимального напряжения аналогового сигнала разбивается на 256 или 65 536 уровней, что соответствует количеству высот звука (тонов).

Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность звуковых импульсов различной амплитуды производится с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), размещённого на звуковой плате.

С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Но, как видно из примера, звуковые файлы занимают очень много места в памяти. Поэтому используются методы сжатия звуковых файлов. Качество музыки после сжатия несколько ухудшается, но это практически незаметно, так как при разработке алгоритмов сжатия учитываются законы восприятия музыки человеком.

Читайте также: