Кодування інформації(3.22)

Матеріал з Фізмат Вікіпедії
Перейти до: навігація, пошук

Мета:Дати поняття про кодування інформації, форми і способи подання інформації; продемонструвати різні способи подання інформації та їх кодування; вивчити різновиди інформаційних процесів; дати означення одиниць вимірювання довжини двійкового коду; навчити визначати довжину двійкового коду повідомлення; дати поняття про способи оцінювання кількості інформації та інформаційну надлишковість повідомлень; сприяти розвитку логічного мислення; творчої активності учнів, інтересу до предмету.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Форми та методи: лекція, бесіда;


Організаційна частина

Привітання, перевірка підготованості учнів до уроку, перевірка відсутніх.

Мотивація навчальної діяльності

Повідомлення теми та плану роботи на уроці, мети та завдань уроку

Стимулювання навчальної діяльності та актуалізація опорних знань

Щоб «включити» учнів у роботу, можна запитати їх, чи розуміють вони понятя «передача інформація». Відповідь, імовірно, буде ствердна. Другим питанням має бути: «А що є носієм передачі інформації?». Навряд чи хоча б один із запропонованих варіантів буде цілком задовільним. Тоді й доцільно переходити до поясненя нового матеріалу.

Пояснення нового матеріалу

У «докомп'ютерні» часи інформацію зберігали на папері, фотокартках, кіноплівці, магнітній стрічці тощо. З появою перших комп'ютерів знайшли широке використання перфокарти і перфострічки, які використовуються до цього часу в телеграфних апаратах, а також в автоматичних верстатах.

Перфокарта - це аркуш тонкого картону стандартних розмірів. В певних позиціях перфокарти пробивають дірочки. Наявність дірочки в певній позиції вважають за одиницю, а її відсутність - нуль. Перфокарти з пробитими дірочками пропускають через спеціальний пристрій з фотоелементами. Задана у вигляді дірочок інформація перетворюється в систему електричних сигналів, які надходять до інших пристроїв комп'ютера.

Перфострічка - це стрічка цупкого паперу стандартної ширини, на яку заноситься інформація пробиванням дірочок у відповідних позиціях на 5-й або 8-й доріжках. Звичайно, за дірочками, нанесеними на перфокарти або перфо¬стрічки, стоїть цілком певна інформація. Магнітні стрічки і магнітні диски для зберігання інформації почали використовувати з розвитком обчислювальної техніки. Для запису 1 (одиниці) намагнічувалась невелика область. Розмагнічена (або намагнічена протилежно) область означала 0 (нуль). Пристро¬ями зчитування інформації з магнітних носіїв є магнітні голівки.

Магнітні картки містять закодовану інформацію в кредит¬них, телефонних та реєстраційних картках, а також перепустках і «ключах» для кодових замків. Таким чином, у вигляді двійкових цифрових кодів (є «пошкод¬ження» - /, нема «пошкодження» - 0) на диск можна записати різноманітну текстову і графічну інформацію, музику, рухомі зображення тощо. Щільність запису інформації лазером мікроско¬пічних 0 і 1 дуже велика, і такі диски містять набагато більше інформації, ніж маЛптні диски таких самих розмірів. Компакт-диски (оптичні диски або СД) - це диск із спеціальної пластмаси із дзеркальним покриттям з того боку, з якого записується і зчитується інформація.

Інформація на диск записується так: диск обертається, і на його поверхні лазером в певних місцях наносяться «пошкодження» поверхні таким чином, щоб від них не відбивався промінь лазера при зчитуванні. Таким чином записується /, «непошкоджені» місця означають 0. Оптичні диски читаються на спеціальних пристроях (диско¬водах), які входять у комплект сучасних комп'ютерів. Завдяки оптичним дискам на сучасному комп'ютері можна якісно показувати фільми і слухати музику. Форми і способи подання інформації.

Інформація може носити різноманітний характер і призна¬чатися як для живих організмів, так і для різних машин. Приклади: • «Фас!» - інформація для собаки; • сигнал точного часу - інформація для людини: • ключ від квартири - інформація для механічного замка. Існують такі форми подання інформації: символьна, текстова.графічна. Є інші форми, наприклад, звукова, відео... Символьна форма подання інформації є найбільш простою, в ній кожний символ має якесь значення. Наприклад: червоне світло світлофора, показники повороту на транспортних засобах, різні жести, скорочення і позначення у формулах тощо. У символьній формі використовуються букви, цифри, знаки, світлові сигнали, сигнали прапорцями, покажчики приладів тощо. Але кожний символ має своє визначене значення. Наприклад: літера V може означати об'єм; дорожній знак «!» у червоному колі означає «Попереду небезпека!». Текстова форма подання інформації є більш складною. Ця форма передбачає, що зміст повідомлення передається не через окремі символи (цифри, букви, знаки), а їх порядком розміщення. Послідовно розташовані символи утворюють слова, які у свою чергу можуть утворювати речення.

Текстова інформація викорис¬товується у книжках, брошурах, газетах, журналах тощо. Графічна форма подання інформації, як правило, має найбіль¬ший об'єм. До цієї форми належать фотографії, картини, креслення, графіки тощо. Графічна форма більш інформативна. Наприклад, картина Іллі Рєпіна «Запорожці пишуть листа турецькому султану» дає глядачу багато відомостей про своїх героїв (побут, одяг, зброя, обличчя, характер...). Мабуть, тому, коли беремо в руки нову книжку, шукаємо в ній малюнки, щоб створити про неї найбільш повне враження. Інформацію можна подавати одним із способів: літерами і знаками, жестами, нотами музики, малюнками, картинами, скульп¬турами, звукозаписом, відеозаписом, кінофільмами тощо.

Види інформації

Матеріаними носіями інформації є сигнали: звукові, елек¬тричні, магнітні, світлові, механічні тощо. Наприклад: • дзвінок - звуковий сигнал початку або кінця уроку; • телефонна розмова - завдяки електричним сигналам; • світлофор - світловий сигнал для пішоходів та водіїв. Інформація може бути у вигляді неперервних (аналогових) і дискретних (цифрових) сигналів.

Інформація в аналоговому вигляді міняє своє значення посту¬пово. Прикладом аналогової інформації можуть бути показники ртутного термометра, годинника зі стрілками, спідометра автома¬шини, електричні сигнали телефону і радіо тощо. Точність аналого¬вої інформації залежить від точності приладів, які цю інформацію визначають або передають. Наприклад, якщо купили 2 кг сала, це ще не значить, що точно 2 кг. Там може бути 1.96 кг або 2,03 кг, залежно від точності ваги. Інформація у дискретному вигляді міняє своє значення з певним кроком. Прикладами дискретної інформації можуть бути показники електронного годинника або цифрового термометра, ваги з гирями, підрахунок кількості предметів тощо Дискретна інформація завжди точно визначена. Не може бути 1,96 пляшки молока, 1,87 зошита або 2,03 порції морозива. В комп'ютері для відображення інформації використовується тільки дискретна (цифрова) інформація. При обробці у комп'ютері аналогову інформацію попередньо перетворюють на дискретну.

Для визначення кількості інформації використовується одиниця виміру - біт. Один біт - кількість інформації, що містить повідомлення типу «так» або «ні» (1 або 0 у двійковому коді). Саме слово біт утворено зі скорочення англійських слів binary digit - двійкова цифра.

Інформація та шум, їх взаємне перетворення Повідомлення, яке не несе інформації, несе шум. Іншими словами, якщо повідомлення не підвищує інформованість об'єкта, то воно не несе інформацію. Наприклад, в кімнаті двоє: батько слухає новини по телевізору, син вголос вчить вірш. Син не сприй¬має новини з телевізора, і ця інформація для нього с шумом. Очевидно, що і батько старається зосередитися на новинах, а голос сина для нього теж є шумом. Коли ж почали передавати спортивні вісті, син захотів почути результати останніх матчів з футболу, переключив свою увагу на телевізор, і для нього шум від телевізора перетворився в інформацію. І для батька голос сина з коментарем до чергової перемоги команди «Динамо» перестав бути шумом.

'Кодування інформації

Щоб передати інформацію, її необхідно закодувати відповідно до природи каналу передачі. Наприклад, розмова по телефону (звукові сигнали) автоматично кодується в електричні сигнали, які по мережі передаються до співрозмовника і там знову перетво-рюються у звукові сигнали.

Кодування - це перетворення інформації без зміни її змісту в інший вигляд за допомогою певного коду. Код - це набір правил перетворення для кодування. Прикладом учнівського кодування є такий прийом: випису¬ється алфавіт і всі букви нумеруються за порядком. Наприклад, так: За допомогою цієї кодової таблиці можна написати зашиф¬ровану записку, де букви замінені відповідними числами. Наприклад, таку: З 1 22 33 6 1 14 22 20 11 22 1 23 11 1 16 4 7 2 21 24 Одержувач такої записки повинен користуватися цією ж кодовою таблицею, щоб розшифрувати і прочитати повідомлення. У комп'ютері носіями інформації є електричні або магнітні сигнали, які можуть мати лише два значення: 0 - вимкнуто (нема струму, розмагнічено) або 1 - ввімкнуто (є струм, намагнічено). За допомогою таких 0 і 1 кодують будь-яку інформацію, яку обробляє комп'ютер. Якщо застосувати згаданий метод, то цифр 0 і 1 вистачить на позначення лише двох символів. Можна застосувати кодування комбінацією із кількох Oil. Якщо взяти по два знаки (00, 01. 10, 11), це дозволить кодувати вже 4 символи. Тризначний код дає 8 комбінацій, чотиризначний - 16. Цього мало для зображення літер алфавіту, цифр і розділових знаків, спеціальних символів тощо. Такої кількості символів вистачає для відображення літер, цифр, розділових, а також графічних елементів. Малюнки і звуки зображуються тими ж комбінаціями, але перед ними стоїть спеціальний знак, який вказує на характер інформації.

Усі символи, які використовує комп'ютер, заносяться в табли¬цю і нумеруються десятковими числами, які перетворюються у двійковий код із 8 знаків 0 і 1 - виходить кодова таблиця символів. Наприклад, в комп'ютерах застосовується восьмизначний код ASCII, розрахований на 256 символів. Для кожного символу - це послідовність з 8-ми цифр Oil, яка визначає певний символ. У комп'ютер заноситься та обробляється текстова інформація, цілі і дійсні числа, графічні побудови, малюнки і музика. І всі вони представлені у вигляді комбінацій із восьми «0» і «1» - байтами. Яка б інформація в комп'ютері не була (голос диктора або його зображення), вона завжди кодується байтами. Визначимо головну відмінність між книгою і занесеним в комп'ютер текстом. Вона полягає в тому, що коли ми відкриваємо книгу, то бачимо зображення символів, сформованих дрібними крих¬тами друкарської фарби. А якщо ж «відкриємо» пам'ять комп'ютера, то «побачимо» коди літер, складених із 0 і 1. Звичайний текст зображується в комп'ютері послідовністю кодів. Тобто замість кож¬ної літери тексту зберігається її номер за кодовою таблицею. І тільки при виведенні літер у зовнішнє середовище (на папір або екран монітора) проводиться формування звичних зорових образів літер.

Витяг з кодової таблиці символів ASCII

Табл.jpg


В сучасних програмах розповсюджене кодування символів 16-бітним кодом (2 байти) UNICODE з номерами від 0 до 65535, що практично вміщує алфавіти всіх народів світу.

Вимірювання об'єму інформації Інформація відображається символами (байтами), і її об'єм вимірюється кількістю байт у повідомленні. Наприклад, текст «Данило грає у футбол» має 20 байтів, і це можна порахувати. Об’єм інформації вимірюється кількістю байт у повідомленні (текстовому, графічному тощо). В тексті розділові знаки і «пропуски» - теж символи. Нехай на аркуші 56 рядків по 64 символи у рядку. Такий аркуш буде мати 56x64 = 3584 байт інформації.

Для вимірювання великих об'ємів інформації використовують кіло-, мега-, гігабайти. В інформатиці, обчислювальній техніці префікси кіло-, мега- і гіга- мають дещо інший зміст, ніж в інших науках. Кіло- - префікс, коефіцієнт

210 = 1024

1 КБ(кілобайт)= 210 байтам = 1024 байтам

1 МБ(мегабайт) = 210 КБ= 1024 КБ

1 ГБ(гігабайт) = 210 МБ= 1024 МБ

Якщо є необхідність приблизно підрахувати об'єм інформації книжки, треба кількість символів на одній сторінці помножити на кількість сторінок. Нехай книжка має 256 сторінок по 3584 байти на сторінці. Об'єм інформації такої книги: 3584x256= 917504 байт = 896 кілобайт = 0,875 мегабайта.

Заданння домашнього завдання

Пункт 2.