на тему: «Многообразие кодов

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 5
города Южно-Сахалинска
Реферат
по дисциплине: информатика и ИКТ
на тему: «Многообразие кодов»
выполнила:
учащаяся 9 Б класса
Молодцова Юлия
руководитель:
учитель информатики
Хотулёва Елена Борисовна
Южно-Сахалинск 2013
2
Содержание
Содержание .............................................................................................................. 2
Введение ................................................................................................................... 3
Основная часть. Многообразие окружающих человека кодов.......................... 5
1.1. Кодирование информации ............................................................................. 5
1.2. Представление информации ............................................................................ 5
1.3. Системы счисления ........................................................................................... 7
1.4. Кодирование текстовой информации ............................................................. 9
1.5. Представление графической информации ..................................................... 9
1.6. Кодирование звуковой информации ............................................................. 11
2.1. Исследования способов кодирования информации, роли и области
практического применения кодирования информации ..................................... 12
Заключение ............................................................................................................ 14
Список литературы ............................................................................................... 15
Приложения ........................................................................................................... 16
3
Введение
Актуализация:
Воспринимая информацию с помощью органов чувств, человек стремится
зафиксировать ее так, чтобы она стала понятной и другим, представляя ее в той
или иной форме.
Музыкальную тему композитор может наиграть на пианино, а затем
записать с помощью нот. Образы, навеянные все той же мелодией, поэт может
воплотить в виде стихотворения, хореограф выразить танцем, а художник — в
картине.
Форма представления одной и той же информации может быть
различной. Это зависит от цели, которую вы перед собой поставили. С
подобными операциями вы сталкиваетесь на уроках математики и физики,
когда представляете решение в разной форме. Например, решение задачи:
«Найти значение математического выражения ..." можно представить в
табличной или графической форме. Для этого вы пользуетесь визуальными
средствами представления информации: числами, таблицей, рисунком.
Таким образом, информацию можно представить в различной форме:
 знаковой письменной, состоящей из различных знаков, среди
которых принято выделять:
 текстовую в виде текста, специальных символов;
 графическую;
 числовую;
 звуковую;
 смешанную.
Форма представления информации очень важна при ее передаче: если
человек плохо слышит, то передавать ему информацию в звуковой форме
нельзя; если у собаки слабо развито обоняние, то она не может работать в
розыскной службе. В разные времена люди передавали информацию в
различной форме с помощью: речи, дыма, барабанного боя, звона колоколов,
письма, телеграфа, радио, телефона, факса.
Независимо от формы представления и способа передачи информации,
она всегда передается с помощью какого-либо языка. Основу любого языка
составляет алфавит — набор однозначно определенных знаков (символов), из
которых формируется сообщение. Языки делятся на естественные
(разговорные) и формальные. Алфавит естественных языков зависит от
национальных традиций. Формальные языки встречаются в специальных
областях человеческой деятельности (математике, физике, химии и т. д.).
Информация редко используется человеком в чистом виде, она всегда
как-то представлена – формализована или закодирована. Одна и та же
информация может быть представлена в разных формах, а одни и те же
символы нести разную смысловую нагрузку.
Проблема: Возможности компьютера велики, поэтому остро встает
вопрос о знании и понимании способов представления информации в
4
компьютере. Начинающие пользователи не знают о возможных способах
кодирования информации, поэтому их сложно понимать.
Цель: Проанализировать информацию о многообразие окружающих
человека кодов, их ролью и определением области практического применения
кодирования информации.
Гипотеза: Если структурировать многообразие кодов, представляемых на
компьютере, то восприятие информации будет значительно легче.
В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой были поставлены
следующие задачи исследования:
1.
Изучить
научную литературу о многообразие окружающих
человека кодов, познакомиться с ролью и определением области
практического применения кодирования информации.
2.
Проанализировать полученную информацию.
3.
Провести анкетирование учащихся нашей школы на предмет
кодирование информации.
4.
Структурировать информацию о многообразие кодов и создать
информационный блок на школьном сайте.
Объект исследования: Многообразие кодов окружающих человека.
Предмет исследования: Особенности разнообразных форм кодирования
информации представленной на компьютере.
Методы исследования:
Теоретический:
1.
Изучить
научную литературу о многообразие окружающих
человека кодов, познакомиться с ролью и определением области
практического применения кодирования информации.
2.
Проанализировать полученную информацию.
Эмпирический метод: На этом этапе структурирована полученная
информация и разработан информационный блок на школьном сайте.
Проводилось исследование знаний учащихся о многообразие окружающих
человека кодов, их ролью и определением области практического применения
кодирования информации. Организованы лекции для ознакомления учащихся
по данной теме. Для обобщения результатов эксперимента было проведено
анкетирование в нашей школе. Сделан вывод практической значимости данных
лекций на уроке.
Подтверждение гипотезы проходило в рамках
исследовательской
программы на базе МБОУ СОШ № 5 города Южно-Сахалинск. В эксперименте
принимали участие учащиеся 5-10-х классов.
5
Основная часть.
кодов
1.1.
Многообразие окружающих человека
Кодирование информации
В данной исследовательской работе рассматриваются особенности
кодирования информации на компьютере. Остановимся на особенностях
кодирования текстовой, графической и звуковой информации.
Информация очень редко используется в чистом виде, она всегда как-то
представлена – формализована или закодирована. Одна и та же информация
может быть представлена в разных формах, а одни и те же символы могут
нести разную смысловую нагрузку.
Кодирование информации – процесс преобразования информации из
аналоговой формы в цифровую. Под термином «кодирование» понимают
переход от одной формы представления информации к другой, более удобной
для хранения, для передачи или для обработки.[1]
Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга
элементов. Знаки одного функционального назначения формируют язык.
Язык – это знаковая система представления информации. Языки делятся
на естественные (разговорные) и искусственные (формальные).
Не всякая информация может быть представлена с помощью знаков.
Например: запахи, вкусовые и осязательные ощущения. Такую информацию
называют образной информацией. К образной информации относится также
информация, воспринимаемая зрением и слухом: шум ветра, пение птиц,
картины природы, живопись.
Кодирование – процесс преобразования сигналов или знаков одной
знаковой системы в знаки другой знаковой системы, для использования,
хранения, передачи или обработки информации. Процесс обратного
восстановления информации из закодированного вида называется
декодированием.
Код – набор символов, которому приписан некоторый смысл. Код
является знаковой системой, которая содержит конечное число символов:
буквы алфавита, цифры, знаки препинания.
Шифрование – это код, значение и правила, использования которого
известно ограниченному кругу лиц.[4]
1.2. Представление информации
6
Информация графическая и звуковая может быть представлена в
аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении
информации физическая величина может принимать бесконечное множество
значений. При дискретном представлении информации физическая величина
может принимать конечное множество значений, при этом она изменяется
скачкообразно. Примером аналогового и дискретного представления
информации можно привести наклонную плоскость и лестницу. Положение
тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и
Y. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут
принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из
определенного диапазона, а при движении по лестнице – только конечный
набор значений, изменяющихся скачкообразно. (ПРИЛОЖЕНИЕ 1, картинка
1)
Примером аналогового хранения звуковой информации является
виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а
дискретного – аудио компакт-диск (звуковая дорожка которого содержит
участки с различной отражающей способностью).[2]
Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой
формы в дискретную производится путем дискретизации, т.е. разбиения
непрерывного графического изображения или 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 кода.
В аналоговой форме звук представляет собой волну с непрерывно
меняющейся амплитудой и частотой. При преобразовании звука в цифровую
дискретную форму производится временная дискретизация, при которой в
определенные моменты времени амплитуда звуковой волны измеряется и
квантуется.
Преобразование
непрерывной
звуковой
волны
в
последовательность звуковых импульсов различной амплитуды производится с
помощью аналого-цифрового преобразователя, размещенного на звуковой
плате. Современные 16-битные звуковые карты обеспечивают возможность
кодирования 65536 различных уровней громкости или 16-битную глубину
кодирования звука. Качество кодирования звука зависит и от частоты
дискретизации – количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Эта
величина может принимать значения от 8 кГц до 48 кГц.[7]
С помощью специальных программных средств (редакторов
звукозаписей)
открываются
широкие
возможности
по
созданию,
редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы
распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления
компьютером с помощью голоса.
7
Числовая информация была первым видом информации, который начали
обрабатывать ЭВМ, и долгое время она оставалась единственным видом.
Поэтому не удивительно, что в современном компьютере существует большое
разнообразие типов и представлений чисел. Прежде всего, это целые и
вещественные числа, которые по своей сути и по представлению в машине
различаются очень существенно. Целые числа, в свою очередь, делятся на
числа со знаком и без знака, имеющие уже не столь существенные различия.
Наконец, вещественные числа имеют два способа представления – с
фиксированной и с плавающей запятой, правда, первый способ сейчас
представляет в основном исторический интерес.
Существуют разные способы кодирования и декодирования информации
в компьютере. Это зависит от вида информации: текст, число, графическое
изображение или звук. Для числа также важно, как оно будет использовано: в
тексте, или в вычислениях, или в процессе ввода-вывода. Вся информация
кодируется в двоичной системе счисления: с помощью цифр 0 и 1. Эти два
символа называют двоичными цифрами или битами. Такой способ кодирования
технически просто организовать: 1 - есть электрический сигнал, 0 - нет сигнала.
Недостаток двоичного кодирования - длинные коды. Но в технике легче иметь
дело с большим числом простых однотипных элементов, чем с небольшим
числом сложных.[3]
Кодирование обычно проводят в несколько этапов:
1) определение объёма информации, подлежащей кодированию;
2) классификация и систематизация информации;
3) выбор системы кодирования и разработка кодовых обозначений;
4) непосредственно кодирование.
1.3. Системы счисления
Для машинной обработки информации её необходимо представить в
какой-либо системе счисления.
Система счисления – совокупность приёмов и правил записи чисел с
помощью цифр. Символы (цифры) выбранные для представления чисел
называются базисными.
Существуют три вида систем счисления:



унарная (единичная) – каждая цифра символизирует единицу;
позиционные - значение цифры зависит от её позиции в изображении
числа;
непозиционные - значение цифры не зависит от места, занимаемого в
изображении числа.
унарная
(единичная
8
)
непозиционн
ая
виды
систем
счислени
я
позиционна
я
Двоичная система счисления: двоичный (цифровой) код, основанный на
двоичной системе счисления, использующий для представления буквенноцифровых и других символов наборы комбинаций цифр 1 и 0. В двоичной
системе счисления всего две цифры, называемые двоичными. Название разряда
двоичного числа – бит. Веса разрядов в двоичной системе изменяются по
степеням двойки. Поскольку вес каждого разряда уменьшается либо на 0, либо
на 1, то в результате значение числа определяется как сумма соответствующих
значений степени двойки. [4]
10102=1⋅ 23+0⋅ 22+1⋅ 21+0⋅ 20=10.
Для
представления
информации
в
вычислительной
технике
преимущественное распространение получило двоичное кодирование.
Преимущества двоичной системы: простота технической реализации
(используются элементы с двумя возможными состояниями: есть ток – нет
тока, намагничен – не намагничен); надёжность и помехоустойчивость;
возможность применения аппарата булевой алгебры для выполнения
логических операций; простота правил двоичной арифметики. Двоичные
таблицы сложения и умножения предельно просты.
Арифметические действия, выполняемые в двоичной системе,
подчиняются тем же правилам, что и в десятичной системе. Только в двоичной
системе старший разряд возникает чаще, чем в десятичной.
Вот как выглядит таблица сложения в двоичной системе: 0+0=0; 0+1=1;
1+0=1; 1+1=0
Таблица умножения для двоичных чисел: 0⋅ 0=0; 0⋅ 1=0; 1⋅ 0=0; 1⋅ 1=1
Кодирование чисел
В двоичной системе счисления для представления информации
используются две цифры 0 и 1. Действия с числами в двоичной системе
счисления изучает наука двоичная арифметика. Все основные законы
арифметических действий для таких чисел также выполняются. Для сравнения
рассмотрим два варианта кодирования для числа 45. При использовании числа
в тексте каждая цифра кодируется 8 битами в соответствии с ASCII (т.е.
потребуется 2 байта): 4 - 01000011, 5 - 01010011. При использовании в
вычислениях код этого числа получается по специальным правилам перевода из
десятичной системы счисления в двоичную в виде 8-разрядного двоичного
числа: 4510 = 001011012, что потребует 1 байт.[8]
9
1.4. 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.
Традиционно для того чтобы закодировать один символ используют
количество информации равное 1 байту, т. е. I = 1 байт = 8 бит. При помощи
формулы, которая связывает между собой количество возможных событий К и
количество информации I, можно вычислить сколько различных символов
можно закодировать (считая, что символы - это возможные события): К = 2I =
28 = 256, т. е. для представления текстовой информации можно использовать
алфавит мощностью 256 символов.
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), причём тексты, закодированные при помощи одной
таблицы не будут правильно отображаться в другой кодировке. Наглядно это
можно представить в виде фрагмента объединенной таблицы кодировки
символов.[5]
Одному и тому же двоичному коду ставится в соответствие различные
символы. (ПРИЛОЖЕНИЕ 2, таблица 1)
1.5. Представление графической информации
Кодирование изображений
Под компьютерной (машинной) графикой понимается совокупность
методов и приёмов преобразования при помощи компьютера данных в
графическом представлении.
Изображения могут быть: штриховые или полутоновые, чёрно-белые или
цветные.
Различают два вида компьютерной графики:
10
векторная
графика
растровая
графика
фрактальная
графика
компьютерная
графика
Растровое представление
Растровая графика является универсальным способом кодирования как
полутоновых так и штриховых изображений. Растровая графика – способ
кодирования изображения, при котором оно представляется в виде матрицы
элементов (bitmap). Элементы матрицы называются пиксель (pixels) –
сокращение от английского picture elements. Компьютер запоминает цвета всех
пикселей подряд в определённом порядке. Поэтому растровые изображения
требуют для хранения большой объём памяти. (ПРИЛОЖЕНИЕ 1, картинка 2)
Достоинства растровой графики:
Растровые изображения выглядят вполне реалистично. Это связано со
свойствами человеческого глаза: он приспособлен для восприятия реального
мира как огромного набора дискретных элементов, образующих предметы.
Легко управлять выводом изображения на устройства, представляющие
изображения в виде совокупности точек принтеры, фотонаборные автоматы.
Недостатки растровой графики:
Большой объём памяти, требуемый для хранения изображения хорошего
качества. Трудности редактирования изображений. Так как сами изображения
занимают много памяти компьютера, то, очевидно, и для их редактирования
потребуется также много памяти. Кроме того, применение фильтров
специальных эффектов к таким изображениям может занять от нескольких
минут до часа в зависимости от используемого оборудования.[6]
Векторное представление
При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность
простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов,
прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими
примитивами. Графическая информация - это данные, однозначно
определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.[2]
Положение и форма графических примитивов задаются в системе
графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат
расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с
11
координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо;
вертикальная ось Y - сверху вниз. (ПРИЛОЖЕНИЕ 1, картинка 3)
Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его
концов; окружность - координатами центра и радиусом; многоугольник координатами его углов, закрашенная область - линией и цветом закраски.
Векторное изображение представляет собой графический объект,
состоящий из элементарных отрезков и дуг. Положение этих элементарных
объектов определяется координатами точек и длиной радиуса. Для каждой
линии указывается ее тип (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина
и цвет. Информация о векторном изображении кодируется как обычная
буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами.
Фрактальная графика основывается на математических вычислениях,
как и векторная. Но в отличии от векторной ее базовым элементом является
сама математическая формула. Это приводит к тому, что в памяти компьютера
не хранится никаких объектов и изображение строится только по уравнениям.
При помощи этого способа можно строить простейшие регулярные структуры,
а также сложные иллюстрации, которые имитируют ландшафты.[5]
Таким образом, графическая информация, также как числовая и
текстовая, в конечном счёте, заносится в память в виде двоичных чисел.
1.6. Кодирование звуковой информации
О том, как рождаются звуки и что они собой представляют люди начали
догадываться очень давно. Еще древнегреческий философ и учёный энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, объяснял природу звука,
полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха.
Так, колеблющаяся струна то разряжает, то уплотняет воздух, а из-за упругости
воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство - от
слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют
на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука.
На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в
пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду). В соответствии с
этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных
пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В учении о звуке
важны такие понятия как тон и тембр звука. Всякий реальный звук, будь то
игра музыкальных инструментов или голос человека, - это своеобразная смесь
многих гармонических колебаний с определенным набором частот.
Колебание, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным
тоном, другие - обертонами.
Тембр - разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку,
которое придает ему особую окраску. Отличие одного тембра от другого
обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов,
сопровождающих звучание основного тона. Именно по тембру мы легко можем
отличить звуки рояля и скрипки, гитары и флейты, узнать голос знакомого
человека.
12
Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами: тембром, т.
е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний, высотой,
определяющейся числом колебаний в секунду (частотой), и громкостью,
зависящей от интенсивности колебаний.
Компьютер широко применяют в настоящее время в различных сферах.
Не стала исключением и обработка звуковой информации, музыка. До 1983 все
записи музыки выходили на виниловых пластинках и компакт-кассетах. В
настоящее время широкое распространение получили компакт-диски. Если
имеется компьютер, на котором установлена студийная звуковая плата, с
подключенными к ней MIDI-клавиатурой и микрофоном, то можно работать со
специализированным музыкальным программным обеспечением.
Условно его можно разбить на несколько видов:
1) всевозможные служебные программы и драйверы, предназначенные
для работы с конкретными звуковыми платами и внешними устройствами;
2) аудиоредакторы, которые предназначены для работы со звуковыми
файлами, позволяют производить с ними любые операции - от разбиения на
части до обработки эффектами;
3) программные синтезаторы, которые появились сравнительно недавно и
корректно работают только на мощных компьютерах. Они позволяют
экспериментировать с созданием различных звуков; и другие.[6]
2.1. Исследования способов кодирования информации, роли и
области практического применения кодирования информации
Анкетирование и анализ результатов
На первом этапе изучалось состояние проблемы, анализировались
источники массовой информации по проблеме исследования. Определялась
актуальность, цель и задачи исследования, формировалась рабочая гипотеза,
определялись задачи исследования на основе накопленного материала о
кодировании информации. Проводилось анкетирование учащихся.
На втором этапе:
1. Изучена литература о многообразии кодов и формах представления
информации;
2. Структурирована информация и создан раздел на школьном сайте;
3. разработаны анкеты;
4. проводилась экспериментальная работа.
При анкетировании рассматривалось несколько основных вопросов:
1. понятие код, кодирование;
2. формы представления информации;
3. роль кодирования;
4. область применения кодов.
На третьем этапе осуществлялось обобщение и систематизация
результатов исследования.
С целью практического обоснования выводов, полученных в ходе
теоретического изучения проблемы по данной работе, было проведено
13
анкетирование учащихся 5-10-х классов на тему «Кодирование информации».
В эксперименте приняли участие 167 учащихся МБОУ СОШ № 5 г. ЮжноСахалинска.
Как видно из диаграмм «Что такое код?» (ПРИЛОЖЕНИЕ 3, диаграмма
1,2), среди опрошенных 30 % ответили, что не знают. Остальные 70 % написали
определение: «Код – набор условных обозначений для кодирования
информации». Можно заметить, что наибольший процент знающих что такое
код, среди 5-10 классов это 5, 9 и 10 классы.
Следующая диаграмма показывает 54% осведомленность, опрошенных
учащихся, в вопросе «Что представляет из себя двоичный код?»
(ПРИЛОЖЕНИЕ 3, диаграмма 3, 4) Остальные 46 % ответили, что не знают.
Из пятой и шестой диаграмм на вопрос «Что такое кодирование?»
(ПРИЛОЖЕНИЕ 3, диаграмма 5, 6) видно, что наибольший процент учащихся,
а именно 57 %, ответили верно. Кодирование – это процесс формирования
информации по какому-либо закону, коду. 37 % не знают ответа на вопрос.
Оставшиеся 6 % ответили неверно.
Седьмая и восьмая диаграммы показывают какие формы представления
информации знают участники анкетирования. 30% учащихся не смогли
ответить на вопрос и
38% - ответили правильно, назвав все формы
представления информации. Остальные участники пропустили одну из форм
представления информации.
14
Заключение
Современный компьютер может обрабатывать числовую, текстовую,
графическую, звуковую и видео информацию. Все эти виды информации в
компьютере представлены в двоичном коде. Связано это с тем, что удобно
представлять информацию в виде последовательности электрических
импульсов. Такое кодирование принято называть двоичным, а сами логические
последовательности нулей и единиц - машинным языком.
Вопрос представления и кодирования информации в компьютере
является очень важным вопросом компьютерной грамотности. Поэтому остро
встает вопрос о знании и понимании способов кодирования информации.
Важно, чтобы люди имели понятие о возможных способах кодирования разных
форм представления информации, потому что множество кодов очень прочно
вошло в нашу жизнь.
15
Список литературы
1. Гейн А. Г. Информатика: учебник для 10-11 кл.6-е изд. М.:
Просвещение, 2006.
2. Кузнецов К. В. «Системы счисления» в базовом курсе информатики;
«Информатика в школе», 2013, № 2.
3. Угринович Н. Д.. Информатика и ИКТ: учебник для 8 класса . – 2-е изд.,
М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009.
4. Угринович Н. Д.. Информатика и ИКТ: учебник для 9 класса . – 2-е изд.,
М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009.
5. http://ru.wikipedia.org/
6. http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.htm
7. http://marklv.narod.ru/book/codir.htm
8. http://letopisi.ru/images/
16
Приложения
Приложение 1. Картинки.
Картинка 1.
Картинка 2
Картинка 3
Приложение 2. Таблицы.
Таблица 1.
17
18
Приложение 3. Диаграммы.
Диаграмма 1
Диаграмма 2
Диаграмма 3
19
Диаграмма 4
Диаграмма 5
20
Диаграмма 6
Диаграмма 7
21
Диаграмма 8