No Image

Языки кодирования в информатике

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

Теория:

Из базового курса известно:

– Историческое развитие человека, формирование человеческого общества связано с развитием речи, с появлением и распространением языков. Язык — это знаковая система для представления и передачи информации.

– Люди сохраняют свои знания в записях на различных носителях. Благодаря этому знания передаются не только в пространстве, но и во времени — от поколения к поколению.

– Языки бывают естественными , например, русский, китайский, английский, и формальные , например, математическая символика, нотная грамота, языки программирования. Естественные языки развивались веками и служат для общения людей между собой. Формальные языки разрабатываются для специальных применений.

– Каждый язык имеет свой алфавит . Под алфавитом языка понимают набор используемых символов. Под мощностью алфавита понимают количество составляющих алфавит символов.

Под словом « кодирование » понимают процесс представления информации, удобный для её хранения и/или передачи. Следовательно, запись текста на естественном языке можно рассматривать как способ кодирования речи с помощью графических элементов (букв, иероглифов). Записанный текст является кодом , заключающим в себе содержание речи, т. е. информацию.

Код — система условных знаков (символов), предназначенных для представления информации в соответствии с определенными правилами.

Кодирование — переход от одной формы представления информации к другой, наиболее удобной для её хранения, передачи или обработки.

Декодирование — процесс по восстановлению первоначальной формы представления информации, т. е. операция, обратная кодированию.

При кодировании ставятся разные цели и, соответственно, применяются различные способы кодирования.

Наиболее распространенные цели кодирования:

1) экономность (сократить запись);

2) надежность (засекретить информацию);

3) удобство обработки или восприятия .

Чаще всего кодированию подвергаются тексты на естественных языках (русском, английском и пр.).

Существуют три основных способа кодирования текста:

1) графический — с помощью специальных рисунков или значков;

2) числовой — с помощью чисел;

3) символьный — с помощью символов того же алфавита, что и исходный текст.

Процесс чтения текста — это обратный по отношению к письму процесс, при котором письменный текст преобразуется в устную речь. Чтение можно назвать декодированием письменного текста.

А теперь обратим внимание на то, что может существовать много способов кодирования одного и того же текста на одном и том же языке.

Русский текст мы привыкли записывать с помощью русского ал фавита. Но то же самое можно сделать, используя латинский алфавит. Иногда так приходится поступать, отправляя SMS по мобильному телефону, на котором нет русских букв, или электронное письмо на русском языке за границу, если у адресата нет русифицированного программного обеспечения. Например, фразу «Здравствуй, дорогой Саша!» приходится писать так: «Zdravstvui, dorogoi Sasha! ».

Существует множество способов кодирования. Например, стенография — быстрый способ записи устной речи. Ею владеют лишь немногие специально обученные люди — стенографисты. Они успевают записывать текст синхронно с речью выступающего человека. В стенограмме один значок обозначает целое слово или сочетание букв. Скорость стенографического письма превосходит скорость обычного в 4-7 раз. Р асшифровать (декодировать) стенограмму может только сам стенографист.

Пример стенографии, в которой написано следущее: «Говорить умеют все люди на свете. Даже у са мых примитивных племен есть речь. Язык — это нечто всеобщее и самое человеческое, что есть на свете»:

Приведённые примеры иллюстрируют следующее важное правило:

Для кодирования одной и той же информации могут быть использованы разные способы; их выбор зависит от ряда обстоятельств: цели кодирования, условий, имеющихся средств.

Если надо записать текст в темпе речи, делаем это с помощью стенографии; если надо передать текст за границу, пользуемся латинским алфавитом; если надо представить текст в виде, понятном для грамотного русского человека, записываем его по правилам грамматики русского языка.

Еще одно важное обстоятельство:

Выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом её обработки.

Обсудим это на примере представления чисел — количественной информации. Используя русский алфавит, можно записать число «тридцать пять». Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, пишем: (35). Пусть нам надо произвести вычисления. Скажи, какая запись удобнее для выполнения расчётов: «тридцать пять умножить на сто двадцать семь» или «(35 х 127)»? Очевидно, что для перемножения многозначных чисел вы будете пользоваться второй записью.

Заметим, что две эти записи, эквивалентные по смыслу, используют разные языки: первая — естественный русский язык, вторая — формальный язык математики, не имеющий национальной принадлежности. Переход от представления на естественном языке к представлению на формальном языке можно также рассматривать как кодирование. Человеку удобно использовать для кодирования чисел десятичную систему счисления, а компьютеру — двоичную систему.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа для того, чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью.

Для осуществления шифрования используются специальные математические алгоритмы (криптоалгоритмы). Шифрование гарантирует защиту секретной информации от несанкционированного доступа со стороны третьих лиц. Для восстановления зашифрованной информации осуществляется обратное преобразование — расшифровка . Для расшифровки информации необходимо наличие соответствующего секретного ключа .

Подробнее об основных алгоритмах шифрования можно узнать здесь.

Шифрование — метод защиты любой информации от несанкционированного доступа, просмотра, а также её использования, основанный на преобразовании данных в зашифрованный формат.

Читайте также:  Умные часы для спорта рейтинг

Ключ — секретная информация, используемая криптографическим алгоритмом при шифровании/расшифровке сообщений.

Семакин И. Г. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10-11 классов / И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер. – 8-е изд. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, стр. 13-15

Информатика и ИКТ. Задачник-практикум : в 2т. Т. 1 / Л. А. Залогова [и др.] ; под ред. И. Г. Семакина, Е. К. Хеннера. – 3-е изд. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011, стр. 10

Презентации к уроку

Загрузить презентацию (368,1 кБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Загрузить презентацию (671,2 кБ)

образовательные:

  • сформировать у учащихся понимание процесса обмена информацией
  • показать различные виды кодирования информации;
  • выявить преимущества двоичного кодирования различных видов информации.
  • развивающие:

  • развивать логическое мышление, навыки самообразования, кругозор учащихся, интерес к изучаемому предмету;
  • совершенствовать умения и навыки информационно-поисковой деятельности.
  • воспитательные:

  • формировать коммуникативные умения и информационно-познавательную компетентность учащихся;
  • воспитывать этические представления об информационной деятельности.
  • Требования к знаниям и умениям:

    Учащиеся должны знать:

    • что такое код, кодирование, двоичное кодирование, шифрование;
    • почему в вычислительной технике используется двоичное кодирование информации;
    • как кодируется различные виды информации в вычислительной технике.

    Учащиеся должны уметь:

    • кодировать информацию;
    • восстанавливать информацию по ее кодовому представлению.

    Оборудование урока: проектор, ПК.

    ПО: программа PowerPoint.

    Тип урока: изучение нового материала.

    Вид урока: проблемно-исследовательский с применением интерактивных средств обучения.

    I. Организационный момент

    II. Изложение нового материала

    1. Кодирование информации

    Информация не существует сама по себе, а проявляет себя в информационных процессах. Люди сохраняют свои знания в записях на различных носителях, т.е. они представляют информацию в той или иной форме. Благодаря этому знания передаются не только в пространстве, но и во времени – от поколения к поколению. При выполнении домашнего задания вы также представляли информацию в различных формах. Для этого вы использовали различные языки.

    Язык – это знаковая форма представления информации. Языки бывают естественные (русский, китайский, английский) и формальные (математическая символика, нотная грамота языки программирования).

    Так вот, 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.

    Под словом "кодирование" понимают процесс представления информации, удобный для ее хранения и/или передачи.

    Также можно сказать, что кодирование – это операция преобразования символов или группы символов одного кода в символы или группы символов другого кода.

    Познакомимся с информацией на слайде 2

    Способы кодирования информации: (слайд 3)

    • Сигналы;
    • Символы;
    • Пиктограммы.

    Приведите примеры кодирования информации. (Примеры: запись русского текста на английском языке, решение математической задачи, запись химической реакции, законов Ньютона и др.).

    Записанный текст является кодом, заключающим в себе содержание речи, т.е. информацию.

    Процесс чтения текста – это обратный по отношению к письму процесс, при котором письменный текст преобразуется в устную речь. Чтение можно называть декодированием.

    Рассмотрим схему передачи информации через письменность. (слайд 4).

    Представьте с помощью формальных и естественных языков следующую информацию. (слайд 5).

    Существует много способов кодирования информации. Способ кодирования зависит от ряда причин: (слайд 6)

  • каков носитель информации;
  • какова окружающая обстановка;
  • кто или что является источником и приемником информации.
  • Одну и ту же информацию можно кодировать разными способами. Например, русский текст мы привыкли записывать с помощью русского алфавита. Этот же текст можно записать латинскими буквами или используя азбуку Морзе.

    Информация – русский язык;

    Information – английский (латинский)язык.

    Задание 3 (слайд 7)

    Самостоятельно закодируйте слово "ИНФОРМАЦИЯ" с помощью:

    1. азбуки Морзе; (слайд 8)
    2. используя порядковые номера букв русского алфавита;
    3. с помощью таблицы ASCII.

    Таблица азбуки Морзе

    Задание 4 (слайд 10)

    Проанализировать и ответить на вопрос: "Каким способом записи слова "информация" удобно пользоваться:

    а) при написании слова другу по сотовому телефону? (с помощью русского или английского алфавита)

    б) при передаче сообщения в открытом водном пространстве? (используя азбуку Морзе).

    Еще одним из способов кодирования информации является стенография. (слайд 11)

    Стенография – быстрый способ записи устной речи. Ею владеют лишь немногие специально обученные люди – стенографисты. Они успевают записывать текст синхронно с речью выступающего человека. В стенограмме один значок обозначает целое слово или сочетание букв. Расшифровать (декодировать) стенограмму может только сам стенографист.

    Как уже было сказано выше, в процессе обмена информацией кроме кодирования информации происходит и ее декодирование.

    Приведите пример, как создается новая мелодия. (слайд 12)

    Задание 5 (слайд 13)

    Придумайте свой способ кодирования информации и закодируйте текст: "Способы кодирования информации".

    Огромное количество способов кодирования информации неизбежно привело пытливый ум человека к попыткам создать универсальный язык или азбуку для кодирования. Эта проблема была достаточно успешно реализована лишь в отдельных областях техники, науки и культуры. Своя система кодирования информации существует и в вычислительной технике. Она называется двоичным кодированием. Всю информацию, с которой работает вычислительная техника, можно представить в виде двоичного кода.

    Почему именно двоичное кодирование используется в вычислительной технике? (Такой способ кодирования легко реализовать технически: 1 – есть сигнал, 2 – 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).

    Читайте также:  Флешка не отображается в управлении дисками

    Как разные виды информации кодируются в компьютере?

    2. Кодирование чисел.

    Исторически сложилось так, что человеку в обычной жизни для вычислений и обозначения количества удобнее использовать десятичную систему счисления. Но она не единственная. На самом деле их существует огромное количество.. часть из них уже давно не используется, часть находится в применении параллельно десятичной системе счисления. В компьютере используется двоичная система счисления.

    Виды систем счисления (слайд 14)

    3. Кодирование текстовой информации (слайд 15)

    Вопрос 1. Вспомните из базового курса "Информатики и ИКТ", каким способом кодируется текстовая информация? (с помощью двоичного кода).

    Вопрос 2. Сколько бит необходимо для кодирования символов в компьютере? (8 бит или 1 байт)

    В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это защита от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование – процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст.

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

    Вопрос: Приведите примеры использования шифрованных сообщений в истории.

    Выступление ученика, которому было дано опережающее задание.(слайд 16)

    Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернет подготовить мини-проект (презентацию) по теме: "Шифрование информации". (см. презентацию ученика).

    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 (звукового сигнала) на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, т.е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме двоичного кода.

    Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кода.

    Таблица 1
    Примеры аналогового и дискретного представлений информации

    Тип информации

    Аналоговое представление

    Дискретное представление

    Графическая информация Полотно живописной картины, цвет которой меняется непрерывно Изображение, напечатанное с помощью струйного принтера (состоит из отдельных точек разного цвета) Звуковая информация Виниловая пластинка (звуковая дорожка меняет свою форму непрерывно) Аудио-CD (звуковая дорожка содержит участки с различной отражающей способностью)

    Этапы кодирования графической и звуковой информации (слайд 17)

    Приемы кодирования графической информации (слайд 18) Подведение итогов урока (слайд 21)

    а) довольны ли вы тем, как прошел урок?

    б) достигли ли мы поставленной цели?

    в) Что было самым интересным?

    г) что вызвало затруднение?

    IV. Домашнее задание (слайд 19, 20)

    1. Выучить параграф 2 и ответить на вопросы в конце параграфа.

    2. Творческое задание (оформить в текстовом редакторе MS Word):

    Разбить на этапы процесс обмена информацией в следующих случаях:

    1. работа кондуктора в автобусе.

    2. передача СМС по сотовому телефону.

    3. процесс отправки телеграммы по почте.

    3. Творческое задание (оформить в программе PowerPoint)

    Используя правила составления ребусов, придумать не менее 5 примеров закодированных слов по теме "Информационные процессы".

    Общее понятие кодирования информации

    Познание окружающего мира начинается с восприятия его человеком с помощью органов чувств. Зрение, вкус, слух, обоняние, осязание доводят до нашего сознания информацию о самых разнообразных свойствах предметов, а также явлениях и процессах, происходящих вокруг нас. Эта информация поступает к нам в виде набора символов или сигналов. Однако если эти символы или сигналы никому не ясны, то информация будет бесполезной. Поэтому требуется язык общения, который будет понятен всем.

    Естественные и формальные языки представления информации

    Язык — это знаковая система для представления и передачи информации.

    • естественные (например, мимика и жесты, музыка, живопись, речь человека);
    • формальные (например, математическая символика, чертежи и схемы, нотная грамота, языки программирования).

    Естественный язык можно формализовать. Так для формализации музыки изобрели нотную грамоту, для формализации речи создали национальные алфавиты (например, латинский ($26$ символов), русский ($33$ символа)), кроме этого арабские цифры, азбуку Морзе и т.д.

    Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

    Естественные языки развивались веками и служили для общения людей между собой. Формальные языки разрабатываются для специальных применений.

    Коммуникативный язык несет в себе логическую информацию, именно с помощью него человек преобразует получаемую информацию в знания и передает эти знания другим людям.

    Алфавиты представления информации

    Первобытные люди для обозначения каждого нового предмета придумывали новые имена. Для получения необходимого разнообразия имен, названий они стали комбинировать звуки таким образом, чтобы получить в результате слова. Так в ходе эволюции человека появилась идея создания конечного алфавита, т.е. некоторого фиксированного набора знаков, из которого можно составить как угодно много слов. Комбинация знаков алфавита называется словом. Из слов можно составлять фразы, которые будут нести определенную смысловую нагрузку.

    Таким образом, алфавит – это упорядоченный набор символов или сигналов, который составляет основу языка.

    Мощность алфавита – это количество составляющих его символов.

    Задай вопрос специалистам и получи
    ответ уже через 15 минут!

    Человек в своей практике общения использует самые разнообразные языки (например, дорожная грамота, включающая в себя знаки дорожного движения и разметки). Прежде всего, это, конечно же, языки устной и письменной речи, в том числе и иностранные.

    Читайте также:  Что такое битовая глубина цвета

    Кроме того, человек использует ряд языков профессионального назначения. К ним относятся языки математических и химических формул, обозначений электроники (например, схема электрической цепи), языки программирования. При этом каждый язык имеет свой алфавит.

    С развитием технических средств передачи информации появилась необходимость использования помимо речевых алфавитов многих других. Одним из примеров первых алфавитов, используемых в технике, является азбука Морзе, в которой каждому знаку обычного алфавита соответствует набор точек и тире.

    Общее понятие кодирования информации

    Воспринимая информацию, человек стал стремиться зафиксировать ее таким образом, чтобы она стала понятной для других, 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.

    Люди сохраняют свои знания, записывая их на различных носителях. Благодаря чему эти знания передаются не только в пространстве, но и во времени — от одного поколения к другому.

    До наших дней дошли послания предков, которые с помощью различных символов пытались изобразить себя и свои поступки в памятниках и надписях. Примером могут служить наскальные рисунки (петроглифы), которые по сей день представляют загадку для ученых. Вероятнее всего, таким образом древние люди пытались вступить в контакт с будущими поколениями и сообщить о событиях их жизни.

    Каждый народ имеет свой язык, состоящий из набора символов (букв): русский, английский, японский и многие другие. Об этом уже упоминалось ранее.

    Представление информации с помощью какого-либо языка часто называют кодированием.

    Код — это набор символов либо условных обозначений, используемый для представления информации.

    Алфавит кодирования содержит полный набор кодов.

    Кодирование — это процесс представления информации с помощью кода.

    Так водитель пытается передать сигнал с помощью гудка или мигания фар. В данном случае гудок (его наличие или отсутствие) – это код, а в случае световой сигнализации кодом будет являться мигание фар или его отсутствие. Пешеход встречается с кодированием информации при переходе дороги по сигналу светофора. Код определяет цвет светофора — красный, желтый, зеленый.

    Естественный язык, на котором мы общаемся, тоже представляет собой код, называемый алфавитом. Во время устной речи этот код передается звуками, при письменной — буквами. Причем одну и ту же информацию можно представить различными способами. К примеру, запись разговора можно закодировать на бумажном носителе двумя способами: с помощью букв или специальных стенографических знаков.

    В более узком смысле под кодированием часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, которая более удобна при хранении, передаче или обработке.

    В процессе развития технических средств появлялись новые способы кодирования информации. Так во второй половине XIX века американский изобретатель Сэмюэль Морзе придумал удивительно простой код, который применяется до сих пор. Используя этот код, информацию можно представить в виде: длинного сигнала (тире), короткого сигнала (точки) и отсутствия сигнала (паузы) для разделения букв. Таким образом, принцип кодирования сводился к использованию набора символов, расположенных в строго определенном порядке.

    Люди во все времена пытались найти способы быстрого обмена сообщениями. Для этого существовали гонцы, использовались почтовые голуби. Разные народы использовали различные способы оповещения о надвигающейся опасности: это и барабанный бой, и дым костров, и набат колокола, и флаги определенных цветов и пр. Однако при передаче таким способом информации требовалась предварительная договоренность, чтобы принимаемые сообщения были поняты.

    Знаменитый немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц предложил еще в XVII веке уникальную по своей простоте систему представления чисел, основанную на использовании вычислений с помощью двоек.

    В настоящее время этот способ представления информации с помощью языка, в состав которого входит всего два символа: $0$ и $1$, называется двоичным кодированием информации и широко используется в технических устройствах, в том числе и в компьютере. Эти два символа $0$ и $1$ принято называть двоичными цифрами или битами (от англ. bit — Binary Digit – двоичный знак).

    Инженеров такой способ кодирования информации привлек простотой технической реализации, поскольку при помощи $0$ и $1$ ($0$ – сигнала нет, $1$ – сигнал есть) можно закодировать любое сообщение.

    Каждому человеку ежедневно в бытовых условиях приходится сталкиваться с устройствами, которые могут находиться только в двух устойчивых состояниях: включено или выключено. И это хорошо известные всем выключатели. Однако изобрести выключатель, который был бы способен устойчиво и быстро переключаться в любое из $10$ состояний, оказалось невозможно. В итоге после ряда неудачных попыток разработчики сделали вывод о невозможности создания компьютера на основе десятичной системы счисления. Поэтому представление чисел в компьютере осуществляется с помощью двоичной системы счисления.

    Способ кодирования информации зависит от цели, которая при этом должна быть достигнута. Целью может являться сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, или, напротив, достижение взаимопонимания. Например, система дорожных знаков, флажковая азбука на флоте, специальные научные языки и символы ― химические, математические, медицинские и др., предназначены для того, чтобы люди могли общаться и понимать друг друга. От того, как представлена информация, зависит способ ее обработки, хранения, передачи и т.д.

    Так и не нашли ответ
    на свой вопрос?

    Просто напиши с чем тебе
    нужна помощь

    Комментировать
    0 просмотров
    Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

    Это интересно
    Adblock detector