Конспект урока по информатике в 8 классе «Кодирование числовой, текстовой и графической информации. Декодирование.»

Общие понятие о числовой информации

Думаю, что превалирующее число школьников и студентов знает фразу: «Математика – царица всех наук!». А как известно, математика очень интенсивно оперирует числами, цифрами и действиями над числами.

Первый счет появился много тысячелетий назад, так как даже в очень древние времена люди столкнулись с потребностью в счете. Его возникновение связано с желанием человека проинформировать своих соплеменников о количестве обнаруженных им объектов, предметов. По началу люди просто делили предметы по принципу один-много. То есть не было обозначения для двух, трех, десяти и более различных предметов. Их просто обозначали в количественном отношении как много.

Постепенно люди научились подключать к арифметическому счету пальцы на своих руках. С их помощью можно было считать до пяти, а если использовать обе руки, то до десяти различных предметов. Именно десятичная система счисления получило свое развитие на основе использования при счете пальцев рук.

Вернемся в настоящий временной континуум. Для современного человека знания, позволяющие считать предметы и записывать числа, являются обязательными. Арифметика изучается в школе с первого класса. Цифры, используя которые мы записываем числа, называются арабскими. Алфавит арабских цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Всего десять различных цифр или состояний.

Числа можно классифицировать на две фундаментальные группы:

• Целые числа.
• Дробные или действительные числа.

Каждое число из представленных групп может быть либо:

• Положительным
• Отрицательным
• Равным нулю

Примеры различных десятичных чисел:

• -56 — целое отрицательное число;
• 12.78 — действительное положительное число;
• 0.0 — действительное число, равное нулю;
• 12000 — целое положительное число.

Наша цель – понять, каким образом производится кодирование числовой информации, выраженной целыми или дробными числами, которые являются положительными, отрицательными или равными нулю. Другими словами, мы должны понять, как персональный компьютер хранит, обрабатывает, копирует числа на «своем» уровне.

Свойства числовой информации

1. Конечность. Информация, выраженная числовым значением, должна быть конечной. Процессор персонального компьютера не сможет обработать число, которое не является конечным или завершенным. То есть прежде чем приступить к кодированию числовой информации, процессор должен быть уверен, что данное значение записано полностью и не будет изменено пользователем.
2. Понятность. Если мы говорим о кодировании числовой информации, которая представлена десятичным числом, то необходимо, чтобы само число состояло из элементов, которые будут понятны исполнителю при кодировании. Исполнителем является, в строгом приближении, процессор персонального компьютера. Например, число 129 состоит из трех цифр: 1, 2 и 9. Каждое из этих цифр входит в состав арабского алфавита. Если мы представим числовую информацию в виде значения 89J1’4, то подобное значение будет некорректно обработано процессором и он выдаст исключение, то есть сгенерирует ошибку. Почему? Потому что входное число 89J1’4 состоит из элементов: 8, 9, J, 1, ‘, 4, не каждое из которых входит в состав арабского алфавита. Например, элементы J и ‘ не являются арабскими цифрами.

Приведенные два свойства являются ключевыми в алгоритмах кодирования числовой информации. Пожалуй, еще стоит отметить неосновное свойство – размер числа. Но в современном мире мощности персональных компьютеров постоянно увеличиваются и самые эффективные процессоры способы обрабатывать огромные значения.

Урок в 7 классе «Декодирование информации»

Урок №4.

Тема:
«Декодирование информации».
Цели урока:

Обучающая:

Обобщить знания учащихся о действиях с информацией; познакомить учащихся с действием, обратным кодированию, — с декодированием информации; раскрыть смысл понятия «декодирование» на примерах; научить детей решать простые информационные задачи на кодирование и декодирование.

Развивающая:

Развивать логическое мышление, умение сравнивать, анализировать, делать выводы, информационную культуру учащихся.

Воспитывающая:

Воспитание самостоятельности и ответственности, умение находить решение на поставленные задачи.

Ключевые понятия:

• декодирование информации,
• код,
• кодировочная таблица, преобразование

Тип урока:

комбинированный (повторительно-обобщающий с выходом на получение новых знаний).

Оборудование:

доска, компьютер, компьютерная презентация.

План урока:

1. Организационный момент. (1 мин)
2. Обобщение известных учащимся знаний по теме урока. (5 мин)
3. Новый материал по теме.(15 мин)
4. Практическая работа учащихся за теоретическими столами. (10 мин)
5. Физкультминутка. (2 мин)
6. Практическая работа учащихся за компьютерами. (6 мин)
7. Рефлексия (подведение итогов урока и оценивание деятельности учащихся). (4 мин)
8. Комментарии учителя к домашнему заданию. (2 мин)

Ход урока

1. Организационный момент.

Здравствуйте ребята!

2. Обобщение известных учащимся знаний по теме урока
(слайд 2)
Вопросы:

1. Какие действия с информацией вы знаете?
2. Что такое кодирование информации?
3. Для чего люди кодируют информацию?
4. При кодировании сообщения изменяется его смысл?
5. Что такое данные?
6. Приведите примеры кодирования информации.
7. Как называются таблицы, которые помогают вам при кодировании?

Рассмотрим некоторые из них. (слайд 3, слайд 4, слайд 5, слайд 6)

3. Новый материал по теме

На слайде (слайд 6)

таблица русского алфавита с порядковыми номерами букв. В ней буквы алфавита пронумерованы по порядку. Мы можем при шифровании сообщения вместо буквы записать ее порядковый номер — числовой код.

Воспользовавшись этой таблицей, закодируйте слово ИНФОРМАТИКА

. Тот, кто первый выполнит задание, записывает ответ на доске.

Молодцы ребята, вы умеете правильно кодировать сообщения.

Воспользовавшись этой таблицей, кто-то закодировал сообщение (слайд 7)

Ребята, как мы узнаем, какое слово закодировано этими кодами? (
Учащиеся догадываются, что необходимо воспользоваться кодовой таблицей и выполнить действие обратное кодированию – декодирование. Закодированное слово — ИНФОРМАЦИЯ).
Правильно, молодцы ребята! Воспользовавшись кодировочной таблицей вы, из числового кода, получили буквенное, всем понятное сообщение. Если у получателя есть кодовая таблица, то он легко декодирует

и восстановит текст сообщения.

Действие, которое вы сейчас выполнили, называется декодированием.

Декодирование информации

— это тема нашего урока. Сегодня мы узнаем, что такое декодирование информации и научимся декодировать сообщения.

Итак, мы доказали, что если знать правило с помощью которого было закодировано сообщение, то его легко можно декодировать. (слайд

Декодирование

– это действие с информацией, обратное кодированию.

Смысл декодирования – преобразование полученной формы представления информации в первоначальную. Смысл сообщения при декодировании не изменяется.

Рассмотрим пример (слайд 9).

Слава получил письмо от своего друга. Письмо – это закодированная в виде текста информация. Когда мальчик вслух читал текст закодированного сообщения, он преобразовывал письменную речь своего друга в устную речь. Это и есть декодирование.

(слайд 10)

При работе на компьютере мы постоянно имеем дело с кодированием и декодированием информации. При вводе информации в память компьютера происходит её кодирование. При выводе информации на экран или с помощью принтера на бумагу происходит действие, обратное кодированию, — декодирование.

(слайд 11)

Кодирование и декодирование информации – это преобразование формы представления сообщения по известным правилам или с использованием кодировочной таблицы.

4. Практическая работа учащихся за теоретическими столами. (слайд 12)

Мальчик заменил каждую букву своего имени её номером в алфавите.

Получилось 18 21 19 13 1 15. Как зовут мальчика?

Ответ: Руслан

Игра «Передай закодированное сообщение» (слайд 13)

Это игра в парах. Каждый участник придумывает слово. Кодирует его с помощью таблицы порядковых номеров. Передает другому ученику в паре, который расшифровывает полученное сообщение.

5. Физкультминутка.

Давайте закодируем жестами некоторые действия (слайд 14).

Как живешь? Вот так! Как идешь? Вот так! А бежишь? Вот так! Ночью спишь? Вот так! Как берешь? Вот так! А даешь? Вот так! Как молчишь? Вот так! А грозишь? Вот так!

6. Практическая работа учащихся за компьютерами.

Учащиеся, используя таблицу кодировки должны декодировать текст.

11000001 11101110 11101011 11111100 11111000 11100101 11100100 11100101 11101011 11100000 10000010 11101100 11100101 11101101 11111100 11111000 11100101 11110001 11101011 11101110 11100010

Больше дела, меньше слов

Необходимо, используя кодировочную таблицу, преобразовать сообщения из одной формы представления в другую, т.е. декодировать сообщение. Время выполнения компьютерного практикума ограничено, и учащиеся предупреждены об этом.

7. Рефлексия
(Подведение итогов урока и оценивание деятельности учащихся).
Учитель спрашивает детей:

• что мы делали сегодня на уроке,
• чему научились.

8. Домашнее задание:

читать в тетради, придумать свою кодировку букв.

Способы кодирования числовой информации

Сразу необходимо твердо уяснить следующее: процессор персонального компьютера взаимодействует с любыми данными исключительно на уровне цепочек, состоящих из 0 и 1. Набор нулей и единиц называют двоичным или бинарным кодом. То есть любые текстовые, символьные или числовые значения, которые понятны простому человеку, процессор преобразует в двоичный код. Следовательно, наша задача – научиться переводить числовые значения в бинарное представление, состоящее из цепочек 0 и 1.

Для полного осознания алгоритма кодирования числовой информации необходимо очень хорошо уяснить понятие «Машинное слово». Возможно вы слышали, что иногда пользователи говорят, что на их компьютерах установлена 32-х разрядная или 64-х разрядная система Microsoft Windows. Именно значение разрядности (в приведенном примере это 32 или 64) и отвечает за то, сколько бит информации будет выделено для хранения какого-либо математического значения при кодировании числовой информации. То есть, если нам дано положительное целое число 25, то при преобразовании его в бинарный код, ему будет выделено 32 или 64 бита. Также напомню, что один байт информации состоит из 8 битов.

Далее по тексту я буду работать на уровне 16-и разрядной системы. То есть любое кодирование числовой информации будет представлено с использованием машинного слова в 16 бит.

Кодирование целых положительных чисел

Это наиболее простой способ кодирования данных, так как для его реализации необходимо уметь переводить числа из десятичной системы счисления в двоичную систему. Ниже я приведу таблицу, в которой покажу кодирование целых положительных чисел различной значности.

Очень внимательно посмотрите на вторую колонку данной таблицы. Как видно каждая закодированная цепочка, состоящая из нулей и единиц, имеет длину в 16 позиций. Для повышения читабельности я сгруппировал разряды на четыре группы по четыре бита в каждой группе.

Нули, которые идут слева до первой единицы, считаются незначимыми, так как они не влияют на закодированное значение и при записи бинарного кода, например в тетрадь, они как правило не выписываются. То есть двоичное представление числа 5 обычно выписывают в формате 101. Но при этом вы должны обязательно понимать, с какой длиной машинного слова было выполнено данное преобразование. В нашем примере длина машинного слова составляет 16 бит.

Послесловие к лекции о кодировании данных в компьютере

Каждый новый вид данных, добавляемый к компьютерной обработке, исторически тем или иным способом сводился к числовому представлению.

Исходя из принципов устройства компьютера, можно утверждать, что любые данные хранятся и обрабатываются в нем в двоичном виде, так как все виды данных так или иначе преобразуются в числовую форму, а числа хранятся в двоичной системе.

Память компьютера, как бы велика она не была, состоит из конечного числа отдельных битов, значит, он по определению способен хранить только дискретные данные.

Например, система целых чисел является дискретной, а система действительных чисел непрерывной.

Непрерывная (аналоговая) величина ассоциируется с графиком функции, а дискретная – с таблицей ее значений. При рассмотрении этих двух объектов разной природы можно сделать вывод о том, что с уменьшением интервала дискретизации (увеличением количества точек в таблице) различия между величинами существенно уменьшаются. Это означает, что при таких условиях дискретизированная величина хорошо описывает исходную (непрерывную).

Таким образом, в тех случаях, когда рассматриваемая величина имеет настолько большое количество значений, что мы не в состоянии их различить, ее практически можно считать непрерывной.

Так снимается существующая проблема преобразования естественной информации в пригодную для компьютера дискретную форму.

Для хранения и обработки данных в компьютере используется совокупность определенного количества разрядов, которая называется разрядной сеткой. При этом число элементарных разрядов n, с которыми компьютер оперирует как с одним целым (считывает из памяти, производит вычисления), характеризует разрядность его элементов (например, всевозможных регистров процессора, запоминающих устройств). В современных компьютерах используется число разрядов n, являющееся степенью числа 2.

Группа из восьми соседних элементарных ячеек (регистров) и называется байтом. С помощью одного байта можно закодировать 28=256 различных букв, цифр или положительных чисел в диапазоне от 0 до 255.

Возможности байта для кодирования данных ограничены из-за слишком малой разрядности. Поэтому компьютеры устроены так, что они могут оперировать как с единым целым не только с одним байтом, но также и с группами из двух, четырех, восьми и т.д. соседних байт.

Подобные группы байт принято называть (в зависимости от архитектуры компьютера) словом, полусловом, двойным словом. В большинстве случаев, словом называют группу из четырех соседних байт, группу из двух соседних байт – полусловом, группу из восьми соседних байт – двойным словом. Такие единицы используются в основном для представления числовых данных.