каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации равное

Урок «Кодирование информации»

Цели урока:

Тип урока: урок изучения нового материала с элементами исследования и первичное закрепление полученных знаний в практической работе.

Ход урока

Организационный момент (2 мин.).

Мотивация на изучение новой темы, с опорой на знание окружающего мира, на жизненный опыт, на интеграцию знаний и межпредметные связи. (6 мин.).

Изучение нового материала (8 мин.)

Практическая работа (12 мин.).

Исследование кодирования графики и звука (5 мин)

Закрепление знаний (5 мин.).

Домашнее задание и его пояснение (2 мин.).

Подведение итогов занятия, рефлексия (5 мин.).

Здравствуйте. Я уверена, что наш урок станет творческим сотрудничеством. Давайте подведем некоторый итог по изученной вами теме. Вашему вниманию я предлагаю 4 вопроса, на которые хочу получить исчерпывающий ответ.

Варианты поддержки со стороны учителя:

Давайте подумаем вместе. Молодцы.

А теперь я вам хочу представить информацию в виде фотосюжета.

Посмотрите внимательно, подумайте, какую информацию вы можете получить, и в каком виде она представлена.

Поднимите руки те, кому перечисленная информация была лично доступна первоначально. Вы хорошо информированные люди.

Ответы: автодорожные знаки, реклама на стенде и реклама кинофильмов, информация с автомобиля (реклама автошколы, сигнал поворота, ученик за рулем, 35 северо-западный регион, символ А – служебная машина и т.д.)

Итак, графическая информация была представлена в виде закодированных символов: буквы, цифры, рисунки, цвета, фигуры и даже светящиеся объекты. Но чтобы исполнителю распознать информацию необходимо знание правил кодирования некоторой кодовой таблицы.

Рассмотрим несколько примеров кодирования информации в жизни человека. Объясните их.

Примеры: дорожные знаки, электрические схемы, штрих-код товара, азбука немых, формула площади Герона, интерпретация доказательства теоремы Пифагора, ДНК, семафорная азбука, нотная азбука, кодирование звуковых сигналов, “пляшущие человечки”.

Дайте определение операции преобразования информации из одной формы представления в другую (Кодирование).

Дайте определение процессу, обратному кодированию.

Проверим и запишем на рабочем листе. Объясните по процессы кодирования и декодирования, изображенные на картинке. (Звуковые волны кодируются в электрические сигналы. Электрические сигналы декодируются в звуковые сигналы.)

Объясните примеры фрагментов кодовых таблиц. (Русский и английский языки, арабские и римские числа, азбука Морзе.)

Сделаем вывод о том, зачем люди кодируют информацию. Проверим. Приведите примеры.

Ответы: чтобы скрыть ее от других (зеркальная тайнопись Леонардо да Винчи, военные шифровки), чтобы записать информацию короче (стенография, аббревиатура, дорожные знаки), чтобы ее было легче обрабатывать и передавать (азбука Морзе, перевод в электрические сигналы – машинные коды).

Давайте раскроем секреты кодирования ПК.

Секрет первый – способы кодирования информации.

ПК – это электрическая машина, работающая на электронных схемах. Алгоритм, предназначенный для исполнителя ПК, должен быть записан, т.е. закодирован на языке, понятном ПК. Это электрические сигналы: проходит ток или не проходит ток.

Простейший пример Электрического исполнителя – это выключатель. Включить (1) или выключить (0).

ПК использует информацию и с магнитных носителей – жесткие и гибкие магнитные диски. На них есть намагниченные и не намагниченные участки.

Значит достаточно двух сигналов. Комбинируя “0” и “1” можно обозначить любой символ, значит можно закодировать любую информацию. Заполним на рабочем листе таблицу.

Кодирование информации в ПК

Машинный двоичный язык – логическая последовательность “0” и “1”.

Каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации, равное 1 бит.

Устройства	“1”	“0”
Электронные схемы	Проводят электрический ток	Не проводят электрический ток
Участок поверхности магнитного носителя (жесткий диск, дискета)	Намагничен	Размагничен
Участок поверхности лазерного диска	Отражает луч	Не отражает луч

Следующий этап нашей работы – это выполнение практической работы.

Увидим второй секрет ПК – найдем следы закодированной информации.

Раскроем третий секрет ПК – определим способы кодирования информации.

Перед каждой частью практической работы проходит обсуждение работы: где, что и как надо выполнять.

Практическая работа “Кодирования чисел и символов”

Цель: узнать способы кодирования чисел и символов.

Ход работы

III. Кодирование символов в программе Microsoft Word.

1. Откройте на рабочем столе программу Microsoft Word.
2. Используя в главном меню ВСТАВКА / Символа определите код символов и заполните таблицу.

3. Закройте окно Вставка Символа.
4. Используя малую цифровую клавиатуру и клавишу ALT, определите по кодам символы:

IV. Вывод:

Проверим ваши ответы и сделаем вывод. (Проверка и взаимопроверка работы)

Вокруг нас столько цветовых сигналов: цвета парты, одежды, картин, растений и т.д. Такая информация называется аналоговая. Ее цвета плавно перетекают через оттенки цвета. Как же происходит кодирование графической информации в ПК?

Вернемся к слайдам презентации.

Кодирование графики рассмотрим на примере отсканированной (значит оцифрованной) картинки. Мы видим, что при увеличении изображение рассыпается на квадратики, каждый из которых кодируется набором символов. Для удобства восприятия человеком двоичная информация кодируется в более компактную – шестнадцатеричную, но это тема следующих уроков. Графическая информация из аналоговой формы в дискретную, преобразуется путем дискретизации.

Заполним рабочий лист вместе.

Кодирование звука

Вы слушаете в мобильных телефонах различную музыку: полифония и монофония (так называемые пищалки). Качество звука напрямую зависит от алгоритма кодирования: от частоты деления и глубины кодирования.

Сделаем вывод. Чтобы работать со звуком на ПК нужны устройства: микрофон, звуковая карта и звуковые колонки. Звуковая карта преобразует звук из аналогового сигнала в цифровой и обратно.

Определим домашнее задание.

Три задачи на кодирование текстовой информации. Одна из них творческого характера.

Условия задач записаны на рабочем листочке.

У ПК есть еще вопрос к нам. Мы кодировали символы, звук и графику. А можно закодировать эмоции?

Чтобы оценить наше сотрудничество, я предлагаю вам закодировать свое настроение: в начале урока, в середине урока и в конце урока. Если примеры смайликов с презентации не отразили ваше настроение, можете придумать свои. Спасибо за сотрудничество.

Учащиеся показывают свои смайлики.

Источник

Каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации равное

Каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации равное одному биту.

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.

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.

Одному и тому же двоичному коду ставится в соответствие различные символы.

Двоичный код	Десятичный код	КОИ8	СР1251	СР866	Мас	ISO
11000010	194	б	В	—	—	Т

Начиная с 1997 г. последние версии Microsoft Windows&Office поддерживают новую кодировку Unicode, которая на каждый символ отводит по 2 байта, а, поэтому, можно закодировать не 256 символов, а 65536 различных символов.

Для определения числового кода символа в кодировке Windows (СР1251) нужно при помощи мыши или клавиш управления курсором выбрать нужный символ, затем щелкнуть по кнопке Клавиша. После этого на экране появляется диалоговая панель Настройка, в которой в нижнем левом углу содержится десятичный числовой код выбранного символа.

1. Два текста содержат одинаковое количество символов. Первый текст записан на русском языке, а второй на языке племени нагури, алфавит которого состоит из 16 символов. Чей текст несет большее количество информации?

I = К * а (информационный объем текста равен произведению числа символов на информационный вес одного символа).
Т.к. оба текста имеют одинаковое число символов (К), то разница зависит от информативности одного символа алфавита (а).
2 а1 = 32, т.е. а1 = 5 бит,
2 а2 = 16, т.е. а2 = 4 бит.
I1 = К * 5 бит, I2 = К * 4 бит.
Значит, текст, записанный на русском языке в 5/4 раза несет больше информации.

2. Объем сообщения, содержащего 2048 символов, составил 1/512 часть Мбайта. Определить мощность алфавита.

Кодирование графической информации

Различают несколько режимов представления цветной графики:
а) полноцветный (True Color);
б) High Color;
в) индексный.

При полноцветном режиме для кодирования яркости каждой из составляющих используют по 256 значений (восемь двоичных разрядов), то есть на кодирование цвета одного пикселя (в системе RGB) надо затратить 8*3=24 разряда. Это позволяет однозначно определять 16,5 млн цветов. Это довольно близко к чувствительности человеческого глаза. При кодировании с помощью системы CMYK для представления цветной графики надо иметь 8*4=32 двоичных разряда.

Соответствие между количеством отображаемых цветов (К) и количеством бит для их кодировки (а) находиться по формуле:

Двоичный код восьмицветной палитры.

Цвет	Составляющие
&nbsp	к	З	С
Красный	1	0	0
Зеленый	0	1	0
Синий	0	0	1
Голубой	0	1	1
Пурпурный	1	0	1
Желтый	1	1	0
Белый	1	1	1
Черный	0	0	0

Шестнадцатицветная палитра позволяет увеличить количество используемых цветов. Здесь будет использоваться 4-разрядная кодировка пикселя: 3 бита основных цветов + 1 бит интенсивности. Последний управляет яркостью трех базовых цветов одновременно (интенсивностью трех электронных пучков).

Двоичный код шестнадцатицветной палитры.

Цвет	Составляющие
&nbsp	к	З	С	Интенс
Красный	1	0	0	0
Зеленый	0	1	0	0
Синий	0	0	1	0
Голубой	0	1	1	0
Пурпурный	1	0	1	1
Ярко-желтый	1	1	0	1
Серый(белый)	1	1	1	0
Темно-серый	0	0	0	1
Ярко-голубой	0	1	1	1
Ярко-синий	0	0	1	0
…	&nbsp	&nbsp	&nbsp	&nbsp
Ярко-белый	1	1	1	1
Черный	0	0	0	0

При раздельном управлении интенсивностью основных цветов количество получаемых цветов увеличивается. Так для получения палитры при глубине цвета в 24 бита на каждый цвет выделяется по 8 бит, то есть возможны 256 уровней интенсивности (К = 28).

Двоичный код 256-цветной палитры.

Цвет	Составляющие
&nbsp	K	З	С
Красный	11111111	00000000	00000000
Зеленый	00000000	11111111	00000000
Синий	00000000	00000000	11111111
Голубой	00000000	11111111	11111111
Пурпурный	11111111	00000000	11111111
Желтый	11111111	11111111	00000000
Белый	11111111	11111111	11111111
Черный	00000000	00000000	00000000

Векторное и фрактальное изображения.

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 иммитируют ландшафты.

Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре
а) из 8 цветов;
б) 16 цветов;
в) 256 цветов?

Сколько бит требуется, чтобы закодировать информацию о 130 оттенках? Нетрудно подсчитать, что 8 (то есть 1 байт), поскольку при помощи 7 бит можно сохранить номер оттенка о 0 до 127, а 8 бит хранят от 0 до 255. Легко видеть, что такой способ кодирования неоптимален: 130 заметно меньше 255. Подумайте, как уплотнить информацию о рисунке при его записи в файл, если известно, что
а) в рисунке одновременно содержится только 16 цветовых оттенков из 138 возможных;
б) в рисунке присутствуют все 130 оттенков одновременно, но количество точек, закрашенных разными оттенками, сильно различаются.

Кодирование звуковой информации

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 года 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:

А как же происходит кодирование звука? С самого детства мы сталкиваемся с записями музыки на разных носителях: грампластинках, кассетах, компакт-дисках и т.д. В настоящее время существует два основных способах записи звука: аналоговый и цифровой. Но для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал.

Это делается с помощью микрофона. Самые простые 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. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны.

Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Применительно к электрическому сигналу «аналоговый» обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. Он точно отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.

Звуковую информацию можно представить в дискретной или аналоговой форме. Их отличие в том, что при дискретном представлении информации физическая величина изменяется скачкообразно («лесенкой»), принимая конечное множество значений. Если же информацию представить в аналоговой форме, то физическая величина может принимать бесконечное количество значений, непрерывно изменяющихся.

На мультимедийных звуковых картах можно найти аналоговые микрофонный предусилитель и микшер.

Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование звуковой информации.

Кратко рассмотрим процессы преобразования звука из аналоговой формы в цифровую и наоборот. Примерное представление о том, что происходит в звуковой карте, может помочь избежать некоторых ошибок при работе со звуком

В упрощенном виде принцип работы АЦП заключается в следующем: он измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала и передает дальше, уже по цифровому тракту, последовательность чисел, несущих информацию об изменениях амплитуды (.см. приложения рисунок 1.11, схема 2).

Дословно Sample переводится с английского как «образец». В мультимедийной и профессиональной звуковой терминологии это слово имеет несколько значений. Кроме промежутка времени семплом называют также любую последовательность цифровых данных, которые получили путем аналого-цифрового преобразования. Сам процесс преобразования называют семплированием. В русском техническом языке называют его дискретизацией.

Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который на основании поступающих цифровых данных в соответствующие моменты времени генерирует электрический сигнал необходимой амплитуды (см. приложения рисунок 1.11, схема 3).

В новом формате компакт-дисков Audio DVD за одну секунду сигнал измеряется 96 000 раз, т.е. применяют частоту семплирования 96 кГц. Для экономии места на жестком диске в мультимедийных приложениях довольно часто применяют меньшие частоты: 11, 22, 32 кГц. Это приводит к уменьшению слышимого диапазона частот, а, значит, происходит сильное искажение того, что слышно.

Разрядность указывает с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени, определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. Именно от разрядности зависит достоверность восстановления формы волны.

Если использовать 8-битное кодирование, то можно достичь точность изменения амплитуды аналогового сигнала до 1/256 от динамического диапазона цифрового устройства (2 8 = 256).

Если использовать 16-битное кодирование для представления значений амплитуды звукового сигнала, то точность измерения возрастет в 256 раз.

В современных преобразователях принято использовать 20-битное кодирование сигнала, что позволяет получать высококачественную оцифровку звука.

Фонограмма и ее временная дискретизация

а	К	Применение
8	256	Недостаточно для достоверного восстановления исходного сигнала, так как будут большие нелинейные искажения. Применяют в основном в мультимедийных приложениях, где не требуется высокое качество звука
16	65536	Используется при записи компакт-дисков,так как нелинейные искажения сводятся к минимуму.
20	1048576	Где требуется высококачественная оцифровка звука.

В настоящее время появился новый бытовой цифровой формат Audio DVD, который использует разрядность 24 бита и частоту семплирования 96 кГц. С его помощью можно избежать выше рассмотренного недостатка 16-битного кодирования.

На современные цифровые звуковые устройства устанавливаются 20-битные преобразователи. Звук так и остается 16-битным, преобразователи повышенной разрядности устанавливают для улучшения качества записи на низких уровнях. Их принцип работы заключается в следующем: исходный аналоговый сигнал оцифровывается с разрядностью 20 бит. Затем цифровой сигнальный процессор DSPП онижает его разрядность до 16 бит. При этом используется специальный алгоритм вычислений, при помощи которого можно снизить искажения низкоуровневых сигналов. Обратный процесс наблюдается при цифро-аналоговом преобразовании: разрядность повышается с 16 до 20 бит при использовании специального алгоритма, который позволяет более точно определять значения амплитуды. То есть звук остается 16-разрядным, но имеется общее улучшение качества звучания.

1. Подсчитать, сколько места будет занимать одна минута цифрового звука на жестком диске или любом другом цифровом носителе, записанного с частотой
а) 44.1 кГц;
б) 11 кГц;
в) 22 кГц;
г) 32 кГц
и разрядностью 16 бит.

а) Если записывают моносигнал с частотой 44.1 кГц, разрядностью 16 бит (2 байта), то каждую минуту аналого-цифровой преобразователь будет выдавать 441000 * 2 * 60 = 529000 байт (примерно 5 Мб) данных об амплитуде аналогового сигнала, который в компьютере записываются на жесткий диск.
Если записывают стереосигнал, то 1058000 байт (около 10 Мб)
б) для частот 11, 22, 32 кГц расчеты производятся аналогично.

2. Какой информационный объем имеет моноаудиофайл, длительность звучания которого 1 секунда, при среднем качестве звука (16 бит, 24 кГц)?

16 бит * 24000 = 384000 бит = 48000 байт = 47 кБайт

3. Рассчитайте объем стереоаудиофайла длительностью 20 секунд при 20-битном кодировании и частоте дискретизации 44.1 кГц.

20 бит * 20 * 44100 * 2 = 35280000 бит = 4410000 байт = 4.41 Мб

4. Определить количество уровней звукового сигнала при использовании устаревших 8-битных звуковых карт.

1. Привести пример
а) аналогового способа представления звуковой информации;
б) дискретного способа представления звуковой информации.

2. Что называется
а) частотой дискретизации (семплирования);
б) семплом.

Источник

Читайте также: hr btg n901 код 9757