Конспект занятия на тему "Кодирование информации"

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ ДИСЦИПЛИНА: информатика. ТЕМА ЗАНЯТИЯ: “Кодирование информации”. КУРС: первый ТИП ЗАНЯТИЯ: изучения новой темы. ВИД ЗАНЯТИЯ:  комбинированный урок; ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ:  Обучающие:   студенты   должны  знать  понятия   «кодирование»   и   «декодирование» информации;  иметь   представление  о   существующих   способах кодирования   информации   и   кодировочных   таблицах;  уметь  кодировать информацию различными способами, решать задачи на подсчет количества информации. Развивающие:  развитие познавательных интересов и логического мышления студентов.  Воспитывающие:  воспитание   выдержки   и   терпения   в   работе,   чувства   товарищества   и взаимопонимания.  ЗАДАЧИ ЗАНЯТИЯ:      Формировать   знания   учащихся   по   теме   «Кодирование   текстовой (символьной) информации»;  Содействовать формированию у учащихся образного мышления;  Развить навыки анализа и самоанализа;  Формировать умение планировать свою деятельность.  ОБОРУДОВАНИЕ:      интерактивная доска,  мультимедийный проектор,  мультимедийная презентация, рабочая тетрадь; 1  карточки с заданиями для студентов  ХОД УРОКА: Организационный момент. I. II. Объяснение новой темы: Рассматриваемые вопросы: а) исторический экскурс (шифр Цезаря, «пляшущие человечки Шерлока  Холмса, азбука Морзе и др.) б) двоичное кодирование текстовой информации (кодовые таблицы ASCII,  КОИ8­Р, СР1251, СР866, Мас, ISO); в) расчет количества текстовой информации (рассматривается пример в  текстовом редакторе Блокнот: 1 символ – 1 байт). III.    Закрепление полученных знаний: а) работа в парах по карточкам (кодирование информации); б) решение задачи на подсчет количества информации. IV.     Обобщение и систематизация полученных знаний, подведение  итогов занятия, выставление оценок: Ответы на вопросы: 1. Какой принцип кодирования текстовой информации используется в  компьютере? 2. Как называется международная таблица кодировки символов? 3. Перечислите названия таблиц кодировок для русскоязычных символов. 4. В какой системе счисления представлены коды в перечисленных вами  таблицах кодировок? V.   Домашнее задание: 1. Повторить изученный материал по конспекту занятия и учебнику;  2. Решите задачу: Лазерный принтер Canon LBP печатает со скоростью в  среднем 6,3 Мбит в секунду. Сколько времени понадобится для  2 распечатки 8­ми страничного документа, если известно, что на одной  странице в среднем по 45 строк, в строке 70 символов (1 символ – 1 байт). 3 I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ. Ход урока На интерактивной доске первый слайд мультимедийной презентации с  темой урока: Преподаватель: Здравствуйте, дорогие студенты и уважаемые гости. Итак,  темой нашего сегодняшнего урока, как вы уже, наверное, догадались,  является «Кодирование текстовой (символьной) информации». И в качестве эпиграфа к нашему уроку я выбрала народную поговорку  «Язык дан для того, чтобы скрывать свои мысли» (народная мудрость).  На  экране появляется второй слайд презентации:  4 II. ОБЪЯСНЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА.  Объяснение нового материала проходит в форме эвристической беседы с  одновременным показом мультимедийной презентации. Преподаватель: Для передачи, хранения и переработки информации в  различных системах необходимы знания теории кодирования. Теория  кодирования – это раздел теории информации, изучающий способы  отождествления сообщений с отображающими их сигналами.    Понятие кодирование означает преобразование информации в форму,  удобную для передачи по определенному каналу связи. Обратная операция – декодирование – заключается в восстановлении  принятого сообщения из закодированного вида в общепринятый, доступный  для потребителя. Вопрос: Можно ли считать описание предмета кодированием?  Ответ студентов: Да. Преподаватель:  Тогда   прослушайте     высказывания   детей   о   предметах   и скажите, о чем идет речь? Идет просмотр видеороликов с описанием детьми слов «Информатика», «Шифр» и «Алфавит». Студенты должны отгадать какие слова зашифровали дети.  5 Преподаватель: Перейдём к изучению нового материала. Рассматриваемые  вопросы (слайд   3):   ­ исторический экскурс; ­ двоичное кодирование текстовой информации; ­ расчет количества текстовой информации.   ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС Человечество использует шифрование (кодировку) текста с того самого момента,   когда   появилась   первая   секретная   информация.   Перед   вами несколько   приёмов   кодирования   текста,   которые   были   изобретены   на различных этапах развития человеческой мысли (слайд 4): ­ криптография – это тайнопись, система изменения письма с целью  сделать текст непонятным для непосвященных лиц. К тайнописи прибегал Гай Юлий Цезарь, заменяя в своих тайных записях одни буквы другими. Отцом  криптографии считается архитектор Леон Батиста Альберти (1404­1472),  который ввел шифрующие коды и многоалфавитные подстановки. 6 ­ азбука Морзе или неравномерный телеграфный код, в котором каждая  буква или знак представлены своей комбинацией коротких элементарных  посылок электрического тока (точек) и элементарных посылок утроенной  продолжительности (тире); ­ сурдожесты – язык жестов, используемый людьми с нарушениями  слуха. Вопрос: Какие примеры кодирования текстовой информации можно привести еще?  Студенты приводят примеры: Международный флажковый код, «пляшущие  человечки» Шерлока Холмса, смайлики в программе ICQ и др. Преподаватель:  Представьте,   что   вы   в   наше   время   обнаружили   записку Шерлока Холмса Доктору Ватсону, но, увы, она зашифрована! Раскодируйте и впишите в пустые клеточки текст высказывания мистера Холмса.  7 (У   студентов   на   столах   уже   заранее   находится   ключ   к   «пляшущим человечкам»). Очень   часто   бывает,   что   информацию   в   ее   первоначальном   виде передать невозможно. Тогда ее надо представить с помощью какого­нибудь специального   набора   символов   –   алфавита.   Представление   информации   с помощью   такого   специального   набора   является  кодированием.   Правила кодирования называют ключом. Студенты Фраза Холмса «Элементарно, Ватсон!»  Преподаватель: Все в нашем мире элементарно, при большом запасе знаний. Преподаватель: (Показ  слайда   5).    8 Один из самых первых известных методов шифрования носит имя  римского императора Юлия Цезаря (I век до н.э.).  Этот метод, как я уже говорила, основан на замене каждой буквы  шифруемого текста, на другую, путем смещения в алфавите от исходной  буквы на фиксированное количество символов, причем алфавит читается по  кругу, то есть после буквы я рассматривается а. Так слово байт при  смещении на два символа, вправо кодируется словом гвлф. Обратный процесс расшифровки данного слова – необходимо заменять каждую зашифрованную  букву, на вторую слева от неё. Задание: (Показ слайда 6) Расшифруйте фразу персидского поэта  Джалаледдина Руми “кгнусм ёогкг фесл тцфхя фзужщз фхгрзх ёогксп”,  закодированную с помощью шифра Цезаря. Известно, что каждая буква  исходного текста заменяется третьей после нее буквой. В качестве опоры  используйте буквы русского алфавита, расположенные на слайде: Вопрос: Что у вас получилось? 9 Ответ студентов:  Закрой глаза свои, пусть сердце станет глазом. Ответ сравнивается с появившемся на слайде 6 правильным ответом.   ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ   ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ Преподаватель: Вопрос: В каком из перечисленных приёмов кодирования используется  двоичный принцип кодирования информации? Ответ студентов: В азбуке Морзе. Преподаватель: В компьютере также используют принцип двоичного  кодирования информации. Только вместо точки и тире используют 0 и 1  (слайд    7): Традиционно для кодирования одного символа используется 1 байт  информации. Вопрос: Какое количество различных символов можно закодировать?  (Подсказка: использовать формулу Хартли  i N 2 ) 10 Ответ студентов: N = 2i = 28 = 256. Преподаватель: Верно.  Достаточно ли этого для представления текстовой информации,  включая прописные и строчные буквы русского и латинского алфавита,  цифры и другие символы? Студенты подсчитывают количество различных символов: ­ 33 строчные буквы русского алфавита + 33 прописные буквы = 66;  ­ для английского алфавита 26 + 26 = 52; ­ цифры от 0 до 9 и т.д. Преподаватель: Ваш вывод? Вывод студентов и преподавателя: Получается, что нужно 127 символов.  Остается еще 129 значений, которые можно использовать для обозначения  знаков препинания, арифметических знаков, служебных операций (перевод  строки, пробел и т.д.).  Следовательно, одного байта вполне хватает, чтобы закодировать  необходимые символы для кодирования текстовой информации. Преподаватель: В компьютере каждый символ кодируется уникальным  кодом. Принято интернациональное соглашение о присвоении каждому  символу своего уникального кода.  Как и в таблице химических элементов  Д.И.Менделеева, каждому элементу соответствует своя атомная масса, так и  здесь – каждой букве соответствует свой код. В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII  (American Standard Code for Information Interchange) (слайд 8): 11 В этой таблице представлены коды от 0 до 127 (буквы английского  алфавита, знаки математических операций, служебные символы и т.д.),  причем коды от 0 до 32 отведены не символам, а функциональным клавишам.  Запишите название этой кодовой таблицы и диапазон кодируемых символов. Коды с 128 по 255 выделены для национальных стандартов каждой страны.  Этого достаточно для большинства развитых стран. Для России были введены несколько различных стандартов кодовой таблицы  (коды с 128 по 255).  Вот некоторые из них (слайд 9­10). Рассмотрим и запишем их названия: КОИ8­Р, СР1251, СР866, Мас, ISO. 12 Россия, впрочем, как и всегда, пошла впереди планеты всей. Итак, было создано   несколько   кодировок   символов   русского   языка.   А   в   большинстве стран   была   создана   единая   кодовая   страница   для   своего   алфавита,   чтобы избежать путаницы. С самого начала программное обеспечение, поставляемое в Россию из­за рубежа, не умело работать с русскими символами. То есть вместо того, чтобы написать "Привет Вася" приходилось "Privet Vasya". Итак, чтобы решить эту проблему была создана русская кодовая страница, получившая название ISO­ 8859­5. Как следует из вышесказанного, после 127 кода следовали русские буквы — всего 66 (33 прописных и 33 строчных). Поэтому оставалось еще достаточно места для псевдографики, которая тогда использовалась крайне широко, ведь графических оболочек еще не существовало. Примерно в это же время появилась еще одна кодовая страница — СР­ 866. Она отличалась от ISO­8859­5 порядком следования русских букв до 13 строчной "р", а символы псевдографики кодировались теми же кодами, что и в латинице. Соответственно, ее использование могло существенно упростить работу   с   нелокализованными   версиями   программ   западных   разработчиков, работающих с графикой. Например, для отображения таблицы. Поэтому, если в системе была установлена эта кодировка, графические объекты отражались верно.   В   противном   случае,   например,   при   установленной   ISO­8859­5 рисовалась   бы   русская   буква,   вместо   символа   псевдографики,   и   такое изображение было бы неудобно просматривать. Первой локализованной операционной системой стала MS­DOS 4.1 от корпорации   Microsoft.   При   создании   кодовой   страницы   была   взята альтернативная ISO­8859­5 кодировка, впоследствии названная СР­866. И так как   все   большее   и   большее   распространение   получали   персональные компьютеры, кодировка СР­866 стала самой популярной. Дальше   был   Windows.   И   появилась   еще   одна   кодировка   Win­1251. Зачем?   Отпала   необходимость   использования   псевдографики.   Поэтому вместо нее были встроены специальные символы: @, *, &,^ и т. д. Но возникла новая   проблема.   Текст,   набранный   в   кодировке   СР­866,   уже   нельзя   было прочитать. Поэтому появились программы­перекодировщики. На   персональных   компьютерах   повсеместно   была   установлена операционная   система   MS­DOS   с   кодовой   страницей   866.   На   сетевых операционных системах все было иначе. В те годы начала свое победоносное шествие UNIX. А в ней кодировкой по умолчанию стала КОИ­8. Преподаватель: В текстовом процессоре MS Word чтобы вывести на экране  символ по его номеру кода, необходимо удерживая на клавиатуре клавишу  “ALT” набрать код символа на дополнительной цифровой клавиатуре.  Преподаватель демонстрирует как по коду получить слово:  Запустите текстовый процессор MS Word. Удерживая клавишу “ALT”,  наберите коды на дополнительной цифровой клавиатуре (слайд   11):    14 129  168  226 Вопрос: Какое слово получили? При помощи, какой кодировочной таблицы Ответ: Бит, СР­866 Преподаватель: Понятие кодировки Unicode (слайд 12) В мире существует примерно 6800 различных языков. Если прочитать  текст, напечатанный в Японии на компьютере в России или США, то понять  его будет нельзя. Чтобы буквы любой страны можно было читать на любом  компьютере, для их кодировки стали использовать два байта (16 бит). Вопрос: Сколько символов можно закодировать двумя байтами? (Для  слабоуспевающих учащихся можно предложить им воспользоваться  инженерным калькулятором).  Ответ студентов: 65536 15 Такая кодировка называется Unicode и обозначается как UCS­2. Этот  код включает в себя все существующие алфавиты мира, а также множество  математических, музыкальных, химических символов и многое другое.  Существует кодировка и UCS­4, где для кодирования используют 4 байта, то  есть можно кодировать более 4 млрд. символов.   РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ   РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ Преподаватель: Так как каждый символ кодируется 1 байтом, то  информационный объем текста можно узнать, умножив количество символов  в тексте на 1 байт. Проверим это на практике. Включаем компьютер, создаем текстовый  документ в редакторе Блокнот и напечатайте в нём пословицу (слайд 13):  “Ученье – свет, а неученье – тьма”.  Вопрос: Сколько в ней символов? Ответ: 33 Преподаватель: Сохраним и закроем файл. Определить его объем в байтах.  Каков он?  16 Ответ студентов: Отвечают каким образом можно просмотреть объем  файла (вызвать Контекстное меню, нажатием правой кнопки мыши, выбрать  команду Свойства) 33 байта. Преподаватель: Ваш вывод? Студенты обсуждают и делают выводы. III. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ ЗНАНИЙ Работа в парах.  Преподаватель: Закодируем при помощи этих же таблиц кодировки слова,  предложенные вам на карточках.  Задание: Все понятия употребляются в информатике или связаны с ней.  Определите эти понятия и закодируйте их при помощи таблиц КОИ8­Р  или CP1251.  Карточка 1 Карточка 2 Карточка 3 Каким понятиям  соответствуют  приведенные ниже  комментарии.  Каким понятиям  соответствуют  приведенные ниже  комментарии.  Каким понятиям  соответствуют  приведенные ниже  комментарии.  1. Прямоугольник, у  которого все стороны  равны 2. Луч, который  исходит из вершины  угла, проходит между  его сторонами и делит  угол пополам. 1. Последовательность  команд, которую  выполняет компьютер в  процессе обработки  данных. 2. Определенное  количество информации,  имеющее имя и  хранящееся в  долговременной памяти  ПК. 1. Глобальная  компьютерная сеть,  объединяющая  многие локальные,  региональные и  корпоративные сети  и включающая сотни миллионов  компьютеров. 2. Устройство  компьютера,  предназначенное для вывода на бумагу  числовой, текстовой  и графической  информации 17 1. Алгоритм 2. Файл Алгоритм  СР1251:  Ответы 1. Интернет  1. Квадрат  2. Принтер Коды Интернет  СР1251:  2. Биссектриса Квадрат  СР1251: 192 235 227 238 240  232 242 236   200 237 242 229 240  237 229 242  202 226 224 228 240  224 242  Файл КОИ8­Р: 230 193 202 204  Принтер  КОИ8­Р: Биссектриса  КОИ8­Р: 240 210 201 206 212  197 210  226 201 211 211 197  203 212 210 201 211  193  Студенты открывают карточки согласно номеру, названному учителем для  каждой пары учащихся.  Преподаватель: Назовите задуманные термины или понятия. Кто получил  правильный код? У кого не получилось? В чем ваша ошибка, как вы считаете? Студенты отвечают на вопросы в форме обсуждения. (Переход на интерактивный режим работы доски). Преподаватель: Теперь переходим к решению задач на количество текстовой информации и величин, связанных с определением количества текстовой  информации. Условие задачи № 1. (На интерактивной доске – условие задачи­ слайд 14) Считая, что каждый символ кодируется одним байтом, оцените  информационный объем следующего предложения: 18 “Мой дядя самых честных правил, Когда не в шутку занемог, Он уважать  себя заставил И лучше выдумать не мог.”  Решение: В данной фразе 108 символов, учитывая знаки препинания, кавычки и пробелы. Умножаем это количество на 8 бит. Получаем 108*8=864 бита.  Есть ли вопросы по решению? Студенты задают вопросы, если они возникают. IV. ОБОБЩЕНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ ЗНАНИЙ Вопросы Преподавателя (слайд 1. Какой принцип кодирования текстовой информации используется в  компьютере?   15):   2. Как называется международная таблица кодировки символов? 3. Перечислите названия таблиц кодировок для русскоязычных символов. 4. В какой системе счисления представлены коды в перечисленных вами  таблицах кодировок? Преподаватель вместе со студентами подводит итоги урока, выставляет  оценки.  19 20 V. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Запишите домашнее задание (слайд 16): 1. Повторить изученный материал занятия по конспекту и учебнику; 2. Решите задачу № 2. (Условия задачи на интерактивной доске и в  рабочей тетради).  Лазерный принтер Canon LBP печатает со скоростью в среднем 6,3  Мбит в секунду. Сколько времени понадобится для распечатки 8­ми  страничного документа, если известно, что на одной странице в среднем по 45 строк, в строке 70 символов (1 символ – 1 байт). ( Решение:  1) Находим количество информации, содержащейся на 1 странице:  45 * 70 * 8 бит = 25200 бит 2) Находим количество информации на 8 страницах: 25200 * 8 = 201600 бит 3) Приводим к единым единицам измерения. Для этого Мбиты переводим в  биты: 6,3*1024=6451,2 бит/сек. 4) Находим время печати: 201600: 6451,2 ?  Ответ: 31 секунда.) Преподаватель: До свидания, спасибо за урок (слайд 16). 21 22