ТЕМА: Дискретное (цифровое) представление текстовой, звуковой, графической информации.

Занятие № 9,10,11

дата	курс
__.__.____

Тема: Дискретное (цифровое) представление текстовой, звуковой, графической информации.

Вид: практическое задание

 Тип: Учебное занятие по совершенствованию знаний и способов действий

 А. Учебные цели (для обучающихся):

1) формировать у обучающихся общие компетенции: ОК-1-7;

2) на основе понятия дискретизации информации изучить способы представления информации в текстовом, графическом и звуковом виде, закрепить понятия на практических задачах;

3) развивать качества мышления, умение наблюдать, обобщать, анализировать, совершенствовать пространственное воображение;

4) воспитывать информационную культуру, взаимопомощь, умение самостоятельно добывать информацию, анализировать и оценивать в процессе работы.

Б. Методические цели (для преподавателя):

1) формировать у обучающихся общие компетенции: ОК-1-7;

2) формировать представление о дискретном способе представления  информации,

 изучить способы представления информации в текстовом, графическом и звуковом виде,;

3) организовать самостоятельную работу учащихся;

4) учить сравнивать, обобщать, анализировать ответы товарищей.

6. А. Учебные задачи (для обучающихся):

1) сформировать умение представлять числовую информацию в двоичном виде, переводить числа в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления из десятичной с/с; изучить технологии определения количества информации в графическом монохромном изображении.

2) развивать самостоятельность мышления, ответственность за выполненную работу;

3) воспитывать информационную культуру, взаимопомощь, умение самостоятельно добывать информацию, анализировать и оценивать в процессе работы.

 

Б. Методические задачи (для преподавателя):    

1) применить активные и интерактивные формы и методы обучения студентов для достижения образовательных результатов;

2) развивать умения обучающихся самостоятельно справляться с большими объемами информации, представленную в различном виде делать выводы и обобщения, анализировать;

3) способствовать активному усвоению нового учебного материала студентами;

4) воспитывать интерес к учебной дисциплине «Информатика»,

7.Средства обучения:

1) мультимедийный проектор – 1 шт.;

2) экран – 1 шт.;

3) доска для написания мелом – 1 шт.;

4) персональный компьютер – 13 шт.;

5) видео урок;

6) комплекс необходимого программного обеспечения;

7) Интернет ресурсы;

8) УМК – по количеству студентов;

9) индивидуальные задания на карточках.

1.   Общие компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.

 

8. Ход урока

ПЛАН УРОКА

1. Организационный момент – 5 мин.

2. Актуализация опорных знаний – 5 мин.

3. Изучение нового материала – 40 мин.

4. Закрепление материала – 35 мин.

5. Итоги урока – 3 мин.

6. Домашнее задание – 2мин.

1. Организационный момент.

Преподаватель. Здравствуйте, уважаемые студенты!

Проверка посещаемости.

Преподаватель. Тема сегодняшнего урока: Дискретное представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации.  Изучение данной темы мы с вами разобьем на два блока первый: «Дискретные модели данных в компьютере. Представление чисел.» Второй: «Дискретные модели данных в компьютере. Представление текста, графики и звука.»

Для формирования представлений о дискретном способе представления  информации в текстовом, графическом и звуковом виде мы в начале занятия просмотрим видео 1:

После просмотра видео перейдите к презентации с аналогичным названием на компьютере, расположенной в папке «уроки по информатике» и повторите материал самостоятельно, записав, необходимые на ваш взгляд, основные аспекты.

 

Текст: Дискретные модели данных в компьютере. Представление чисел

 

Целые числа бывают со знаком или без знака. Целые числа без знака занимают в компьютере обычно один или два байта. Какое число в однобайтовом формате будет самым маленьким? Это число, состоящее из восьми нулей – 0 000 0000. Соответственно, самым большим числом будет восемь единиц – 1 111 1111. Для чисел, которые занимают не восемь а шестнадцать бит, будет в первом случае шестнадцать нулей, а во втором – шестнадцать единиц.

Понятнее это все можно показать в виде диапазона. Для восьмибитных чисел: (0; 2⁸-1), а для двухбайтового диапазон будет представляться (0; 2¹⁶-1). Если представить эти диапазоны в десятичном виде, то первый диапазон – (0;255), а второй (0; 65 535).

Вспомним, как же переводить числа из одной системы в другую. Переведем число 76 из десятичной системы в двоичную.

1.     76 : 2 = 38 (0)

2.     38 : 2 = 19 (0)

3.     19 : 2 = 9 (1)

4.     9 : 2 =4 (1)

5.     4 : 2 = 2 (0)

6.     2 : 2 = 1 (0)

Теперь снизу вверх записываем код

1001100.

Поскольку цифр 7, то перед первой 1 мы дописываем незначащий 0. Получаем 01001100₂. Так мы представили число 76 в однобайтовом формате. То же самое мы получим в двухбайтовом.  Если мы добавим один байт, то цифр станет не 8, а 16. Поскольку число 76 мы перевели в двоичную систему и увидели, что оно занимает один байт, то второй мы просто заполним нолями.

Получим 0 000 0000 0 100 1100₁₆

Целые числа со знаком обычно занимают в памяти компьютера 1, 2 или 4 байта. Причём левый разряд содержит информацию о знаке числа. Разберем запись числа со знаком в однобайтовом формате. Повторимся, такие числа имеют восемь разрядов – от 0 до 7. Седьмой разряд и будет отвечать за знак числа, а предыдущие семь, за запись самого числа.

Следует заметить, что запись чисел со знаками может быть разной формы. На самом деле таких форм три:

−       Прямой код

−       Обратный код

−       Дополнительный код

Чаще всего применяют обратный и дополнительный код.

Числа со знаком +, то есть положительные, в этих кодах изображаются одинаково – записывается двоичный код и в знаковом разряде цифра 0. Как мы уже говорили, знаковый разряд показывает знак целого числа: 0 – знак +, 1 – знак -.

Отрицательные числа во всех трёх кодах имеют разное написание.

Начнем с прямого кода. Возьмем для примера число -3. В однобайтовом формате запишем так: 1 000 0011. В седьмом разряде мы смело вписываем 1, так как у нас число отрицательное, а дальше вписываем весь двоичный код числа.

Запишем число -127 в двоичном коде. Проделываем тот же алгоритм. Получаем: 1 111 1111. Опять же на знаковом разряде у нас 1, а дальше двоичный код числа 127.

Перейдём к обратному коду и запишем те же числа, только уже используя другой код.

Обратный код получается инвертированием всех цифр данного числа. Все ноли заменяются единицами, и наоборот - все единицы нолями.  Возьмем наше число -3. Тут мы работаем с абсолютным значением этого числа, с 3. Запишем для него прямой код:

0 000 0011 – в знаковом разряде 0, так как мы берем абсолютную величину.

Теперь всё инвертируем:

0 000 0011

1 111 1100 – число в обратном коде.

То же самое делаем с числом -127

0 111 1111

1 000 0000

Разберем дополнительный код для данных чисел.

Дополнительный код образуется с обратного кода с последующим добавлением 1 к самому младшему разряду.

Для числа -3 обратный код мы записали как:

1 111 1100, теперь прибавляем к младшему разряду 1:

     +                     1

          ___________

           1 111 1101 – это дополнительный код числа -3

Аналогично для числа -127 получим:

 10000000

 10000001 – дополнительный код числа -127.

Обычно компьютер автоматически приводит отрицательные числа в обратный или дополнительный код. Они хранятся именно в таком виде. При выводе таких чисел происходит обратное преобразование в десятичную систему

Существуют два способа представления дробных чисел в памяти компьютера – это числа с фиксированной точкой и числа с плавающей точкой.

На самом деле числа с фиксированной точкой представляются очень просто: как целые числа до точки и целые числа после точки. Например, 0,5 в этом формате это 0 и 5. Дальше запись в двоичном виде.

0 00000000. 0 0000101

Обратите внимание, что вместо запятой мы ставим точку.

Числа с фиксированной точкой - это очень простой формат. В таких числах можно хранить очень ограниченный диапазон чисел. Поэтому для сложных расчетов, как математических, физических или даже для расчёта графики, используют числа с плавающей точкой.

В этом формате число представляется в специальном виде

A = m*q^p

Здесь m – мантисса числа, q – системы счисления, p – порядок числа. Рассмотрим эту формулу подробнее.

Запишем в этом формате десятичное число 2,2.

m*q^p

q=10, так как число в десятичной системе

Так что здесь мантисса, и что такое порядок нашего числа?

M              p

22            -1         22*10^-1=2,2

220          -2         220*10^-2=2,2

2200        -3         2200*10^-3=2,2

И так далее. Тут ярко видно, почему есть понятие плавающей точки.

Соответственно для компьютера мы имеет то же самое, только q=2 (двоичная система).

К сожалению, несмотря на то, что числа с плавающей точкой умещают в себе огромный диапазон чисел от -2³⁰⁰ до 2³⁰⁰, при вычислениях на компьютере возникают некоторые проблемы.

Проблема первая – каждый ПК вычисляет с точностью до 10^-16. Если мы будем суммировать два числа, разность степеней которых большая, то компьютер не выдаст нам верного результата.

Проблема вторая – для компьютера существенно отличаются такие выражения, как, например, 1+2⁴⁵ и 2⁴⁵+1. Поэтому опять же возникает погрешность в вычислениях.

На самом деле в вычислениях, проводимых, например, простым пользователем, бухгалтером или экономистом, эти проблемы не имеют значения, и мы успешно используем персональный компьютер для работы с числами разного рода.

 

Преподаватель. Обратите внимание на то, что вы использовали различные возможности для восприятия и закрепления информации, вы посмотрели видео, изучили презентацию с материалом нашего урока, самостоятельно выбрали и записали основные понятия данной темы. Закрепив изученный материал переходим к восполнению практических заданий. Для этого решим индивидуально задания на карточках. Для этого разобьемся на варианты, 1 вариант выполняет четные задания, второй нечетные.

Практическое задание:

1. Переведите числа из десятичной системы счисления в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления.

1.     949;

2.     763;

3.     994,

4.     125;

5.     523;

6.     2032.

2. Переведите числа в десятичную систему счисления.

1.     111000111₂;

2.     100011011₂;

3.     1001100101,1001₂;

4.     1001001,011₂;

5.     335,7₈;

6.     14C,A₁₆.

 

просмотрим видео 2:

После просмотра видео перейдите к презентации с аналогичным названием на компьютере, расположенной в папке «уроки по информатике» и повторите материал самостоятельно, записав, необходимые на ваш взгляд, основные аспекты.

Текст 2

Способы компьютерного кодирования текстовой, графической и звуковой информации. Текст в компьютере хранится посимвольно (дискретный), при этом каждому символу присваивается определённый код. Существуют специальные таблицы, с помощью которых сопоставляются символы и их коды. Эти таблицы называются таблицами ASCII.

Со временем базового набора кодов стало не хватать. Возросший дефицит знакомест в стандартной таблице ASCII потребовал ее немедленного расширения. В результате возникла новая таблица кодировок, получившая название "расширенная таблица ASCII", число знакомест в которой возросло до 2⁸ (256 знакомест). Эта таблица получила название международного стандарта IS 646, а восьмибитный код - Latin-1. В него были добавлены в основном латинские буквы со штрихами и диакритические символы. Вскоре появился новый стандарт IS 8859, в котором вводилось понятие "кодовая страница", т.е. набор из 256 символов для определения языка или группы языков, т.е. IS 8859-1 это Latin-1, IS 8859-2 включал славянские языки с латинским алфавитом (чешский, польский, венгерский), IS 8859-3 включал турецкий, мальтийский, эсперанто, галисийский языки. Недостатком такого подхода является то, что программное обеспечение должно следить за кодовыми страницами, смешивать языки при этом невозможно, кроме того не были созданы кодовые страницы японского и китайского языков.

В январе 1991 года возник консорциум UNICODE (Unicode Consortium), целью которого является продвижение, развитие и реализация стандарта Unicode как международной системы кодирования для обмена информацией, а также поддержание качества этого стандарта в будущих версиях.

Ниже приведена сравнительная таблица кодов ASCII и UNICODE, взятая из Фрагмента спецификации UNICODE 4.0 (Unicode Standard, Version 4.0), размещенного на сайте Unicode Consortium.

Кодовая таблица для кириллицы приведена на следующем рисунке (взято из Фрагмента спецификации UNICODE 4.0).

Рассмотрим простой пример. Как посчитать, сколько байт памяти занимает текст «Я помню чудное мгновенье», если он закодирован с помощью однобайтовой таблицы?

Достаточно пересчитать все символы, включая пробелы, запятые и точки.

Я помню чудное мгновенье

Здесь 24 символа, а значит, текст занимает 24 байта информации.

Кодирование изображений.

Кодирование изображений выполняется попиксельно (дискретно).

Каждая картинка разбивается на пиксели и компьютер помнит цвет каждого пикселя. Поскольку сами точки очень маленькие, то наш глаз видит картинку целиком, а не разбитую на точки. Для картинки мы знаем разрешение, то есть количество пикселей в картинке. Есть разрешение по горизонтали и разрешение по вертикали. Качество самой картинки зависит от разрешения – чем выше разрешение, тем выше качество картинки. Но как же узнать, какое количество информации занимает картинка? Для этого нужно знать, сколько места выделяется на один пиксель. Введем понятие «глубина цвета». Глубина цвета – это количество бит, которые выделяются на один символ. Также нам нужно знать количество цветов в палитре, то есть какое количество цветов может принимать пиксель. Между глубиной цвета и количеством цветов можно выстроить связь:

Количество цветов = 2^{глубина цвета}

Соответственно, если мы имеем картинку с глубиной цвета в 8 бит, то у нас 256 цветов (2⁸).

Известно, что изображения бывают чёрно-белыми (глубина 1 бит) и цветными.

Задача. Дано изображение 5 х 15 на 16 цветов. Посчитать, какой объем информации занимает данное изображение. Искомую величину обозначают I:

I=5*15*4   (4, потому что для представления 16 цветом нужно 4 бита).

Получим I= 300 бит

Самой главной характеристикой изображения служит dpi. Эта величина показывает количество точек на дюйм для каждого изображения, что очень важно при выводе на принтер готового изображения или для сканирования документа. Если у нас есть картинка, которую нужно отсканировать, мы знаем её размер, например, 6 х 8. При выборе опций сканирования мы выбираем качество 100 dpi, то понятно, что разрешение изображения станет 6*100 х 8*100 = 600 х 800. Далее мы легко сможем посчитать размер этого изображения.

Важно знать, что глубина цвета, которая сейчас применяется для создания изображений – 24 бита, то есть количество цветов – 2²⁴, что приблизительно составляет 16 миллионов цветов.

Существует две модели кодировки: RGB и CMYK.

RGB – Red Green Blue – красный зелёный, синий. С помощью этих трёх цветов формируется любое изображение. Каждый цвет может принимать значение от 0 до 255. Если, например, все цвета имеют значение 0, то на экране мы получим чёрный цвет, если все – 255, то белый цвет, если красный будет иметь максимальное значение 255, а остальные 0, то на экране соответственно будет красный цвет.

 Модель CMYK противоположна. Если все цвета имеют значение 0, то на экране мы получим белый цвет. Соответственно модель RGB используют на мониторах, а модель CMYK при выводе картинки на печать (При отсутствии цветов на экране получим чёрный цвет, а при выводе на принтер лист будет пустым).

Кодирование звука.

Из уроков физики известно, что звук – это волна, звуковая информация, которая имеет свойства волн. Звук в первую очередь характеризуется частотой, которая измеряется в Герцах (Гц) и амплитудой колебания волны.

Введем величину – частота дискретизации.  По сути – это величина, которая показывает, на сколько частиц разбита шкала за единицу времени. Если у нас частота дискретизации 80Гц, то таких промежутков в 1 с целых 80. Амплитуда так же, как и шкала времени, делится на маленькие промежутки, которые называются точностью выборки или глубиной звука.

Задача.

Звуковой файл имеет протяжность 2 минуты, точность выборки 16 бит и 10кГц. Переведем 2 минуты в секунды.

120с * 10000Гц = 1200000 – количество отрезков на шкале времени

Переведём 16 бит в байты и умножим на количество отрезков. Получим 2400 кбайт или 2,4 Мбайт.

Звук бывает моно, стерео и квадро. Как разобраться с размером файла? Задача у нас решена для моно звука. Если звук стерео, то в задаче результат нужно умножить на 2, так как в стерео каналы независимые и кодируются отдельно. При квадро звуке результат нужно умножить на 4.

Понятно, что это не реальный размер звукового файла, так как существуют разные форматы записи. Известный формат МР3 сжимает файл, и он занимает меньше места на компьютере.

Преподаватель. Решим индивидуально задания на карточках. Для этого разобьемся на варианты, 1 вариант выполняет четные задания, второй нечетные.

Практические задания:

Определите количество информации, которые занимает данное изображение в памяти компьютера, сохраненное без использования алгоритма сжатия.

1.      

 

2.      

9. Подведение итогов. 

Преподаватель. Ребята, вы сегодня хорошо поработали. Обменяйтесь тетрадями для проверки и сверьте ответы с написанными на доске. Проанализируйте количество выполненных правильно заданий и выставьте оценку по следующим критериям, самостоятельно рассчитав процент:

−       85-100% - отлично

−       75-84% хорошо

−       60-74% - удовлетворительно

−       менее 60 процентов – неудовлетворительно.

Выставьте оценки в тетрадь самостоятельно и верните своим однокурсникам. А теперь, продиктуйте мне какие вы получили оценки.

10. Домашнее задание: Подготовиться к практической работе, повторить конспект в тетради.

 

 

Скачано с www.znanio.ru