Министерство образования и науки Российской Федерации Частное учреждение образовательная организация высшего образования "Омская гуманитарная академия" Кафедра __ Информатики, математики и естественнонаучных дисциплин_____ КУРСОВАЯ РАБОТА на тему _____________Кодирование информации_______________________________ __________________________________________________________________ по учебной дисциплине: __Современные информационные технологии____ Выполнил(а): _Лопатько Роман Александрович_______ Фамилия И.О. Направление подготовки: _Прикладная информатика________________________ Форма обучения: _заочная________ Работа защищена с оценкой: ____________________________ ____________________________ Подпись Фамилия И.О. “____”________________20___ г. Омск, 2016 Содержание Введение…………………………………………………………………….……..3 1. Теоретическая часть……………………………………………………………5 1.1 Кодирование информации. Формальный язык……………………..……….5 1.2 Представление положительных и отрицательных чисел в памяти компьютера. Прямые и дополнительные кодовые номера……………………………7 1.3 Кодирование вещественных чисел. Нормализованное представление числа……………………………………………………………………………………….9 1.4 Представление целых чисел в памяти ЭВМ. Индикаторы переноса и переполнения……………………………………………………………………………12 2. Практическая часть………………………………………….…………………14 2.1 Индикаторы переноса и переполнения…………….………………………..14 2.2 Кодирование звуковой информации…………………………………………17 2.3 Растровая и векторная графика………………………………………………20 Заключение…………………………………………………….……………..……25 Список использованных источников…………………………………………….27 Приложения………………………………………………………….……………28 2 Введение Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся электронных автоматизированной вычислительных обработкой машин. информации Французский термин с помощью informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и automatigue (автоматика) и означает "информационная автоматика или автоматизированная переработка информации". В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике). Главной частью информатики как науки является теория информации, которая занимается изучением информации как таковой, ее появлением, развитием и уничтожением. В данной науке близко примыкает теория кодирования, которая занимается изучением форм представления информации при ее передаче по различным каналам связи, а также при хранении и обработке. С передачей информации связан ряд проблем: 1. повышение эффективности передачи, для повышения скорости передачи информации по каналу требуется разработка методов кодирования; 2. повышение надежности передачи путем использования помехоустойчивых кодов; 3. эффективное использование многоканальных систем передачи; 4. использование новых перспективных видов связи. Тема «Кодирование информации»», рассматриваемая в данной курсовой работе, очень актуальна, так как кодирование информации – одна из первых тем, раскрываемых в информатике. Цель курсовой работы - рассмотреть методические подходы к изучению темы «Кодирование информации». Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач: • провести анализ учебников по информатике в аспекте изучения темы «Кодирование информации». 3 • провести анализ требований содержания раздела «Кодирование информации» в Государственном образовательном стандарте • изучить методические рекомендации по изучению темы «Кодирование информации»; Методы исследования: • теоретический анализ научной и учебно-методической литературы; • методы презентации данных: схемы, рисунки. Объект: процесс преподавания «Кодирования информации» в учебном курсе. Курсовая работа состоит из: введения, двух глав, заключения, списка литературы. 4 1 Теоретическая часть 1.1 Кодирование информации. Формальный язык Язык - система символов и правил для передачи сообщений. Есть естественные языки, в которых люди общаются, и искусственные (или формальное). Для официальных языков, языков программирования. Язык устанавливается алфавит, синтаксис и семантику. Язык программирования - формальный язык обеспечивает описание конкретных задач, сформулированных и решаемых человеком при использовании компьютера. Алфавит набор упорядоченных определенным образом символов (знаков) в конкретном языке или системы. Только символы, принадлежащие к этой системе алфавита, может быть использовано для создания слов. Синтаксис (от греческого Syntaxis -. Строительство, процедуры) - это набор правил для построения слов, структуры и закономерности текста на языке или системы. Некоторые авторы включают синтаксис и алфавит. Ошибки при написании программы, касающиеся только синтаксиса, обнаруженные при разработке, осуществляется переводчиком. Слово может быть определено как упорядоченный набор символов в данном алфавите, имеет определенный смысл. Вещатель (от англ Translate - переводчик.) - Программа, которая производит трансляции программ с одного языка программирования на другой. Под семантикой (от греческого - Semantikos, обозначающий) понимается смысл каждой синтаксической структуры в языке или системе. Компилятор языка программирования переводит синтаксис языка программирования в команды понятной операционной системе и процессору. Семантические ошибки не может определить переводчик, их поиск происходит во время отладки, тестирования и использования программы человеком. Шифрование данных Любая информация, с которыми работают современные компьютерные технологии, преобразуется в число двоичной системы. 5 Тот факт, что физические приборы (регистры, ячейки памяти) могут существовать в двух состояниях, которые соответствуют 0 или 1. Используя ряд аналогичных физических устройств могут быть сохранены в памяти компьютера практически любое количество чисел в двоичной системе. Сколько физических ячеек, используемых для записи количества двоичной информации, стольки разрядное число можно записать. Если ячеек 8, то количество должно состоять из восьми цифр. Кодирование целых чисел процессором, дробных и отрицательных, а также символов (буквы и т.д.), различны для каждого вида. Например, для хранения целых чисел, выделено меньше памяти (меньше ячеек), чем ячейки хранения дробной независимо от их значимости. Тем не менее, мы всегда должны помнить, что любая информация (числовая, текст, графика, звук и т.д.) в памяти компьютера представлены в виде чисел двоичной системе счисления (почти всегда). В общих чертах, кодирования информации может быть определено как передача первичной информации в алфавите сообщений, последовательности кодов. Конечно нужно понимать, что все данные – это точно закодированная информация . Информация может быть представлена в различных формах: в виде чисел, текста, рисунка и т.д. Трансфер из одной формы в другую - это кодирование. Натуральные числа (положительные числа) Как правило, ячейка памяти 1 байт, который в свою очередь равен 8 бит. Т.е. в одной ячейке можно хранить в количестве восьми-битной двоичной системе счисления. Очевидно, что такое минимальное число 00000000, 11111111 максимальное. Если представить количество 11111111 в десятичной системе, мы получаем число 255. Т.е., один байт может хранить целое положительное число от 0 до 255 включительно (из 256 значений, что соответствует 28). Для хранения чисел, имеющих значение больше, чем 255, используются более байта. В двух байтах можно сохранить номер, состоящий из 16 цифр. Вы можете узнать количество возможных комбинаций нулей и единиц до 16-значного номера: 6 216 = 65536. То есть, в два байта можно хранить любое число от 0 до 65535. Например, чтобы вычислить число значений, которые могут быть сохранены с помощью ячейки памяти 4 байта (такая клетка имеет 32 бита): = 294 4 232 967 296 т.е. более чем 4 млрд. 1.2 Представление положительных и отрицательных чисел в памяти компьютера. Прямые и дополнительные кодовые номера Прямой код - представление числа в двоичной системе, в которой первый (старший) разряд определяется знаком числа. Если число положительное, слева цифра 0 записывается; Если число отрицательное, то записывается с лева цифра 1. Таким образом, в двоичной системе, с использованием прямого кода в восеми клеточной (байт) можно записать семизначный номер. Например: 000011010 - положительное число 1 00011010 - отрицательное число , Которые могут быть помещены в камеру, с семизначной отметки, в дополнительном разряде, число значений 256. Это то же самое, как количество значений, которые могут быть размещены в восьми клетках без знака. Тем не менее, диапазон значений другой, он владеет значениями от -128 до 127 включительно (при переводе в десятичную систему). В вычислительных прямых код используется почти исключительно для представления положительных чисел. Для отрицательных чисел, так называемого дополнительного кода. Это связано с удобством выполнения операций от количества электронных устройств в компьютере. Дополнительный код, а также прямой, первый разряд присваивается, знак числа. Прямая код используется для представления положительных чисел и дополнительный - Отрицательный. Таким образом, если первая цифра 1, то мы имеем дело с дополнительным кодом с отрицательным числом. Все остальные биты дополнительного кода сначала инвертируется, т.е. заменить на противоположное (0 на 1 и 1 на 0). Например, если 1 0001100 - прямая 7 кодовым номером, а затем формирование ее дополнительного кода, вам сначала нужно заменить нули на единицы и единицы до нуля, за исключением первой категории. Получить 1 1110011. Но это не окончательная форма дополнительного кода. Ниже будет добавлен к блоку получить обратную числа: 1110011 1 + 1 = 1 1110100 В результате, число оборотов, которое называется дополнительный код. Причина, по которой дополнительные кодовые номера используются для представления отрицательных чисел, в связи с тем, что она легче выполняет математические операции. Например, у нас есть два номера, представленные в прямом коде. Один номер является положительным, а другой - нет, эти цифры должны сложить. Тем не менее, они не могут просто свернуться. Компьютер должен сначала определить, какой вид. Видя, что одно число отрицательное, оно должно быть заменено на вычитание. Затем машина должна определить, какое число больше по абсолютной величине, чтобы определить знак результата и решить, что отрицательно. В конце концов, выясняется, сложный алгоритм. Это гораздо проще, чтобы добавить номера, если преобразуется в дополнительный код отрицательного. Это можно увидеть в приведенных ниже примерах. Операция сложения положительных и отрицательных чисел представлены в прямом коде Прямой код числа 5: 0 000 0101 Прямой код числа -7: 1 000 0111 Два исходных числа сравниваются. В разряд знака результата записывается знак большего исходного числа. Если числа имеют различные знаки, то вместо операции сложения будут использоваться операция вычитания из большего по модулю значения наименьшего. При этом первый (знаковый) разряд в операции не участвует. _ 000 0111 000 0101 ------------8 000 0010 После выполнения операции учитывается первый разряд. Результат операции 1 000 0010, или -210. Операция сложения положительного числа и отрицательного числа, представленного в дополнительном коде Прямой код числа 5: 0 000 0101 Прямой код числа -7: 1 000 0111 Формирование дополнительного кода числа -7. Прямой код : 1 000 0111 Инверсия : 1 111 1000 Добавление единицы: 1 111 1001 Операция сложения. 0 000 0101 + 1 111 1001 -------------1 111 1110 Проверка результата путем преобразования к прямому коду. Дополнительный код: 1 111 1110 Вычитание единицы : 1 111 1101 Инверсия : 1 000 0010 (или -210) 1.3 Кодирование вещественных чисел. Нормализованное представление числа В компьютерной технике вещественными называются числа, имеющие дробную часть. Дробные числа могут хранить большой набор цифр. Например: 0.0000345 или 10900000 (т.е очень большие или очень маленькие числа). Для удобства действительных чисел на виде так называемого нормализованного представленного числа. Является ли представление этого числа написано как продукт на счисления, возведенное в какой-то степени. Например, 9 предыдущие два числа в нормализованном виде будут выглядеть так: 0.345 * 10-4 и 0.109 * 108. Здесь числа 0.345 и 0.109 – мантиссы вещественных чисел, 10 – основание системы счисления, а -4 и 8 – порядки. При этом запятая (точка), разделяющая дробную и целую части ставится перед первой значащей цифрой (отличной от 0). Нормализованная форма числа является наиболее понятной для представления дробных чисел в компьютере. Понятно, что нормализированное представление используется не только для десятичной системы счисления. Вот примеры нормализованных записей дробных чисел в двоичной системе счисления: 101.11 = 0.10111 * 211 0.001 = 0.1 * 2-10 Здесь степени 11 и 10 – это двоичная форма десятичных чисел 3 и 2. Нормализованная форма представления числа – это одна из форм множества вариантов экспоненциальной формы записи числа. Пусть слово состоит из 2 байт, два слова – это 4 байта или 32 бита. Нормированного числа одинарной точности представлены в формате с плавающей точкой, хранится в памяти следующим образом: знак числа - в немного первые 15 слов (0 - 1 для положительной и - для отрицательных чисел); заказ размещен в битах 7-14 первого слова, а остальные мантиссы занимает 23 бита в двух словах (от 0 до 6 битов первого слова и все биты второго слова). Нормированного числа двойной точности записывается в память о четырех слов, и отличается от представления чисел в одинарной точности только что продолжение мантиссы находится в первом слове следующих трех последовательных слов памяти, но только под мантиссам в данном случае назначается 55 битов. Номер заказа представлен в формате с плавающей точкой, колеблется от -128 до +127 и находится на увеличении 128. Этот метод представления порядка называется смещением. Следует иметь в виду, что, хотя мантисса выделенных 23-значные номера для одинарной точности и 55 бит - для чисел двойной точности, операции участвуют 24 и 56 бит, соответственно, как старший бит мантиссы нормализованных чисел не 10 хранятся, т.е. есть категория так называемой скрытой. Тем не менее, операции аппаратного, этот бит автоматически восстанавливается и приняты во внимание. Эта процедура также принимает во внимание количество скрытой MSB мантиссы. Нормализованная мантисса в двоичной системе счисления всегда представляется десятичным числом m, лежащим в диапазоне 0,5 <= m < 1. Пример представления числа в формате с плавающей точкой: 0.110 = 0.000(1100)2 = 0.(1100)2*2-3 -310 = (-3 + gelleruri128)10 = 011111012. Если мантисса представлена бесконечной периодической дробью, то последний учитываемый разряд мантиссы округляется. -49.510 = -110001.1002 = -0.11000112*26 610 = (6 + 128)10 = 100001102. При выполнении арифметических операций над числами, представленными в формате с плавающей точкой, вы должны выполнить их отдельно и мантисс. В алгебраического сложения чисел, необходимых для выравнивания первого порядка. Умножая порядки нужно сложить мантиссу - многократно. При делении дивидендов вычитается из процедуры делителя, и над мантисс сделать нормальную операцию деления. После операции, если это необходимо, в результате нормализации осуществляется, что приводит к изменению заказов, так как каждый переход на один разряд влево соответствует уменьшению порядка на единицу, и сдвиг вправо увеличивается на единицу. Введение термина "плавающей точкой" только потому, что двоичный порядок, определяет фактическое положение точки изображения регулируется после каждого арифметической операции, т.е. точки в образе "плавает" (изменяет свое состояние) в качестве изменения это значение. Через номера изображения, представленные в формате с фиксированной точкой, он жестко закреплен в определенном месте. Арифметические операции с числами, представленными в формате с плавающей точкой, является гораздо более сложными операциями по тому же числу, представленного в формате с фиксированной точкой. Но операция с плавающей точкой позволяет автоматическое масштабирование в машине и 11 устраняет накопление абсолютной погрешности в расчетах (хотя и не устраняет накопление относительной погрешности). 1.4 Представление целых чисел в памяти ЭВМ. Индикаторы переноса и переполнения Для простоты, мы будем разбирать машинное четырехбайтовое слово. Этот размер слова обеспечивает хранение десятичных чисел только от 0 до 15 (когда только принимать целые положительные числа). Тем не менее, законы, открытые на примере четырех слов, остаются в силе для машинного слова любого размера. Предположим, что процессор способен увеличить память и (добавить 1) дополнением (обратнай) из четырех слов. Например, результатом увеличения 1100 1101 слова, а результат добавления слова в 0011. Рассмотрим слово 0000, представляющий собой десятичное число 0. В результате увеличения содержания слова будет равна 0001, что соответствует десятичному числу 1. Продолжая серию повышения четырех слов, мы приходим к ситуации, когда возрастающее слово 1111 (которое представляет собой десятичное число 15), в результате чего слово 0000, т.е. + 1 = 1111 (1) 0000. Т.е. мы получаем неправильный арифметическую операцию и вернулся в исходное состояние. Это связано с тем, что слово памяти может состоять из конечного числа бит. Таким образом, компьютер числовая система конечна и циклична. Вы можете взять битной конфигурации кода 1111 и отнять 1. Затем в 1110 он интерпретируется как -2, -3, как 1101, 1000, как -8. Таким образом получение другую систему номер - со знаком, содержащего как положительные, так и отрицательные числа. В этой системе, половина из четырех-конфигураций, начиная с блока интерпретируется как отрицательное число, а другая половина начиная с нуля - как положительное число или ноль. Таким образом, самые высокие разрядные числа (третий, если немного начать нумерацию с нуля, справа) является знаковым. Численное система знака также конечна и циклический, арифметически неверный результат будет пытаться увеличить число 7 на устройстве (0111 + 1 = 1000 = -810). 12 Если знаковый бит равен нулю, то значение числа легко вычисляется знаковый бит игнорируется, а остальные три бита интерпретируются как двоичный код десятичного числа. Например, слово 0110 двоичное число 110, которое равно десятичного числа 6. Для оценки отрицательное число вы хотите изменить свой знак. Рассмотрим четыре битный число к системе со знаком. Тогда -k = (-1 - к) + 1, следовательно, для расчета стоимости следует вычесть -kk 1 (т.е. 1111), а затем добавить блок. Заметим, что операция вычитания всегда возможно, он никогда не требует кредита, эквивалентную работе и бит-реверсирования вычитается. Например, 1111 - 1011 = 0100; в данном вычитаемое равно 1011, блок перемещается к нулю, и нулевой - к одному. Инвертирующие бит в слове называется те дополнения. Для определения отрицательных значений к следует дополнить блоки добавить один (в соответствии с вышеприведенным уравнением). Обращая биты в слове с добавлением одного к LSB называется двоичное дополнение. Например, требуется, чтобы найти то, что количество кодируется в слове 1001. По этой первой операции инверсии выполняет 1001 -> 0110, а затем результат добавляется к полученному блок 0110 + 1 = 0111, который представляет собой двоичный код № 7. Таким образом, стоимость 1001 № 7. 13 2 Практическая часть 2.1 Индикаторы переноса и переполнения Рассмотрим более подробно ситуацию, что приводит к увеличению четырехбитового числа, (то есть, прибавлением к ней), с неправильным арифметическим результатом из-за конечного числа компьютеров. Численная система знака такая проблема возникает с увеличением в 1111 слова, в то же время есть передача единиц из знакового бита в никуда. В случае чисел со знаком, переведенных из MSB дает правильный результат: + 0001 = 1111 (1) 0000 (именно так: 1 + 1 = 0), но увеличение в слове 0111 приводит к ошибке: 0111 + 1 = 1000 ( 7 + = 1 до 8), отличающийся тем, что передача происходит в знаковый бит. Процессор компьютера (та часть, которая отвечает за выполнение арифметически-логических операций) имеет два индикатора - индикатор-передачи и индикатор переполнения. Каждый индикатор содержит один бит информации, и может быть установлен с помощью процессора (в данном случае, это дано значение одного) или сброса (ноль). Каждый индикатор передачи предназначен для передачи бита знака за словами, и индикатор переполнения для передачи знакового бита. Таким образом, после операции, в которой передача происходит в наиболее значимых битах, процессор устанавливает индикатор переполнения; если нет такой передачи, индикатор переполнения сбрасывается. Индикатор перевода обрабатывается аналогично. Важно, что после каждой операции компьютерный процессор указывает, индикаторы состояния, и они могут быть проверены. Если индикаторы указывают на неправильный результат арифметического решения, необходимо, исправить эту ситуацию, то есть, компьютер дает возможность пользователю контролировать точность арифметических операций. Пример 1 Рассмотрим сложение двух чисел: 0101 + 0011 = 1000. В результате операции сложения произошел перенос в знаковый бит, и передача знакового бита не было. 14 Таким образом, после завершения индикатора операция передачи сбрасывается и индикатор переполнения остановлен. Таким образом, если мы рассмотрим эти два числа как целые числа без знака, то результат будет арифметически правильный для сброса индикатора передачи. Если мы рассмотрим ряд системы со знаком, то бит переполнения указывает, на то, что есть метка изменения (переход на знаковый бит, и передачи его - нет), так что результат арифметического решения неправильный. Пример 2 В результате сложения чисел 1101 + 0101 = 0010 передается знаковый бит знакового бита. Таким образом, при передачи будет установлен индикатор и сброс показателя переполнения. Следовательно, в результате арифметической операции знак является неправильным, и в подписанных числах - правильным. Пример 3 В результате операции вычитания: 1001 - 0011 = +1001 + (-0011) = 1001 + (1100 + 1) = 1001 + 1101 = 0110 о передаче бита знака и переноса в знаковый бит нет. Таким образом, индикатор будет сброшен передачей и переполнением индикатор устанавливается. Это указывает на то, что в этом примере система знака результата арифметической операции правильно и в системе с - знак является неправильным. Кодировка символов. Unicode Раздел: Шифрование данных Любое количество (в определенных пределах) в цифрах памяти кодируются в двоичную систему. Чтобы сделать это, есть простые и четкие правила перевода. Тем не менее, сегодня компьютер используется гораздо более широко, чем в роли художника-интенсивных вычислений. Например, в памяти компьютера для хранения текста и мультимедийной информации. Это поднимает первый вопрос: Как и в памяти компьютера хранятся символы (буквы)? Каждая буква относится к определенному алфавиту, в котором символы следуют друг за другом, и, следовательно, могут быть пронумерованы последовательными целыми числами. Каждая буква может быть связана с 15 положительным целым числом и назовите его код символа. Этот код хранится в памяти компьютера, и вывод на экране или бумаге "преобразованного" в соответствующем характеру. Чтобы отличить представление чисел от представления символов в памяти компьютера также хранит информацию о том, какие данные кодируются в конкретной области памяти. Соблюдение определенных букв алфавита с числами, коды формирования так называемой кодовой книги. Другими словами, каждый символ алфавита имеет особый числовой код в соответствии с определенной кодовой книгой. Тем не менее, алфавитов мира так много (английский, русский, китайский и другие.). Таким образом, возникает следующий вопрос: Как кодировать все алфавиты, используемые в компьютере? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте пройдем исторический. В 60-х годах ХХ века Американский национальный институт стандартов (ANSI) разработал таблицу кодировки символов, которая впоследствии была использована на всех операционных системах. Эта таблица называется ASCII (Американский стандартный кодов для обмена информацией). Позже была расширенная версия ASCII. В соответствии с таблицей кодирования ASCII для представления одного символа выделяется 1 байт (8 бит). Набор из восьми клеток может занять 28 = 256 различных значений. Первые 128 значений (от 0 до 127) являются постоянными и образуют так называемую основную часть таблицы, которые включают десятичных цифр, букв алфавита (прописные и строчные), знаки препинания (точка, запятая, скобки и т.д.), а также пространство и разнообразие специальных символов (вкладке, корма линии, и другие.). Значения от 128 до 255 образуют дополнительную часть таблицы, где предполагается, что он кодирует английские символы. Как очень многих национальных алфавитов, расширенной ASCII-таблицы, есть много вариантов. Даже для русского языка, есть несколько кодовых книг (общим Windows-1251 и KOI8-R). Все это создает дополнительные трудности. Например, мы отправляем письмо, написанное в одной кодировке, а приемник 16 пытается прочитать его в другой. Результат видит тарабарщину. Так что читайте текст, который вы хотите применить для другой таблицы кодирования. Существует еще одна проблема. В некоторых языках, в алфавитах слишком много символов, и они не вписываются в них назначенные позиций, из 128 до 255 однобайтовых кодировок. Третья проблема - что делать, если в тексте используется несколько языков (например, русского, английского и французского)? Вы не можете использовать две таблицы сразу ... Чтобы решить эти проблемы в свое время был разработан кодировку Unicode. Стандарт кодирования символов Unicode Чтобы решить вышеуказанные проблемы в начале 90-х был разработан стандарт кодирования символов, называется Unicode. Этот стандарт может быть использован практически в любой текст языка и символов. Что касается Unicode кодировки обеспечивает 31 бит (4 байта минус один бит). Количество возможных комбинаций дает трансцендентные числа: 231 = 2147483684 (т.е. более чем в два миллиарда долларов). Таким образом, алфавиты Unicode описывает все известные языки, даже "мертвые" и вымышленный, в том числе многих математических и других специальных символов. Тем не менее, информационная емкость 31-разрядной Unicode еще слишком большой. Так часто используется сокращенный вариант 16-бит (216 = 65536 значений), который кодирует все современные алфавиты. В Unicode, первые 128 кодов совпадают с таблицей ASCII. 2.2 Кодирование звуковой информации Аналоговая и цифровая информация Физически звук волна колебаний давления в определенной среде. Независимо от физических характеристик колебаний в этом случае важно, чтобы звук неделимый на части (непрерывных), работающих во времени и пространстве. Для записи звука на любые средства массовой информации могут относиться уровень 17 (прочность) с какой-то измеряемой характеристики этого автомобиля. Например, степень намагниченности магнитной ленты в ее различных областях в зависимости от характеристик звука, который был записан на него. Намагниченность может изменяться непрерывно над лентой, как звуковые настройки могут быть изменены в воздухе. Т.е. лента справляется с задачей хранения звука. И хранить его в так называемой аналоговой форме, когда изменение значения непрерывно (плавно), что близко к естественным звуком. Но как звук хранится на вашем компьютере. Здесь любая информация представлена в цифровой форме. Эти цифры должны быть представлены, и, следовательно, информация, содержащаяся в компьютере дискретно (запятой). Для того чтобы, записывать звук на цифровом носителе (например, жесткий диск), его подвергают так называемой оцифровке, механизм которого заключается в измерении параметров звука после определенного периода времени (очень маленький). Дискретизация и квантование При преобразовании звуковую информацию в цифровую форму его подвергают дискретизации и квантованию. Дискретизация является размер измерений аналоговый сигнал мириады раз в секунду. Полученное значение аналогового сигнала отображается на определенное значение из заранее заданного диапазона: 256 (8 бит) или 65536 (16 бит). Приведение в уровень линии сигнализирует определенный диапазон значений квантуется. Понятно, что независимо от того, как бы часто мы не изменяли, все равно часть информации будет потеряна. Тем не менее, ясно, что чем больше мы делаем изменения, тем точнее будет соответствовать свой цифровой аудио аналоговый оригинал. Кроме того, большее количество битов выделяется для кодирования сигнала (квантования), тем более точное соответствие. С другой стороны, хорошее качество звука будет содержать больше данных и, следовательно, более проходить на цифровом носителе. В качестве примера, такие расчеты. Для качественной музыки записи 18 аналогового аудио сигнала измеряется более чем 44 000 раз в секунду и квантуется 2 байта (16 бит дает диапазон от 65536 значений). Т.е. одна секунда записывается 88000 байт информации. Это равно 88 (000/1024) около 86 Кбайт. Минимальная стоимость в 5168 Кбайт (86 * 60), что немного больше, чем 5 МБ. Приложение A Рис. Диаграммы 1 кодирования аудио информации Представление информации в компьютере: выборка и квантование Большинство экологической информации человек воспринимает через органы зрения и слуха. Это естественно для нас, чтобы сформировать информацию, которую мы храним в виде изображений и звуковых записей на различных носителях. Когда мы визуально наблюдать определенную область пространства, и мы хотим, чтобы это описание, то мы приходим к выводу, что это может быть сделано по-разному. Если вы планируете хранить информацию в графическом изображении, а затем мы должны каким-то образом описать каждый элемент пространства домена. Но то, что эти элементы? Пространство непрерывно, один и тот же регион может быть разделен на несколько десятков элементов и может быть в тысячи, а можно согласиться, что это бесчисленные элементы - различные точки, которые в свою очередь делятся на микрофотоснимках и т.д. Компьютерная память не резиновая. Нельзя держать много информации бесконечно. Только ограниченное число, хотя и очень много. Поэтому ожидается, описать пространство следует условно разделить на ограниченном числе элементов. И описание этих компонентов будет храниться в памяти компьютера. Дискретизация - это разделение пространства или времени на поле фиксированного размера (точка-точка, в самом деле, не являются), или сегменты. Описывая двухмерное изображение делится на небольшие плоскости. В каждой из этих плоскости характеристики изображения считаются идентичными. Понятно, что эта информация теряется. Мы не получаем точной копией реального объекта, мы опишем только свои основные характеристики. Таким образом, мы условно разделяем реальность на поле, и мы планируем хранить только информацию о них. Но то, что информация? Если это картина, это, 19 вероятно, должно быть некоторые характеристики изображения. Что характеризует картина? По крайней мере, цвет и яркость. Но эти характеристики не дискретны, но может иметь множество непрерывных значений и подзначение. Таким образом, степень яркости может быть измерена очень точно, но вы можете приблизить. Если обозначить полное отсутствие освещения и нулевой своего максимального значения - 99 и хранить только целые значения, то они будут просто 100. Для того, чтобы хранить 100 различных значений достаточно 27 = 128 бит. Но вы можете измерить и сохранить яркость очень точно к тысячных блока, а затем нужно хранить намного больше памяти (чтобы можно записать все возможные значения). Разделение непрерывного ряда значений ограниченного числа функций на группе под названием квантование. Компьютер сохраняет диапазон номеров, который получил определенное значение собственности. Если образец сплит времени, ни пространства, когда подвергается квантованию возможных значений свойств. Очевидно, что чем больше дискретных и естественно квантуется информация, тем точнее она хранится в памяти компьютера. Тем не менее, это потребует больше памяти. Человека чувства имеют ограничения. Таким образом, разница в цвете между двумя точками, мы не можем поймать, хотя их физические характеристики длин волн может изменяться. Таким образом, конкретные значения потери информации может быть незаметным для человека. Приложение А Рис.2 Хранение графической информации 2.3 Растровая и векторная графика Компьютерная графика - это специальная область информатики, изучающая методы и способы создания и обработки изображений на экране компьютера с помощью специальных программ. В зависимости от того, как формирования изображения компьютерной графики, как правило, подразделяются на растровые и векторные. Кроме того выделяют другие виды графики, таких как трехмерное (3D), 20 изучает способы и методы объемов строительства объектов в пространстве. Как правило, он сочетает в себе метод формирования векторных и растровых изображений. Растровой и векторной графики, созданные в специальных программах графических редакторов и процессоров. Например, краска, и RGB растровые изображения, и Inkscape - Вектор. Растровая графика Растровое изображение, изображение, состоящее из множества точек на экране, с атрибутами, такими как положение и цвет. Пиксель - это наименьший элемент изображения отображается на экране компьютера. Pixel Размер экрана около 0,0018 дюйма. RGB как мозаика, в которой каждый элемент (пиксель) окрашены в разные цвета. Этот цвет назначается в определенном месте на экране. Перемещение фрагмента изображения "удаляет" краску с холста и разрушает электронное изображение. Информация о текущем состоянии экрана сохраняется на карте памяти. Эта информация может быть сохранена в памяти компьютера - в файле графических данных. Ближайшие аналоги растровой графики является картина, фотография. Информация кодирования изображения Качество изображения определяется разрешением экрана и глубину цвета. Количество цветов (К) отображается на экране дисплея, зависть от количества битов (N), должны быть выделены в видеопамяти для каждого пикселя: К = 2N Чтобы получить богатую палитру цветов Основные цвета могут быть назначены различные интенсивности. Например, когда глубина цвета 24 бита для каждого цвета выделено 8 бит (RGB), то есть для каждого из цветов могут быть K = 28 = 256 уровней интенсивности. Один бит информации о видеопамяти занимает один пиксель на экране в черно-белый (без полутонов). Значение N глубина немного. 21 Страница - раздел видео до информации на одном экране изображения (в «картинку» на экране). Видеопамять может одновременно разместить несколько страниц. Если экран с разрешением 800 х 600 отображается только два-цветное изображение, битовая глубина двух-цветного изображения равна 1, и количество видеопамяти на одной странице изображения 800 * 600 * 1 = 480000 бит = 60000 байт. Для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешение дисплея составляет 640 х 350 пикселей, а количество цветов - 16: 640 * 350 * 4 * 2 = 1792000 бит = 218.75 KB Количество используемых цветов - 16, это 24, это означает, что глубина цвета бит 4. векторная графика В векторной графике изображение состоит из простых элементов, называемых примитивов: линий, окружностей, прямоугольников, затемненных областей. Границы областей определяется кривые. Изображение, показывающее векторное изображение включает в себя начальные координаты и параметры примитивов - векторных инструкций. Наиболее близким аналогом векторной графики представляет собой графическое представление математических функций. Например, для описания сегмент линии достаточно указать координаты его концов и круг может быть описана с указанием координаты центра и радиус. Информация о цвете объекта сохраняется как часть ее спецификации, т.е. также в командный вектор. Вектор команда говорит агент пользователя, что необходимо сделать объект, число элементов с использованием заложенных-примитивы. Чем больше элементов используются, тем лучше выглядит объект. Приложения для создания векторной графики широко используются в области дизайна, технического рисования, проектных работ. Векторной графики также доступны в текстовых процессорах. В этих программах, вместе с инструментами 22 рисования и команд предоставляется специальным программным обеспечением, что формирует векторных инструкций, соответствующих объектов, которые составляют картину. Файлы могут содержать векторную графику растровых объектов. Преимущества векторной графики Векторное изображение занимают относительно небольшой объем памяти. Векторные объекты могут быть легко масштабируется без потери качества Недостатки векторной графики Векторной графики не может производить изображения фотографического качества. Векторные изображения описываются тысяч команд. Во время процесса печати, эти команды отправляются на устройство вывода (принтер). В большинстве случаев, изображение на бумаге не выглядит на экране. RGB модель Экран монитора в графическом режиме разбит на точек (пикселей). Изображение формируется путем сочетания различных цветов и оттенков для каждой точки. Цветовое кодирование может изменяться. Для формирования изображения на экране, как правило, используется цвет RGB модель (красный - красный, зеленый зеленый, синий - синий). Все многообразие цветов достигается путем смешивания трех основных цветов в различных пропорциях. Другими словами, любой цвет характеризуется определенной степенью красного, зеленого и синего цветов. Таким образом, для каждого пикселя конкретного изображения на экране имеет набор из трех цветов с определенного уровня яркости. Комбинируя различные яркость этих цветов (красный, зеленый и синий) создает целый спектр цветов, которые мы видим на экране. Но сколько уровней яркости для каждого цвета есть? Ответ на этот вопрос будет рассказать вам, как много различных цветов и оттенков может принять каждый пункт. 23 Если каждый из трех может быть только два состояния (0 и 1), мы можем получить только 23 = 8 цветов. Например, если красный и зеленый в максимуме (1), а синий выключен (0), вы получите чистый желтый. Тем не менее, в современных компьютеров градаций яркости гораздо больше, чем два. Получает десятки тысяч, даже сотни тысяч цветов. Следует понимать, что увеличение разрешения (количество пикселей) и количество цветов, используемых увеличивает количество информации, хранящейся в видеопамяти отображения конкретного изображения. Кодирование цвета, используя модель RGB удобно представить в виде цветового куба. Каждый цвет на экране соответствует точке внутри куба. Происхождение соответствует черный (полное отсутствие любого цвета). В верхней части куба точка, соответствующая белым (максимальной яркости для каждого цвета). Как правило, устройство соответствует максимальной яркости цвета (красный, зеленый или синий), которые могут быть выход на монитор. Интервал (0, 0, 0) - (1, 1, 1) описывает оттенки серого. Если взять любую точку внутри куба и удерживайте сегмент к нему от происхождения, мы получим плавный переход определенного цвета от темного к светлому тени. На грани куба являются наиболее насыщенные цвета в кубе - менее насыщенные (начинают смешиваться в оттенках серого). Приложение А рис. 3 Цветовой куб модели RGB 24 Заключение Рамками одной курсовой работы невозможно озвучить все новые разработки, которые появились в последнее время и способны кардинально изменить состояние электроники в будущем. Несмотря на то, что ближайшие годы обещают быть трудными с экономической точки зрения, исследователи продолжают работать, и компаниям, которые задумываются над перспективными направлениями развития, следует внимательно следить за появлением технологий с наиболее высоким потенциалом. По причине того, что многие компании вынуждены сокращать издержки и пересматривать стратегические планы, у потенциальных инвесторов появляется возможность оценить перспективные направления разработок и выбрать те из них, которые способны осуществить прорыв в электронных технологиях и обеспечить конкурентные преимущества в послекризисное время. На сегодня совершенно очевидно лишь одно – цифровые технологии находятся лишь в начале своего пути, и нам еще только предстоит понять, что значит их повсеместное внедрение совместно с миниатюризацией, наращиванием вычислительных мощностей и объемов памяти. Совершенно ясно, что цифровые технологии очень скоро завоюют новые, еще не захваченные рубежи, и что от повсеместного применения этих технологий никуда не деться. Опасаться этого процесса можно, но сопротивляться ему бесполезно. Цифровые же технологии пока еще очень молоды, и только это позволяет «аналогу» еще оставаться на плаву. Достаточно быстрое развитие и постоянное удешевление цифровых устройств дает основание утверждать, что совсем скоро «цифра» полностью вытеснит аналоговые методы записи и обработки информации. Только представьте себе, как развитие этих технологий может повлиять на окружающий нас мир! Все это лишь укрепляет мысли о том, что путь не близок, и что самое интересное нам еще только предстоит увидеть. 25 В этой работе рассмотрены основные моменты по «Методике изучения кодирования информации» и приведены некоторые методические особенности. Тема «Кодирование информации» в различных учебных пособиях освещена по разному, но несмотря на это в данной курсовой работе удалось представить необходимый минимум учебного материала, который подлежит обязательному рассмотрению. Далее приведено подтверждение целесообразности такого выбора в соответствии с образовательным стандартом и требованиями к знаниям учащихся, заключенными в нем. Тема «Кодирование информации» обладает большим развивающим потенциалом, так как в ходе ее изучения происходит обобщение знаний, полученных на других уроках. Происходит развитие целостной системы знаний за счет введения новых обобщающих понятий. 26 Список использованных источников 1. Босова Л.Л Информатика и ИКТ 6 класс [Текст]: Учебник/ Босова Л.Л .- М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2014. - 208 с.; 2. Босова Л.Л Информатика и ИКТ 7 класс [Текст]: Учебник/ Босова Л.Л..- М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2010. - 229 с.; 3. Семакин И.Г. Информатика и ИКТ для 8-9 классов [Текст]: Учеб. по базовому курсу / Семакин И.Г., Залогова Л.А, Русаков С.В., Шестакова Л.В.. М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2011. - 320 с.; 4. Угринович Н.Д «Информатика и ИКТ» Базовый курс. 9 класс [Текст]: Учебник/ Угринович Н.Д.- М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2013. 295 с.; 5. Могилев А.В. Информатика [Текст]: Учеб. для студентов пед. вузов/ Могилев А.В., Пак Н.И., Хённер Е.К. М.: Академия, 2014. — 848 с. 6. Подласый И. П. Педагогика. Новый курс [Текст]: Учеб. для студентов пед. вузов/ Подласый И. П. — М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2012. 7. Бочкин, А.И. Методика преподавания информатики [Текст] / Бочкин А.И.. - Минск : Высшая школа, 2011. — 431 с. 8. Примерная основная образовательная программа основного общего образования по Информатике и ИКТ [Электронный ресурс]. — Электрон. дан. — Режим доступа : http://www.school.edu.ru/dok_edu.asp?ob_no=21917) 9. Софронова Н.В. Теория и методика обучения информатике [Текст]/ Софронова Н.В. -М.: Высшая школа, 2014. 10. Информационный канал pedsovet.su. Пособие "Подготовка к ГИА 2012 по информатике: новые задачи 9 и 10"; 9 класс[Электронный ресурс] /. - Электрон. дан. — Режим доступа: http://pedsovet.su/load/67-1-0-23462 11. Якушкин П.А., Лещинер В.Р., Кириенко Д.П. ЕГЭ 2011. Информатика. Типовые тестовые задания [Текст] / Якушкин П.А. — М.: Экзамен, 2011. 27 Приложение А Классификация каналов (линий) связи а) По физической природе б) По форме представления передаваемой информации в) По направлению передачи данных г) По наличию коммутации д) По пропускной способности 28
