Конспект урока представление информации в компьютере 10 класс

Обновлено: 16.05.2024

Образовательная: Сформировать у учащихся знания о принципах кодирования текстовой, графической информации в компьютере.

Воспитательная: Воспитание умения выявлять основное, внимания, умения конспектировать, анализировать, сравнивать и делать выводы.

Развивающая: Развитие абстрактного мышления, познавательных интересов.

Организационный момент (приветствие и проверка отсутствующих)

Определение целей и плана работы на уроке

Актуализация опорных знаний

Изучение нового материала

Подведение итогов, выставление оценок

Актуализация опорных знаний

Современный компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео- информацию. Каким образом представлена информация на компьютере?

Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде, т. е. используется алфавит мощностью два (всего два символа 0 и 1). Связано это с тем, что удобно представлять информацию в виде последовательности электрических импульсов: импульс отсутствует (0), импульс есть (1). Такое кодирование принято называть двоичным, а сами логические последовательности нулей и единиц - машинным языком.

Сколько бит информации несёт каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации равное (1 бит).

Для того чтобы закодировать один символ сколько требуется бит (используют количество информации равное 1 байту, т. е. I = 1 байт = 8 бит)

. Сколько символов можно закодировать с помощью данного представления

т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.

Какие кодовые таблицы вам известны?

используют пять различных кодовых таблиц (КОИ - 8, СР1251, СР866, Мас, ISO), причем тексты, закодированные при помощи одной кодовой таблицы, не будут правильно отображаться в другой кодировке. Наглядно это можно представить в виде фрагмента объединенной таблицы кодировки символов.

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

Какая кодировка используется сегодня практически на всех ПК? Unicode,

Сколько бит отводится на каждый символ – 2 байта

Сколько символов можно закодировать?

65536 различных символов.

Изучение нового материала

Кодирование графической информации

В середине 50-х годов для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях, впервые в графическом виде было реализовано представление данных. В настоящее время широко используются технологии обработки графической информации с помощью ПК. Графический интерфейс пользователя стал стандартом "де-факто" для ПО разных классов, начиная с операционных систем. Вероятно, это связано со свойством человеческой психики: наглядность способствует более быстрому пониманию. Широкое применение получила специальная область информатики, которая изучает методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, - компьютерная графика. Без нее трудно представить уже не только компьютерный, но и вполне материальный мир, так как визуализация данных применяется во многих сферах человеческой деятельности. В качестве примера можно привести опытно-конструкторские разработки, медицину (компьютерная томография), научные исследования и др.

Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах. Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой или дискретной. Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно - это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета - это дискретное представление. Путем разбиения графического изображения (дискретизации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную. При этом производится кодирование - присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода. При кодировании изображения происходит его пространственная дискретизация. Ее можно сравнить с построением изображения из большого количества маленьких цветных фрагментов (метод мозаики). Все изображение разбивается на отдельные точки, каждому элементу ставится в соответствие код его цвета. При этом качество кодирования будет зависеть от следующих параметров: размера точки и количества используемых цветов. Чем меньше размер точки, а, значит, изображение составляется из большего количества точек, тем выше качество кодирования. Чем большее количество цветов используется (т. е. точка изображения может принимать больше возможных состояний), тем больше информации несет каждая точка, а, значит, увеличивается качество кодирования. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах - в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений. Она изучает методы и приемы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Для каждого вида используется свой способ кодирования графической информации.

При помощи увеличительного стекла можно увидеть, что черно-белое графическое изображение, например из газеты, состоит из мельчайших точек, составляющих определенный узор - растр. Во Франции в 19 веке возникло новое направление в живописи - пуантилизм. Его техника заключалась в том, что на холст рисунок наносился кистью в виде разноцветных точек. Также этот метод издавна применяется в полиграфии для кодирования графической информации. Точность передачи рисунка зависит от количества точек и их размера. После разбиения рисунка на точки, начиная с левого угла, двигаясь по строкам слева направо, можно кодировать цвет каждой точки. Далее одну такую точку будем называть пикселем (происхождение этого слова связано с английской аббревиатурой "picture element" - элемент рисунка). Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей (на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки. Так как яркость каждой точки и ее линейные координаты можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что этот метод кодирования позволяет использовать двоичный код для того чтобы обрабатывать графические данные.

Если говорить о черно-белых иллюстрациях, то, если не использовать полутона, то пиксель будет принимать одно из двух состояний: светится (белый) и не светится (черный). А так как информация о цвете пикселя называется кодом пикселя, то для его кодирования достаточно одного бита памяти: 0 - черный, 1 - белый. Если же рассматриваются иллюстрации в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета (а именно такие в настоящее время общеприняты), то достаточно восьмиразрядного двоичного числа для того чтобы закодировать яркость любой точки. В компьютерной графике чрезвычайно важен цвет. Он выступает как средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Как формируется ощущение цвета человеческим мозгом? Это происходит в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от отражающих или излучающих объектов. Принято считать, что цветовые рецепторы человека, которые еще называют колбочками, подразделяются на три группы, причем каждая может воспринимать всего один цвет - красный, или зеленый, или синий.

Если говорить о кодировании цветных графических изображений, то нужно рассмотреть принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. Применяют несколько систем кодирования: HSB, RGB и CMYK. Первая цветовая модель проста и интуитивно понятна, т. е. удобна для человека, вторая наиболее удобна для компьютера, а последняя модель CMYK-для типографий. Использование этих цветовых моделей связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию " чистых" спектральных цветов : красного, зеленого, синего или их производных. Различают аддитивное цветовоспроизведение (характерно для излучающих объектов) и субтрактивное цветовоспроизведение (характерно для отражающих объектов). В качестве примера объекта первого типа можно привести электронно-лучевую трубку монитора, второго типа - полиграфический отпечаток.

1) Модель HSB характеризуется тремя компонентами: оттенок цвета(Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Можно получить большое количество произвольных цветов, регулируя эти компоненты. Эту цветовую модель лучше применять в тех графических редакторах, в которых изображения создают сами, а не обрабатывают уже готовые. Затем созданное свое произведение можно преобразовать в цветовую модель RGB, если ее планируется использовать в качестве экранной иллюстрации, или CMYK, если в качестве печатной, Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Направление вектора задается в угловых градусах и определяет цветовой оттенок. Насыщенность цвета определяется длиной вектора, а яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру - чистым цветам.

2) Принцип метода RGB заключается в следующем: известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red, R), зеленого (Green, G), синего (Blue, B). Другие цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия этих составляющих.По первым буквам основных цветов система и получила свое название - RGB. Данная цветовая модель является аддитивной, то есть любой цвет можно получить сочетание основных цветов в различных пропорциях. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Если совместить все три компоненты, то получим ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету.

При 256 градациях тона (каждая точка кодируется 3 байтами) минимальные значения RGB (0,0,0) соответствуют черному цвету, а белому - максимальные с координатами (255, 255, 255). Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем этот цвет ярче. Например, темно-синий кодируется тремя байтами ( 0, 0, 128), а ярко-синий (0, 0, 255).

3) Принцип метода CMYK. Эта цветовая модель используется при подготовке публикаций к печати. Каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого). Получают дополнительный цвет за счет суммирования пары остальных основных цветов. Значит, дополнительными цветами для красного является голубой (Cyan,C) = зеленый + синий = белый - красный, для зеленого - пурпурный (Magenta, M) = красный + синий = белый - зеленый, для синего - желтый (Yellow, Y) = красный + зеленый = белый - синий. Причем принцип декомпозици.

Представление звуковой информации в компьютере

Звук представляет собой непрерывный сигнал — звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой.Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека.Чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz).

Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, который называют звуковым.

Количество бит, отводимое на один звуковой сигнал, называют глубиной кодирования звука .

Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации — количество измерений уровней сигнала за 1секунду:

- 1 (одно) измерение в секунду соответствует частоте 1 Гц;

- 1000 измерений в секунду соответствует частоте 1 кГц.

Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом, среди которых можно выделить два основных направления: метод FM и метод Wave-Table.

Откройте стр. 58 рис 1.5. Метод FM ( Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, и, следовательно, может быть описан кодом. Разложение звуковых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

Преобразование звукового сигнала в дискретный сигнал: a — звуковой сигнал на входе АЦП; б — дискретный сигнал на выходе АЦП.

Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс преобразования звука представлен на рис. ниже. Данный метод кодирования не даёт хорошего качества звучания, но обеспечивает компактный код.

Преобразование дискретного сигнала в звуковой сигнал: а — дискретный сигнал на входе ЦАП; б — звуковой сигнал на выходе ЦАП.

Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярные из них MIDI, WAV, МРЗ.

Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами. В настоящее время используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

Формат аудиофайла WAV ( waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3) — один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.

Представление видеоинформации в компьютере

Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора.

Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цвете отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).

Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется аналого-цифровым преобразованием.

Это сложный процесс, состоящий из:

- дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;

- квантования, когда величина каждого отсчёта заменяется округлённым значением ближайшего уровня;

- кодирования, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном виде.

В основном, видео хранят в видеофайлах, в которых применены различные алгоритмы сжатия информации. Благодаря этим технологиям видеофайл можно сжимать в десятки и сотни раз практически без потери качества картинки и звука.

AVI ( A udio V ideo I nterleave) — это контейнерный формат, что означает, что в нём могут содержаться аудио/видео, сжатые различными комбинациями кодирования.

MPEG ( M oving P icture E xpert G roup) — формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для загрузки или пересылки, например, через Интернет.

4. Закрепление изученного материала.

Используем кодировочные таблицы

№ 1 Закодируйте с помощью кодировочной таблицы ASCII и представьте в шестнадцатеричной системе счисления следующие тексты:

Найдите в кодовой таблице ASCII коды соответствующих символов (в десятичной системе счисления)

Password → 80 97 115 115 119 111 114 100.

Windows → 87 105 110 100 111 119 115.

Информация → 200 237 244 238 240 236 224 246 232 255

Paint → 80 97 105 110 116

Переведите коды с помощью калькулятора в шестнадцатеричную систему счисления.

80 97 115 115 119 111 114 100 → 50 61 73 73 77 6F 72 64

87 105 110 100 111 119 115 → 57 69 6E 64 6F 77 73

200 237 244 238 240 236 224 246 232 255→ C8 ED F4 EE F0 EC E0 F6 E8 FF

80 97 105 110 116 → 50 61 69 6E 74

50 61 73 73 77 6F 72 64

57 69 6E 64 6F 77 73

C8 ED F4 EE F0 EC E0 F6 E8 FF

№ 2 Декодируйте с помощью кодировочной таблицы ASCII следующие тексты, заданные шестнадцатеричным кодом:

54 6F 72 6E 61 64 6F; ( Tornado )

49 20 6 С 6F 76 65 20 79 6F 75; ( I love you )

32 2A 78 2B 79 3D 30. ( 2+x+y=0 )

Используем ПО (текстовый редактор Блокнот).

Блокнот позволяет работать с текстами в кодировках ANSI и Unicode, а также выполнять преобразование из одного формата в другой. Для этого при сохранении документа выберите нужную кодировку в соответствующем поле.

Перейдите от двоичного кода к десятичному и декодируйте следующие тексты:

а) 01010101 01110000 0100000 00100110 00100000 01000100 1101111 01110111 01101110;
б) 01001001 01000010 01001101;
в) 01000101 01101110 01110100 01100101 01110010

1. Переведите коды из двоичной системы счисления в десятичную.
а) 01010101 01110000 00100000 00100110 00100000 01000100 1101111 01110111 01101110 → 85 112 32 38 32 68 111 119 110
б) 01001001 01000010 01001101 → 73 66 77
в) 01000101 01101110 01110100 01100101 01110010 → 69 110 116 101 114
2. Запустите текстовый редактор Блокнот.
3. Включить клавишу Num Lock. Удерживая клавишу Alt, набрать код символа на цифровой клавиатуре. Отпустить клавишу Alt, на экране появится соответствующая буква.
а) 85 112 32 26 32 68 111 119 110 → Up & Down ;
б) 73 66 77 → IBM ;
в) 69 110 116 101 114 → Enter

Ответ : Up & Down ; IBM ; Enter

Декодируйте следующие тексты, заданные десятичным кодом:

087 111 114 100;

080 097 105 110 116 098 114 117 115 104.

Запустите текстовый редактор Блокнот. Включить клавишу Num Lock. Удерживая клавишу Alt, набрать код символа на цифровой клавиатуре. Отпустить клавишу Alt, на экране появится соответствующая буква.

087 111 114 100 → Word;

068 079 083 → DOS;

080 097 105 110 116 098 114 117 115 104 → Paintbrush.

Ответ : Word ; DOS ; Paintbrush .

Оцениваем работу класса. Отмечаем отличившихся учащихся.

6. Домашнее задание

§1.6, стр.51-60, вопросы и задания на стр. 60-61

1. Используем кодировочные таблицы

1Найдите в кодовой таблице ASCII коды соответствующих символов (в десятичной системе счисления)

2Переведите коды с помощью калькулятора в шестнадцатеричную систему счисления.

№ 2 Декодируйте с помощью кодировочной таблицы ASCII следующие тексты, заданные шестнадцатеричным кодом:

54 6F 72 6E 61 64 6F;

49 20 6 С 6F 76 65 20 79 6F 75;

32 2A 78 2B 79 3D 30.

2. Используем ПО (текстовый редактор Блокнот).

Перейдите от двоичного кода к десятичному и декодируйте следующие тексты:

а) 01010101 01110000 0100000 00100110 00100000 01000100 1101111 01110111 01101110;
б) 01001001 01000010 01001101;
в) 01000101 01101110 01110100 01100101 01110010

1. Переведите коды из двоичной системы счисления в десятичную.
2. Запустите текстовый редактор Блокнот.
3. Включить клавишу Num Lock. Удерживая клавишу Alt, набрать код символа на цифровой клавиатуре. Отпустить клавишу Alt, на экране появится соответствующая буква.

Декодируйте следующие тексты, заданные десятичным кодом:

087 111 114 100;

080 097 105 110 116 098 114 117 115 104.

Цель урока: сформировать у учащихся представление о том, как в компьютере кодируется звуковая, графическая информации.

изучение способов кодирования графической и звуковой информации в компьютере;

решение задач на определение количества информации, занимаемого графическими и звуковыми файлами;

развитие логического мышления учащихся, познавательного интереса, формирование информационной культуры;

воспитание ответственности, самостоятельности.

1. Актуализация знаний

Как кодируется числовая информация в памяти компьютера? (двоичный код числа записывается в ячейку памяти)

Как кодируется текстовая информация в компьютере? ( каждому символу ставится в соответствие свой двоичный код, который записывается в ячейку памяти)

2. Изучение нового материала (в течение урока заполнить опорные конспекты)

2.1 Представление графической информации в компьютере

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами:растровым и векторным. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение формируется из пикселей, каждому пикселю ставится свой двоичный код цвета. Цвет получается путем смешивания трех базовых цветов – RGB.

Пусть размер кода цвета пикселя равен 8 битам. Тогда распределение базовых цветов может быть таким

2 бита - под красный цвет, 3 бита - под зеленый, 3 бита – под синий. От интенсивности каждого цвета, который задается двоичным кодом, будет зависеть цвет 1 пикселя (стр. 47 таблица).

Размер кода цвета пикселя называют битовой глубиной цвета и обозначается b. Тогда количество цветов в палитре находится по формуле K=2 b .

Качество изображения на экране монитора будет зависеть от разрешения экрана R.

Как найти количество информации, занимаемое изображением на экране монитора?

Задание № 10 стр. 213.

Дано: b=32 бита, R=800х600, n=2 . Найти V-?

Решение: V= b * R * n. V= 32*800х600*2=30 720 000 бит = 3 840 000 байт = 3750 Кбайт = 3,7 Мбайт.

В растровом графическом файле хранится информация о количестве пикселей, цвете каждого пикселя. Т.о. растровый графический файл занимает большой объем памяти компьютера.

Векторное изображение формируется из графических примитивов. В векторном графическом файле хранятся математические формулы (или команды), описывающие графические примитивы. Каждый раз при открытии векторного файла рисунок прорисовывается каждый раз.

Задание 5 стр.211 (устно)

Виды компьютерной графики

1. Рисунок формируется из

пикселей, каждому пикселю ставится свой двоичный код цвета

Цвет получается путем смешивания трех базовых цветов - RGB

2. Как изменяется изображение в результате масштабирования?

3. Объем графического файла

4. Форматы графических файлов

для разработки электронных и полиграфических изданий

для оформительских, чертежных и проектно-конструкторских работ

2.2 Кодирование звуковой информации

Промежуток времени между двумя измерениями называется периодом измерений – Т с. Обратная величина называется частотой дискретизации – τ=1/Т (Герц). Т.о. получается конечное количество измеренных уровней громкости Каждому уровню громкости присваивается его код. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание. Т. о. непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

N=2 i , где N – количество уровней громкости, i –разрядность звуковой карты.

V= i * τ * t, где τ – частота дискретизации, t – время звучания звукового файла.

Задание 18 стр.214

V= i * τ * t, τ= V/ (i * t), τ=1,3*1024*1024*8/(8*60)=22 719 Гц=22КГц

Звуковые редакторы – программы для обработки звука. Звуковые файлы можно сохранять в различных форматах:

Формат аудиофайла WAV (waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3)— один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.

3. Практическая работа № 1.5 Представление изображения и звука

Задания 12 (стр. 213), 19(стр.214). Дополнительное задание 15 (стр.213)

4. Домашнее задание: прочитать §6, устно ответить на вопросы,

Как представлена графическая и звуковая информация в памяти компьютера? (в двоичном коде)