План урока принципы обработки информации компьютером
Обновлено: 06.07.2024
Урок разработан для студентов 1 курса СПО, базовый уровень. Методическая цель: показать методику проведения комбинированного урока с использованием нетрадиционных методов обучения и информационно - коммуникационных технологий при формировании информационной компетентности. Учебная: углубить знания об устройстве компьютера , функциональных возможностях, принципах взаимодействия устройств ПК, принципах обработки информации компьютером.Воспитательная:формирование системного мышления, умения рабо.
Компьютер - это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.
Тема: Принципы обработки информации компьютером
Компьютер или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) – это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.
Аппаратное обеспечение (Hardwear) компьютера – это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу.
Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа (середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математикаДжона фон Неймана, сформулировавшего концепцию ЭВМ с вводимыми в память программами и числами - программный принцип.
Главные элементы концепции:
двоичное кодирование информации;
принцип хранимой программы;
принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.
С тех пор структуру (архитектуру) современных компьютеров часто называют неймановской. Это в полной мере относится и к персональным компьютерам как инструменту школьной информатики.
ОБЩАЯ СХЕМА КОМПЬЮТЕРА
Персональный компьютер (ПК) в своём минимально необходимом составе согласно этой схеме включает:
основное устройство вывода: монитор;
центральная часть располагается в системном блоке;
внешняя память располагается на носителях – дисках и приводится в действие специальными приводами – дисководами;
в единую конфигурацию все части ПК соединены с помощью устройств сопряжения.
В основе строения ПК лежат два важных принципа: магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры. Согласно магистрально-модульному принципу все части и устройства изготавливаются в виде отдельных блоков, информация между которыми передаётся по комплекту соединений, объединённых в магистраль. При этом общую схему ПК можно представить в следующем виде:
Принцип открытой архитектуры предполагает возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей, доступную всем желающим (подобно детскому конструктору).
Домашнее задание
Подготовиться к семинару. Вопросы для обсуждения:
Понятие информации. Виды и свойства информации. Информационные процессы.
Кодирование информации. Кодирование числовой, текстовой, графической информации
Принципы обработки информации компьютером.
Системы счисления. Правила перевода чисел в различных системах счисления. Арифметические действия в системах счисления.
Цель: Определить правила перевода из различных систем счисления в 10 систему счисления. Научиться применять данное правило на практике.
Образовательные:
- Сформировать представление обучающихся о принципах перевода чисел из различного рода позиционных систем в десятичную
- Выработать у обучающихся навыки перевода чисел позиционных систем счисления в десятичную
Формирующие:
Развивающие:
1. Развивать способность учащихся анализировать информацию
2. Развивать образное, критическое мышление
3. Развитие системного мышления
Воспитательные:
Этапы учебного занятия
Деятельность преподавателя
Деятельность студентов
1.Организационный момент
Отмечает отсутствующих. Озвучивает тему урока
2. Мотивация. Постановка цели урока
Сегодня мы продолжим работу с системами счисления. И я хочу начать урок со слов Иоанна Вольфганга Гете Числа не управляют миром, но показывают, как управляется мир.(слайд 2) Поднимите руки кто согласен с данным умозаключением.
Почему вы так считаете?
Числовая информация очень важна для человека, ведь все, что окружает его, либо создано с помощью системы счисления, либо является носителем. Таким образом можно сказать - все есть число. И в этом нас убеждает весь ход развития науки и техники наших дней. И особенно важно не только изучать десятичную систему счисления, но и другие с.с. ведь с помощью последовательности битов можно представить самую разную информацию. И преимуществом цифровых данных является то, что их относительно просто копировать и изменять. Их можно хранить и передавать с использованием одних и тех же методов, независимо от типа данных.
Одним из примеров подтверждающим преимущество двоичной системы счисления над десятичной является, то, что стало возможно передавать сигналы на космические расстояния в прямом смысле этого слова.
Какой можно сделать вывод?
А что мы на сегодняшний день знаем о системах счисления?
Какие группы систем счисления вам известны?
Чем различаются данные системы счисления?
Перед вами имеются листы самооценки. В них необходимо внести свою фамилию имя и класс. Предлагаю вам самим оценить свою работу на уроке согласно предлагаемым критериям оценки. Балл необходимо внести в колонку номера выполняемого задания.
Обратите внимание на доску. (слайд 6)Вам представлено число, записанное в одной из с.с.. Определите основание числа.
Какие числа используются в написании числа?
Что такое алфавит с.с.?
На какой позиции находится каждая цифра числа?
Запищите данное число в развернутом виде.
Запишите числа в развернутом виде.
Возможно ли такое развитие событий?
(НАПИСАТЬ НА ДОСКЕ ЧИСЛА ИЗ ЗАДАЧИ:
Ответьте на вопрос: в чем состоит странность этого письма?
Из каких цифр они состоят?
В какой системе счисления записаны данные числа, если считать , что ученый чудак писал используя только 1 с.с.?
Для того чтобы было понятно о чем идет речь в документе переведите данные числа в ту систему в которой работаем мы.
В чем возникла трудность?
Что нам необходимо для того чтобы осуществить перевод из одной из с.с в десятичную?
Чем мы с вами сегодня займемся на уроке? Попробуем сформулировать тему урока. (слайд9)
Какую цель вы поставите перед собой на этом уроке? (слайд 10)
Отвечают на вопрос.
При помощи чисел можно представить любую информацию (рисунок, видео, звук, текст) это подтверждает наличие цифровой записи, сканирование, цифровое фото. Компьютер работает в двоичной системе счисления и это не мешает нам читать и писать текст, смотреть видео. Если сравнить качество изображения видео, записанных на кассете, и на лазерном диске, то какая запись будет более качественной.
Так же и музыка иллюстрации, записанные в цифровом виде, будут гораздо качественнее, чем в другом формате.
Роботы, станки управляются командами в двоичной системе счисления и с их помощью создаются новые устройства и т.д.
Знание систем счисление важно.
Позиционные и непозиционные с.с.
В непозиционных системах значение цифры числа не меняется с изменением его положения в числе, а в позиционных значение цифры зависит от его положения в числе. (разряда)
8, восьмеричная с.с.
Совокупность цифр используемых для написания числа не превышающих основания.
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
В основе любой информационной деятельности лежат так называемые информационные процессы — совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией для получения какого-либо результата (достижения цели). Информационные процессы могут быть различными, но все их можно свести к трем основным: обработка информации, передача информации и хранение информации.
Обработка информации
Обработка информации — это целенаправленный процесс изменения формы ее представления или содержания.
Из курса информатики основной школы вам известно, что существует два различных типа обработки информации:
- обработка, связанная с получением новой информации (например, нахождение ответа при решении математической задачи; логические рассуждения и др.);
- обработка, связанная с изменением формы представления информации, не изменяющая ее содержания. К этому типу относятся:
— кодирование — переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для восприятия, хранения, передачи или последующей обработки; один из вариантов кодирования — шифрование, цель которого — скрыть смысл информации от посторонних;
— структурирование — организация информации по некоторому правилу, связывающему ее в единое целое (например, сортировка);
— поиск и отбор информации, требуемой для решения некоторой задачи, из информационного массива (например, поиск в словаре).
Общая схема обработки информации может быть представлена следующим образом:
Исходные данные — это информация, которая подвергается обработке.
Правила — это информация процедурного типа. Они содержат сведения для исполнителя о том, какие действия требуется выполнить, чтобы решить задачу.
Исполнитель — тот объект, который осуществляет обработку. Это может быть человек или компьютер. При этом человек, как правило, является неформальным, творчески действующим исполнителем. Компьютер же способен работать только в строгом соответствии с правилами, т.е. является формальным исполнителем обработки информации.
Рассмотрим отдельные процессы обработки информации более подробно.
Кодирование информации
Кодирование информации — это обработка информации, заключающаяся в ее преобразовании в некоторую форму, удобную для хранения, передачи, обработки информации в дальнейшем.
Код — это система условных обозначений (кодовых слов), используемых для представления информации.
Кодовая таблица — это совокупность используемых кодовых слов и их значений.
Нам уже знакомы примеры равномерных двоичных кодов — пятиразрядный код Бодо и восьмиразрядный код ASCII.
Самый известный пример неравномерного кода — код Морзе. В этом коде все буквы и цифры кодируются в виде различных последовательностей точек и тире.
При использовании неравномерных кодов важно понимать, сколько различных кодовых слов они позволяют построить.
Пример 1. Имеющаяся информация должна быть закодирована в четырехбуквенном алфавите . Выясним, сколько существует различных последовательностей из 7 символов этого алфавита, которые содержат ровно пять букв А.
Нас интересует семибуквенная последовательность, т. е.
Если бы у нас не было условия, что в ней должны содержаться ровно пять букв А, то для первого символа было бы 4 варианта, для второго — тоже 4, и т. д.
Тогда мы получили бы: 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 = 16384 варианта.
Теперь вернемся к имеющемуся условию и заполним пять первых мест буквой А. Получим:
Так как на 6-м и 7-м местах могут стоять любые из трех оставшихся букв B, C, D, то всего существует 9 (3 · 3) вариантов последовательностей.
Но ведь буквы А могут находиться на любых пяти из семи имеющихся позиций. А сколько таких вариантов всего?
Префиксный код — код со словом переменной длины, обладающий тем свойством, что никакое его кодовое слово не может быть началом другого (более длинного) кодового слова.
- Код, состоящий из слов 0, 10 и 11, является префиксным.
- Код, состоящий из слов 0, 10, 11 и 100, не является префиксным.
Также достаточным условием однозначного декодирования неравномерного код является обратное условие Фано. В нем требуется, чтобы никакой код не был окончанием другого (более длинного) кода.
Пример 2. Двоичные коды для 5 букв латинского алфавита представлены в таблице:
Можно заметить, что для заданных кодов не выполняется прямое условие Фано:
B=01, E=011, и D=10, C=100.
А вот обратное условие Фано выполняется: никакое кодовое слово не является окончанием другого. Следовательно, имеющуюся строку нужно декодировать справа налево (с конца). Получим
01 10 100 011 000 = BDCEA
Для построения префиксных кодов удобно использовать бинарные деревья, в которых от каждого узла отходят только два ребра, помеченные цифрами 0 и 1.
Пример 3. Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В и Г, решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать полученную двоичную последовательность. При этом используются такие кодовые слова: А — 0, Б — 10, В — 110. Каким кодовым словом может быть закодирована буква Г? Если таких слов несколько, укажите кратчайшее из них.
Построим бинарное дерево:
Чтобы найти код символа, нужно пройти по стрелкам от корня дерева к нужному листу, выписывая метки стрелок, по которым мы переходим.
Определим положение букв А, Б и В на этом дереве, зная их коды. Получим:
Чтобы код был префиксным, ни один символ не должен лежать на пути от корня к другому символу. Уберем лишние стрелки:
На получившемся дереве можно определить подходящее расположение буквы Г и его код.
Поиск информации
Задача поиска обычно формулируется следующим образом. Имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов, диск с файлами и др.). Требуется найти в нем информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон какой-то организации, перевод слова, время отправления поезда, нужную фотографию и т. д.). При этом, как правило, необходимо сократить время поиска, которое зависит от способа организации данных и используемого алгоритма поиска.
Алгоритм поиска, в свою очередь, также зависит от способа организации данных.
Если данные никак не упорядочены, то мы имеем дело с неструктурированным набором данных. Для осуществления поиска в таком наборе применяется метод последовательного перебора.
При последовательном переборе просматриваются все элементы подряд, начиная с первого. Поиск при этом завершается в двух случаях:
— искомый элемент найден;
— просмотрен весь набор данных, но искомого элемента среди них не нашлось.
— искомый элемент оказался первым среди просматриваемых. Тогда просмотр всего один;
Если же информация упорядочена, то мы имеем дело со структурой данных, в которой поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.
Одним из оптимальных алгоритмов поиска в структурированном наборе данных может быть метод половинного деления.
Напомним, что при этом методе искомый элемент сначала сравнивается с центральным элементом последовательности. Если искомый элемент меньше центрального, то поиск продолжается аналогичным образом в левой части последовательности. Если больше, то — в правой. Если же значения искомого и центрального элемента совпадают, то поиск завершается.
Пример 4. В последовательности чисел 61 87 180 201 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 требуется найти число 180.
Процесс поиска представлен на схеме:
Передача информации
Передача информации — это процесс распространения информации от источника к приемнику через определенный канал связи.
На рисунке представлена схема модели процесса передачи информации по техническим каналам связи, предложенная Клодом Шенноном.
Работу такой схемы можно пояснить на примере записи речи человека с помощью микрофона на компьютер.
Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Канал связи — провода, соединяющие микрофон и компьютер. Декодирующее устройство — звуковая плата компьютера. Приемник информации — жесткий диск компьютера.
В современных технических системах связи борьба с шумом (защита от шума) осуществляется по следующим двум направлениям:
Но чрезмерная избыточность приводит к задержкам и удорожанию связи. Поэтому очень важно иметь алгоритмы получения оптимального кода, одновременно обеспечивающего минимальную избыточность передаваемой информации и максимальную достоверность принятой информации.
Важной характеристикой современных технических каналов передачи информации является их пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропускная способность канала связи зависит от свойств используемых носителей (электрический ток, радиоволны, свет). Так, каналы связи, использующие оптоволоконные кабели и радиосвязь, обладают пропускной способностью, в тысячи раз превышающей пропускную способность телефонных линий.
Современные технические каналы связи обладают, перед ранее известными, целым рядом достоинств:
— высокая пропускная способность, обеспечиваемая свойствами используемых носителей;
— надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;
— помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;
— универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.
Объём переданной информации I вычисляется по формуле:
где v — пропускная способность канала (в битах в секунду), а t — время передачи.
Рассмотрим пример решения задачи, имеющей отношение к процессу передачи информации.
Пример 5. Документ объемом 10 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами.
А. Передать по каналу связи без использования архиватора.
Б. Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать.
Какой способ быстрее и насколько, если:
— средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 2 18 бит/с;
— объем сжатого архиватором документа равен 25% от исходного объема;
— время, требуемое на сжатие документа — 5 секунд, на распаковку — 3 секунды?
Для решения данной задачи диаграмма Гантта не нужна; достаточно выполнить расчёты для каждого из имеющихся вариантов передачи информации.
Рассмотрим вариант А. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Рассмотрим вариант Б. Длительность передачи информации в этом случае составит:
Итак, вариант Б быстрее на 232 с.
Хранение информации
Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.
Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.
Основным носителем информации для человека является его собственная память. По отношению к человеку все прочие виды носителей информации можно назвать внешними.
Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но наша память не надёжна: человеку свойственно забывать информацию. Именно для более надёжного хранения информации человек использует внешние носители, организует внешние хранилища информации.
Виды внешних носителей менялись со временем: в древности это были камень, дерево, папирус, кожа и др. Долгие годы основным носителем информации была бумага. Развитие компьютерной техники привело к созданию магнитных (магнитная лента, гибкий магнитный диск, жёсткий магнитный диск), оптических (CD, DVD, BD) и других современных носителей информации.
В последние годы появились и получили широкое распространение всевозможные мобильные электронные (цифровые) устройства: планшетные компьютеры, смартфоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Появление таких устройств стало возможно, в том числе, благодаря разработке принципиально новых носителей информации, которые:
- Обладают большой информационной ёмкостью при небольших физических размерах.
- Характеризуются низким энергопотреблением при работе, обеспечивая наряду с этим высокие скорости записи и чтения данных.
- Энергонезависимы при хранении.
- Имеют долгий срок службы.
Читайте также: