Уроки информатики по темам раздела «информация»

3.1. Уроки информатики по темам раздела «информация».

Конспект урока по Информатике в 10-ом классе.

Тема: Предыстория информации.

Цели:

В любой деятельности человек всегда придумывал и создавал самые разнообразные средства, приспособления, орудия труда. Все это облегчало труд, делало его производительней, расширяло возможности людей. Известно, что история материального производства и мировой науки тесно связано с историей развития орудий труда.

Первые вспомогательные средства для работы с информацией появились много позже первых орудий материального труда. Историки утверждают, что расстояние во времени между появлением первых инструментов для физического труда ( топор, ловушка для охоты) и инструментов для регистрации информационных образов (на камне, кости) составляет около миллиона лет!

Следовательно, почти 99% времени существования человека на Земле труд носил только материальный характер.

Уже говорилось о том, что информационную деятельность человека можно разделить на три составляющие: хранение, передачу и обработку. Долгое время средства информационного труда развивались отдельно по этим трем направлениям.

Хранение информации.

История хранения информации в письменной форме уходит в глубь веков. До наших дней в некоторых местах сохранились наскальные письмена древнего человека, выполненные 25 – 20 тыс. лет назад; лунный календарь, выгравированный на кости 20 тыс. лет назад. Для письма также использовались дерево, глина. Многие века письменные документы составлялись на пергаментных свитках. Это было «очень дорогим удовольствием». Пергамент делался из кожи животных. Ее растягивали, чтобы получить тонкие листы. Когда на востоке научились ткать шелк, его стали использовать не только для одежды, но и для письма.

Во втором веке нашей эры в Китае изобрели бумагу. Однако до Европы она дошла в 11 веке. Вплоть до 15 века письма, документы, книги писались в ручную. В качестве инструмента для письма использовались кисточки, перья птиц, позже – металлические перья; изобретались краски, чернила. Книг было очень мало, они считались предметами роскоши.

В середине 15 века немецкий типограф Иоганн Гуттенберг изобрел первый печатный станок. С этого времени началось книгопечатание. На Руси книгопечатанье основал Иван Федоров в середине 16 века. Книг стало значительно больше, быстро росло число грамотных людей.

До сегодняшнего дня лист бумаги остается основным носителем информации. Но у него появились серьезные «конкуренты».

В 19 веке была изобретена фотография. Носителями видеоинформации стали фотопленка и фотобумага.

В 1895 году французы братья Люмьер продемонстрировали в Париже первый в мире кинофильм, используя аппарат собственного изобретения. Этот год считается годом рождения кино.

В нашем веке был изобретен магнитофон. Магнитная запись позволяет сохранять звук и, в частности, информацию, содержащуюся в человеческой речи. И совсем недавно на магнитную ленту научились записывать не только звук, но и изображение: появился видеомагнитофон.

Передача информации.

Первоначально люди пользовались лишь средствами ближней связи: речь, слух, зрение. Развитие письменности породило первые средства дальней связи – почту.

Для быстрой передачи каких то важных сведений часто использовались очень оригинальные идеи. Известно, например, применение на Кавказе костровой связи. Два костровых сигнальщика находились на расстоянии прямой видимости на возвышенных местах или башнях. Когда приближалась опасность (нападали враги), сигнальщики, зажигая цепочку костров, предупреждали об этом население. В 18 веке возник семафорный телеграф, это тоже световая связь, но технически более совершенная.

Очень богатым на открытия в области связи был 19 век. В этом веке люди овладели электричеством, которое породило множество изобретении. Сначала П.Л. Шеллинг в России в 1832 году изобрел электрический телеграф. А в 1837 году американец С. Морзе создал электромагнитный телеграфный аппарат и придумал специальный телеграфный код – азбуку, которая носит его имя.

В 1876 году американец А. Белл изобрел телефон. И наконец, в 1895 году русский изобретатель А.С. Попов открыл эпоху радиосвязи.

Самым замечательным изобретением 20 века в области связи можно назвать телевидение. Освоение космоса привело к созданию спутниковой связи.

Обработка информации.

Теперь познакомимся со средствами обработки информации. Важнейшим видом такой обработки являются вычисления. Появление и развитие счетных инструментов стимулировали развитие земледелия, торговли, мореплавания, астрономии и многих других областей практической и научной деятельности людей.

Не трудно догадаться, что первым счетным средством для человека были его пальцы. Этот инструмент всегда «под рукой»! Кто из вас им не пользовался?

Вот как описывает пальцевой счет туземцев Новой Гвинеи знаменитый русский путешественник Н.Н. Миклухо–Маклай: «… папуас загибает один за другим пальцы руки, причем издает определенный звук, например «бе, бе, бе» … Досчитав до пяти, он говорит «ибон – бе» (рука). Затем он загибает пальцы другой руки, снова повторяет «бе, бе»..., пока не дойдет до «ибон али» (две руки). Затем он идет дальше, приговаривая «бе, бе».., пока не дойдет до «самба – бе» и «самба – али» (одна нога, две ноги). Если нужно считать дальше, папуас пользует пальцами рук и ног кого – нибудь другого».

В пятом веке до нашей эры в Греции и Египте получил распространение абак. Абак – это греческое слово, которое переводится как счетная доска. Вычисления на абаке производились перемещением камешков по желобам на мраморной доске.

Подобные счетные инструменты распространялись и развивались по всему миру. Например, китайский вариант абака назывался суан – пан. «Потомком» абака можно назвать и русские счеты. В Росси они появились на рубеже 16 – 17 веков. И до сих пор в нашей стране счеты можно увидеть не только в музеях.

В начале 17 века шотландский математик Джон Непер ввел понятие логарифма, опубликовал таблицы логарифмов, затем в течение двух веков развивались вычислительные инструменты, основанные на использовании этой математической функции. Логарифмы позволяют свести трудоемкие арифметические операции – умножение и деление, к более простым – сложению и вычитанию. В результате появилась логарифмическая линейка. Этот инструмент до недавнего времени был вычислительным средством инженеров. И лишь в последние годы его вытеснили электронные калькуляторы.

В 1645 году французский математик Блез Паскаль создал первую счетную машину. Машина Паскаля позволяла быстро выполнять сложение многозначных чисел.

Немецкий ученый Лейбниц, развил идею Паскаля, создал механический арифмометр, На котором можно было выполнять все 4 арифметические операции с многозначными числами. Позднее арифмометр многократно совершенствовался, в том числе и русскими изобретателями П.Л. Чебышевым и В.Т. Однером.

Арифмометр был предшественником современного калькулятора – маленького электронно-вычислительного устройства. Сейчас практически у каждого школьника есть калькулятор, который помещается в кармане. Любому академику начала века такое устройство показалось бы фантастическим.

Чарльз Беббидж и его «Аналитическая машина».

Арифмометр, как и простой калькулятор – это средство механизации вычислений. Человек, производя вычисления на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполняемых операций. Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчет по заранее составленной программе.

В период между 1820 и 1856 годами Беббидж работал над созданием программно управляемой «аналитической машины». Это было настолько сложное механическое устройство, что проект так и не был реализован.

Можно сказать, что Беббидж опередил свое время. Для осуществления его проекта в ту пору еще не существовало подходящей технической базы. Некоторым ученым современникам Беббиджа его труд казался бесплодным. Однако пророчески звучат сейчас слова самого Чарльза Беббиджа: «Природа научных знаний такова, что малопонятные и совершенно бесполезные приобретения сегодняшнего дня становятся популярной пищей для будущих поколений».

Основные идеи, заложенные в проекте аналитической машины, в нашем веке были использованы конструкторами ЭВМ. Все главные компоненты современного компьютера присутствовали в конструкции аналитической машины: это СКЛАД (в современной терминологии – ПАМЯТЬ), где хранятся исходные числа и промежуточные результаты; МЕЛЬНИЦА (арифметическое устройство), в которой осуществляются операции над числами, взятыми из склада; КОНТОРА (устройство управления), производящее управление последовательностью операций над числами соответственно заданной программе; БЛОКИ ВВОДА исходных данных и ПЕЧАТИ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Для программного управления аналитической машиной использовались перфокарты – картонные карточки с пробитыми в них отверстиями (перфорации). Перфокарты были изобретены в начале 19 века во Франции Жозефом М. Жаккардом для управления работой автоматического ткатского станка.

Интересным историческим фактом является то, что первую программу для машины Беббиджа в 1846 году написал Ада Лавлейс – дочь великого английского поэта Джорджа Байрона.

Аналитическая машина Беббиджа – это уже универсальное средство, объединяющее в себе обработку информации, хранение информации и обмен исходными данными и результатами с человеком.

Вопросы и задания:

1. Какие средства хранения информации были первыми?

2. Когда появилось книгопечатание, кто его изобретатель?

3. Какие средства хранения информации изобретены в 19 и 20 веках?

4. Назовите основные технические средства передачи информации в порядке их изобретения.

5. Перечислите основные вычислительные средства в хронологической последовательности их изобретения.

6. Кто, когда и где разработал первый проект автоматической вычислительной машины?

7. Какое влияние проект «аналитической машины» оказал на дальнейшее развитие ВТ?

Конспект урока по Информатике в 10 – ом классе

Тема: «Алфавитный подход к измерению информации».

Цель:

А теперь давайте познакомимся с одним из способов измерения информации. Этот способ несвязывают количество информации с содержанием сообщения, и называется он алфавитным подходом.

Проще всего разобраться в этом на примере текста, написанного на каком – нибудь языке. Для нас удобнее, чтобы был русский язык.

Все множество используемых в языке символов будем традиционно называть алфавитом. Обычно под алфавитом понимают только буквы, поскольку в тексте могут встречаться знаки препинания, цифры, скобки, то мы их тоже включим в алфавит. В алфавит также следует включить и пробел (промежуток между словами).

Полное число символов алфавита принято называть мощностью алфавита. Например, мощность алфавита из русских букв и дополнительных символов равна 54.

Представьте себе, что текст к вам поступает последовательно, по одному знаку, словно бумажная ленточка, выползающая из телеграфного аппарата. Предположим, что каждый появляющийся на ленте символ с одинаковой вероятностью может быть любым символом алфавита.

В каждой очередной позиции текста может появиться любой из N символов. Каждый символ несет i бит информации; число i можно определить из уравнения:

2i= N

Вот сколько информации несет один символ в русском тексте! А теперь для того, чтобы найти количество информации во всем тексте, нужно посчитать число символов в нем и умножить на i.

Возьмем с книжной полки, какую – нибудь книгу и посчитаем количество информации на одной ее странице. Пусть страница содержит 50 строк. В каждой строке – 60 символов. Значит, на странице умещается 50x60=3000 знаков. Тогда объем информации будет равен:

5,755x3000=17265 бит.

Следовательно, при алфавитном подходе к измерению информации количество информации от содержания не зависит. Количество информации зависит от объема текста (т.е. от числа знаков в тексте) и от мощности алфавита.

Отсюда следует, например, что нельзя сравнивать информационные объемы текстов, написанных на разных языках, только по объему. У них отличается информационные веса одного символа так как мощности алфавитов разных языков – различные.

Но если книги написаны на одном языке, то понятно, что в толстой книге информации больше, чем в тонкой. При этом содержательная сторона книги в расчет не берется.

Сформулируем правило, как измерить информацию, используя для этого алфавитный подход.

Количество информации, содержащееся в символьном сообщении, равно К x i, где К- число символов в тексте сообщения, а i – информационный вес символа, который находится из уравнения 2i=N, где N – мощность используемого алфавита.

Применение алфавитного подхода удобно прежде всего при использовании технических средств работы с информацией. В этом случае теряют смысл понятия «новые – старые», «понятные – непонятные» сведения. Алфавитный подход является объективным способом измерения информации в отличие от субъективного, содержательного, похода.

Решение задач:

1.Докажите, что, исходя из алфавитного подхода, сообщение любой длины,

использующее односимвольный алфавит содержит нулевую информацию.

Доказательство:

В денном случае N=1, т.к. 2^i=N, то i=0. Т.к. К (количество символов в сообщении) у нас произвольное, обозначим его за x. Для нахождения количества информации в тексте, содержащим x символов (в данном случае) получим выражение: x*0. Это выражение будет равняться 0 при любом значении x. Что требовалось доказать.

2.Два текста содержат одинаковое количество символов. Первый текст составлен в алфавите мощностью 32 символа, второй – мощностью 64 символа. Во сколько раз отличается количество информации в этих текстах?

Решение:

N=32 32=2^i i=5 бит

N=64 64=2^i i=6 бит

К=x 5x6x=56

Ответ: в 56 раз.

3.На похвальном листе, вручаемом 1 сентября отличникам, 20 строк, в каждой строке 16 символов. Определите мощность алфавита, используя который составлен похвальный лист, если известно, что он несет 1600 бит информации.

Решение:

20*16=320 (симв.) – на похвальном листе.

1600320=5 (бит) – вес одного символа.

2^5=32

Ответ: N=32

4.В книге, написанной на русском языке 68 страниц. На каждой странице 45 строк, в каждой строке 20 символов. Какое количество информации будет утеряно из книги, и какое останется, если в ней вредный ученик Вовочка Сидоров вырвет 2 страницы.

Решение:

45*20=900 (симв.) – на одной странице.

900*68=61200 (симв.) – во всей книге.

61200*54=3304800 (бит) – всего в книге.

(900*2)*54=57200 (бит) – утеряно на двух страницах.

3304800-57200=3247600 (бит) – осталось.

Ответ: утеряно 57200 бит, осталось 3247600 бит.

Конспект урока по Информатике в 10–ом классе.

Тема: Различные единицы информации и скорости информационного обмена

Цель:

Удобнее всего измерять информацию, когда мощность алфавита N равна целой степени числа 2. Например, если N=16, то каждый символ несет 4 бита информации потому, что 24=16. А если N=32, то один символ «весит» 5 бит.

Ограничения на максимальную мощность алфавита теоретически не существует. Однако есть алфавит, который можно назвать достаточным. С ним мы скоро встретимся при работе с компьютером. Это алфавит мощностью 256 символов. В таком алфавите можно поместить практически все необходимые символы: латинские и русские буквы, цифры, знаки арифметических операций, скобки, знаки препинания.

В такой алфавит помещают даже значки, с помощью которых можно чертить рамки, таблицы. Их называют знаками псевдографики.

Поскольку 256=28, то один символ этого алфавита «весит» 8 бит. Причем 8 бит информации – это настолько характерная величина, что ей присвоили свое название – байт.