От чего может зависеть способ кодирования языки кодирования

Представление информации. Языки. Кодирование

Урок 2. Информатика 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Представление информации. Языки. Кодирование»

· язык. Виды языков;

В повседневной жизни мы воспринимаем информацию как обмен сообщениями между людьми. Обмениваться сообщениями человек может устно, письменно, с помощью технических средств, отправляя смс или электронные сообщения. Возможно, в будущем человек сможет обмениваться сообщениями с помощью телепатии.

Если вспомнить уроки истории и биологии, то вы поймёте, что своё развитие человек получил благодаря развитию речи, только когда появились и распространились языки.

На сегодняшний момент существует несколько предположений о том, как появились языки, но ни одно из предположений не имеет подтверждения. В начале 21 века были получены данные, после которых ряд учёных предположил, что развитие языка произошло из-за мутации некоторых генов у человека, благодаря чему человек стал отличаться от близких ему приматов. Эта мутация, возможно, произошла от какого-то космического облучения. Конечно, это просто гипотеза и доверять ей беспрекословно нельзя.

Язык – это сложная знаковая система для представления и передачи информации.

Языки бывают естественные, которые развились на определённой территории и принадлежат определённой группе людей. Например, русский язык, английский, китайский, японский, немецкий и другие языки.

Так же выделяют формальные языки: к ним относится математическая символика, языки программирования, система дорожных знаков и другие.

И искусственно созданные языки, например, азбука Морзе и жестовый язык глухих людей.

Основная функция языка – передача информации и её хранение.

Чтобы сохранить информацию её необходимо записать на определённый носитель. Благодаря этому можно передать информацию следующему поколению.

Давайте подумаем, записав текст на русском языке на бумагу используя русский алфавит, что мы сделаем? Мы представим информацию в закодированном виде. Так как используя графические символы (буквы) мы представили текст в виде кода, заключающего в себе содержание речи, то есть информацию.

Таким образом, Кодирование – это процесс представления информации, удобный для её хранения и/или передачи.

Чтение — это обратный процесс, здесь письменный текст преобразуется в речь. Данный процесс называется декодированием.

Схематически эти два процесса можно представить следующим образом:

Данная схема будет свойственна для всех процессов, связанных с передачей информации.

Теперь давайте выделим некоторые способы и основные цели кодирования.

Способов кодирования существует огромное множество. Даже записав русский текст, используя латинский алфавит мы получим туже информацию, но закодированную иначе. Кстати, очень часто данный способ используют для отправки сообщения, если в данный момент на клавиатуре нет русских букв. Например, фразу: Добрался отлично! можно написать с помощью латинских букв Dobralsya otlichno.

Также есть такой способ кодирования как стенография – это быстрый способ записи устной речи. Данный способ кодирования был необходим во времена отсутствия звукозаписи. Стенографией владели лишь немногие специально обученные люди. Стенографисты успевали записывать текст синхронно с речью выступающего человека. В стенограмме один символ означает целое слово или сочетание букв. Но расшифровать (декодировать) стенограмму мог только сам стенографист.

Как вы уже поняли, закодировать одну и туже информацию можно используя различные способы. И выбор способа кодировки зависит от следующих причин:

· Способа обработки информации.

Остановимся подробнее на способе обработки информации.

Например, используя русский алфавит запишем число «сорок два». А теперь запишем это же число, используя алфавит арабской десятичной системы счисления – 42. Теперь представим, что вам необходимо произвести вычисления. Как будет удобнее? Сорок два умножить на триста восемьдесят шесть. Или используя арабские цифры и знаки действий?

Очевидно, что в данном случае, второй способ удобнее.

Обратите внимание, что обе записи имеют одинаковый смысл, однако используют различные языки кодирования: в первом случае — естественный русский язык, а во втором — формальный язык математики.

В настоящее время человек использует для кодирования чисел десятичную систему счисления, а компьютер — двоичную.

В программировании используются различные формальные языки, их называют языками программирования. Например, такие как Pascal, Java, С++, Visual Basic и другие.

Существуют ситуации, когда необходимо засекретить информацию, то есть защитить её от несанкционированного доступа. Тогда информация шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью.

Шифрование – это процесс кодирования засекреченным способом открытого текса в зашифрованный, известный только отправителю и получателю сообщения.

Дешифрование – процесс обратного преобразования (восстановления) исходных данных. Наука, которая занимается методами шифрования, называется криптография.

Есть очень интересная книга, про способы шифрования. Она называется «Цифровая крепость», автор — Дэн Браун. Если у вас будет желание, обязательно прочтите её.

Теоретически можно разгадать любой шифр. Для успешной расшифровки необходимо научиться пользоваться логикой.

Простейшие примеры логических выводов могут выглядеть так.

Если текст засекречен с помощью подстановочного шифра.

Первые шесть букв послания стоят перед восклицательным знаком, логично предположить, что это обращение «Привет!». Или если в тексте есть слово из двух букв, то почти наверняка это будет предлог или местоимение. И так далее.

Конечно, это логика простейшего примера. При более сложных вариантах шифрования важна собственная интуиция, чтобы с помощью шестого чувства догадаться, какой же метод был применён.

Проблема в том, что алгоритмов шифрования существует бесчисленное множество, к тому же могут применяться комбинации подходов, что значительно усложняет задачу.

Тогда к основным целям кодирования информации относятся: засекречивание информации, быстрый способ записи, передача по техническим каналам связи, выполнение математических вычислений.

Рассмотрим примеры шифрования.

Возможно, самая известная история, основанная на расшифровке тайного послания с помощью логических размышлений и догадок, описана в рассказе «Пляшущие человечки» английского писателя Артура Конана Дойля о сыщике Шерлоке Холмсе.

Как вы помните, к Шерлоку Холмсу обращается за помощью некий мистер Хилтон Кьюбит. Год назад он женился на мисс Илси Патрик, а месяц назад его жена получила письмо из Америки и после прочтения, сразу уничтожила его.

Вскоре возле дома мистера Кьюбита стали появляться рисунки пляшущих человечков. Когда миссис Кьюбит увидела их впервые, она потеряла сознание. Не в силах разгадать загадку самостоятельно, Мистер Хилтон обращается за помощью к прославленному сыщику.

Конечно, Мистер Холмс сразу догадывается, что это не просто детские каракули, а не что иное, как шифр. Накопив достаточное количество пляшущих человечков, Холмс раскрывает их тайну и отправляет телеграмму.

Давайте посмотрим, как Шерлок Холмс расшифровал записку.

Холмс предположил, что во второй и в третьей записке, первое слово — это обращение к миссис Кьюбит, ИЛСИ. Таким образом он получил три буквы — И, Л, С.

Затем, обратил внимание на второе слово третьей записки. Оно состоит из семи букв, также в нём третья и последняя буквы — И. Из предположений о возможном смысле записи следовало, что это слово ПРИХОДИ. Так он получил еще пять букв: П, э, Х, О, Д.

По мнению Холмса, четвёртую записку написала миссис Кьюбит. Записка состояла из всего одного слова, включающего буквы И, О, Д. То есть это может быть слово НИКОГДА. Шерлок получил буквы: Н, К, Г, А.

Размышляя таким образом в руках у Холмса оказались 23 буквы, и он расшифровал все записки.

Или ещё один из самых простых и наиболее широко известных методов шифрования – это Шифр Цезаря, также известный как шифр сдвига, код Цезаря или сдвиг Цезаря.

Шифр Цезаря — это вид шифра подстановки, в котором каждый символ в открытом тексте заменяется символом, находящимся на некотором постоянном числе позиций левее или правее него в алфавите. Например, в шифре со сдвигом вправо на три, буква А была бы заменена на Г, буква Б станет Д, и так далее.

Этот шифр назван в честь римского императора Гая Юлия Цезаря, использовавшего его для секретной переписки со своими генералами.

Различные системы безопасности на протяжении многих веков использовали идею Цезаря и её обобщение в виде аффинного шифра. В настоящее время любой шифр, в котором каждая буква исходного сообщения заменяется на другую букву, сдвинутую на фиксированное число позиций (не обязательно три), называется шифром Цезаря.

Язык – это сложная знаковая система для представления и передачи информации. Языки бывают естественные и искусственно созданные.

Основная функция любого языка – передача и хранение информации.

Существуют ситуации, когда необходимо засекретить информацию, то есть защитить её от несанкционированного доступа. Тогда информация шифруется.

Дешифрование – это процесс обратного преобразования исходного текста.

К основным целям кодирования информации относятся: засекречивание информации, быстрый способ записи, передача по техническим каналам связи, выполнение математических вычислений.

Источник

§ 2. Представление информации, языки, кодирование

Из курса основной школы вам известно:

• Историческое развитие человека, формирование человеческого общества связано с развитием речи, с появлением и распространением языков. Язык — это знаковая система для представления и передачи информации.
• Люди сохраняют свои знания в записях на различных носителях. Благодаря этому знания передаются не только в пространстве, но и во времени — от поколения к поколению.
• Языки бывают естественные, например русский, китайский, английский, и формальные, например математическая символика, нотная грамота, языки программирования.

Письменность и кодирование информации

Под словом «кодирование» понимают процесс представления информации, удобный для ее хранения и/или передачи. Следовательно, запись текста на естественном языке можно рассматривать как способ кодирования речи с помощью графических элементов (букв, иероглифов). Записанный текст является кодом, заключающим в себе содержание речи, т. е. информацию.

Процесс чтения текста — это обратный по отношению к письму процесс, при котором письменный текст преобразуется в устную речь. Чтение можно назвать декодированием письменного текста. Схематически эти два процесса изображены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема передачи информации с помощью письменности

Схема на рис. 1.1 типична для всех процессов, связанных с передачей информации.

Цели и способы кодирования

Теперь обратим внимание на то, что может существовать много способов кодирования одного и того же текста на одном и том же языке. Например, русский текст мы привыкли записывать с помощью русского алфавита. Но то же самое можно сделать, используя латинский алфавит. Иногда так приходится поступать, отправляя SMS по мобильному телефону, на котором нет русских букв, или электронное письмо на русском языке за границу, если у адресата нет русифицированного программного обеспечения. Например, фразу «Здравствуй, дорогой Саша!» приходится писать так: «Zdravstvui, dorogoi Sasha!».

Существует множество способов кодирования. Например, стенография — быстрый способ записи устной речи. Стенография появилась во времена, когда не существовало техники звукозаписи. Ею владели лишь немногие специально обученные люди — стенографисты. Они успевали записывать текст синхронно с речью выступающего человека. В стенограмме один значок обозначает целое слово или сочетание букв. Расшифровать (декодировать) стенограмму мог только сам стенографист.

Посмотрите на текст стенограммы на рис. 1.2. Там написано следующее: «Говорить умеют все люди на свете. Даже у самых примитивных племен есть речь. Язык — это нечто всеобщее и самое человеческое, что есть на свете».

Рис. 1.2. Стенограмма

Можно придумать и другие способы кодирования.

Приведенные примеры иллюстрируют следующее важное правило: для кодирования одной и той же информации могут быть использованы разные способы; их выбор зависит от ряда обстоятельств: цели кодирования, условий, имеющихся средств. Если надо записать текст в темпе речи, делаем это с помощью стенографии; если надо передать текст за границу, пользуемся латинским алфавитом; если надо представить текст в виде, понятном для грамотного русского человека, записываем его по правилам грамматики русского языка.

Еще одно важное обстоятельство: выбор способа кодирования информации может быть связан с предполагаемым способом ее обработки. Обсудим это на примере представления чисел — количественной информации. Используя русский алфавит, можно записать число «тридцать пять». Используя же алфавит арабской десятичной системы счисления, пишем: 35. Пусть вам надо произвести вычисления. Скажите, какая запись удобнее для выполнения расчетов: «тридцать пять умножить на сто двадцать семь» или «35 х 127»? Очевидно, что для перемножения многозначных чисел вы будете пользоваться второй записью.

Заметим, что эти две записи, эквивалентные по смыслу, используют разные языки: первая — естественный русский язык, вторая — формальный язык математики, не имеющий национальной принадлежности. Переход от представления на естественном языке к представлению на формальном языке можно также рассматривать как кодирование. Человеку удобно использовать для кодирования чисел десятичную систему счисления, а компьютеру — двоичную систему.

Широко используемыми в информатике формальными языками являются языки программирования.

В некоторых случаях возникает потребность засекречивания текста сообщения или документа, для того чтобы его не смогли прочитать те, кому не положено. Это называется защитой от несанкционированного доступа. В таком случае секретный текст шифруется. В давние времена шифрование называлось тайнописью. Шифрование представляет собой процесс превращения открытого текста в зашифрованный, а дешифрование — процесс обратного преобразования, при котором восстанавливается исходный текст. Шифрование — это тоже кодирование, но с засекреченным методом, известным только источнику и адресату. Методами шифрования занимается наука криптография.

История технических способов кодирования информации

С появлением технических средств хранения и передачи информации возникли новые идеи и приемы кодирования. Первым техническим средством передачи информации на расстояние стал телеграф, изобретенный в 1837 году американцем Сэмюэлем Морзе (1791-1872). Телеграфное сообщение — это последовательность электрических сигналов, передаваемая от одного телеграфного аппарата по проводам к другому телеграфному аппарату. Эти технические обстоятельства привели Морзе к идее использования всего двух видов сигналов — короткого и длинного — для кодирования сообщения, передаваемого по линиям телеграфной связи.

Такой способ кодирования получил название азбуки Морзе. В ней каждая буква алфавита кодируется последовательностью коротких сигналов (точек) и длинных сигналов (тире). Буквы отделяются друг от друга паузами — отсутствием сигналов.

В таблице на рис. 1.3 показана азбука Морзе применительно к русскому алфавиту. Специальных знаков препинания в ней нет. Их обычно записывают словами: «тчк» — точка, «зпт» — запятая и т. п.

Самым знаменитым телеграфным сообщением является сигнал бедствия «SOS» (Save Our Souls — спасите наши души). Вот как он выглядит в коде азбуки Морзе:

Три точки обозначают букву S, три тире — букву О. Две паузы отделяют буквы друг от друга.

Рис. 1.3. Кодовая таблица азбуки Морзе

Характерной особенностью азбуки Морзе является переменная длина кода разных букв, поэтому код Морзе называют неравномерным кодом. Буквы, которые встречаются в тексте чаще, имеют более короткий код, чем редкие буквы. Например, код буквы «Е» — одна точка, а код буквы «Ъ» состоит из шести знаков. Зачем так сделано? Чтобы сократить длину всего сообщения. Но из-за переменной длины кода букв возникает проблема отделения букв друг от друга в тексте. Поэтому приходится для разделения использовать паузу (пропуск). Следовательно, телеграфный алфавит Морзе является троичным, так как в нем используется три знака: точка, тире, пропуск.

Равномерный телеграфный код был изобретен французом Жаном Морисом Бодо (1845-1903) в конце XIX века. В нем использовалось всего два вида сигналов. Неважно, как их назвать: точка и тире, плюс и минус, ноль и единица.

Это два отличающихся друг от друга электрических сигнала.

В коде Бодо длина кодов всех символов алфавита одинакова и равна пяти. В таком случае не возникает проблемы отделения букв друг от друга: каждая пятерка сигналов — это знак текста.

Код Бодо — это первый в истории техники способ двоичного кодирования информации. Благодаря идее Бодо удалось автоматизировать процесс передачи и печати букв. Был создан клавишный телеграфный аппарат. Нажатие клавиши с определенной буквой вырабатывает соответствующий пятиимпульсный сигнал, который передается по линии связи. Принимающий аппарат под воздействием этого сигнала печатает ту же букву на бумажной ленте.

Из курса информатики основной школы вам известно, что в современных компьютерах для кодирования текстов также применяется равномерный двоичный код. Проблемы кодирования информации в компьютере и при передаче данных по сети мы рассмотрим несколько позже.

Источник