Хранение и обработка информации

8

Дата: 19.11.2021 Урок № 11 Класс: 10 Предмет: Информатика

Учитель: Мазуркевич Н.В.

ТЕМА: ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: индивидуальная, парная, фронтальная.

Цель: усвоение видов информационных процессов через самостоятельную, индивидуальную и групповую работу учеников.

Планируемые образовательные результаты:

Предметные:

способствовать формированию представления об информационных процессах (хранении и передаче информации) и их роли в современном мире;

умение приводить примеры хранения и передачи информации в деятельности человека, в живой природе, обществе, технике;

развитие мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе.

Метапредметные :

широкий спектр умений и навыков использования средств информационных и коммуникационных технологий для сбора, хранения, преобразования и передачи различных видов информации.

Метапредметные (УУД)→Познавательные УУД:

навыки анализа процессов в биологических, технических и социальных системах, выделения в них информационной составляющей;

общепредметные навыки обработки информации;

Регулятивные УУД:

владение умениями организации собственной учебной деятельности, включающими: целеполагание как постановку учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что требуется установить;

владение основными универсальными умениями информационного характера: поиск и выделение необходимой информации;

Коммуникативные УУД:

умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли, формулировать собственное мнение;

использовать речевые средства в соответствии с ситуацией;

определять цель и проблему в учебной деятельности, соблюдать нормы коллективного общения; планировать деятельность, понимать позицию другого.

Личностные:

понимание значимости информационной деятельности для современного человека;

наличие представлений об информации как важнейшем стратегическом ресурсе развития личности, государства, общества; понимание роли информационных процессов в современном мире;

формирование навыков самоорганизации, адекватной самооценки личности;

сотрудничество с учителем и сверстниками.

Оборудование (средства ИКТ)/ресурсное обеспечение:

Компьютерный класс, мультимедийный проектор, электронные образовательные ресурсы (ЭОР), программа для работы с ЭОР, презентация.

Лицензионные ЭОР: ЕК ЦОР http://school-collection.edu.ru/

УМК: Базовый учебник: Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10 класса / И. Г. Семакин, Е.К. Хеннер. − М. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.

Подготовка к уроку: гиперссылки на цифровые ресурсы сохранить в файле «Урок 11» (приложение)

ХОД УРОКА

1. Организационный момент (приветствие, отметка отсутствующих, проверка готовности к уроку, настрой на урок, объявление хода урока).

2. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Разгадайте ребусы.

(хранение, передача)

1. Дайте определение понятию «информация».

2. Каким образом человек получает информацию? Приведи примеры.

3. Какие виды информации вы знаете? Приведите примеры.

4. Какие действия человек совершает с информацией? Приведите примеры.

5. Зачем человек хранит информацию?

6. Где можно длительно хранить информацию?

7. Каким образом происходит передача информации? (слайд 2)

Подумайте, как назвать тему нашего урока, какова цель урока?

3. Актуализация знаний

Назовите три основных вида информационных процессов?

Дайте характеристику каждого процесса.

Назовите известные вам крупные хранилища информации.

Можно ли человека назвать носителем информации?

Человек хранит информацию в собственной памяти, а также в виде записей на различных внешних (по отношению к человеку) носителях: на камне, папирусе, бумаге, магнитных и оптических носителях и пр. Благодаря таким записям, информация передается не только в пространстве (от человека к человеку но и во времени — из поколения в поколение.

4. Первичное усвоение новых знаний.

Рассмотрим способы хранения информации более подробно.

Информация может храниться в различных видах: в виде записанных текстов, рисунков, схем, чертежей; фотографий, звукозаписей, кино- или видеозаписей. В каждом случае применяются свои носители.

Носитель - это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.

Практически носителем информации может быть любой материальный объект. Информацию можно сохранять на камне, дереве, стекле, ткани, песке, теле человека и т. д. Рассмотрим современными средствами хранения информации, имеющими массовое применение.

Носителем, имеющим наиболее массовое употребление, до сих пор остается бумага. Изобретенная во II веке н. э. в Китае, бумага служит людям уже 19 столетий.

Д ля сопоставления объемов информации на разных носителях будем пользоваться единицей — байтом, считая, что один знак текста «весит» 1 байт.

Что касается долговечности хранения документов, книг и прочей бумажной продукции, то она очень сильно зависит от качества бумаги, красителей, используемых при записи текста, условий хранения.

На первых компьютерах бумажные носители использовались для цифрового представления вводимых данных. Это были перфокарты: картонные карточки с отверстиями, хранящие двоичный код вводимой информации. На некоторых типах ЭВМ для тех же целей применялась перфорированная бумажная лента.

Использование магнитных носителей информации

В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально она использовалась только для сохранения звука. Самым первым носителем магнитной записи была стальная проволока диаметром до 1 мм. В начале XX столетия для этих целей использовалась также стальная катаная лента. Тогда же (в 1906 г.) был выдан и первый патент на магнитный диск. Качественные характеристики всех этих носителей были весьма низкими.

В 20-х годах XX века появляется магнитная лента сначала на бумажной, а позднее — на синтетической (лавсановой) основе, на поверхность которой наносится тонкий слой ферромагнитного порошка. Во второй половине XX века на магнитную ленту научились записывать изображение, появляются видеокамеры, видеомагнитофоны.

На ЭВМ первого и второго поколений магнитная лента использовалась как единственный вид сменного носителя для устройств внешней памяти. Любая компьютерная информация на любом носителе хранится в двоичном (цифровом) виде. Поэтому независимо от вида информации: текст это, или изображение, или звук — ее объем можно измерить в битах и байтах. На одну катушку с магнитной лентой, использовавшейся в лентопротяжных устройствах первых ЭВМ, помещалось приблизительно 500 Кб информации.

С начала 1960-х годов в употребление входят компьютерные магнитные диски: алюминиевые или пластмассовые диски, покрытые тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в дисковод компьютера. Последние традиционно называют винчестерскими дисками.

В инчестер компьютера — это пакет магнитных дисков, надетых на общую ось. Информационная емкость современных винчестерских дисков измеряется в гигабайтах (десятки и сотни Гб). Наиболее распространенный тип гибкого диска диаметром 3,5 дюйма вмещает около 1,4 Мб данных. Гибкие диски в настоящее время выходят из употребления.

В банковской системе большое распространение получили пластиковые карты. На них тоже используется магнитный принцип записи информации, с которой работают банкоматы, кассовые аппараты, связанные с информационной банковской системой.

Использование оптических дисков и флэш-памяти

П рименение оптического, или лазерного, способа записи информации начинается в 1980-х годах. Его появление связано с изобретением квантового генератора — лазера, источника очень тонкого (толщина порядка микрона) луча высокой энергии. Луч способен выжигать на поверхности плавкого материала двоичный код данных с очень высокой плотностью. Считывание происходит в результате отражения от такой «перфорированной» поверхности лазерного луча с меньшей энергией («холодного» луча). Благодаря высокой плотности записи, оптические диски имеют гораздо больший информационный объем, чем однодисковые магнитные носители. Информационная емкость оптического диска составляет от 190 Мб до 700 Мб. Оптические диски называются компакт-дисками (CD).

Во второй половине 1990-х годов появились цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) с большой емкостью, измеряемой в гигабайтах (до 17 Гб). Увеличение их емкости по сравнению с CD-дисками связано с использованием лазерного луча меньшего диаметра, а также двухслойной и двусторонней записи. Вспомните пример со школьной библиотекой. Весь ее книжный фонд можно разместить на одном DVD.

В настоящее время оптические диски (CD и DVD) являются наиболее надежными материальными носителями информации, записанной цифровым способом. Эти типы носителей бывают как однократно записываемыми — пригодными только для чтения, так и перезаписываемыми — пригодными для чтения и записи.

В последнее время появилось множество мобильных цифровых устройств: цифровые фото- и видеокамеры, МРЗ-плееры, карманные компьютеры, мобильные телефоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Все эти устройства нуждаются в переносных носителях информации. Но поскольку все мобильные устройства довольно миниатюрные, то и к носителям информации для них предъявляются особые требования. Они должны быть компактными, обладать низким энергопотреблением при работе, быть энергонезависимыми при хранении, иметь большую емкость, высокие скорости записи и чтения, долгий срок службы. Всем этим требованиям удовлетворяют флэш-карты памяти. Информационный объем флэш-карты может составлять несколько гигабайтов. В качестве внешнего носителя для компьютера широкое распространение получили так называемые флэш-брелоки (их называют в просторечии «флэшки»), выпуск которых начался в 2001 году. Большой объем информации, компактность, высокая скорость чтения/записи, удобство в использовании — основные достоинства этих устройств. Флэш-брелок подключается к USB-порту компьютера и позволяет скачивать данные со скоростью около 10 Мб в секунду.

В последние годы активно ведутся работы по созданию еще более компактных носителей информации с использованием так называемых нанотехнологий, работающих на уровне атомов и молекул вещества. В результате один компакт-диск, изготовленный по нанотехнологии, сможет заменить тысячи лазерных дисков. По предположениям экспертов приблизительно через 20 лет плотность хранения информации возрастет до такой степени, что на носителе объемом примерно с кубический сантиметр можно будет записать каждую секунду человеческой жизни. способствует развитию творческих способностей в отличие от конвергентного мышления, которое овладевает людьми с возрастом, «делая их поведение более стереотипными».

Даёт определение понятию «передача информации»)

Вводит понятие о системах передачи, о модели передачи К. Шеннона, о помехах.(презентация)

Первым техническим средством передачи информации на расстояние стал телеграф, изобретенный в 1837 году американцем Сэмюэлем Морзе. В 1876 году американец А.Белл изобретает телефон. На основании открытия немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн (1886 г.), А.С. Поповым в России в 1895 году и почти одновременно с ним в 1896 году Г.Маркони в Италии, было изобретено радио. Телевидение и Интернет появились в ХХ веке. (Слайд 2)

Модель передачи информации К. Шеннона

В се перечисленные способы информационной связи основаны на передаче на расстояние физического (элек­трического или электромагнитного) сигнала и подчиня­ются некоторым общим законам. Исследованием этих законов занимается теория связи, возникшая в 1920-х годах. Математический аппарат теории связи — матема­тическую теорию связи, разработал американский уче­ный Клод Шеннон. (Слайд 3)

Модель передачи информации по техническим каналам связи

Клодом Шенноном была предложена модель процесса передачи информации по техническим каналам связи. Под кодированием здесь понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. Декодирование — обратное преобразование сигнальной последовательности.

Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем процессе разго­вора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи служит телефонная сеть (провода, коммутаторы телефон­ных узлов, через которые проходит сигнал). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека — приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Современные компьютерные системы передачи информации — компьютерные сети, работают по тому же принципу. Есть процесс кодирования, преобразующий двоичный компьютерный код в физический сигнал того типа, который передается по каналу связи. Декодирование заключается в обратном преобразовании передаваемого сигнала в компьютерный код. Например, при использовании телефонных линий в компьютерных сетях функции кодирования-декодирования выполняет прибор, который называется модемом.

Пропускная способность канала и скорость передачи информации

Разработчикам технических систем передачи информации приходится решать две взаимосвязанные задачи: как обеспечить наибольшую скорость передачи информации и как уменьшить потери информации при передаче. К. Шеннон был первым ученым, взявшимся за решение этих задач создавшим новую для того времени науку — теорию информации. Шеннон определил способ измерения количества информации, переда­ваемой по каналам связи. Им было введено понятие пропускной способности канала как максимально возможной скорости передачи информа­ции. Эта скорость измеряется в битах в секунду (а также килобитах в секунду, мегабитах в секунду).

Пропускная способность канала связи зависит от его технической реа­лизации. Например, в компьютерных сетях используются следующие средства связи:

• телефонные линии;

• электрическая кабельная связь;

• оптоволоконная кабельная связь;

• радиосвязь.

Пропускная способность телефонных линий — десятки и сотни Кбит/с; пропускная способность оптоволоконных линий и линий радиосвязи из­меряется десятками и сотнями Мбит/с.

Однако существует проблема, которая на схеме, предложенной К. Шенноном, отмечена сло­вом «шум».

Шум, защита от шума

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие переда­ваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, пре­жде всего, возникают по техническим причинам, таким как плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одним и тем же каналам. Иногда, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор других людей.

Наличие шума приводит к потере передаваемой информации. В таких случаях необходима защита от шума. Для этого в первую очередь приме­няются технические способы защиты каналов связи от воздействия шу­мов. Такие способы бывают самыми разными, иногда простыми, иногда очень сложными. Например: использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяю­щих полезный сигнал от шума и пр.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую мето­ды борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет это­го потеря какой-то части информации при передаче может быть компен­сирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то, повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что со­беседник поймет вас правильно.

Избыточность кода — это многократное повторение передаваемых данных.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи. Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность переда­ваемой информации будет минимально возможной, а достоверность при­нятой информации — максимальной.

Большой вклад в научную теорию связи внес известный советский ученый Владимир Александрович Котельни­ков. В 1940-1950-х годах им получены фундаментальные научные результаты по проблеме помехоустойчивости систем передачи информации.

В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче часто применяется сле­дующий прием. Все сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сум­ма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется кон­трольная сумма принятого блока и, если она не совпадает с первоначальной суммой, передача данного блока повторяется. Так происхо­дит до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

ФИЗ/ МИНУТКА

«Делай, как я!» (анимирование изображения живых неживых объектов, использование Интернета)

5. Первичная проверка понимания

Учащиеся выполняют тест «Носители информации», делая скриншоты ответов.

7. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

• Прочитать §7-8, выполнить задание № 7,8 на стр.63

8. Контроль усвоения, обсуждение допущенных ошибок и их коррекция.

1. Пропускная способность канала связи 100 Мбит/с. Канал не подвержен воз­действию шума (например, оптоволоконная линия). Определите, за какое время по каналу будет передан текст, информационный объем которого со­ставляет 100 Кб.

2. Пропускная способность канала связи 10 Мбит/с. Канал подвержен воздей­ствию шума, поэтому избыточность кода передачи составляет 20%. Определи­те, за сколько времени по каналу будет передан текст, информационный объем которого составляет 100 Кб.

9. Оценивание с пояснением

10. Рефлексия

Можете ли вы назвать тему урока?

- Вам было легко или были трудности?

- Что у вас получилось лучше всего и без ошибок?

- Какое задание было самым интересным и почему?

- Как бы вы оценили свою работу?