Урок по информатике "Представление информации, языки, кодирование"

Тема: «Представление информации, языки, кодирование»

Тип урока: объяснение нового материала с выполнением самостоятельной работы;

Цели:

Образовательные:

·                   познакомить учащихся с основными понятиями данной темы.

Воспитательные:

·                   развивать у учащихся стремление к активной познавательной деятельности.

Развивающие:

·              воспитывать информационную культуру учащихся.

Методы: словесный (рассказ).

В повседневной жизни мы воспринимаем информацию как обмен сообщениями между людьми. Обмениваться сообщениями человек может устно, письменно, с помощью технических средств, отправляя смс сообщения 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.

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.

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.

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.

Закодировать одну и ту же информацию можно используя различные способы. И выбор способа кодировки зависит от следующих причин:

·     Цели кодирования,

·     Условия кодирования,

·     Имеющихся средства,

·     Способа обработки информации.

Остановимся на способе обработки информации.

Например, используя русский алфавит, запишем число «тридцать два». А теперь запишем это же число, используя алфавит арабской десятичной системы счисления – 32. Теперь представим, что вам необходимо произвести вычисления. Как будет удобнее? Тридцать два умножить на триста восемьдесят пять. Или используя арабские цифры и знаки действий?

32 * 385

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 текста 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.

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.

Шифр со сдвигом вправо на 3

Код

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Исх. буква

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Шифр

Г

Д

Е

Ж

З

И

Й

К

Л

М

Н

О

П

Р

С

Т

Код

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

Исх. буква

Р

С

Т

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ъ

Ы

Ь

Э

Ю

Я

Шифр

У

Ф

Х

Ц

Ч

Ш

Щ

Ъ

Ы

Ь

Э

Ю

Я

А

Б

В

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.

Итоги урока

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.