Методические основы преподавания темы "Количество измерения информации" в школьном курсе информатике

     Информационную  связь между пользователем и  компьютером обеспечивает монитор. Система отображения компьютера состоит из двух главных компонентов:

     • монитора (дисплея);

     • видеоадаптера (называемого также видеоплатой, или графической платой).

     Информация  на мониторе может отображаться несколькими  способами. Самый распространенный — отображение на экране электронно-лучевой  трубки (ЭЛТ), такой же, как в телевизоре. ЭЛТ представляет собой электронный вакуумный прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне — экран, покрытый люминофором.

     Нагреваясь, электронная пушка испускает  поток электронов, которые с большой скоростью двигаются к экрану. Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и отклоняющую катушки, которые направляют его в определенную точку покрытого люминофором экрана. Под воздействием ударов электронов люминофор излучает свет, который видит пользователь, сидящий перед экраном компьютера.

     Химическое  вещество, используемое в качестве люминофора, характеризуется временем послесвечения, которое отображает длительность свечения люминофора после воздействия электронного пучка. Время послесвечения и частота обновления изображения должны соответствовать друг другу, чтобы не было заметно мерцание изображения (если время послесвечения очень мало) и отсутствовали размытость и удвоение контуров в результате наложения последовательных кадров (если время послесвечения слишком велико).

     Электронный луч движется очень быстро, прочерчивая экран строками слева направо и сверху вниз по траектории, которая получила наименование растр. Период сканирования по горизонтали определяется скоростью перемещения луча поперек экрана.

     В процессе развертки (перемещения по экрану) луч воздействует на те элементарные участки люмино-форного покрытия экрана, в которых должно появиться изображение. Интенсивность луча постоянно меняется, в результате чего изменяется яркость свечения соответствующих участков экрана. Поскольку свечение исчезает очень быстро, электронный луч должен вновь и вновь пробегать по экрану, возобновляя его. Этот процесс называется возобновлением (или регенерацией) изображения.

     Существуют  альтернативные конструкции средств  отображения, основанные на других физических явлениях. Позаимствовав технологию у изготовителей плоских индикационных панелей, некоторые компании разработали жидкокристаллические дисплеи, называемые также LCD-дисплеями (Liquid-Crystal Display). Для них характерен безбликовый плоский экран и низкая потребляемая мощность (некоторые модели таких дисплеев потребляют 5 Вт, в то время как мониторы с электронно-лучевой трубкой — порядка 100 Вт). По качеству цветопередачи жидкокристаллические панели с активной матрицей в настоящее время превосходят большинство моделей мониторов с электронно-лучевой трубкой.

     Разрешающая, способность, или разрешение, монитора — это размер минимальной детали изображения, которую можно различить на экране. Данный параметр характеризуется количеством элементов разложения — пикселей (pixel) — по горизонтали и вертикали экрана. Чем больше количество пикселей, тем более детальное изображение формируется на экране. Необходимое разрешение в значительной степени зависит от конкретного приложения. Символьные приложения (например, текстовый редактор) требуют невысокого разрешения, в то время как приложения с большим объемом графики (например, настольная издательская система) нуждаются в более детальных изображениях.

     Важной  характеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, является размер зерна (точки, dot pitch) люминофора экрана монитора. Величина зерна монитора имеет значения от 0,41 до 0,18 мм.

     Видеоадаптер  формирует сигналы управления монитором. Большинство видеоадаптеров поддеРживает по крайней мере один из следующих стандартов:

     • MDA (Monochrome Display Adapter);

     • CGA (Color Graphics Adapter);

     •  EGA (Enhanced Graphics Adapter);

     • VGA (Video Graphics Array);

     •  SVGA (SuperVGA);

     • XGA (extended Graphics Array).

     Сканер — это устройство ввода в ЭВМ информации . непосредственно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую графическую информацию. Сканеры можно разделить на несколько групп: по типу интерфейса, способу формирования сигнала, типу сканируемых документов.

     Различают цветные и черно-белые сканеры. Также можно выделить ручные, планшетные, роликовые, проекционные сканеры. В  офисах и дома чаще используют планшетные сканеры.

     Для дальнейшей обработкшотсканированных изображений используются соответствующие средства машинной графики; текста — программы распознавания, например, Fine Reader.

     Рисунок с точки зрения растрового редактора  состоит из отдельных точек (элементов) — пикселей. Чаще всего пиксель есть объединение нескольких физических точек экрана, и только в частном случае каждый элемент изображения совпадает с единственной точкой на мониторе. Все пиксели характеризуются двумя координатами и цветом. Поскольку растровый принцип однозначно определяет последовательность обхода точек рисунка, специально сохранять координаты нет необходимости, а достаточно запомнить последовательность цветов всех точек.

     Важной  характеристикой растрового изображения  является количество цветов. Чем больше количество цветов, тем лучше цветопередача, но тем больше занимает места полученный рисунок.

     Если  в растровой графике базовым  элементом изображения является точка, то в векторной графике — линия. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

     Линия — элементарный объект векторной  графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (текстуры, карты) или выбранным цветом.

     Простейшая  незамкнутая линия ограничена двумя  точками, именуемыми узлами. УЗЛЫ также  имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами.

     Все прочие объекты векторной графики  составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.

     Система деловой графики — система, позволяющая выводить на экран различные виды графиков и диаграмм: гистограммы, круговые и секторные диаграммы и т.д. В частности, такие средства содержатся в табличных процессорах, например, в MS Excel.

     Система научной и инженерной графики  — система, позволяющая в цвете и в заданном масштабе отображать на экране графики двухмерных и трехмерных функций, заданных в табличном или аналитическом виде, системы изолиний, в том числе и нанесенные на поверхность объекта, сечения, проекции, карты и др.

     Анимация  — технология мультимедиа; воспроизведение последовательности картинок, создающее впечатление движущегося изображения. Средства поддержки создания анимационных изображений имеются в большинстве растровых и векторных графических редакторов.

2.6. Двоичное кодирование текстовой информации.

    Традиционно для кодирования одного символа  используется 1 байт (8 двоичных разрядов). Это позволяет закодировать N = 28 = 256 различных символов, которых  обычно бывает достаточно для представления  текстовой информации (прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и т.д.).

    Начиная с 60 годов, компьютеры все больше стали  использоваться для обработки текстовой  информации.

    Традиционно для кодирования одного символа  используется 1 байт (8 двоичных разрядов). Это позволяет закодировать N = 28 = 256 различных символов, которых обычно бывает достаточно для представления текстовой информации (прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и т.д.).

    При двоичном кодировании текстовой информации каждому символу ставится в соответствие своя уникальная последовательность из восьми нулей и единиц, свой уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (десятичный код от 0 до 255).

    Присвоение  символу конкретного двоичного  кода - это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. Первые 33 кода (с 0 по 32) соответствуют не символам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и т.д.). Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания.

    Коды  с 128 по 255 являются национальными, т.е. в национальных кодировках одному и  тому же коду соответствуют различные  символы. К сожалению, в настоящее  время существуют пять различных  кодовых таблиц для русских букв, поэтому тексты, созданные в одной кодировке, не будут правильно отображаться в другой.

    Хронологически  одним из первых стандартов кодирования  русских букв на компьютерах был  код КОИ-8 («Код обмена информацией 8-битный»). Эта кодировка применяется на компьютерах с операционной системой UNIX.

    Наиболее  распространенная кодировка- это стандартная  кириллическая кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением СР1251 («СР» означает «Code Page», «кодовая страница»). Все Windows-приложения, работающие с русским языком, поддерживают эту кодировку. 
 

    Таблица 2. Кодировки символов

Двоичный  код     Десятичный  код     КОИ8   СР1251   СР866      Mac  _   ISO     00000000     0                             00001000     8     Удаление  последнего символа (клавиша Backspace)                       00001101     13     перевод строки (клавиша Enter)                       00100000     32     пробел     00100001     33     !                                               01011010     90                 Z                                                           01111111     127                 п                       128     -     Ъ     А     А     к                                               11000010     194     Б     В     -     -     Т                                               11001100     204     Л     м     i i     i i     Ь                                               11011101     221     Щ     э     -     Ё     н                                               11111111     255     ь     я нераз. пробел нераз. пробел     п

 

    Для работы в среде операционной системы MS-DOS используется «альтернативная» кодировка, в терминологии фирмы Microsoft - кодировка  СР866.

    Фирма Apple разработала для компьютеров Macintosh свою собственную кодировку  русских букв (Мае).

    Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка  еще одну кодировку под названием ISO 8859-5.

    Как видно из таблицы, одному и тому же двоичному коду в различных кодировках поставлены в соответствие различные  символы. Каждая кодировка задается своей собственной кодовой таблицей.

    Например, последовательность числовых кодов  221, 194, 204 в кодировке СР1251 образует слово ЭВМ, тогда как в других кодировках это будет бессмысленный набор символов.

    К счастью, в большинстве случаев  пользователь не должен заботиться о  перекодировках текстовых документов. При работе в приложениях Windows предусмотрена возможность автоматической перекодировки документов, созданных в приложениях MS-DOS. При работе в Интернет с использованием броузеров Internet Explorer и Netscape Communicator происходит автоматическая перекодировка Web-страниц.

    В последнее время появился новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ не один байт, а два, и потому с его помощью можно закодировать не 256 символов, а N = 216 = 65536 различных символов. Эту кодировку поддерживает платформа Microsoft WindowsOffice 97.

    Двоичное  кодирование графической  информации

    С 80-х годов интенсивно развивается  технология обработки на компьютере графической информации. Компьютерная графика позволяет создавать  и редактировать рисунки, схемы, чертежи, преобразовывать изображения (фотографии, слайды и т.д.), представлять статистические данные в форме деловой графики, создавать анимационные модели (научные, игровые и т.д.), обрабатывать «живое видео».

    Графическая информация на экране монитора представляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселей). В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь лишь два состояния — «черная» или «белая», т.е. для хранения ее состояния необходим 1 бит.

    Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета (бит на точку 4, 8, 16, 24). Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, и тогда по формуле N = 21 может быть вычислено количество цветов, отображаемых на экране монитора.