Во внутренней памяти компьютера представление информации бывает дискретным или непрерывным

Обновлено: 21.11.2024

В оптических устройствах наличие света интерпретируется как "1", а его отсутствие интерпретируется как "0". Оптические устройства используют эту технологию для чтения или хранения данных. Возьмем, к примеру, компакт-диск: если блестящую поверхность поместить под мощный микроскоп, на поверхности будут видны очень маленькие отверстия, называемые ямками. Участки, на которых нет ям, называются землей.

Разработка устройств, способных напрямую понимать естественный язык, оказалась сложной задачей из-за сложности естественных языков. Однако проще построить электрические цепи на основе двоичной логики или логики включения и выключения. Все формы данных могут быть представлены в формате двоичной системы. Другие причины использования двоичного кода заключаются в том, что цифровые устройства более надежны, компактны и потребляют меньше энергии по сравнению с аналоговыми устройствами.

Биты, байты, полубайты и слова

Термины биты, байты, полубайты и слова широко используются в отношении памяти компьютера и размера данных.
Биты: можно определить как двоичное число, которое может быть равно 0 или 1. Это основная единица данных или информации в цифровых компьютерах.

Байт: группа битов (8 бит), используемая для представления символа. Байт считается основной единицей измерения объема памяти в компьютере.
Полбайт: это половина байта, которая обычно представляет собой группу из 4 байтов.

Слово: два или более бита составляют слово. Термин длина слова используется как мера количества битов в каждом слове. Например, слово может иметь длину 16 бит, 32 бита, 64 бита и т. д.

Компьютеры обрабатывают не только числа, буквы и специальные символы, но и сложные типы данных, такие как звук и изображения. Однако эти сложные типы данных занимают много памяти и процессорного времени при кодировании в двоичной форме.
Это ограничение требует разработки более эффективных способов обработки длинных потоков двоичных цифр.
Большие системы счисления используются в вычислениях, чтобы преобразовать эти потоки двоичных цифр в управляемую форму. Это помогает повысить скорость обработки и оптимизировать использование памяти.

Системы счисления и их представление

Система счисления – это набор символов, используемых для представления значений, полученных из общего основания или системы счисления.
Что касается компьютеров, системы счисления можно разделить на две основные категории:

десятичная система счисления
двоичная система счисления
восьмеричная система счисления
шестнадцатеричная система счисления

Десятичная система счисления

Термин "десятичный" происходит от латинского префикса deci, что означает "десять". Десятичная система счисления состоит из десяти цифр от 0 до 9. Потому что в этой системе десять цифр; ее также называют десятичной системой счисления или десятичной системой счисления.
Десятичное число всегда должно быть записано с индексом 10, например. Х₁₀
Но поскольку это наиболее широко используемая система счисления в мире, в письменной работе нижний индекс обычно понимается и игнорируется. Однако, когда многие системы счисления рассматриваются вместе, нижний индекс всегда должен ставиться так, чтобы различать системы счисления.
С помощью этих параметров можно определить величину числа.

Абсолютное значение
Значение места или позиционное значение

Базовое значение

Абсолютное значение – это величина цифры в числе. например, цифра 5 в числе 7458 имеет абсолютное значение 5 в соответствии со своим значением в числовой строке.
Местное значение цифры в числе относится к положению цифры в этом числе, т. е. является ли; десятки, сотни, тысячи и т. д.
Общее значение числа – это сумма разрядов каждой цифры, составляющей число.
Основное значение числа, также называемое системой счисления k, зависит от типа используемой системы счисления. Значение любого числа зависит от системы счисления. например, число 100₁₀ не эквивалентно 100₂.

Для представления чисел используются две цифры, а именно 1 и 0. в отличие от десятичных чисел, где разрядное значение увеличивается в десять раз, в двоичной системе разрядное значение увеличивается в 2 раза. двоичные числа записываются как X₂. рассмотрим двоичное число, такое как 1011₂. Самая правая цифра имеет разрядное значение 1×2 0 , а самая левая — разрядное значение 1×2 3 .

Восьмеричная система счисления

Состоит из восьми цифр от 0 до 7. Разрядность восьмеричных чисел увеличивается в восемь раз справа налево.

Шестнадцатеричная система счисления
Это система счисления с основанием 16, состоящая из шестнадцати цифр от 0 до 9 и букв AF, где A эквивалентно 10, B до 11 до F, что эквивалентно 15 по основанию. десятая система.Разрядное значение шестнадцатеричных чисел увеличивается в шестнадцать раз.

Шестнадцатеричное число можно обозначить с помощью 16 в качестве нижнего индекса или заглавной буквы H справа от числа. Например, 94B можно записать как 94B16 или 94BH.

Дальнейшее преобразование чисел из одной системы счисления в другую

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

цифровой компьютер, любое из класса устройств, способных решать задачи путем обработки информации в дискретной форме. Он работает с данными, включая величины, буквы и символы, которые выражены в двоичном коде, т. е. с использованием только двух цифр 0 и 1. Считая, сравнивая и манипулируя этими цифрами или их комбинациями в соответствии с набором инструкций, хранимых в своей памяти цифровая вычислительная машина может выполнять такие задачи, как управление производственными процессами и регулирование работы машин; анализировать и систематизировать огромные объемы бизнес-данных; и моделировать поведение динамических систем (например, глобальные погодные условия и химические реакции) в научных исследованиях.

Далее следует краткое описание цифровых компьютеров. Полное описание см. в см. информатике: основные компьютерные компоненты.

Вы используете его прямо сейчас. Но вы должны пройти этот тест, чтобы узнать, что вы на самом деле знаете об Интернете.

Функциональные элементы

Типичная цифровая компьютерная система имеет четыре основных функциональных элемента: (1) оборудование ввода-вывода, (2) основную память, (3) блок управления и (4) арифметико-логическое устройство. Любое из ряда устройств используется для ввода данных и программных инструкций в компьютер и для получения доступа к результатам операции обработки. Общие устройства ввода включают клавиатуры и оптические сканеры; устройства вывода включают принтеры и мониторы. Информация, полученная компьютером от своего блока ввода, сохраняется в основной памяти или, если не для непосредственного использования, во вспомогательном запоминающем устройстве. Блок управления выбирает и вызывает инструкции из памяти в соответствующей последовательности и передает соответствующие команды соответствующему блоку. Он также синхронизирует различные рабочие скорости устройств ввода и вывода со скоростью арифметико-логического устройства (ALU), чтобы обеспечить правильное перемещение данных по всей компьютерной системе. ALU выполняет арифметические и логические алгоритмы, выбранные для обработки входящих данных, с чрезвычайно высокой скоростью — во многих случаях за наносекунды (миллиардные доли секунды). Основная память, блок управления и АЛУ вместе составляют центральный процессор (ЦП) большинства цифровых компьютерных систем, а устройства ввода-вывода и вспомогательные запоминающие устройства составляют периферийное оборудование.

Разработка цифрового компьютера

Блез Паскаль из Франции и Готфрид Вильгельм Лейбниц из Германии изобрели механические цифровые вычислительные машины в 17 веке. Однако обычно считается, что английский изобретатель Чарльз Бэббидж создал первый автоматический цифровой компьютер. В 1830-х годах Бэббидж разработал свою так называемую аналитическую машину, механическое устройство, предназначенное для объединения основных арифметических операций с решениями, основанными на собственных вычислениях. Планы Бэббиджа воплотили в себе большинство фундаментальных элементов современного цифрового компьютера. Например, они призывали к последовательному управлению, т. е. программному управлению, которое включало ветвление, циклирование, а также арифметические и запоминающие устройства с автоматической распечаткой. Однако устройство Бэббиджа так и не было завершено и было забыто до тех пор, пока его труды не были заново открыты более века спустя.

Огромное значение в эволюции цифрового компьютера имели работы английского математика и логика Джорджа Буля. В различных эссе, написанных в середине 1800-х годов, Буль обсуждал аналогию между символами алгебры и символами логики, используемыми для представления логических форм и силлогизмов. Его формализм, работающий только с 0 и 1, стал основой того, что сейчас называется булевой алгеброй, на которой основаны теория и процедуры компьютерного переключения.

Джону В. Атанасову, американскому математику и физику, приписывают создание первого электронного цифрового компьютера, который он построил с 1939 по 1942 год с помощью своего аспиранта Клиффорда Э. Берри. Конрад Цузе, немецкий инженер, фактически изолированный от других разработок, в 1941 году завершил строительство первой действующей вычислительной машины с программным управлением (Z3).В 1944 году Ховард Эйкен и группа инженеров корпорации International Business Machines (IBM) завершили работу над Harvard Mark I – машиной, операции обработки данных которой контролировались главным образом электрическими реле (коммутационными устройствами).

Клиффорд Э. Берри и компьютер Атанасова-Берри, или ABC, c. 1942 г. ABC, возможно, был первым электронным цифровым компьютером.

С момента разработки Harvard Mark I цифровой компьютер развивался быстрыми темпами. Последовательность достижений в компьютерном оборудовании, главным образом в области логических схем, часто делится на поколения, при этом каждое поколение включает группу машин, использующих общую технологию.

В 1946 году Дж. Преспер Эккерт и Джон У. Мочли из Пенсильванского университета сконструировали ENIAC (аббревиатура от eэлектронный nмерический i интегратор ии cкомпьютер), цифровая машина и первый электронный компьютер общего назначения. Его вычислительные возможности были заимствованы у машины Атанасова; оба компьютера включали электронные лампы вместо реле в качестве активных логических элементов, что привело к значительному увеличению скорости работы. Концепция компьютера с хранимой программой была представлена в середине 1940-х годов, а идея хранения кодов инструкций, а также данных в электрически изменяемой памяти была реализована в EDVAC (electronic, d создать vпеременный аавтоматический cкомпьютер).

Второе поколение компьютеров появилось в конце 1950-х годов, когда в продажу поступили цифровые машины, использующие транзисторы. Хотя этот тип полупроводникового устройства был изобретен в 1948 году, потребовалось более 10 лет опытно-конструкторских работ, чтобы сделать его жизнеспособной альтернативой электронной лампе. Небольшой размер транзистора, его большая надежность и относительно низкое энергопотребление значительно превосходили лампу. Его использование в компьютерных схемах позволило производить цифровые системы, которые были значительно эффективнее, меньше и быстрее, чем их предки первого поколения.

Транзистор был изобретен в 1947 году в Bell Laboratories Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли.

В конце 1960-х и 1970-х годах компьютерное оборудование стало еще более значительным. Первым было изготовление интегральной схемы, твердотельного устройства, содержащего сотни транзисторов, диодов и резисторов на крошечном кремниевом чипе. Эта микросхема сделала возможным производство мейнфреймов (крупномасштабных) компьютеров с более высокими рабочими скоростями, мощностью и надежностью при значительно меньших затратах. Другим типом компьютеров третьего поколения, которые были разработаны в результате микроэлектроники, были миникомпьютеры, машина значительно меньшего размера, чем стандартный мэйнфрейм, но достаточно мощная, чтобы управлять приборами целой научной лаборатории.

Развитие крупномасштабной интеграции (БИС) позволило производителям оборудования разместить тысячи транзисторов и других связанных компонентов на одном кремниевом чипе размером с ноготь ребенка. Такая микросхема дала два устройства, которые произвели революцию в компьютерной технике. Первым из них был микропроцессор, представляющий собой интегральную схему, содержащую все арифметические, логические и управляющие схемы центрального процессора. Его производство привело к разработке микрокомпьютеров, систем размером не больше портативных телевизоров, но со значительной вычислительной мощностью. Другим важным устройством, появившимся из схем БИС, была полупроводниковая память. Это компактное запоминающее устройство, состоящее всего из нескольких микросхем, хорошо подходит для использования в миникомпьютерах и микрокомпьютерах. Кроме того, он находит применение во все большем числе мейнфреймов, особенно в тех, которые предназначены для высокоскоростных приложений, из-за его высокой скорости доступа и большой емкости памяти. Такая компактная электроника привела в конце 1970-х годов к разработке персонального компьютера, цифрового компьютера, достаточно небольшого и недорогого, чтобы его могли использовать обычные потребители.

К началу 1980-х интегральные схемы продвинулись до очень крупномасштабной интеграции (СБИС). Этот дизайн и технология производства значительно увеличили плотность схем микропроцессора, памяти и вспомогательных микросхем, т. Е. Те, которые служат для сопряжения микропроцессоров с устройствами ввода-вывода. К 1990-м годам некоторые схемы СБИС содержали более 3 миллионов транзисторов на кремниевой микросхеме площадью менее 0,3 квадратных дюйма (2 квадратных см).

Цифровые компьютеры 1980-х и 90-х годов, использующие технологии БИС и СБИС, часто называют системами четвертого поколения. Многие микрокомпьютеры, произведенные в 1980-х годах, были оснащены одним чипом, на котором были интегрированы схемы процессора, памяти и функций интерфейса. (См. также суперкомпьютер.)

Использование персональных компьютеров выросло в 1980-х и 90-х годах. Распространение Всемирной паутины в 1990-х годах привело миллионы пользователей к Интернету, всемирной компьютерной сети, и к 2019 году около 4,5 миллиардов человек, более половины населения мира, имели доступ к Интернету. Компьютеры становились меньше и быстрее, и в начале 21 века они были широко распространены в смартфонах, а затем и в планшетных компьютерах.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена Эриком Грегерсеном.

Иногда мы создаем данные, даже не осознавая этого, — отправляя текстовое сообщение, публикуя фото в Instagram или просто просматривая различные веб-сайты. Для сравнения, в 2020 году люди генерировали 2,5 квинтиллиона данных каждую секунду. Как и многие способы создания данных, существует множество различных типов данных. Есть структурированные и неструктурированные данные. Затем идут качественные и количественные данные. И, наконец, есть дискретные и непрерывные данные, которые являются основой для каждого человека, работающего с бизнесом.

Изучение различий между дискретными и непрерывными данными и вариантов их использования может показаться непосильным. Тем не менее, понимание, основанное на данных, играет важную роль в успехе бизнеса. Профессионалы, которые разбираются в этих уникальных типах данных, могут определить возможности, в которых данные могут пригодиться. Специалисты по маркетингу могут использовать эту информацию для улучшения своих стратегий и оптимизации рекламных кампаний.

Что такое числовые данные?

Числовые данные, также известные как количественные, представляют собой тип данных, выраженный в числах, а не на естественном языке. Числовые данные отличаются от других типов данных числовых форм своей способностью выполнять арифметические операции с этими числами.

Количественные данные делятся на два типа данных: дискретные, которые представляют исчисляемые элементы. И непрерывные данные, которые описывают измерение данных. Непрерывные числовые данные далее подразделяются на интервальные и относительные данные, известные для измерения определенных элементов.

Основы дискретных данных

Дискретные данные – это подсчет, в котором участвуют целые числа – возможно только ограниченное количество значений. Этот тип данных не может быть разделен на разные части. Дискретные данные включают дискретные переменные, которые являются конечными, числовыми, счетными и неотрицательными целыми числами. Во многих случаях перед дискретными данными может стоять префикс «количество». Например:

Количество учащихся, посетивших занятие;

Количество клиентов, купивших разные товары;

Количество продуктов, которые люди покупают каждый день;

Этот тип данных в основном используется для простого статистического анализа, поскольку его легко суммировать и вычислять. В большинстве случаев дискретные данные отображаются в виде столбчатых диаграмм, диаграмм "стебли и листья" и круговых диаграмм.

Непрерывные данные — все дело в точности

Непрерывные данные считаются полной противоположностью дискретных данных. Это тип числовых данных, который относится к неопределенному количеству возможных измерений между двумя предполагаемыми точками.

Числа непрерывных данных не всегда являются точными и целыми числами, поскольку они обычно собираются на основе очень точных измерений. Измерение определенного объекта позволяет создать определенный диапазон для сбора дополнительных данных.

Переменные в непрерывных наборах данных часто содержат десятичные точки, при этом число растягивается настолько, насколько это возможно. Как правило, она меняется со временем. Он может иметь совершенно разные значения в разные промежутки времени, которые не всегда могут быть целыми числами. Вот несколько примеров:

Температура погоды;

Вес детей;

Непрерывные данные можно измерять с помощью специальных инструментов и отображать в виде линейных графиков, перекосов и гистограмм.

Дискретные и непрерывные данные — сравнение

Дискретные данные — это тип данных, между значениями которых есть пустые промежутки. Непрерывные данные — это данные, попадающие в постоянную последовательность.

Дискретные данные исчисляемы, а непрерывные — измеримы.

Для точного представления дискретных данных используется гистограмма. Гистограммы или линейные графики используются для графического представления непрерывных данных. Диаграмма дискретной функции показывает отдельную точку, которая остается несвязанной. В то время как на графике непрерывной функции точки соединяются непрерывной линией.

Дискретные данные содержат различные или отдельные значения. Непрерывные данные включают любое значение в предпочтительном диапазоне.

Важность дискретных и непрерывных данных

Дискретные и непрерывные данные полезны для принятия любых решений на основе данных. Ценные исследования и идеи получаются путем объединения обоих наборов данных. Вот несколько примеров использования дискретных и непрерывных данных:

Маркетинг и реклама. Прежде чем участвовать в какой-либо маркетинговой или рекламной кампании, компаниям необходимо проанализировать внутренние и внешние факторы, которые могут повлиять на маркетинговые кампании. В большинстве случаев специалисты по маркетингу используют SWOT-анализ. SWOT-анализ — это совокупность сильных и слабых сторон бизнеса, возможностей и угроз. Основная цель этого анализа – помочь компаниям получить полное представление обо всех факторах, влияющих на принятие решений на основе данных.

Исследования. Числовые типы данных популярны среди исследователей благодаря их совместимости с большинством статистических методов. Дискретные и непрерывные данные помогают упростить процесс исследования.

Анализ населения. Используя анализ тенденций, исследователи собирают данные о различных показателях в стране или регионе за определенный период и прогнозируют будущее население. Это может включать рождаемость, смертность, популярность языков и так далее. Прогнозирование демографических показателей страны играет жизненно важную роль в экономике.

Разработка продукта. Исследователи продуктов используют анализ полного охвата и частоты (TURF), чтобы выяснить, будет ли новый продукт или услуга иметь спрос и будет ли он хорошо воспринят на целевом рынке на этапе разработки продукта.

Однако использование дискретных или непрерывных данных может не всегда давать точные результаты, поскольку возникают проблемы, связанные только с анализом числовых данных. Например:

Дискретные или непрерывные исследования данных могут быть ограничены в поиске статистических взаимосвязей. Это может привести к тому, что исследователи упустят ценные сведения. Сосредоточившись исключительно на цифрах, аналитик рискует упустить общую информацию, которая может принести пользу бизнесу.

При проведении исследования аналитикам необходимо разработать гипотезу и настроить модель для сбора и анализа данных. Любые ошибки в настройке, предвзятость со стороны аналитиков или ошибки исполнения могут исказить результаты. Иногда даже выдвижение гипотезы может быть субъективным, особенно если есть конкретный вопрос, на который нужно ответить и подтвердить не только числовыми данными.

Как собирать и агрегировать числовые данные

Какими бы сложными ни были дискретные и непрерывные данные, они наиболее полезны в статистическом анализе. Числовые данные позволяют компаниям принимать решения на основе данных и искать информацию, которая помогает ускорить рост бизнеса. Информация, полученная из дискретных и непрерывных данных, также позволяет маркетологам измерять эффективность своих маркетинговых усилий и внедрять более эффективные стратегии в будущем.

Whatagraph может пригодиться и упростить трудоемкий процесс сбора и агрегирования данных. Инструмент отчетности автоматически собирает данные из разных источников и представляет их в визуальном отчете. Собранные данные можно отображать в виде различных диаграмм и графиков, включая круговые диаграммы для дискретных данных и линейные графики для непрерывных данных.

Итог

Поэтому совершенно очевидно, что два типа данных различаются в пояснениях и примерах. Дискретные данные представляют собой определенное количество изолированных значений. Напротив, непрерывные данные показывают любое значение из заданного диапазона.

Понимание числовых данных и разницы между дискретными и непрерывными данными может быть проблемой на начальном этапе. Однако после обработки данных специалисты по маркетингу смогут подкрепить свои выводы об эффективности фактическими и точными данными.

двоичные сигналы, цифровая связь, информационные технологии

Автомобиль выезжает из туннеля Сион-Маунт-Кармель в Национальном парке Сион, штат Юта. Предоставлено: Викисклад.

Наконец-то лето! Вы и ваша семья находитесь в путешествии по пересеченной местности. У вас включено радио, и вы все подпеваете своей любимой песне. Вы проезжаете тоннель, и музыка останавливается. Если вы слушаете местную радиостанцию, музыка станет статической, но если вы слушаете спутниковое радио, музыка полностью замолкнет. Радио, будь то спутник или эфир, передается в виде сигнала, который интерпретируется вашим устройством. Если вы слушаете спутниковое радио, сигнал будет цифровым, но если вы слушаете вещание или «эфирное» радио, сигнал будет аналоговым. В следующих упражнениях мы больше узнаем об особенностях цифровых и аналоговых сигналов, моделируя, как эти два типа сигналов передаются и используются для хранения информации.

Аналоговый или обычный Цифровые сигналы

Цифровые и аналоговые сигналы передаются посредством электромагнитных волн. Изменения частоты и амплитуды создают музыку, которую вы слушаете, или изображения, которые вы видите на экране. Аналоговые сигналы состоят из непрерывных волн, которые могут иметь любые значения частоты и амплитуды. Эти волны бывают гладкими и изогнутыми. С другой стороны, цифровые сигналы состоят из точных значений единиц и нулей. Цифровые волны имеют ступенчатый вид.

Аналоговые сигналы подвержены искажениям, поскольку даже небольшие ошибки в амплитуде или частоте волны изменят исходный сигнал. Цифровые сигналы являются более надежной формой передачи информации, поскольку ошибка в значении амплитуды или частоты должна быть очень большой, чтобы вызвать переход к другому значению.

Аналоговый	цифровой
Сигналы состоят из бесконечного числа возможных значений.	Сигналы состоят только из двух возможных значений: 0 или 1.
Звуковые сигналы могут плавно изменяться по громкости и высоте.	Сигнал переходит от одного значения к другому.

Эти два типа сигналов используются для связи и отправки информации в различных формах, таких как радиопередача, текстовые сообщения, телефонные звонки, потоковое видео и видеоигры. Они также могут использоваться для хранения информации и данных. Хранилище данных используется крупными компаниями, такими как банки, для хранения записей. Частные лица также используют хранилище данных в личных целях, например для хранения файлов, фотографий, результатов игр и многого другого.

Узнайте больше о возможностях хранения данных в серии статей Science Friday, File Not Found .

Призраки в барабанах

Интерьер ленточной библиотеки StorageTek в NERSC. Предоставлено: Викисклад.

Упражнение 1: Моделирование сигнала связи

В этом упражнении учащиеся будут моделировать отправку аналоговых и цифровых сигналов, как в детской игре «телефон», но в форме копирования серии рисунков. Это упражнение моделирует ключевые различия между цифровыми и аналоговыми сигналами в их разрешении и точности сигнала. Учащиеся выполнят две симуляции: одну, имитирующую многократную передачу аналогового сигнала, и одну, имитирующую многократную передачу цифрового сигнала.

Аналоговые изображения состоят из закругленных линий, чтобы показать, что аналоговые волны могут иметь бесконечные значения.

Цифровые изображения состоят из прямых линий, которые следуют сеткам на раздаточном материале, показывая, как цифровые сигналы состоят из квантованных значений.

Материалы

— Черная ручка или маркер с тонким наконечником (учащимся не разрешается несколько попыток воссоздать изображение)

— Одна копия каждого из 5 цифровых и 5 аналоговых пришельцев на таблицу (по одному типу пришельцев на человека) со страниц чертежей моделирования сигналов связи

Настройка учителя

Разбейтесь на группы по пять человек вокруг стола. (Пять – это количество инопланетян, представленное в наборе, а также предоставляет учащимся оптимальные возможности для рисования заданных инопланетян.)

Моделирование сигнала связи Указания для учащихся

Мы собираемся смоделировать обмен сообщениями во времени и на расстоянии. Это занятие требует передачи бумаги от человека к человеку, чтобы каждый человек воспроизвел на ней рисунок, а затем передал его следующему человеку за вашим столом. Передача бумаги и воспроизведение рисунка имитируют время и пространство, по которым распространяются сигналы. В первой части задания мы будем моделировать аналоговые сигналы. Во второй части мы будем моделировать цифровые технологии.

Разрежьте бумагу по пунктирной линии и склейте две половинки встык.
В сетке справа от инопланетянина используйте ручку или маркер, чтобы максимально перерисовать изображение инопланетянина. Вам не разрешается стирать или исправлять свой рисунок. Вам будет дано две минуты, чтобы завершить рисунок.

Вопросы об активности

(Заполнить после аналогового и цифрового раундов)

Разверните свои рисунки инопланетян и посмотрите на изображения, нарисованные во время игры.

– Сравните исходное изображение с окончательным рисунком. Определите и опишите сходства и различия между двумя изображениями.

– Наблюдайте за развитием рисунков во время занятия. Определите и опишите, что изменилось во время каждого рисунка.

Примечание для учителя. В ходе аналогового моделирования учащиеся увидят, как крошечные изменения (искажения/шумы) в каждой копии изображения (сигнала) приводят к значительным искажениям конечного изображения после многократной передачи.

Сравнение аналогового и цифрового раундов

Сравните изображения из заданий 1-го и 2-го раундов.

– Какой раунд привел к более точному финальному жеребьевке? Подтвердите свой выбор доказательствами из упражнения.

Примечание для учителя. В моделировании цифрового раунда изображения инопланетян состоят из прямых линий, которые следуют сеткам на раздаточном материале, показывая, как цифровые сигналы состоят из квантованных или ограниченного числа значений. Когда учащиеся сравнивают изображения, переданные ими с помощью аналоговых и цифровых «сигналов», они заметят, что в изображении, переданном в цифровом виде, есть небольшое искажение даже после многократной передачи, в отличие от того, что они наблюдали, когда передавали изображение с помощью аналогового сигнала.

Предотвращение «цифрового темного века»

Задание 2. Сортировка цифровых и аналоговых сигналов

В этом упражнении учащиеся познакомятся с характеристиками цифровых и аналоговых сигналов и применят свои характеристики для выбора цифрового или аналогового хранилища для конкретного примера.

Материалы

Настройка учителя

Разбейте учащихся на группы по три человека.
Подготовьте и перемешайте набор карточек для каждой группы.
Поделитесь критерием CER со студентами.

Указания для учащихся

Рассортируйте изображения и заявления по двум категориям: цифровые сигналы и аналоговые сигналы.
Используйте отсортированные изображения и утверждения, чтобы направлять свои мысли при заполнении письменной подсказки.

Подсказка о написании

Какой тип сигнала вы бы предложили для записи очень подробной песни исчезающей птицы? Подтвердите свой выбор доказательствами из вашей карты. Используйте критерий «утверждения-доказательства-обоснование» (CER), чтобы помочь вам в написании.

Совместная программа преподавателей Science Friday 2019

Действие 3: Двоичное преобразование

В этом упражнении мы будем использовать двоичное кодирование для представления путей через ряд «высоких» и «низких» вариантов выбора, которые представляют, какой путь выбрать на логической карте. Учащиеся будут действовать как цифро-аналоговые преобразователи для декодирования двоичных импульсов и создания изображения путем преобразования импульсов в цветные пиксели.

Музыка, передаваемая в автомобиль по спутниковому радио, и информация, хранящаяся в библиотеках данных, представляют собой цифровые сигналы, использующие двоичную систему. В двоичной системе есть только две цифры, 1 и 0. Значение или значение этих цифр может варьироваться. Например, они могут обозначать «истина» и «ложь», «включено» и «выключено» или «высокое» и «низкое».

На этом рисунке показано, как можно использовать двоичное кодирование для представления путей с помощью ряда «высоких» и «низких» вариантов.Следование двоичному коду укажет путь к логической карте и поможет найти нужные цвета.

«1» указывает на «высокий» путь, а «0» — на «низкий» путь. С помощью этой карты, называемой «картой логических ворот», двоичная последовательность 0 и 1 может указывать, когда «идти вверх» или «идти вниз», передавая путь на карте для «кодирования» для цвета. Например, используя приведенную выше логическую карту, 010 будет означать, что «0» идет вниз, «1» идет вверх, «0» идет вниз. Это будет кодировать зеленый цвет.

Теперь вы попробуете

Используйте эту таблицу, чтобы определить, какой цвет будет кодироваться числом 111?

Если вы закончили черным цветом, вы его получили!

Цифровые сигналы передаются на компьютеры в виде электронных сигналов, посылаемых в виде импульсов. Цифровое устройство интерпретирует напряжение каждого импульса как 0 или 1. На изображении ниже показан пример оцифрованной волны.

Используя этот график, где красные линии в верхней части представляют собой «1», а красные линии в нижней части представляют «0», вы можете видеть, что вся красная линия представляет собой последовательность единиц и нулей. вверху графика: 11001110111011.

Если бы нам нужно было использовать каждую группу из трех чисел, чтобы найти соответствующий цвет в таблице выше, мы бы использовали:

110 — розовый
011 — синий
101 — красный

Пояснения к пикселям

Большинство электронных устройств, таких как смартфоны, компьютеры и телевизоры, используют технологию жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев). Экран состоит из миллионов крошечных кусочков, называемых пикселями. Электронное устройство получает закодированную информацию в виде цифровых сигналов и использует электричество для управления цветом пикселей. Каждый крошечный пиксель просто меняет один цвет на другой в зависимости от электрического сигнала, но, поскольку пиксели настолько малы, что ваш глаз улавливает движение на общем изображении. Удивительным примером этого в природе являются чешуйки или «пиксели» на изображении крыла бабочки ниже и в этом классном видео.

Сложные узоры на крыльях мотылька состоят из отдельных клеток, которые выражают разные цвета. Предоставлено: Викисклад.

Как работает задание?

Каждому учащемуся назначается цифровой волновой график, как показано на рисунке ниже. Используя карту логических элементов, учащиеся будут декодировать сигнал в цвета пикселей для части мозаики.

Чтобы создать собственный мозаичный шедевр в классе, четыре класса дополняют панель большой фрески Post-it.

Фреска, созданная четырьмя классами, представляет собой сцену океана. Фото: Андреа ЛаРоса

Материалы

— Бумага формата Legal, разрезанная пополам по длине для этикеток с сеткой

— Восемь досок для плакатов размером 22×28 дюймов (рекомендуется использовать по две на класс):

— 2 стикера Post-it размером 2 дюйма:

— Примечание для преподавателей: из приведенных выше наборов получится полная мозаика с правильными цветами (154 стикера Post-it на плакат). Если стикеры Post-it недоступны, учащиеся могут раскрасить сетку маркерами.

Подготовка

Распечатайте бинарные последовательности учащихся и таблицы назначения сетки. Разрежьте эти листы по пунктирным линиям и дайте каждому учащемуся заданную последовательность и соответствующую таблицу сетки. Ваша установка должна выглядеть так:

Процедура для учащихся

Расшифровка: вы расшифруете 10-12 квадратов на сетке. Ниже приведен пример графа двоичной последовательности. Красная линия представляет собой цифровое представление сигнала. Используйте назначенный вам график сигнала и логическую карту, чтобы декодировать двоичную последовательность и цвет в таблице сетки. Прежде чем переходить к построению мозаики, уточните свои ответы у учителя.

Конструкция: получите количество и цвета стикеров для вашего участка мозаики. Поместите свои стикеры на соответствующие квадраты в сетке плакатной доски.

Совет учителю: создайте заранее размеченную доску для плакатов, чтобы помочь учащимся создать мозаику. Фото: Андреа ЛаРоса

Добавьте стикеры на сетку плаката в правильном порядке. При этом думайте о каждом квадрате на сетке как о пикселе, а о выборе цвета — как о результате обработки двоичного кода для получения правильного цвета!

— Что сделал ваш класс?

— Как вы думаете, можно ли создать руководство по двоичному коду для создания росписи?

Занятие 4: Моделирование сигнала и отражение двоичного преобразования

Материалы

Настройка учителя

Поделитесь с учащимися раздаточным материалом «Имитация сигнала» и «Отражение двоичного преобразования» и критерием CER.

Подсказка о написании

— Используйте следующие таблицы, чтобы определить, какой тип сигнала, цифровой или аналоговый, является более надежным способом кодирования и передачи информации. Предоставьте три доказательства, подтверждающие ваше заявление, основанные на ваших выводах, полученных в ходе обучения по моделированию сигналов и бинарному преобразованию.

Читайте также: