Класифікація інтерфейсів

Інтерфейс, за визначенням - це правила взаємодії операційної системи з користувачами, а також сусідніх рівнів в мережі ЕОМ. Від інтерфейсу залежить технологія спілкування людини з комп'ютером.

Класифікація інтерфейсів

Як вже зазначалося вище, інтерфейс - це, перш за все, набір правил. Як будь-які правила, їх можна узагальнити, зібрати в «кодекс», згрупувати за спільною ознакою. Таким чином, ми прийшли до поняття «вид інтерфейсу» як об'єднання за схожістю способів взаємодії людини і комп'ютерів. Коротко можна запропонувати наступну схематичну класифікацію різних інтерфейсів спілкування людини і комп'ютера.

Сучасними видами інтерфейсів є:

1) Командний інтерфейс. Командний інтерфейс називається так по тому, що в цьому виді інтерфейсу людина подає «команди» комп'ютеру, а комп'ютер їх виконує і видає результат людині. Командний інтерфейс реалізований у вигляді пакетної технології та технології командного рядка.

2) WIMP - інтерфейс (Window - вікно, Image - образ, Menu - меню, Pointer - покажчик). Характерною особливістю цього виду інтерфейсу є те, що діалог з користувачем ведеться не за допомогою команд, а за допомогою графічних образів - меню, вікон, інших елементів. Хоча і в цьому інтерфейсі подаються команди машині, але це робиться «замасковано», через графічні образи. Цей вид інтерфейсу реалізований на двох рівнях технологій: простий графічний інтерфейс і «чистий» WIMP - інтерфейс.

3) SILK - інтерфейс (Speech - мова, Image - образ, Language - мова, Knowlege - знання). Цей вид інтерфейсу найбільш наближений до звичайної, людської формі спілкування. У рамках цього інтерфейсу йде звичайний «розмова» людини і комп'ютера. При цьому комп'ютер знаходить для себе команди, аналізуючи людську мову і знаходячи в ній ключові фрази. Результат виконання команд він також перетворює в зрозумілу людині форму. Цей вид інтерфейсу найбільш вимогливий до апаратних ресурсів комп'ютера, і тому його застосовують в основному для військових цілей.

1. Громадський інтерфейс - заснований на семантичних мережах.

У наступних розділах Ви докладніше познайомитеся з цими видами інтерфейсів.

Пакетна технологія

Історично цей вид технології з'явився перший. Вона існувала вже на релейних машинах Зюса і Цюзе (Німеччина, 1937 рік). Ідея її проста: на вхід комп'ютера подається послідовність символів, в яких за певними правилами вказується послідовність запущених на виконання програм. Після виконання чергової програми запускається наступна і т.д. Машина за певними правилами знаходить для себе команди і дані. В якості цієї послідовності може виступати, наприклад, перфострічка, стопка перфокарт, послідовність натиснення клавіш електричної друкарської машинки (типу CONSUL). Машина також видає свої повідомлення на перфоратор, алфавітно-цифровий друкуючий пристрій (АЦПУ), стрічку друкарської машинки.

Така машина є «чорний ящик» (точніше «білий шафа»), в який постійно подається інформація і яка також постійно «інформує» світ про свій стан (див. малюнок A.2.) Людина тут має малий вплив на роботу машини - він може лише призупинити роботу машини, змінити програму і знову запустити ЕОМ. Згодом, коли машини стали міцнішими і могли обслуговувати відразу декількох користувачів, вічне очікування користувачів типу: «Я послав дані машині. Чекаю, що вона відповість. І чи відповість взагалі? »- Стало, м'яко кажучи, набридати. До того ж обчислювальні центри, слідом за газетами, стали другим великим «виробником» макулатури. Тому з появою алфавітно-цифрових дисплеїв почалася ера по-справжньому користувача технології - командного рядка.

Рис. Вид великий ЕОМ серії ЄС ЕОМ.

Технологія командного рядка

При цій технології як єдиного способу введення інформації від людини до комп'ютера служить клавіатура, а комп'ютер виводить інформацію людині з допомогою алфавітно-цифрового дисплея (монітора). Цю комбінацію (монітор + клавіатура) стали називати терміналом, або консоллю.

Команди набираються в командному рядку. Командний рядок являє собою символ запрошення і миготливий прямокутник - курсор (див. малюнок A.3.) При натисканні клавіші на місці курсору з'являються символи, а сам курсор зміщується вправо. Це дуже схоже на набір команди на друкарській машинці. Однак, на відміну від неї, букви відображаються на дисплеї, а не на папері, і неправильно набраний символ можна стерти. Команда закінчується натисканням клавіші Enter (або Return.) Після цього здійснюється перехід на початок наступного рядка. Саме з цієї позиції комп'ютер видає на монітор результати своєї роботи. Потім процес повторюється.

а)

б)

Рис. A.3. Запрошення командного рядка в різних операційних системах:

а) MS-DOS, б) IRIX.

Технологія командного рядка вже працювала на монохромних алфавітно-цифрових дисплеях. Оскільки вводити дозволялося тільки букви, цифри і розділові знаки, то технічні характеристики дисплея були не суттєві. В якості монітора можна було використовувати телевізійний приймач і навіть трубку осцилографа.

Обидві ці технології реалізуються у вигляді командного інтерфейсу - машині подаються на вхід команди, а вона як би «відповідає» на них.

Переважним видом файлів при роботі з командним інтерфейсом стали текстові файли - їх і тільки їх можна було створити за допомогою клавіатури. На час найбільш широкого використання інтерфейсу командного рядка припадає поява операційної системи UNIX і поява перших восьмирозрядних персональних комп'ютерів з багатоплатформного операційною системою CP / M.

Графічний інтерфейс

Як і коли з'явився графічний інтерфейс?

Його ідея зародилася в середині 70-х років, коли в дослідницькому центрі Xerox Palo Alto Research Center (PARC) була розроблена концепція візуального інтерфейсу. Передумовою графічного інтерфейсу стало зменшення часу реакції комп'ютера на команду, збільшення обсягу оперативної пам'яті, а також розвиток технічної бази комп'ютерів. Апаратним підставою концепції, звичайно ж, стала поява алфавітно-цифрових дисплеїв на комп'ютерах, причому на цих дисплеях вже були такі ефекти, як «мерехтіння» символів, інверсія кольору (зміна накреслення білих символів на чорному тлі зворотним, тобто чорних символів на білому тлі ), підкреслення символів. Ці ефекти поширилися не на весь екран, а тільки на один або більше символів. Наступним кроком стало створення кольорового дисплея, що дозволяє виводити, разом з цими ефектами, символи в 16 кольорах на фоні з палітрою (тобто колірним набором) з 8 кольорів. Після появи графічних дисплеїв, з можливістю виведення будь-яких графічних зображень у вигляді безлічі точок на екрані різного кольору, фантазії у використанні екрану взагалі не стало меж! Перша система з графічним інтерфейсом 8010 Star Information System групи PARC, таким чином, з'явилася за чотири місяці до виходу в світ першого комп'ютера фірми IBM у 1981 році. Спочатку візуальний інтерфейс використовувався тільки в програмах. Поступово він став переходити і на операційні системи, що використовуються спочатку на комп'ютерах Atari і Apple Macintosh, а потім і на IBM - сумісних комп'ютерах.

З більш раннього часу, і під впливом також і цих концепцій, проходив процес з уніфікації у використанні клавіатури і миші прикладними програмами. Злиття цих двох тенденцій і призвело до створення того користувальницького інтерфейсу, за допомогою якого, при мінімальних витратах часу і засобів на перенавчання персоналу, можна працювати з будь-якими програмним продуктом. Опис цього інтерфейсу, спільного для всіх додатків і операційних систем, і присвячена дана частина.

Графічний інтерфейс користувача за час свого розвитку пройшов дві стадії. Про еволюцію графічного інтерфейсу з 1974 по теперішній час буде розказано нижче.

Простий графічний інтерфейс

На першому етапі графічний інтерфейс дуже схожий на технологію командного рядка. Відмінності від технології командного рядка полягали в наступним.

a) При відображенні символів допускалося виділення частини символів кольором, інверсним зображенням, підкресленням і мерехтінням. Завдяки цьому підвищилася виразність зображення.

b) Залежно від конкретної реалізації графічного інтерфейсу курсор може представлятися не тільки мерехтливим прямокутником, але і деякою областю, що охоплює кілька символів і навіть частину екрана. Ця виділена область відрізняється від інших, невиділених частин (зазвичай кольором).

c) Натискання клавіші Enter не завжди приводить до виконання команди і переходу до наступного рядка. Реакція на натискання будь-якої клавіші багато в чому залежить від того, в якій частині екрану знаходився курсор.

d) Крім клавіші Enter, на клавіатурі все частіше стали використовуватися «сірі» клавіші управління курсором (див. розділ, присвячений клавіатурі у випуску 3 цієї серії.)

e) Вже в цій редакції графічного інтерфейсу стали використовуватися маніпулятори (типу миші, трекбола і т.п. - див. малюнок A.4.) Вони дозволяли швидко виділяти потрібну частину екрану і переміщати курсор.

Рис. Маніпулятори

Підводячи підсумки, можна навести такі відмітні особливості цього інтерфейсу.

1) Виділення областей екрану.

2) Перевизначення клавіш клавіатури в залежності від контексту.

3) Використання маніпуляторів і сірих клавіш клавіатури для керування курсором.

4) Широке використання кольорових моніторів.

Поява цього типу інтерфейсу збігається з широким розповсюдженням операційної системи MS-DOS. Саме вона впровадила цей інтерфейс в маси, завдяки чому 80-ті роки пройшли під знаком вдосконалення цього типу інтерфейсу, поліпшення характеристик відображення символів та інших параметрів монітора.

Типовим прикладом використання цього виду інтерфейсу є файлова оболонка Nortron Commander (про файлові оболонках дивись нижче) і текстовий редактор Multi-Edit. А текстові редактори Лексикон, ChiWriter і текстовий процесор Microsoft Word for Dos є прикладом, як цей інтерфейс перевершив сам себе.

WIMP - інтерфейс

Другим етапом у розвитку графічного інтерфейсу став «чистий» інтерфейс WIMP, Цей підвид інтерфейсу характеризується наступними особливостями.

1. Вся робота з програмами, файлами і документами відбувається у вікнах - певних окреслених рамкою частинах екрану.

2. Усі програми, файли, документи, пристрої та інші об'єкти представляються у вигляді значків - іконок. При відкритті іконки перетворюються у вікна.

3. Всі дії з об'єктами здійснюються за допомогою меню. Хоча меню з'явилося на першому етапі становлення графічного інтерфейсу, воно не мало в ньому головного значення, а служило лише доповненням до командного рядка. У чистому WIMP - інтерфейсі меню стає основним елементом управління.

4. Широке використання маніпуляторів для вказівки на об'єкти. Маніпулятор перестає бути просто іграшкою - доповненням до клавіатури, а стає основним елементом управління. За допомогою маніпулятора ВКАЗУЄ на будь-яку область екрану, вікна або іконки, ВИДІЛЯЮТЬ її, а вже потім через меню або з використанням інших технологій здійснюють управління ними.

Слід зазначити, що WIMP вимагає для своєї реалізації кольоровий растровий дисплей з високим дозволом і маніпулятор. Також програми, орієнтовані на цей вид інтерфейсу, пред'являють підвищені вимоги до продуктивності комп'ютера, обсягом його пам'яті, пропускної здатності шини і т.п. Однак цей вид інтерфейсу найбільш простий у засвоєнні і інтуїтивно зрозумілий. Тому зараз WIMP - інтерфейс став стандартом де-факто.

Яскравим прикладом програм з графічним інтерфейсом є операційна система Microsoft Windows.

Мовна технологія

З середини 90-х років, після появи недорогих звукових карт і широкого поширення технологій розпізнавання мовлення, з'явився так званий «мовна технологія» SILK - інтерфейсу. При цій технології команди подаються голосом шляхом проголошення спеціальних зарезервованих слів - команд. Основними такими командами (за правилами системи «Горинич») є:

- «Прокинься» - включення голосового інтерфейсу.

- «Відпочивай» - вимкнення мовного інтерфейсу.

- «Відкрити» - перехід в режим виклику тієї чи іншої програми. Ім'я програми називається в наступному слові.

- «Буду диктувати» - перехід з режиму команд в режим набору тексту голосом.

- «Режим команд» - повернення в режим подачі команд голосом.

- І деякі інші.

Слова повинні виговорюватися чітко, в одному темпі. Між словами обов'язкове пауза. Через нерозвиненість алгоритму розпізнавання мовлення такі системи потребує індивідуальної попереднього налаштування на кожного конкретного користувача.

«Мовна» технологія є найпростішою реалізацією SILK - інтерфейсу.

Біометрична технологія («Мімічні інтерфейс»)

Ця технологія виникла в кінці 90-х років XX століття і на момент написання книги ще розробляється. Для керування комп'ютером використовується вираз обличчя людини, напрямок його погляду, розмір зіниці і інші ознаки. Для ідентифікації користувача використовується малюнок райдужної оболонки його очей, відбитки пальців та інша унікальна інформація. Зображення зчитуються з цифрової відеокамери, а потім за допомогою спеціальних програм розпізнавання образів з цього зображення виділяються команди. Ця технологія, очевидно, займе своє місце у програмних продуктах і додатках, де важливо точно ідентифікувати користувача комп'ютера.

Семантичний (Громадський) інтерфейс

Цей вид інтерфейсу виник наприкінці 70-х років XX століття, з розвитком штучного інтелекту. Його важко назвати самостійним видом інтерфейсу - він включає в себе і інтерфейс командного рядка, і графічний, і мовної, і мімічний інтерфейс. Основна його відмінна риса - це відсутність команд при спілкуванні з комп'ютером. Запит формується на природній мові, у вигляді пов'язаного тексту і образів. За своєю суттю це важко називати інтерфейсом - це вже моделювання «спілкування» людини з комп'ютером.

З середини 90-х років XX століття автор вже не зустрічав публікацій, що відносяться до семантичного інтерфейсу. Схоже, що у зв'язку з важливим військовим значенням цих розробок (наприклад, для автономного ведення сучасного бою машинами - роботами, для «семантичної» криптографії) ці напрямки були засекречені. Інформація, що ці дослідження тривають, іноді з'являється в періодичній пресі (зазвичай в розділах комп'ютерних новин).

В архітектурі сучасних комп'ютерів все більшого значення набувають зовнішні шини, служать для підключення різних пристроїв. Сьогодні це можуть бути, наприклад, зовнішні жорсткі диски, CD-, DVD-пристрої, сканери, принтери, цифрові камери та інше. У цій статті - короткий опис сучасних зовнішніх інтерфейсів: USB, FireWire, IrDA, Bluetooth.

USB

В архітектурі сучасних комп'ютерів все більшого значення набувають зовнішні шини, служать для підключення різних пристроїв. Сьогодні це можуть бути, наприклад, зовнішні жорсткі диски, CD-, DVD-пристрої, сканери, принтери, цифрові камери та інше. У цій статті - короткий опис сучасних зовнішніх інтерфейсів: USB, FireWire, IrDA, Bluetooth.

Чим гарний інтерфейс USB? Теоретично по шині USB можна підключати до 127 пристроїв! Правда, на практиці під'єднують не більше 10 - обмеженням служить максимальна пропускна здатність каналу. Обмін даними з швидкодіючими пристроями здійснюється на швидкості 12 Мбіт / с, а з повільними - на 1.5 Мбіт / с. Максимально допустима довжина кабелю складає 5 м, однак її можна збільшити, встановивши додаткові концентратори. Наявна в складі шини USB лінія живлення з допустимим струмом навантаження до 500 мА в багатьох випадках дозволяє периферії обходитися без додаткових джерел. Всі пристрої підключаються в гарячому режимі і автоматично конфігуруються завдяки підтримці режиму Plug and Play.

Не так давно з'явилася нова версія стандарту - USB 2.0. З переваг нового стандарту необхідно відзначити наступні: по-перше, USB 2.0 успадкував всі достоїнства USB 1.1, по-друге, максимальна швидкість обміну збільшилася в 40 разів і склала 60 Мбайт / с, нарешті, збереглася зворотна сумісність з пристроями, що відповідають вимогам стандарту USB 1.1. У яких же областях може бути затребуваний USB 2.0? У першу чергу в якості інтерфейсу зовнішніх накопичувачів даних. Мова йде про приводах DVD, CD-RW і різних мобільних компактних носіях. Поява нових мультимедійних цифрових пристроїв також диктує необхідність використання високошвидкісного інтерфейсу. До подібних апаратів відносяться цифрові, відео-і фотокамери.

FIREWIRE

Єдиним реальним суперником USB 2.0 в боротьбі за серця і гаманці користувачів є інтерфейс FireWire, званий також IEEE1394. В даний час цей стандарт все ще дорожче свого конкурента і менш поширений.

Винахідником нового високошвидкісного послідовного інтерфейсу, який спочатку розроблявся як швидкісний варіант SCSI, є фірма Apple. Після рішення Apple відкрити стандарт і співпраці із зацікавленими фірмами в 1990 році вийшло технічний опис цієї шини у вигляді стандарту IEEE1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 - стандарт інституту інженерів з електротехніки та електроніки 1394).

Швидкість передачі даних шини IEEE 1394 - 100, 200, 400 Мбіт / c, відстань - до 4.5 м, кількість пристроїв - до 63. Як і USB, шина IEEE 1394 забезпечує можливість переконфігурації апаратних засобів комп'ютера без його виключення. Відповідно до прийнятого стандартом IEEE1394 існує два варіанти роз'ємів і кабелів.

Перший варіант з 6-контактним роз'ємом IEEE1394 передбачає не тільки передачу даних, але і подачу електроживлення на підключені до відповідного контролеру ПК пристрою IEEE1394. При цьому загальний струм обмежений величиною 1.5 А.

Другий варіант з 4-контактним роз'ємом IEEE1394 розрахований тільки на передачу даних. У цьому випадку підключаються пристрої повинні мати автономні джерела живлення.

Шина IEEE 1394, що використовується для підключення різного відео та аудіо обладнання (телевізори, відеомагнітофони, відеокамери і т.д.), що здійснює передачу даних у цифровому коді, широко відома під назвою i.LINK (це торгова марка Sony).

IrDA

IrDA відноситься до категорії wireless (бездротових) зовнішніх інтерфейсів, однак на відміну від радіо-інтерфейсів, канал передачі інформації створюється за допомогою оптичних пристроїв. Досвід показує, що серед інших бездротових ліній передачі інформації інфрачервоний (ІК) відкритий оптичний канал є самим недорогим і зручним способом передачі даних на невеликі відстані (до декількох десятків метрів).

Технічно сам порт IrDA заснований на архітектурі комунікаційного СОМ-порту ПК, який використовує універсальний асинхронний прийомо-передавач UART і працює зі швидкістю передачі даних 2400-115200 bps. Зв'язок у IrDA напівдуплексна, тому що передається ІЧ-промінь неминуче засвічує сусідній PIN-діодний підсилювач приймача. Повітряний проміжок між пристроями дозволяє прийняти ІЧ-енергію тільки від одного джерела в даний момент.

Першим стандартом, прийнятим IrDA (Infrared Data Association), був, так званий, Serial Infrared standart (SIR). Даний стандарт дозволяв забезпечувати передачу інформації зі швидкістю 115.2 kb / s. У 1994 році IrDA опублікувала специфікацію на загальний стандарт, який отримав назву IrDA-standart, який включав в себе опис Serial Infrared Link (послідовна інфрачервона лінія зв'язку), Link Access Protocol (IrLAP) (протокол доступу) і Link Management Protocol (IrLMP) (протокол управління). І, нарешті, в листопаді 1995 року Microsoft Corporation заявила про внесення програмного забезпечення, що забезпечує інфрачервоний, що використовує IrDA-standart, у стандартний пакет операційної системи Windows'95. В даний час IrDA-standart - найпоширеніший стандарт для організації передачі інформації по відкритому інфрачервоному каналу.

BLUETOOTH

Активно просувається консорціумом Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), технологія Bluetooth призначена для побудови так званих персональних бездротових мереж (personal area network). Обладнання Bluetooth працює в діапазоні частот 2.4 ГГц, для передачі трафіку використовується метод розширення спектру зі стрибкоподібної перебудовою частоти.

Сумарна пропускна здатність мереж Bluetooth - 780 кбіт / с. При використанні асинхронного протоколу максимальна швидкість односпрямованої передачі даних складає 722 Кбіт / с. У первинному варіанті специфікацій (v1.0) передбачалося, що довжина з'єднань в мережах Bluetooth не буде перевищувати 10 м, проте в 2001 році кільком виробникам вдалося збільшити дальність зв'язку до 100 метрів (при роботі поза приміщеннями). Ця обставина, а також можливість об'єднання декількох пікосетьтю Bluetotth в рознесених мережа дали підставу деяким експертам розглядати технологію Bluetooth в якості одного з конкурентів 802.11.

До істотних недоліків цієї технології слід віднести зайву гнучкість специфікацій Bluetooth, внаслідок якої продукти різних виробників виявляються несумісні один з одним. Ця проблема частково вирішена у версії Bluetooth v1.1, що з'явилася в 2001 році.

Згідно зі специфікацією Bluetooth, два сумісних пристрої повинні взаємодіяти один з одним на відстані до 10 метрів. Наприклад, можна вільно переміщатися, залишивши телефон на столі і розмовляючи по гарнітурі. Це дійсно зручно й просто.

Висновок

Популярність нових зовнішніх інтерфейсів поступово зростає. При цьому якщо шина USB орієнтована, в основному, на пристрої введення, телекомунікаційне обладнання, принтери, аудіо / відео пристрої, то IEEE 1394 - на високошвидкісні пристрої, такі як пристрої зберігання даних і цифрову відеоелектронікі.

Однак незважаючи на таке позиціювання цих інтерфейсів, вони все ж є безпосередніми конкурентами. Не секрет, що OEM-виробники (як ринку комп'ютерів, так і побутової електроніки) вважатимуть за краще працювати з одним стандартом, ніж з двома, і остаточний вибір, схоже, буде зроблено в найближчі два-три роки. Поки що, технічно переваги на боці 1394 і його подальшої модифікації - 1394b, у якого гарантоване з'єднання і передача даних між пристроями на відстані до 100 метрів зі швидкістю від 800 Мбіт / с до 3.2 Гбіт / с. Чи знайдуться вагомі аргументи у USB проти такого серйозного супротивника - покаже час.

Що стосується IrDA, то він ефективний для забезпечення бездротового зв'язку між персональним комп'ютером і периферійними пристроями на невеликій відстані, і сьогодні практично вже немає що хоч трохи поважає компанії, яка б не виробляла компоненти для ІК портів.

Ну, а час Bluetooth все ще не прийшов, хоча багато хто пророкує йому світле майбутнє. Справа тепер за сумісністю пристроїв від різних виробників і доступною ціною самого Bluetooth.