Взаимодействие оператора с вычислительной машиной является важным звеном вычислительного процесса при решении различных прикладных задач как научного, так и производственного плана. Создание программ в области организации рыночных отношений при создании информационных сайтов различных организаций и предприятий, при создании программ управления производственными процессами, учета выпускаемой продукции и ее реализации, управления качеством и даже при такой задаче, как сортировка электронной почты секретарем, требуется разработка удобного для пользователя взаимодействия с ЭВМ.
Проектирование – итерационный процесс, при помощи которого требования к ПС транслируются в инженерные представления ПС. Обычно в проектировании выделяют две ступени: предварительное проектирование и детальное проектирование. Предварительное проектирование формирует абстракции архитектурного уровня, детальное проектирование уточняет эти абстракции. Кроме того, во многих случаях выделяют интерфейсное проектирование, цель которого – сформировать графический интерфейс пользователя (GUI). Схема информационных связей процесса проектирования приведена на рис.
Определение интерфейса.
В общем, интерфейс (interface ) – этосовокупность логических и физических принципов взаимодействия компонентов технических средств вычислительной системы (ВС), т. е. совокупность правил алгоритмов и временных соглашений по обмену данными между компонентами ВС (логический интерфейс), а также совокупность физических, механических и функциональных характеристик средств подключения, реализующих такое взаимодействие (физический интерфейс).
Интерфейс нередко называют также технические и программные средства, реализующие сопряжение между устройствами и узлами ВС.
Интерфейс распространяется на все логические и физические средства взаимодействия вычислительной системы с внешней средой, например с операционной системой, с оператором и т.п.
Виды интерфейсов
Интерфейсы различают по таким характеристикам, как структура связей, способ подключения и передачи данных, принципы управления и синхронизации.
Внутримашинный интерфейс – система связи и средств сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой. Внутримашинный интерфейс представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.
Различают два варианта организации внутри машинного интерфейса:
Многосвязный интерфейс, при котором каждый блок ПК связан с другими блоками своими локальными проводами;
Односвязный интерфейс, в результате которого все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.
2. Внешний интерфейс – система связи системного блока с периферийными устройствами ЭВМ или с другими ЭВМ
Здесь можно выделить также несколько типов внешнего интерфейса:
Интерфейс периферийных устройств, подключаемых с помощью шин ввода-вывода (ISA, EISA, VLB, PCI, AGP, USB IEEE 1384 SCSI и др.);
Сетевой интерфейс, типа одноранговой сети или сети клиент-сервер с топологиями типа звезда, кольцевая или шинная.
3. Интерфейс «человек-машина» или интерфейс «человек-компьютер» или пользовательский интерфейс – это способ, которым вы выполняете какую-либо задачу с помощью каких-либо средств (какой-либо программы), а именно совершаемые вами действия и то, что вы получаете в ответ.
Интерфейс является ориентированным на человека, если он отвечает нуждам человека и учитывает его слабости.
Машинная часть интерфейса – часть интерфейса, реализованная в машине (аппаратно-программной ее части) с использованием возможностей вычислительной техники.
Человеческая часть интерфейса – это часть интерфейса, реализуемая человеком с учетом его возможностей, слабостей, привычек, способности к обучению и других факторов.
Наиболее распространенные интерфейсы определены государственными и международными стандартами.
В дальнейшем изложении будет рассматриваться только интерфейс пользователя.
Классификация интерфейсов пользователя
Как было указано выше интерфейс – это, прежде всего набор правил, которые можно объединить по схожести способов взаимодействия человека с компьютером.
Различают три вида интерфейсов пользователя: командный, WIMP и SILK – интерфейсы.
Взаимодействие перечисленных интерфейсов с операционными системами и технологиями показано на рис.1:
Рис. 1. Взаимодействие интерфейсов пользователя их технологий и операционных систем.
1. Командный интерфейс , при котором взаимодействие человека с компьютером осуществляется путем подачи компьютеру команд, которые он выполняет и выдает результат пользователю. Командный интерфейс может быть реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки. В настоящее время пакетная технология практически не используется, а технология командной строки можно встретить в виде резервного способа общения человека с компьютером.
Пакетная технология.
Исторически этот вид технологии появился первым на электромеханических вычислительных машинах К. Цюзе, Г. Айкина, а затем на электронных вычислительных машинах Эккерта и Моучли, на отечественных ЭВМ Лебедева, Брусенцова, на ЭВМ IBM-360, на ЕС ЭВМ и так далее. Идея его проста и состоит в том, что на вход компьютера подается последовательность программ, набитых, например, на перфокартах и последовательность символов, определяющих порядок выполнения этих программ. Человек здесь имеет малое влияние на работу машины. Он может лишь приостановить работу машины, сменить программу и снова запустить ЭВМ.
Технология командной строки.
При этой технологии в качестве способа ввода информации оператором в ЭВМ служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Комбинацию монитор-клавиатура стали называть терминалом или консолью. Команды набираются в командной строке, представляющей собой символ приглашения и мигающий курсор, при этом набранные символы можно стирать и редактировать. По нажатию клавиши «Enter» («Ввод») ЭВМ принимает команду и начинает ее выполнять. После перехода в начало следующей строки компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Наиболее распространенным командный интерфейс был в операционной системе MS DOS.
2. ООМУ (окно, образ, меню, указатель) WIMP (window , image , menu , pointer ) - интерфейс. Характерной чертой этого интерфейса является то, что диалог пользователя с компьютером ведется не с помощью командной строки, а с помощью окон, графических образов меню, курсора и других элементов. Хотя в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается через графические образы.
Идея графического интерфейса зародилась в средине 70-х годов в исследовательском центре фирмы Xerox Palo Alto Research Center (PARC). Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение объема оперативной памяти, а также развитие элементной базы, технических характеристик ЭВМ и в частности мониторов. После появления графических дисплеев с возможностью вывода любых графических изображений различного цвета графический интерфейс стал неотъемлемой частью всех компьютеров. Постепенно проходил процесс унификации в использовании клавиатуры и мыши прикладными программами. Слияние этих двух тенденций привело к созданию такого пользовательского интерфейса, с помощью которого при минимальных затратах времени и средств на переучивание персонала можно работать с любыми программными приложениями
Этот вид интерфейса реализован в виде двух уровней:
Простой графический интерфейс;
Полный WINP – интерфейс.
Простой графический интерфейс , который на первом этапе очень походил на технологию командной строки со следующими отличиями:
При отображении символов с целью повышения выразительности изображения допускалось выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием;
Курсор мог быть представлен некоторой областью, выделенной цветом и охватывающей несколько символов и даже часть экрана;
Реакция на нажатие любой клавиши во многом стало зависеть от того, в какой части находится курсор.
Кроме часто используемых клавиш управлением курсором стали использоваться манипуляторы типа мыши, трекбола и т.п., которые позволяли быстро выделять нужную область экрана и перемещать курсор;
Широкое использование цветных мониторов.
Появление простого графического интерфейса совпадает с широким распространением операционной системы MS DOS. Типичным примером его использования является файловая оболочка Norton Commander и текстовые редакторы MaltiEdit, ChiWriter, Microsoft Word для DOS, Лексикон и др.
Полный WIMP -интерфейс , явился вторым этапом развития графического интерфейса, который характеризуется следующими особенностями:
Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах;
Программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков (иконок), которые при открытии превращаются в окна;
Все действия с объектами осуществляются с помощью меню, которое становится основным элементом управления;
Манипулятор выступает в качестве главного средства управления.
Следует отметить, что WIMP-интерфейс требует для своей реализации повышенного требования к производительности компьютера, объему его памяти качественного растрового цветного дисплея программного обеспечения, ориентированного на этот вид интерфейса. В настоящее время WIMP-интерфейс стал стандартом де-факто, а операционная система Microsoft Windows стала ярким его представителем.
3. РОЯЗ (речь, образ, язык, знания) SILK (speech , image , language , knowledge ) - интерфейс. Этот интерфейс наиболее приближен к обычной человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный разговор человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результаты выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса требует больших аппаратурных затрат, поэтому находится в стадии разработки и совершенствования и используется пока только в военных целях.
SILK- интерфейс для общения человека с машиной использует:
Речевую технологию;
Биометрическую технологию (мимический интерфейс);
Семантический (общественный) интерфейс.
Речевая технология появилась в середине 90-х годов после появления недорогих звуковых карт и широкого распространения технологий распознавания речи. При этой технологии команды подаются голосом путем произнесения специальных стандартных слов (команд), которые должны выговариваться четко, в одном темпе с обязательными паузами между словами. Учитывая, что алгоритмы распознавания речи недостаточно развиты, требуется индивидуальная предварительная настройка компьютерной системы на конкретного пользователя. Это простейшая реализация SILK- интерфейса.
Биометрическая технология («Мимический интерфейс») возникла в конце 90-х годов и в настоящее время находится в стадии разработки. Для управления компьютером используется выражение лица, направление взгляда, размер зрачка и другие признаки человека. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация, которая считывается с цифровой камеры, а затем с помощью программы распознавания образов из этого изображения выделяются команды.
Семантический (общественный) интерфейс возник еще в конце 70-х годов ХХ века, с развитием искусственного интеллекта. Его трудно назвать самостоятельным видом интерфейса, так как он включает в себя и интерфейс командной строки, и графический, и речевой, и мимический интерфейсы. Основной его особенностью является отсутствие команд при общении с компьютером. Запрос формируется на естественном языке, в виде связанного текста и образов. По сути - это моделирование общения человека с компьютером. В настоящее время используется для военных целей. Такой интерфейс крайне необходим в обстановке ведения воздушного боя.
«Передаточный механизм» - Итог урока. Технология 3 класс. Обучение конструированию различных технических моделей с приводом механизма. Перекрёстная передача - когда колёса крутятся в разных направлениях. Виды передач: 1 - ременная; 2 - цепная; 3 - зубчатая. Изделия, имеющие передачу: транспортёр, подъёмный кран, мельница. Главная часть конструкции мельницы - передаточный механизм.
«Интерфейсы компьютера» - Пользовательский интерфейс. Программное обеспечение. Служебные программы. Персональный компьютер как система. Обеспечивается операционной системой компьютера. Укажите входы и выходы. Аппаратный интерфейс. Аппаратно-программный интерфейс. Операционная система. Текстовые файлы. Системные программы. Аппаратно-программный интерфейс – взаимодействие аппаратного и программного обеспечения компьютера.
«Технологии на уроках» - Формы организации могут быть разные: урок, групповая, индивидуальная, парная. Активный и интерактивный методы применяются мной с 5 по 11 классы. Виды технологий: Технология личностно-ориентированного обучение. Технология развивающего обучения. Технология личностно-ориентированного обучение Проектно-исследовательская технология.
«Образовательные технологии в школе» - Лаборатория нерешенных проблем. Методическая поддержка творческих проектов ОУ и преподавателей. Игровые технологии. Рост показателя использования ИКТ в учебном процессе. Распространение передового педагогического опыта. Снижение количества второгодников. Рост мастерства педагогов, влияние на качество урока.
«Технология 6 - 7 - 8 класс» - В чём измеряется электрическая энергия? Какая мерка определяет размер плечевого изделия? Что, по народным представлениям, означало начало всего живого? Какая деталь приводит в движение все рабочие органы швейной машины? Исходное сырье для изготовления кареты для Золушки. Какую функцию выполняют желобки на лезвии иглы?
«Разделы технологии» - А у нас из блестящего бисера - Необычная красота. Предмет – Технология. Лоскутное шитье издавна известно многим народам. Национальные праздники и обряды, национальная одежда. Рассказывают о традициях разных народов, национальных праздниках и обрядах. После выпечки пампушки немного охладить, натереть толченым чесноком.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
"Системное программное обеспечение"
Тема: "Пользовательский интерфейс"
Введение
1. Понятие интерфейса пользователя
2. Виды интерфейсов
2.1 Командный интерфейс
2.2 Графический интерфейс
2.2.1 Простой графический интерфейс
2.2.2 WIMP - интерфейс
2.3 Речевая технология
2.4 Биометрическая технология
2.5 Семантический (общественный) интерфейс
2.6 Типы интерфейсов
3. Методы и средства разработки пользовательского интерфейса
4. Стандартизация пользовательского интерфейса
Список литературы
Введение
Как известно, процесс проникновения информационных технологий практически во все сферы человеческой деятельности продолжает развиваться и углубляться. Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьютеров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все больше и встроенных средств вычислительной техники. Пользователей всей этой разнообразной вычислительной техники становится все больше, причем наблюдается развитие двух вроде бы противоположных тенденций. С одной стороны, информационные технологии все усложняются, и для их применения, и тем более дальнейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания. С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей с компьютерами. Компьютеры и информационные системы становятся все более дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области информатики и вычислительной техники. Это стало возможным прежде всего потому, что пользователи и их программы взаимодействуют с вычислительной техникой посредством специального (системного) программного обеспечения - через операционную систему. Операционная система предоставляет интерфейсы и для выполняющихся приложений, и для пользователей.
1. Понятие интерфейса пользователя
Интерфейс - совокупность технических, программных и методических (протоколов, правил, соглашений) средств сопряжения в вычислительной системе пользователей с устройствами и программами, а также устройств с другими устройствами и программами.
Интерфейс - в широком смысле слова, это способ (стандарт) взаимодействия между объектами. Интерфейс в техническом смысле слова задаёт параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов. Различают:
Интерфейс пользователя - набор методов взаимодействия компьютерной программы и пользователя этой программы.
Программный интерфейс - набор методов для взаимодействия между программами.
Физический интерфейс - способ взаимодействия физических устройств. Чаще всего речь идёт о компьютерных портах.
Пользовательский интерфейс - это совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером. Основу такого взаимодействия составляют диалоги. Под диалогом в данном случае понимают регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи. Каждый диалог состоит из отдельных процессов ввода / вывода, которые физически обеспечивают связь пользователя и компьютера. Обмен информацией осуществляется передачей сообщения.
Рис.1. Взаимодействие пользователя с компьютером
В основном пользователь генерирует сообщения следующих типов:
запрос информации
запрос помощи
запрос операции или функции
ввод или изменение информации
В ответ пользователь получает подсказки или справки; информационные сообщения, требующие ответа; приказы, требующие действия; сообщения об ошибках и другую информацию.
Интерфейс пользователя компьютерного приложения включает:
средства отображения информации, отображаемую информацию, форматы и коды;
командные режимы, язык "пользователь - интерфейс";
диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером, обратную связь с пользователем;
поддержку принятия решений в конкретной предметной области;
порядок использования программы и документацию на неё.
Пользовательский интерфейс (ПИ) часто понимают только как внешний вид программы. Однако на деле пользователь воспринимает через него всю программу в целом, а значит, такое понимание является слишком узким. В действительности ПИ объединяет в себе все элементы и компоненты программы, которые способны оказывать влияние на взаимодействие пользователя с программным обеспечением (ПО).
Это не только экран, который видит пользователь. К этим элементам относятся:
набор задач пользователя, которые он решает при помощи системы;
используемая системой метафора (например, рабочий стол в MS Windows®);
элементы управления системой;
навигация между блоками системы;
визуальный (и не только) дизайн экранов программы;
средства отображения информации, отображаемая информация и форматы;
устройства и технологии ввода данных;
диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером;
обратная связь с пользователем;
поддержка принятия решений в конкретной предметной области;
порядок использования программы и документация на нее.
2. Виды интерфейсов
Интерфейс - это, прежде всего, набор правил. Как любые правила, их можно обобщить, собрать в "кодекс", сгруппировать по общему признаку. Таким образом, мы пришли к понятию "вид интерфейса" как объединение по схожести способов взаимодействия человека и компьютеров. Вкратце можно предложить следующую схематическую классификацию различных интерфейсов общения человека и компьютера.
Современными видами интерфейсов являются:
1) Командный интерфейс. Командный интерфейс называется так по тому, что в этом виде интерфейса человек подает "команды" компьютеру, а компьютер их выполняет и выдает результат человеку. Командный интерфейс реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки.
2) WIMP - интерфейс (Window - окно, Image - образ, Menu - меню, Pointer - указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов - меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается "опосредственно", через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и "чистый" WIMP - интерфейс.
3) SILK - интерфейс (Speech - речь, Image - образ, Language - язык, Knowlege - знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный "разговор" человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса наиболее требователен к аппаратным ресурсам компьютера, и поэтому его применяют в основном для военных целей.
2.1 Командный интерфейс
Пакетная технология. Исторически этот вид технологии появился первым. Она существовала уже на релейных машинах Зюса и Цюзе (Германия, 1937 год). Идея ее проста: на вход компьютера подается последовательность символов, в которых по определенным правилам указывается последовательность запущенных на выполнение программ. После выполнения очередной программы запускается следующая и т.д. Машина по определенным правилам находит для себя команды и данные. В качестве этой последовательности может выступать, например, перфолента, стопка перфокарт, последовательность нажатия клавиш электрической пишущей машинки (типа CONSUL). Машина также выдает свои сообщения на перфоратор, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), ленту пишущей машинки. Такая машина представляет собой "черный ящик" (точнее "белый шкаф"), в который постоянно подается информация и которая также постоянно "информирует" мир о своем состоянии (см. рисунок 1) Человек здесь имеет малое влияние на работу машины - он может лишь приостановить работу машины, сменить программу и вновь запустить ЭВМ. Впоследствии, когда машины стали помощнее и могли обслуживать сразу нескольких пользователей, вечное ожидание пользователей типа: "Я послал данные машине. Жду, что она ответит. И ответит ли вообще? " - стало, мягко говоря, надоедать. К тому же вычислительные центры, вслед за газетами, стали вторым крупным "производителем" макулатуры. Поэтому с появлением алфавитно-цифровых дисплеев началась эра по-настоящему пользовательской технологии - командной строки.
Рис.2. Вид большой ЭВМ серии ЕС ЭВМ
Технология командной строки. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть терминалом, или консолью. Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой символ приглашения и мигающий прямоугольник - курсор. При нажатии клавиши на месте курсора появляются символы, а сам курсор смещается вправо. Это очень похоже на набор команды на пишущей машинке. Однако, в отличие от нее, буквы отображаются на дисплее, а не на бумаге, и неправильно набранный символ можно стереть. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter (или Return) После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется. Технология командной строки уже работала на монохромных алфавитно-цифровых дисплеях. Поскольку вводить позволялось только буквы, цифры и знаки препинания, то технические характеристики дисплея были не существенны. В качестве монитора можно было использовать телевизионный приемник и даже трубку осциллографа.
Обе эти технологии реализуются в виде командного интерфейса - машине подаются на вход команды, а она как бы "отвечает" на них.
Преобладающим видом файлов при работе с командным интерфейсом стали текстовые файлы - их и только их можно было создать при помощи клавиатуры. На время наиболее широкого использования интерфейса командной строки приходится появление операционной системы UNIX и появление первых восьмиразрядных персональных компьютеров с многоплатформенной операционной системой CP / M.
2.2 Графический интерфейс
Как и когда появился графический интерфейс? Его идея зародилась в середине 70-х годов, когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) была разработана концепция визуального интерфейса. Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение объема оперативной памяти, а также развитие технической базы компьютеров. Аппаратным основанием концепции, конечно же, явилось появление алфавитно-цифровых дисплеев на компьютерах, причем на этих дисплеях уже имелись такие эффекты, как "мерцание" символов, инверсия цвета (смена начертания белых символов на черном фоне обратным, то есть черных символов на белом фоне), подчеркивание символов. Эти эффекты распространились не на весь экран, а только на один или более символов. Следующим шагом явилось создание цветного дисплея, позволяющего выводить, вместе с этими эффектами, символы в 16 цветах на фоне с палитрой (то есть цветовым набором) из 8 цветов. После появления графических дисплеев, с возможностью вывода любых графических изображений в виде множества точек на экране различного цвета, фантазии в использовании экрана вообще не стало границ! Первая система с графическим интерфейсом 8010 Star Information System группы PARC, таким образом, появилась за четыре месяца до выхода в свет первого компьютера фирмы IBM в 1981 году. Первоначально визуальный интерфейс использовался только в программах. Постепенно он стал переходить и на операционные системы, используемых сначала на компьютерах Atari и Apple Macintosh, а затем и на IBM - совместимых компьютерах.
С более раннего времени, и под влиянием также и этих концепций, проходил процесс по унификации в использовании клавиатуры и мыши прикладными программами. Слияние этих двух тенденций и привело к созданию того пользовательского интерфейса, с помощью которого, при минимальных затратах времени и средств на переучивание персонала, можно работать с любыми программным продуктом. Описание этого интерфейса, общего для всех приложений и операционных систем, и посвящена данная часть.
2.2.1 Простой графический интерфейс
На первом этапе графический интерфейс очень походил на технологию командной строки. Отличия от технологии командной строки заключались в следующим:
1. При отображении символов допускалось выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием. Благодаря этому повысилась выразительность изображения.
2. В зависимости от конкретной реализации графического интерфейса курсор может представляться не только мерцающим прямоугольником, но и некоторой областью, охватывающей несколько символов и даже часть экрана. Эта выделенная область отличается от других, невыделенных частей (обычно цветом).
3. Нажатие клавиши Enter не всегда приводит к выполнению команды и переходу к следующей строке. Реакция на нажатие любой клавиши во многом зависит от того, в какой части экрана находился курсор.
4. Кроме клавиши Enter, на клавиатуре все чаще стали использоваться "серые" клавиши управления курсором.
5. Уже в этой редакции графического интерфейса стали использоваться манипуляторы (типа мыши, трекбола и т.п. - см. рис.3) Они позволяли быстро выделять нужную часть экрана и перемещать курсор.
Рис.3. Манипуляторы
Подводя итоги, можно привести следующие отличительные особенности этого интерфейса.
1) Выделение областей экрана.
2) Переопределение клавиш клавиатуры в зависимости от контекста.
3) Использование манипуляторов и серых клавиш клавиатуры для управления курсором.
4) Широкое использование цветных мониторов.
Появление этого типа интерфейса совпадает с широким распространением операционной системы MS-DOS. Именно она внедрила этот интерфейс в массы, благодаря чему 80-е годы прошли под знаком совершенствования этого типа интерфейса, улучшения характеристик отображения символов и других параметров монитора.
Типичным примером использования этого вида интерфейса является файловая оболочка Nortron Commander (о файловых оболочках смотри ниже) и текстовый редактор Multi-Edit. А текстовые редакторы Лексикон, ChiWriter и текстовый процессор Microsoft Word for Dos являются примером, как этот интерфейс превзошел сам себя.
2.2.2 WIMP - интерфейс
Вторым этапом в развитии графического интерфейса стал "чистый" интерфейс WIMP, Этот подвид интерфейса характеризуется следующими особенностями.
1. Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах - определенных очерченных рамкой частях экрана.
2. Все программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков - иконок. При открытии иконки превращаются в окна.
3. Все действия с объектами осуществляются с помощью меню. Хотя меню появилось на первом этапе становления графического интерфейса, оно не имело в нем главенствующего значения, а служило лишь дополнением к командной строке. В чистом WIMP - интерфейсе меню становится основным элементом управления.
4. Широкое использование манипуляторов для указания на объекты. Манипулятор перестает быть просто игрушкой - дополнением к клавиатуре, а становится основным элементом управления. С помощью манипулятора УКАЗЫВАЮТ на любую область экрана, окна или иконки, ВЫДЕЛЯЮТ ее, а уже потом через меню или с использованием других технологий осуществляют управление ими.
Следует отметить, что WIMP требует для своей реализации цветной растровый дисплей с высоким разрешением и манипулятор. Также программы, ориентированные на этот вид интерфейса, предъявляют повышенные требования к производительности компьютера, объему его памяти, пропускной способности шины и т.п. Однако этот вид интерфейса наиболее прост в усвоении и интуитивно понятен. Поэтому сейчас WIMP - интерфейс стал стандартом де-факто.
Ярким примером программ с графическим интерфейсом является операционная система Microsoft Windows.
2.3 Речевая технология
С середины 90-х годов, после появления недорогих звуковых карт и широкого распространения технологий распознавания речи, появился так называемый "речевая технология" SILK - интерфейса. При этой технологии команды подаются голосом путем произнесения специальных зарезервированных слов - команд. Основными такими командами (по правилам системы "Горыныч") являются:
"Отдыхай" - выключение речевого интерфейса.
"Открыть" - переход в режим вызова той или иной программы. Имя программы называется в следующем слове.
"Буду диктовать" - переход из режима команд в режим набора текста голосом.
"Режим команд" - возврат в режим подачи команд голосом.
и некоторые другие.
Слова должны выговариваться четко, в одном темпе. Между словами обязательна пауза. Из-за неразвитости алгоритма распознавания речи такие системы требует индивидуальной предварительной настройки на каждого конкретного пользователя.
"Речевая" технология является простейшей реализацией SILK - интерфейса.
2.4 Биометрическая технология
Эта технология возникла в конце 90-х годов XX века и на момент написания книги еще разрабатывается. Для управления компьютером используется выражение лица человека, направление его взгляда, размер зрачка и другие признаки. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация. Изображения считываются с цифровой видеокамеры, а затем с помощью специальных программ распознавания образов из этого изображения выделяются команды. Эта технология, по-видимому, займет свое место в программных продуктах и приложениях, где важно точно идентифицировать пользователя компьютера.
2.5 Семантический (общественный) интерфейс
Этот вид интерфейса возник в конце 70-х годов XX века, с развитием искусственного интеллекта. Его трудно назвать самостоятельным видом интерфейса - он включает в себя и интерфейс командной строки, и графический, и речевой, и мимический интерфейс. Основная его отличительная черта - это отсутствие команд при общении с компьютером. Запрос формируется на естественном языке, в виде связанного текста и образов. По своей сути это трудно называть интерфейсом - это уже моделирование "общения" человека с компьютером. С середины 90-х годов XX века публикации, относящихся к семантическому интерфейсу, уже не встречались. Похоже, что в связи с важным военным значением этих разработок (например, для автономного ведения современного боя машинами - роботами, для "семантической" криптографии) эти направления были засекречены. Информация, что эти исследования продолжаются, иногда появляется в периодической печати (обычно в разделах компьютерных новостей).
2.6 Типы интерфейсов
Интерфейсы пользователя бывают двух типов:
1) процедурно-ориентированные:
примитивные
со свободной навигацией
2) объектно-ориентированные:
прямого манипулирования.
Процедурно-ориентированный интерфейс использует традиционную модель взаимодействия с пользователем, основанную на понятиях "процедура" и "операция". В рамках этой модели программное обеспечение предоставляет пользователю возможность выполнения некоторых действий, для которых пользователь определяет соответствие данных и следствием выполнения которых является получение желаемого результата.
Объектно-ориентированные интерфейсы используют модель взаимодействия с пользователем, ориентированную на манипулирование объектами предметной области. В рамках этой модели пользователю предоставляется возможность напрямую взаимодействовать с каждым объектом и инициировать выполнение операций, в процессе которых взаимодействуют несколько объектов. Задача пользователя формулируется как целенаправленное изменение некоторого объекта. Объект понимается в широком смысле слова - модель БД, системы и т.д. Объектно-ориентированный интерфейс предполагает, что взаимодействие с пользователем осуществляется посредством выбора и перемещения пиктограмм соответствующей объектно-ориентированной области. Различают однодокументные (SDI) и многодокументные (MDI) интерфейсы.
Процедурно-ориентированные интерфейсы:
1) Обеспечивают пользователю функции, необходимые для выполнения задач;
2) Акцент делается на задачи;
3) Пиктограммы представляют приложения, окна или операции;
Объектно-ориентированные интерфейсы:
1) Обеспечивает пользователю возможность взаимодействия с объектами;
2) Акцент делается на входные данные и результаты;
3) Пиктограммы представляют объекты;
4) Папки и справочники являются визуальными контейнерами объектов.
Примитивным называется интерфейс, который организует взаимодействие с пользователем и используется в консольном режиме. Единственное отклонение от последовательного процесса, который обеспечивается данными, заключается в организации цикла для обработки нескольких наборов данных.
Интерфейс Меню. В отличие от примитивного интерфейса, позволяет пользователю выбирать операцию из специального списка, выводимого ему программой. Эти интерфейсы предполагают реализацию множества сценариев работы, последовательность действий в которых определяется пользователями. Древовидная организация меню предполагает строго ограниченную реализацию. При этом возможны два варианта организации меню:
каждое окно меню занимает весь экран
на экране одновременно присутствуют несколько разноуровневых меню (Windows).
В условиях ограниченной навигации, независимо от варианта реализации, поиск пункта более чем двух уровневого меню оказывается довольно сложной задачей.
Интерфейс со свободной навигацией (графический интерфейс). Поддерживает концепцию интерактивного взаимодействия с ПО, визуальную обратную связь с пользователем и возможность прямого манипулирования объектом (кнопки, индикаторы, строки состояния). В отличие от интерфейса Меню, интерфейс со свободной навигацией обеспечивает возможность осуществления любых допустимых в конкретном состоянии операций, доступ к которым возможен через различные интерфейсные компоненты ("горячие" клавиши и т.д.). Интерфейс со свободной навигацией реализуется с использованием событийного программирования, что предполагает применение визуальных средств разработки (посредством сообщений).
3. Методы и средства разработки пользовательского интерфейса
Интерфейс имеет важное значение для любой программной системы и является неотъемлемой ее составляющей, ориентированной, прежде всего, на конечного пользователя. Именно через интерфейс пользователь судит о прикладной программе в целом; более того, часто решение об использовании прикладной программы пользователь принимает по тому, насколько ему удобен и понятен пользовательский интерфейс. Вместе с тем, трудоемкость проектирования и разработки интерфейса достаточно велика. По оценкам специалистов в среднем она составляет более половины времени реализации проекта. Актуальным является снижение затрат на разработку и сопровождение программных систем или разработка эффективного программного инструментария.
Одним из путей снижения затрат на разработку и сопровождение программных систем является наличие в инструментарии средств четвертого поколения, позволяющих на высоком уровне описать (специфицировать) создаваемое программное средство и далее по спецификации автоматически сгенерировать исполнимый код.
В литературе не существует единой общепринятой классификации средств для разработки пользовательского интерфейса. Так, программное обеспечение для разработки пользовательского интерфейса можно разделить на две основные группы - инструментарий для разработки пользовательского интерфейса (toolkits) и высокоуровневые средства разработки интерфейса (higher-level development tools). Инструментарий для разработки пользовательского интерфейса, как правило, включает в себя библиотеку примитивов компонентов интерфейса (меню, кнопки, полосы прокрутки и др.) и предназначен для использования программистами. Высокоуровневые средства разработки интерфейса могут быть использованы непрограммистами и снабжены языком, который позволяет специфицировать функции ввода-вывода, а также определять, используя технику непосредственного манипулирования, интерфейсные элементы. К таким средствам относятся построители диалога (interface builders) и СУПИ - системы управления пользовательским интерфейсом (User Interface Management Systems - UIMS). Помимо СУПИ, некоторые авторы используют такие термины, как User Interface Development Systems (UIDS) - системы разработки пользовательского интерфейса, User Interface Design Environment (UIDE) - среда разработки пользовательского интерфейса и др.
Специализированные средства для разработки интерфейса позволяют упростить разработку пользовательского интерфейса, предлагая разработчику специфицировать компоненты пользовательского интерфейса с использованием языков спецификаций. Можно выделить несколько основных способов спецификации интерфейса:
1. Языковой, когда применяются специальные языки для задания синтаксиса интерфейса (декларативные, объектно-ориентированные, языки событий и др.).
2. Графическая спецификация связана с определением интерфейса, как правило, средствами визуального программирования, программированием демонстраций и по примерам. Подобный способ поддерживает ограниченный класс интерфейсов.
3. Спецификация интерфейса, основанная на объектно-ориентированном подходе, связана с принципом, называемым непосредственное манипулирование. Основное его свойство - взаимодействие пользователя с индивидуальными объектами, а не со всей системой как единым целым. Типичными компонентами, используемыми для манипуляций с объектами и управляющими функциями, являются обработчики, меню, зоны диалога, кнопки различного вида.
4. Спецификация интерфейса по спецификации прикладной задачи. Здесь интерфейс создается автоматически по спецификации семантики прикладной задачи. Однако сложность описания интерфейса затрудняет возможности скорого появления систем, реализующих данный подход.
Основной концепцией СУПИ является отделение разработки пользовательского интерфейса от остального приложения. В настоящее время идея раздельного проектирования интерфейса и приложения либо закреплена в определении СУПИ либо является основным его свойством.
В состав СУПИ определен как набор инструментов этапа разработки и периода исполнения. Инструменты этапа разработки оперируют с моделями интерфейса для построения их проектов. Они могут разделяться на две группы: интерактивные инструменты, например редакторы моделей, и автоматические инструменты, например генератор форм. Инструменты периода исполнения используют модель интерфейса для поддержки деятельности пользователя, например, для сбора и анализа используемых данных.
Функциями СУПИ является содействие и облегчение разработки и сопровождения пользовательского интерфейса, а также управление взаимодействием между пользователем и прикладной программой.
Таким образом, в настоящее время существует большое количество инструментальных средств для разработки интерфейса, поддерживающих различные методы его реализации.
4. Стандартизация пользовательского интерфейса
В первом подходе оценку производит конечный пользователь (или тестер), суммируя результаты работы с программой в рамках следующих показателей ISO 9241-10-98 Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs). P.11. Guidance on usability specification and measures:
эффективности (effectiveness) - влияния интерфейса на полноту и точность достижения пользователем целевых результатов;
продуктивности (efficiency) или влияния интерфейса на производительность пользователя;
степени (субъективной) удовлетворенности (satisfaction) конечного пользователя этим интерфейсом.
Эффективность является критерием функциональности интерфейса, а степень удовлетворенности и, косвенно, продуктивность - критерием эргономичности. Вводимые здесь меры соответствуют общей прагматической концепции оценки качества по соотношению "цели / затраты".
Во втором подходе пытаются установить, каким (руководящим эргономическим) принципам должен удовлетворять пользовательский интерфейс с точки зрения оптимальности человеко-машинного взаимодействия. Развитие этого аналитического подхода было вызвано потребностями проектирования и разработки ПО, поскольку позволяет сформулировать руководящие указания по организации и характеристикам оптимального пользовательского интерфейса. Этот подход может быть использован и при оценке качества разработанного пользовательского интерфейса. В этом случае показатель качества оценивается экспертом по степени реализации руководящих принципов или вытекающих из них более конкретных графических и операционных особенностей оптимального "человеко-ориентированного" пользовательского интерфейса.
Стандартизация и проектирование. При проектировании пользовательского интерфейса исходным решением является выбор базовых стандартов типов управляющих средств интерфейса, который должен учитывать специфику соответствующей предметной области. Конкретизация стиля пользовательского интерфейса осуществляется в нормативных документах отраслевого и фирменного уровня. Возможна дальнейшая детализация дизайна интерфейса для определенной группы программных продуктов фирмы-разработчика. При разработке пользовательского интерфейса необходим учет характеристик предполагаемых конечных пользователей разрабатываемого программного средства. Спецификация типа пользовательского интерфейса определяет только его синтактику. Второе направление стандартизации в области проектирования - формирование конкретной системы руководящих эргономических принципов. Решение об их выборе должно вырабатываться совместно всеми членами команды по проектированию . Эта система должна быть согласована с соответствующим базовым стандартом (или группой стандартов). Для того чтобы стать эффективным инструментом проектирования система руководящих принципов должна быть доведена до уровня конкретных инструкций для программистов. При разработке инструкций учитываются нормативные документы по типу (стилю) интерфейса, а нормативные документы по проектированию пользовательского интерфейса должны войти в профиль стандартов программного проекта и в техническое задание.
Стандарты и качество. Формально стандартизированность пользовательского интерфейса уместно связать с другими инфраструктурными субхарактеристиками качества программного продукта, такими, как соответствие (conformance) (в том числе и соответствие стандартам) и взаимозаменяемость (replaceability) (ГОСТ Р ИСО МЭК 9126-93). Выбор конкретного средства проектирования (языки быстрой разработки приложений, CASE-средства, конструкторы графических интерфейсов) может привести разработчика к необходимости придерживаться стандарта интерфейса, положенного в его основу.
С другой стороны, выбор разработчиком стандарта типа (стиля) пользовательского интерфейса, адекватного предметной области и используемой ОС, потенциально должен обеспечить, хотя бы отчасти, выполнение таких принципов качества пользовательского интерфейса, как естественность и согласованность в пределах рабочей среды . Явный учет синтактики интерфейса облегчает создание однородного по стилю и предсказуемого для пользователя интерфейса. Кроме того, нужно учесть, что при разработке самого стандарта уже учитывались базовые принципы проектирования пользовательского интерфейса.
Вводимые в ISO 9241-11 меры практичности организация-заказчик может использовать до разработки заказной системы в качестве общих рамок для определения требований по практичности, которым должна соответствовать будущая система и по которым будут проводиться приемочные испытания. Таким образом, создается основа для обеспечения полноты, измеримости и сопоставимости этих требований, что может косвенно оказывать позитивное влияние на качество проектируемого программного изделия.
Означает ли, что неукоснительное следование стандартам может обеспечить необходимое качество пользовательского интерфейса? Для простых и рутинных приложений - следование стандарту гарантирует только минимальный уровень качества. Для сложных и пионерских приложений требование обеспечения функциональной полноты может вступить в противоречие с ограниченными возможностями, предоставляемыми стандартом управляющих средств пользовательского интерфейса.
Список литературы
Т.Б. Большаков, Д.В. Иртегов. Оперционные системы. Материалы сайта http: // www. citforum. ru / operating_systems / ois / introd. shtml.
Методы и средства разработки пользовательского интерфейса: современное состояние, Клещев А.С. , Грибова В.В. , 2001. Материалы сайта http: // www. swsys. ru / index. php? page=article&id=765.
Как любое техническое устройство, компьютер обменивается информацией с человеком посредством набора определенных правил, обязательных как для машины, так и для человека. Эти правила в компьютерной литературе называются интерфейсом. Интерфейс должна быть понятным и непонятным, дружественным и нет. К нему подходят многие прилагательные. Но в одном он постоянен: он есть, и никуда от него не денешься.
Интерфейс - это правила взаимодействия операционной системы с пользователями, а также соседних уровней в сети ЭВМ. От интерфейса зависит технология общения человека с компьютером.
Интерфейс - это, прежде всего, набор правил. Как любые правила, их можно обобщить, собрать в "кодекс", сгруппировать по общему признаку. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, мы пришли к понятию "вид интерфейса" как объединение по схожести способов взаимодействия человека и компьютеров. Можно предложить следующую схематическую классификацию различных интерфейсов общения человека и компьютера (рис.1.).
Пакетная технология. Исторически данный вид технологии появился первым. Она существовала уже на релейных машинах Зюса и Цюзе (Германия, 1937 год). Идея ее проста: на вход компьютера подается последовательность символов, в которых по определенным правилам указывается последовательность запущенных на выполнение программ. После выполнения очередной программы запускается следующая и т.д. Машина по определенным правилам находит для себя команды и данные. В качестве этой последовательности может выступать, к примеру, перфолента͵ стопка перфокарт, последовательность нажатия клавиш электрической пишущей машинки (типа CONSUL). Машина также выдает свои сообщения на перфоратор, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), ленту пишущей машинки.
Такая машина представляет собой "черный ящик" (точнее "белый шкаф"), в который постоянно подается информация и которая также постоянно "информирует" мир о своем состоянии. Человек здесь имеет малое влияние на работу машины - он может лишь приостановить работу машины, сменить программу и вновь запустить ЭВМ. Впоследствии, когда машины стали помощнее и могли обслуживать сразу нескольких пользователей, вечное ожидание пользователей типа: "Я послал данные машине. Жду, что она ответит. И ответит ли вообще?" - стало, мягко говоря, нужноедать. К тому же вычислительные центры, вслед за газетами, стали вторым крупным "производителем" макулатуры. По этой причине с появлением алфавитно-цифровых дисплеев началась эра по-настоящему пользовательской технологии - командной строки.
Командный интерфейс.
Командный интерфейс принято называть так по тому, что в данном виде интерфейса человек подает "команды" компьютеру, а компьютер их выполняет и выдает результат человеку. Командный интерфейс реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки.
При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть терминалом, или консолью.
Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой символ приглашения и мигающий прямоугольник – курсор.
Размещено на реф.рф
При нажатии клавиши на месте курсора появляются символы, а сам курсор смещается вправо. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter (или Return.) После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Далее процесс повторяется.
Технология командной строки уже работала на монохромных алфавитно-цифровых дисплеях. Поскольку вводить позволялось только буквы, цифры и знаки препинания, то технические характеристики дисплея были не существенны. В качестве монитора можно было использовать телевизионный приемник и даже трубку осциллографа.
Обе эти технологии реализуются в виде командного интерфейса - машине подаются на вход команды, а она как бы "отвечает" на них.
Преобладающим видом файлов при работе с командным интерфейсом стали текстовые файлы - их и только их можно было создать при помощи клавиатуры. На время наиболее широкого использования интерфейса командной строки приходится появление операционной системы UNIX и появление первых восьмиразрядных персональных компьютеров с многоплатформенной операционной системой CP/M.
WIMP - интерфейс (Window - окно, Image - образ, Menu - меню, Pointer - указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов - меню, окон, других элементов. Хотя и в данном интерфейсе подаются команды машине, но это делается "опосредственно", через графические образы. Идея графического интерфейса зародилась в середине 70-х годов, когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) была разработана концепция визуального интерфейса. Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение объёма оперативной памяти, а также развитие технической базы компьютеров. Аппаратным основанием концепции, конечно же, явилось появление алфавитно-цифровых дисплеев на компьютерах, причем на этих дисплеях уже имелись такие эффекты, как "мерцание" символов, инверсия цвета (смена начертания белых символов на черном фоне обратным, то есть черных символов на белом фоне), подчеркивание символов. Эти эффекты распространились не на весь экран, а только на один или более символов. Следующим шагом явилось создание цветного дисплея, позволяющего выводить, вместе с этими эффектами, символы в 16 цветах на фоне с палитрой (то есть цветовым набором) из 8 цветов. После появления графических дисплеев, с возможностью вывода любых графических изображений в виде множества точек на экране различного цвета͵ фантазии в использовании экрана вообще не стало границ! Первая система с графическим интерфейсом 8010 Star Information System группы PARC, таким образом, появилась за четыре месяца до выхода в свет первого компьютера фирмы IBM в 1981 году. Первоначально визуальный интерфейс использовался только в программах. Постепенно он стал переходить и на операционные системы, используемых сначала на компьютерах Atari и Apple Macintosh, а затем и на IBM -- совместимых компьютерах.
С более раннего времени, и под влиянием также и этих концепций, проходил процесс по унификации в использовании клавиатуры и мыши прикладными программами. Слияние этих двух тенденций и привело к созданию того пользовательского интерфейса, с помощью которого, при минимальных затратах времени и средств на переучивание персонала, можно работать с любыми программным продуктом. Описание этого интерфейса, общего для всех приложений и операционных систем, и посвящена данная часть.
Графический интерфейс пользователя за время своего развития прошел две стадии и реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и "чистый" WIMP - интерфейс.
На первом этапе графический интерфейс очень походил на технологию командной строки. Отличия от технологии командной строки заключались в следующем:
Ú При отображении символов допускалось выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием. Благодаря этому повысилась выразительность изображения.
Ú Учитывая зависимость отконкретной реализации графического интерфейса курсор может представляться не только мерцающим прямоугольником, но и некоторой областью, охватывающей несколько символов и даже часть экрана. Эта выделенная область отличается от других, невыделенных частей (обычно цветом).
Ú Нажатие клавиши Enter не всегда приводит к выполнению команды и переходу к следующей строке. Реакция на нажатие любой клавиши во многом зависит от того, в какой части экрана находился курсор.
Ú Кроме клавиши Enter, на клавиатуре все чаще стали использоваться "серые" клавиши управления курсором (см. раздел, посвященный клавиатуре в выпуске 3 данной серии.)
Ú Уже в этой редакции графического интерфейса стали использоваться манипуляторы (типа мыши, трекбола и т.п. - см. рисунок A.4.) Οʜᴎ позволяли быстро выделять нужную часть экрана и перемещать курсор.
Подводя итоги, можно привести следующие отличительные особенности этого интерфейса:
Ú Выделение областей экрана.
Ú Переопределение клавиш клавиатуры исходя из контекста.
Ú Использование манипуляторов и серых клавиш клавиатуры для управления курсором.
Ú Широкое использование цветных мониторов.
Появление этого типа интерфейса совпадает с широким распространением операционной системы MS-DOS. Именно она внедрила данный интерфейс в массы, благодаря чему 80-е годы прошли под знаком совершенствования этого типа интерфейса, улучшения характеристик отображения символов и других параметров монитора.
Типичным примером использования этого вида интерфейса является файловая оболочка Nortron Commander и текстовый редактор Multi-Edit. А текстовые редакторы Лексикон, ChiWriter и текстовый процессор Microsoft Word for Dos являются примером, как данный интерфейс превзошел сам себя.
Вторым этапом в развитии графического интерфейса стал "чистый" интерфейс WIMP, Этот подвид интерфейса характеризуется следующими особенностями:
Ú Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах - определенных очерченных рамкой частях экрана.
Ú Все программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков - иконок. При открытии иконки превращаются в окна.
Ú Все действия с объектами реализуются с помощью меню. Хотя меню появилось на первом этапе становления графического интерфейса, оно не имело в нем главенствующего значения, а служило лишь дополнением к командной строке. В чистом WIMP - интерфейсе меню становится основным элементом управления.
Ú Широкое использование манипуляторов для указания на объекты. Манипулятор перестает быть просто игрушкой - дополнением к клавиатуре, а становится основным элементом управления. С помощью манипулятора указывают на любую область экрана, окна или пиктограммы, выделяют ее, а уже потом через меню или с использованием других технологий осуществляют управление ими.
Следует отметить, что WIMP требует для своей реализации цветной растровый дисплей с высоким разрешением и манипулятор.
Размещено на реф.рф
Также программы, ориентированные на данный вид интерфейса, предъявляют повышенные требования к производительности компьютера, объёму его памяти, пропускной способности шины и т.п. При этом данный вид интерфейса наиболее прост в усвоении и интуитивно понятен. По этой причине сейчас WIMP - интерфейс стал стандартом де-факто.
Ярким примером программ с графическим интерфейсом является операционная система Microsoft Windows.
SILK - интерфейс (Speech - речь, Image - образ, Language - язык, Knowlege - знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный "разговор" человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса наиболее требователен к аппаратным ресурсам компьютера, и в связи с этим его применяют в основном для военных целей.
С середины 90-х годов, после появления недорогих звуковых карт и широкого распространения технологий распознавания речи, появился так называемый "речевая технология" SILK - интерфейса. При этой технологии команды подаются голосом путем произнесения специальных зарезервированных слов - команд.
Слова должны выговариваться четко, в одном темпе. Между словами обязательна пауза. Из-за неразвитости алгоритма распознавания речи такие системы требует индивидуальной предварительной настройки на каждого конкретного пользователя.
"Речевая" технология является простейшей реализацией SILK - интерфейса.
Биометрическая технология ("Мимический интерфейс".)
Эта технология возникла в конце 90-х годов XX века и на момент написания книги еще разрабатывается. Для управления компьютером используется выражение лица человека, направление его взгляда, размер зрачка и другие признаки. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация. Изображения считываются с цифровой видеокамеры, а затем с помощью специальных программ распознавания образов из этого изображения выделяются команды. Эта технология, по-видимому, займет свое место в программных продуктах и приложениях, где важно точно идентифицировать пользователя компьютера.
В прошедний понедельник мне посчастливилось попасть на собеседование на Senior .Net Developer в одну международную компанию. Во время собеседования мне предложили пройти тест, где ряд вопросов был связан с.Net. В частности в одном из вопросов надо было дать оценку (истина/ложь) ряду утверждений, среди которых было и такое:
В.Net любой массив элементов, например int, по умолчанию реализует IList, что позволяет использовать его в качестве коллекции в операторе foreach.
Быстро ответив на этот вопрос отрицательно и отдельно дописав на полях. что для foreach необходима реализация не IList, а IEnumerable, я перешел к следующему вопросу. Однако по дороге домой меня мучал вопрос: реализует ли массив все-таки этот интерфейс или нет?
Про IList я смутно помнил, что этот интерфейс дает мне IEnumerable, индексатор и свойство Count, содержащее число элементов коллекции, а также еще пару редко используемых свойств, типа IsFixedCollection(). Массив имеет свойство Length для своего размера, а Count в IEnumerable является методом расширения от LINQ, что было бы невозможно, если бы этот метод был реализован в классе. Таким образом, получалось, что массив не мог реализовывать интерфейс IList, однако какое-то смутное чувство не давало мне покоя. Поэтому вечером после интервью я решил провести небольшое исследование.
Класс System.Array
Поскольку Reflector.Net у меня не был установлен, я просто написал короткую программку на С# чтобы узнать, что за интерфейсы реализуются целочисленным массивом.Var v = new int { 1, 2, 3 }; var t = v.GetType(); var i = t.GetInterfaces(); foreach(var tp in i) Console.WriteLine(tp.Name);
Вот полный список полученных интерфейсов из окна консоли:
ICloneable IList ICollection IEnumerable IStructuralComparable IStructuralEquatable IList`1 ICollection`1 IEnumerable`1 IReadOnlyList`1 IReadOnlyCollection`1
Таким образом, массив в.Net все-таки реализует интерфейс IList и его обобщённый вариант IList<> .
Чтобы получить более полную информацию я построил диаграмму класса System.Array.
Мне сразу бросилась в глаза моя ошибка: Count было свойством не IList, а ICollection, еще предыдущего интерфейса в цепочке наследования. Тем не менее, сам массив уже не имел такого свойства, как и многих других свойств интерфейса IList, хотя другие свойства этого интерфейса, IsFixedSize и IsReadOnly были реализованы. Как такое вообще возможно?
Всё сразу встает на свои места, когда вспоминаешь о том, что в С# можно реализовывать интерфейсы не только
неявно (implicit), но и явно (explicit). Я знал об этой возможности из учебников, где приводился пример такой имплементации в случае. когда базовый класс уже содержит метод с тем же именем, что и метод интерфейса. Я также видел такую возможность в ReSharper. Однако до настоящего времени мне напрямую не приходилось сталкиваться с необходимостью явной реализации интерфейсов в моих собственных проектах.
Сравнение явной и неявной реализации интерфейсов
Давайте сравним эти два вида реализации интерфейсов:.| Критерии |
Неявная (implicit) реализация |
Явная (explicit) реализация |
|---|---|---|
| Базовый синтаксис |
interface ITest
{
void DoTest();
}
public class ImplicitTest: ITest
{
public void DoTest()
{ }
}
|
interface ITest { void DoTest(); } public class ExplicitTest: ITest { void ITest.DoTest() { } } |
| Видимость |
Неявная имплементация всегда являелся открытой (public), поэтому к методам и свойствам можно обращаться напрямую. var imp = new ImplicitTest(); imp.DoTest(); |
Явная имплементация всегда закрыта (private). Чтобы получить доступ к имплементации необходимо кастовать инстанцию класса к интерфейсу (upcast to interface). var exp = new ExplicitTest(); ((ITest)exp).DoTest(); |
| Полиморфия |
Неявная имплементация интерфейса может быть виртуальной (virtual), что позволяет переписывать эту имплементацию в классах-потомках. |
Явная имплементация всегда статична. Она не может быть переписана (override) или перекрыта (new) в классах-потомках. Прим. 1 |
| Абстрактный класс и реализация |
Неявная реализация может быть абстрактной и реализовываться только в классе-потомке. |
Явная реализация не может быть абстрактной, но сам класс может иметь другие абстрактные методы и сам быть абстрактным. Прим. 2 |
Примечания:
Прим. 1 - Как справедливо замечает в комментариях, реализация может быть переопределена при повторной явной имплементации интерфейса в классе-потомке (см. первый комментарий к статье).
Прим. 2 - В одном из блогов указано, что класс сам не может быть абстрактным. Возможно это было верно для какой-то из предыдущих версий компилятора, в моих экспериментах я без проблем мог реализовать интерфейс явно в абстрактном классе.
Зачем нужна явная реализация интерфейсов
Явная реализация интерфейса, согласно MSDN , необходима в том случае, когда несколько интерфейсов, реализуемых классом, имеют метод с одинаковой сигнатурой. Эта проблема в общем виде известна в англоязычном мире под леденящим кровь названием «deadly diamond of death» , что переводится на русский как «проблема ромба» . Вот пример такой ситуации:/* Listing 1 */ interface IJogger { void Run(); } interface ISkier { void Run(); } public class Athlete: ISkier, IJogger { public void Run() { Console.WriteLine("Am I an Athlete, Skier or Jogger?"); } }
Кстати, этот пример является корректным кодом в C#, то есть он (корректно) компилируется и запускается, при этом метод Run() является одновременно и методом самого класса, и реализацией аж двух интерфейсов. Таким образом, мы можем иметь одну реализацию для разных интерфейсов и для самого класса. Проверить это можно следующим кодом:
/* Listing 2 */ var sp = new Athlete(); sp.Run(); (sp as ISkier).Run(); (sp as IJogger).Run();
Результатом исполнения этого кода будет «Am I an Athlete, Skier or Jogger?» , выведенное в консоли три раза.
Именно здесь мы можем использовать явную реализацию интерфейса для того, чтобы разделить все три случая:
/* Listing 3 */ public class Sportsman { public virtual void Run() { Console.WriteLine("I am a Sportsman"); } } public class Athlete: Sportsman, ISkier, IJogger { public override void Run() { Console.WriteLine("I am an Athlete"); } void ISkier.Run() { Console.WriteLine("I am a Skier"); } void IJogger.Run() { Console.WriteLine("I am a Jogger"); } }
В данном случае при исполнении кода из Listing 2 мы увидим в консоли три строчки, «I am an Athlete» , «I am a Skier» и «I am a Jogger» .
Плюсы и минусы различной реализации интерфейсов
Видимость реализации и выборочная реализация
Как уже было показано выше, неявная (implicit) реализация синтаксически не отличается от обычного метода класса (причём если этот метод уже был определен в классе-предке, то в таком синтаксисе метод будет сокрыт (hidden) в потомке и код будет без проблем скомпилирован c compiler warning о сокрытии метода.). Более того, возможна выборочная реализация отдельных методов одного интерфейса как явным, так и неявным образом:/* Listing 4 */ public class Code { public void Run() { Console.WriteLine("I am a class method"); } } interface ICommand { void Run(); void Execute(); } public class CodeCommand: Code, ICommand { // implicit interface method implementation // => public implementation // implicit base class method hiding (warning here) public void Run() { base.Run(); } // explicit interface method implementation // => private implementation void ICommand.Execute() {} }
Это позволяет использовать реализации отдельных методов интерфейса как родных методов класса и они доступны, например, через IntelliSense, в отличие от явной реализации методов, которые являются приватными и видны только после каста к соответствующему интерфейсу.
С другой стороны, возможность приватной реализации методов позволяет скрывать ряд методов интерфейса, при этом полностью его имплементируя. Возвращаясь к нашему самому первому примеру с массивами в.Net, можно увидеть, что массив скрывает, например, имплементацию свойства Count интерфейса ICollection, выставляя наружу это свойство под именем Length (вероятно это является попыткой поддержания совместимости с С++ STL и Java). Таким образом, мы можем скрывать отдельные методы реализованного интерфейса и не скрывать (=делать публичными) другие.
Здесь, правда, возникает такая проблема, что во многих случаях совершенно невозможно догадаться о том, какие интерфейсы реализованы классом «неявно», поскольку ни методы, ни свойства этих интерфейсов не видны в IntelliSense (здесь также показателен пример с System.Array). Единственным способом выявления таких реализаций является использование рефлексии, например при помощи Object Browser в Visual Studio.
Рефакторинг интерфейсов
Так как неявная (публичная) имплементация интерфейса не отличается от реализации публичного метода класса, в случае рефакторинга интерфейса и удаления из него какого-либо публичного метода (например при объединении методов Run() и Execute() из вышепредставленного интерфейса ICommand в один метод Run()) во всех неявных реализациях останется метод с открытым доступом, который, очень вероятно, придётся поддерживать даже после рефакторинга, так как у данного публичного метода могут быть уже различные зависимости в других компонентах системы. В результате этого будет нарушаться принцип программирования «против интерфейсов, а не реализаций», так как зависимости будут уже между конкретными (и в разных классах, наверняка, разными) реализациями бывшего интерфейсного метода./* Listing 5 */ interface IFingers { void Thumb(); void IndexFinger(); // an obsolete interface method // void MiddleFinger(); } public class HumanPalm: IFingers { public void Thumb() {} public void IndexFinger() {} // here is a "dangling" public method public void MiddleFinger() {} } public class AntropoidHand: IFingers { void IFingers.Thumb() {} void IFingers.IndexFinger() {} // here the compiler error void IFingers.MiddleFinger() {} }
В случае приватной реализации интерфейсов все классы с явной реализацией несуществующего более метода просто перестанут компилироваться, однако после удаления ставшей ненужной реализации (или ее рефакторинга в новый метод) у нас не будет «лишнего» публичного метода, не привязанного к какому-либо интерфейсу. Конечно, возможно потребуется рефакторинг зависимостей от самого интерфейса, но здесь, по крайней мере, не будет нарушения принципа «program to interfaces, not implementations».
Что касается свойств, то неявно реализованные свойства интерфейса (properties) позволяют обращаться к ним через методы-акцесоры (getter и setter) как извне, так и непосредственно из самого класса, что может привести к ненужным эффектам (например, к ненужной валидации данных при инициализации свойств).
/* Listing 6 */ interface IProperty { int Amount { get; set; } } public class ClassWithProperty: IProperty { // implicit implementation, public public int Amount { get; set; } public ClassWithProperty() { // internal invocation of the public setter Amount = 1000; } } public class ClassWithExplicitProperty: IProperty { // explicit implementation, private int IProperty.Amount { get; set; } public ClassWithExplicitProperty() { // internal invocation isn"t possible // compiler error here Amount = 1000; } }
При явной имплементации свойств интерфейса эти свойства остаются приватными и для доступа приходится идти «длинным» путём и объявлять дополнительную закрытое поле, через которое и происходит инициализация. В результате это приводит к более чистому коду, когда методы доступа к свойству используются только для доступа извне.
Использования явной типизации локальных переменных и полей классов
В случае явной реализации интерфейсов нам приходится явным образом указывать, что мы работаем не экземпляром класса, а с экземпляром интерфейса. Таким образом, например, становится невозможным использование type inference и декларация локальных переменных в С# при помощи служебного слова var. Вместо этого нам приходится использовать явную декларацию с указанием типа интерфейса при объявлении локальных переменных, а также в сигнатуре методов и в полях класса.Таким образом, мы с одной стороны как бы делаем код несколько менее гибким (например ReSharper по умолчанию всегда предлагает использовать декларацию с var если это возможно), но зато избегаем потенциальных проблем, связанных с привязкой к конкретной имплементации, по мере роста системы и объема её кода. Этот пункт может показаться многим спорным, но в случае, когда над проектом работает несколько человек, да еще в разных концах света, использования явной типизации может быть очень даже полезным, так как это повышает читабельность кода и уменьшает затраты на его поддержку.
