Одним из объектов, рассматриваемых на уроках информатики, является персональный компьютер. Его можно рассматривать как систему, состоящую из подсистем «аппаратное обеспечение», «программное обеспечение», «информационные ресурсы» (рис. 20).
Рис. 20
Подсистема аппаратного обеспечения выступает в качестве над-системы для устройств ввода, обработки, хранения и вывода информации.
Операционная система - подсистема программного обеспечения и надсистема, в состав которой входят системные и служебные программы.
Система информационных ресурсов включает в себя системы текстовых и графических файлов, звуковых файлов, файлов с видеоинформацией и т. д.
Персональный компьютер является частью (подсистемой) системы «человек - компьютер».
Средства, обеспечивающие взаимосвязь между объектами системы «человек - компьютер», называют интерфейсом.
Различают аппаратный, программный, аппаратно-программный и пользовательский интерфейсы.
Аппаратный интерфейс - средства взаимодействия между устройствами компьютера; обеспечивается производителями оборудования.
Программный интерфейс - средства взаимодействия (совместимости) программ между собой, а также программного обеспечения и информационных ресурсов; обеспечивается разработчиками программного обеспечения.
Аппаратно-программный и пользовательский интерфейсы обеспечиваются операционной системой компьютера.
Аппаратно-программный интерфейс - средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения компьютера.
Пользовательский интерфейс - средства взаимодействия человека и компьютера.
Пользовательский интерфейс на основе меню предлагает возможность выбора управляющей команды из меню (списка команд). В графическом интерфейсе компьютерные объекты представляются небольшими рисунками (значками). Нужный значок выбирают с помощью мыши. Кроме значков используются также тексты (для подсказок) и меню (для выбора команд).
Трёхмерный интерфейс позволяет осуществлять навигацию в трёхмерном компьютерном пространстве. Указав мышью, например, на дверь виртуального музея, можно в него войти. В виртуальном зале можно оглядеться, подойти к любой картине и рассмотреть её более подробно. Такой интерфейс имитирует реальный мир.
Представление о том, что такое операционная система, менялось со временем. Первые компьютеры использовались только для решения математических задач, а программами служили написанные в машинных кодах вычислительные алгоритмы. Программисту при кодировании программ приходилось самостоятельно управлять компьютером и обеспечивать выполнение своей программы. Со временем для облегчения процесса написания программ был создан набор служебных программ. С развитием электроники аппаратура совершенствовалась и появилась возможность одновременного выполнения нескольких программ, в связи с этим были созданы алгоритмы переключения заданий. Набор подпрограмм, обеспечивающих переключение, назывался монитором или супервизором. Однако, возникла проблема прерывания работы программ, содержащих ошибки и потребляющих ресурсы компьютера (например, постоянно занимающих процессор или ошибочно записывающих результаты своей работы в оперативную память, где размещаются другие программы). Выход был найден в создании специальных аппаратных механизмов, защищающих память программ от случайного доступа со стороны других программ. Поскольку управление этими механизмами уже нельзя было включать в сами программы, к монитору была добавлена специальная программа, управляющая защитой памяти. Так был создан резидентный монитор. Последовательное решение подобных проблем было направлено на создание универсальной ЭВМ, способной решать одновременно разнообразные задачи.
Резидентный монитор – это уже зачатки операционной системы. Прикладные программы стали содержать только реализацию своего алгоритма и обращение за вспомогательными алгоритмами к монитору, при этом использовался специальный набор правил, называемый прикладным программным интерфейсом. Прикладной программный интерфейс позволил создавать абстрактные понятия. Появились понятия файла и файловой системы. В дальнейшем, к резидентному монитору было добавлено много других программ, в частности, облегчающих выполнение таких операций как копирование файлов, редактирование текстов, компиляции программ с языка программирования в машинный код и другие. Термин « резидентный монитор» трансформировался в ядро операционной системы.
Обычно компьютер запускается при включении питания на лицевой панели системного блока, хотя современные компьютеры имеют такие средства для экономного расходования электроэнергии, которые позволяют их не выключать. Запуск компьютера – самый ответственный момент работы компьютера – в этот момент в оперативной памяти нет ни данных, ни программ. Перенести их с жесткого диска в оперативную память без команд нельзя. Для этой цели у процессора есть специальная ножка, которая называется RESET (перезапуск). Если на нее поступает сигнал (а в момент включения именно так и происходит), процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. Необходимо, чтобы в этой ячейке всегда была определенная информация, причем даже тогда, когда компьютер выключен. Для этого предназначена специальная микросхема – ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Это тоже память, но постоянная. В отличие от оперативной памяти постоянная память не стирается при выключении. Программы микросхемы ПЗУ записываются на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS – базовая система ввода/вывода. Эта система « встроена» в материнскую плату компьютера. Ее назначение состоит в выполнении элементарных действий, связанных с осуществлением операций ввода-вывода. BIOS содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания. Работа программ, записанных в микросхеме BIOS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства: проверяется оперативная память (сколько ее и вся ли она в порядке), наличие жестких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, сообщат о неисправности. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика операционной системы.
Загрузчик операционной системы– это специальная программа, предназначенная для инициирования процесса загрузки системы.
После загрузки операционной системы вся работа с процессором и другими устройствами осуществляется посредством специальных пакетов программ, входящих в операционную систему.
Если по каким-то причинам загрузка операционной системы с жесткого диска не состоится, то работа с компьютером невозможна. Такое бывает, если, например, поврежден жесткий диск или операционная система. В этом случае операционную систему можно загрузить с внешнего носителя информации. Для этого нужен специальный диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер при устранении неисправностей.
Компьютеры не всегда нуждались в операционной системе. Если компьютер мог включаться, начинать работать и воспринимать команды человека без операционной системы, то в ней не было никакой необходимости. Примерами таких « компьютеров» могут быть игровые приставки. У них тоже есть процессор, оперативная память, в которой находится программа во время работы, есть устройства ввода информации (например, джойстик), но операционной системы нет или она совсем примитивна.
Игровые программы для приставок (и данные к ним, такие как музыка и рисунки) записаны в микросхеме ПЗУ (она находится в игровом картридже) или на лазерном диске. Когда картридж (или лазерный диск) вставляется в приставку, программа автоматически запускается и никакого управления, кроме того, которое положено по сценарию игры, не предполагается, поэтому и никакая операционная система не нужна. На приставку можно посмотреть и с другой стороны. Загружая игру, попадают под управление как бы ее игровой « операционной системы» и можно делать только то, что в игре предусмотрено, например, «бегать», «прыгать» и «стрелять». Ограниченность и нестандартность не позволяют назвать видеоигру «операционной системой» без кавычек. Настоящая операционная система должна:
– быть общепризнанной и использоваться как стандартная система на многих компьютерах;
– работать с многочисленными аппаратными устройствами, выпущенными разными фирмами, в том числе и в прошлое время;
– обеспечивать возможность запуска самых разных программ, написанных разными людьми и выпущенных разными организациями;
– предоставлять средства для проверки, настройки, обслуживания компьютера, его устройств и программ, которые на нем установлены.
В компьютерной системе два участника – программное и аппаратное обеспечение. Программное обеспечение – это все программы, установленные на компьютере, а аппаратное обеспечение – узлы и оборудование, которые находятся внутри системного блока или подключены снаружи.
Взаимосвязь между участниками компьютерной системы называют интерфейсом. Взаимодействие между различными узлами – это аппаратный интерфейс, взаимодействие между программами – программный интерфейс, а взаимодействие между аппаратурой и программами – аппаратно-программный интерфейс.
В компьютере аппаратный интерфейс обеспечивают изготовители оборудования. Они следят за тем, чтобы все узлы имели одинаковые разъемы и работали с одинаковыми напряжениями. Согласование между программным и аппаратным обеспечением выполняет операционная система.
Если речь идет о персональном компьютере, то можно указать и третьего участника работы с компьютерной системой – это человек (его принято называть пользователем). Пользователю тоже надо взаимодействовать с аппаратным и программным обеспечением.
Существуют различные программы и с каждой надо работать по-разному. Одни программы рассчитаны на работу с клавиатурой, другие – на работу с мышью, прочие на работу с джойстиком или другими устройствами управления. Одни программы свои сообщения выдают в виде текстов на экране, другие – в виде графики, прочие могут вообще не пользоваться экраном и выдавать сообщения в виде речи или звуков. Способ взаимодействия человека с программой и программы с человеком называют интерфейсом пользователя. Если программа сделана так, что с ней работать удобно, говорят, что она имеет удобный интерфейс пользователя. Если техника работы с программой понятна сразу, без необходимости изучать инструкции, говорят, что она имеет интуитивно понятный интерфейс. Понятие развитый интерфейс пользователя предполагает, что у программы большие возможности, но учиться работать с ней непросто. Гибкий интерфейс означает, что с программой можно работать многими разными способами. Понятие жесткий интерфейс означает, что возможна только такая работа, которая предусмотрена инструкцией, и никакая другая. Понятие примитивный интерфейс означает, что интерфейс прост для изучения, но неудобен для работы.
DOS – первая операционная система для персональных компьютеров, которая получила широкое распространение и была основной для компьютеров IBM PC с 1981 по 1995. Со временем она была практически вытеснена новыми, современными операционными системами Windows и Linux, но в ряде случаев DOS остается удобной и единственно возможной для работы на компьютере (например, в тех случаях, когда пользователь работает с устаревшей техникой или давно написанным программным обеспечением и т.п.)
С операционной системой DOS пользователи работают с помощью командной строки, у нее нет собственного графического интерфейса. Операционная система DOS позволила успешно работать с персональными компьютерами на протяжении 15 лет, тем не менее, эту работу нельзя назвать удобной. DOS выступала «посредником» между пользователем и компьютером и помогла превратить сложные команды обращения к дискам в более простые и понятные, но по мере развития сама «обросла» изобилием команд и стала сдерживать работу с компьютером. Так возникла необходимость в новом посреднике – тогда появились так называемые программы-оболочки.
Оболочка – это программа, которая запускается под управлением операционной системы и помогает пользователю работать с операционной системой. Программа – оболочка наглядно показывает всю файловую структуру компьютера: диски, каталоги, файлы. Файлы можно разыскивать, копировать, перемещать, удалять, сортировать, изменять и запускать, пользуясь всего лишь несколькими клавишами. Просто, наглядно, удобно. Одна из самых известных и распространенных во все мире программ-оболочек называется Norton Commander (NC). Оболочка NC скрывает от пользователя множество неудобств, возникающих при работе с файловой системой MS DOS, например, такие, как необходимость набирать команды из командной строки. Простота и удобство в использовании– вот что делает оболочки типа NC популярными и в наше время (к ним можно отнести QDos, PathMinder, XTree, Dos Navigator, Volkov Commander и др.). Принципиально отличаются от них графические оболочки Windows 3.1 и Windows 3.11. В них применяется концепция так называемых «окон», которые можно открывать, перемещать по экрану и закрывать. Эти окна «принадлежат» различным программам и отражают их работу.
В DOS используется файловая система FAT. Одним из ее недостатков являются жесткие ограничения на имена файлов и каталогов. Имя может состоять не более чем из восьми символов. Расширение указывается после точки и состоит не более чем из трех символов. Расширение в имени файла не является обязательным, оно добавляется для удобства, так как расширение позволяет узнать, какая программа создала его и тип содержимого файла. DOS не делает различий между одноименными строчными и прописными буквами. Кроме букв и цифр имя и расширение файла могут состоять из следующих символов: -, _, $, #, &, @, !, %, (,), {, }, ", ^. Примеры имен файлов в MS DOS: doom.exe, referat.doc.
Так как DOS была создана довольно давно, она не соответствует требованиям, предъявляемым к современным операционным системам. Она не может напрямую использовать большие объемы памяти, устанавливаемые в современные компьютеры. В файловой системе используются только короткие имена файлов, плохо поддерживаются разные устройства типа звуковых карт, видео-ускорителей и т.д.
В DOS не реализована мультизадачность, т.е. она не может естественным образом выполнять несколько задач (работающих программ) одновременно. У DOS нет никаких средств контроля и защиты от несанкционированных действий программ и пользователя, что привело к появлению огромного количества так называемых вирусов.
Некоторые компоненты операционной системы DOS: дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS (они могут называться и по-другому, например IBMBIO.COM и IBMDOS.COM для PC DOS) помещаются в оперативную память при загрузке и остаются в ней постоянно. Файл IO.SYS представляет собой дополнение к базовой системе ввода-вывода, а MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги операционной системы.
Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Командный процессор находится в дисковом файле COMMAND.COM на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя, например type, dir или copy, командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними или встроенными. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и, если находит ее, загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение DOS).
Внешние команды DOS – это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет (format.com), проверку состояния дисков (scandisk.exe) и т. д.
Драйверы устройств – это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Например, с помощью драйвера DOS ramdrive.sys возможна работа с « электронным диском», т.е. частью памяти компьютера, с которой можно работать так же, как с диском. Драйверы помещаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.
Графические оболочки Widows 1.0, Widows 2.0, Widows 3.0, Widows 3.1 и Widows 3.11 запускались под управлением MS DOS, то есть не были самостоятельными операционными системами. Но поскольку с появлением Windows открылись новые возможности, Windows называют не оболочкой, а средой. Среда Windows характеризуется следующими особенностями, отличающими ее от других программ-оболочек:
– Многозадачность. Есть возможность одновременно запускать несколько программ.
– Единый программный интерфейс. Взаимодействие между программами, написанными для Windows, организовано так, что есть возможность создавать данные в одних программах и переносить их в другие программы.
– Единый интерфейс пользователя. Разобравшись с тем, как работает одна программа, написанная для Windows, нетрудно разобраться с другой. Чем больше программ изучить, тем проще изучение последующей программы.
– Графический интерфейс пользователя. Файлы программ и данных отображаются на экране в виде значков. С файлами работают с помощью мыши.
– Единый аппаратно-программный интерфейс. Среда Windows обеспечивала совместимость разнообразного оборудования и программ. Изготовители оборудования не заботились о том, как « угадать», к какими программами их устройствам предстоит работать, они добивались только работы с Windows, а дальше Windows обеспечивала работу устройств. Точно также изготовители программ могли более не беспокоиться о работе с неизвестным им оборудованием. Их задача свелась к тому, чтобы обеспечить взаимодействие с Windows.
На смену операционной системе DOS с ее графическими оболочками Windows 3.1 и Windows 3.11 пришли полноценные операционные системы семейства MS Windows (сначала Windows 95, затем Windows 98, Windows 2000, Windows XP). В отличие от Windows 3.1 и Windows 3.11, они запускаются автоматически после включения компьютера (в том случае, если установлена только одна эта система).
В MS Windows для хранения файлов используется модификация файловой системы FAT – VFAT. В ней длина имен файлов и каталогов может достигать 256 символов.
В операционной системе Windows при работе с окнами и приложениями широко применяется манипулятор мышь. Обычно мышь используется для выделения фрагментов текста или графических объектов, установки и снятия флажков, выбора команд меню, кнопок панелей инструментов, манипулирования элементами управления в диалогах, «прокручивания» документов в окнах.
В Windows активно используется и правая кнопка мыши. Поместив указатель мыши на объекте и сделав щелчок правой кнопкой мыши, можно раскрыть так называемое «контекстное меню», содержащее наиболее употребительные команды, применимые к данному объекту.
Ярлыки обеспечивают доступ к программе или документу из различных мест, не создавая при этом нескольких физических копий файла. На рабочий стол можно поместить не только пиктограммы (значки) приложений и отдельных документов, но и папок. Папки – еще одно название каталогов (directories).
Существенным нововведением в Windows 95 стала Панель задач (Taskbar). Несмотря на небольшие функциональные возможности, она делает наглядным механизм многозадачности и намного ускоряет процесс переключения между приложениями по сравнению с предыдущими версиями Windows. Внешне панель задач представляет полосу, обычно располагающуюся в нижней части экрана, на которой размещены кнопки приложений и кнопка Пуск (Start). В правой ее части обычно присутствуют часы и небольшие пиктограммы программ, активных в данный момент.
Рабочий стол Windows сконструирован так, чтобы максимально облегчить работу пользователя-новичка и в то же время предоставить максимальные возможности его настройки в соответствии с конкретными нуждами опытных пользователей.
Linux – это операционная система для IBM-совместимых персональных компьютеров и рабочих станций. Это многопользовательская операционная система с сетевой оконной графической системой X Window System. Операционная система Linux поддерживает стандарты открытых систем и протоколы сети Интернет и совместима с системами Unix, DOS, MS Windows. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей.
Разработал эту операционную систему в начале 1990-х студент университета Хельсинки (Финляндия) Линус Торвальд при участии пользователей сети Интернет, сотрудников исследовательских центров, различных фондов и университетов.
Будучи традиционной операционной системой, Linux выполняет многие из функций, характерных для DOS и Windows, однако эта операционная система отличается особой мощью и гибкостью. Linux предоставляет в распоряжение пользователя персонального компьютера скорость, эффективность и гибкость Unix, используя при этом все преимущества персональных машин. При работе с мышью активно используются все три кнопки, в частности, средняя кнопка используется для вставки фрагментов текста.
С экономической точки зрения Linux обладает еще одним весьма существенным достоинством – это бесплатная система. Linux распространяется по генеральной открытой лицензии GNU в рамках фонда свободного программного обеспечения (Free Software Foundation), что делает эту операционную систему доступной для всех желающих. Linux защищена авторским правом и не находится в общедоступном пользовании, однако универсальная общественная лицензия GNU – это почти то же самое, что и передача в общедоступное пользование. Она составлена так, что Linux остается бесплатной и в то же время стандартизированной системой. Существует лишь один официальный вариант ядра Linux.
От Unix операционной системе Linux достались еще две замечательные особенности: она является многопользовательской и многозадачной системой. Многозадачность означает, что система может выполнять несколько задач одновременно. Многопользовательский режим – это режим, при котором в системе могут одновременно работать несколько пользователей, и каждый из них взаимодействует с системой через свой терминал. Еще одним из достоинств этой операционной системы является возможность ее установки совместно с Windows на один компьютер.
С помощью системы Linux можно любую персональную машину превратить в рабочую станцию. В наше время Linux является операционной системой для бизнеса, образования и индивидуального программирования. Университеты по всему миру применяют Linux в учебных курсах по программированию и проектированию операционных систем. Linux стал незаменим в широких корпоративных сетях, а также для организации Интернет-узлов и Web-серверов.
Современный Linux предоставляет возможность использовать несколько разновидностей графического интерфейса: KDE (K Desktop Environment), GNOME (GNU Network Model Environment) и другие. В каждой из этих оболочек пользователю предоставляется возможность работы сразу с несколькими рабочими столами (в то время как в MS Windows всегда один рабочий стол, который приходится загромождать окнами).
Компьютер предоставляет различные ресурсы для решения задачи, но чтобы сделать эти ресурсы легко доступными для человека и его программ, нужна операционная система. Она скрывает от пользователя сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Операционные системы могут предоставлять и другие возможности: средства защиты информации, хранящейся на дисках компьютера; работа нескольких пользователей на одном компьютере (многопользовательский режим), возможность подключения компьютера к сети, а также объединение вычислительных ресурсов нескольких машин и совместное их использование (кластеризация).
Шацукова Л.З. Информатика . Интернет-учебник.http://www.kbsu.ru/~book
Анна Чугайнова
Введение 3
Аппаратный интерфейс 4
Предварительные версии 14
Понятие интерфейса пользователя 23
Виды интерфейсов 26
Командный интерфейс 27
Графический интерфейс 29
Простой графический интерфейс 30
WIMP - интерфейс 32
Речевая технология 33
Биометрическая технология 34
Семантический (общественный) интерфейс 34
Типы интерфейсов 35
Методы и средства разработки пользовательского интерфейса 38
Стандартизация пользовательского интерфейса 41
Список литературы 44
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.
В компьютерной системе два участника – программное и аппаратное обеспечение. Программное обеспечение – это все программы, установленные на компьютере, а аппаратное обеспечение – узлы и оборудование, которые находятся внутри системного блока или подключены снаружи.
Взаимосвязь между участниками компьютерной системы называют интерфейсом. Взаимодействие между различными узлами – это аппаратный интерфейс, взаимодействие между программами – программный интерфейс, а взаимодействие между аппаратурой и программами – аппаратно-программный интерфейс.
В компьютере аппаратный интерфейс обеспечивают изготовители оборудования. Они следят за тем, чтобы все узлы имели одинаковые разъемы и работали с одинаковыми напряжениями. Согласование между программным и аппаратным обеспечением выполняет операционная система.
Аппаратный порт - специализированный разъём в компьютере, предназначенный для подключения оборудования определённого типа. Обычно портами называют разъёмы, предназначенные для работы периферийного оборудования, существенно разделённого от архитектуры компьютера (например, сетевые разъёмы не называют портами, так же, как не называют портами разъёмы PCI /ISA /AGP /VLB /PCI-E -шин, разъёмы для оперативной памяти и процессора). К аппаратным портам относят:
Параллельный порт
Последовательный порт
IEEE 1394 (FireWire)
Параллельный порт
IEEE 1284 (порт принтера , параллельный порт , Print Terminal , LPT ) - международный стандартпараллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера.
В основном используется для подключения к компьютерупринтера , сканера и других внешних устройств (часто использовался для подключения внешних устройств хранения данных), однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя компьютерами, подключение каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления ).
В основе данного стандарта лежит интерфейс Centronics и его расширенные версии (ECP, EPP).
Название «LPT» образовано от наименования стандартного устройства принтера «LPT1» (Line Printer Terminal или Line PrinTer) в операционных системах семейства MS-DOS.
Интерфейс Centronics и стандарт IEEE 1284
Параллельный порт Centronics - порт, используемый с 1981 года в персональных компьютерах фирмы IBM для подключения печатающих устройств, разработан фирмой Centronics Data Computer Corporation; уже давно стал стандартом де-факто, хотя в действительности официально на данный момент он не стандартизирован.
Изначально этот порт был разработан только для симплексной (однонаправленной) передачи данных, так как предполагалось, что порт Centronics должен использоваться только для работы с принтером . Впоследствии разными фирмами были разработаны дуплексные расширения интерфейса (byte mode, EPP, ECP). Затем был принят международный стандарт IEEE 1284, описывающий как базовый интерфейс Centronics, так и все его расширения.
Разъемы
Порт на стороне управляющего устройства (компьютера) имеет 25-контактный 2-рядный разъём DB-25-female («мама») (IEEE 1284-A). Не путать с аналогичным male-разъёмом («папа»), который устанавливался на старых компьютерах и представляет собой 25-пиновый COM-порт . На периферийных устройствах обычно используется 36-контактный микроразъем ленточного типа Centronics (IEEE 1284-B), поэтому кабели для подключения периферийных устройств к компьютеру по параллельному порту обычно выполняются с 25-контактным разъёмом DB-25-male на одной стороне и 36-контактным IEEE 1284-B на другой (AB-кабель). Изредка применяется AC-кабель с 36-контактным разъемом MiniCentronics (IEEE 1284-C).
Существуют также CC-кабели с разъёмами MiniCentronics на обоих концах, предназначенные для подключения приборов в стандарте IEEE 1284-II, который применяется редко.
Длина соединительного кабеля не должна превышать 3 метров. Конструкция кабеля: витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных экранах. Изредка используются ленточные кабели.
Для подключения сканера, и некоторых других устройств используется кабель, у которого вместо разъема (IEEE 1284-B) установлен разъем DB-25-male. Обычно сканер оснащается вторым интерфейсом с разъемом DB-25-female (IEEE 1284-A) для подключения принтера (поскольку обычно компьютер оснащается только одним интерфейсом IEEE 1284). Схемотехника сканера построена таким образом, чтобы при работе с принтером сканер прозрачно передавал данные с одного интерфейса на другой.
Физический интерфейс
Базовый интерфейс Centronics является однонаправленным параллельным интерфейсом , содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии (8 для передачи данных, строб , линии состояния устройства).
Данные передаются в одну сторону: от компьютера к внешнему устройству. Но полностью однонаправленным его назвать нельзя. Так, 4 обратные линии используются для контроля за состоянием устройства. Centronics позволяет подключать одно устройство, поэтому для совместного очерёдного использования нескольких устройств требуется дополнительно применять селектор.
Скорость передачи данных может варьироваться и достигать 1,2 Мбит /с .
Фирменные расширения
Большинство фирменных расширений первоначального интерфейса впоследствии было стандартизировано индустрией, каковой процесс завершился принятием серии стандартов IEEE-1284.
Однако, следует отметить, что полного соответствия между этим стандартом и предшествующими ему фирменными расширениями нет. Наиболее известными фирменными расширениями являются оные от фирмы Hewlett-Packard . Это Bitronics, обеспечивающий двустороннюю передачу информации (применяется прежде всего для снятия расширенной информации о состоянии принтера) и протокол мультиплексирования шины от HP, предназначенный для того, чтобы подключать к одному LPT-порту множество устройств по схеме «цепочка». На основе этого протокола были разработаны стандарты 1284.3-2000 и 1284.4-2000, но полной совместимости достигнуто не было.
В результате некоторые очень старые устройства от HP могут не вполне корректно работать с портами, сконфигурированными в режим IEEE-1284. Подавляющее большинство современной техники не испытывает такой проблемы.
Режимы работы
Стандарт позволяет использовать интерфейс в нескольких режимах:
SPP (Standard Parallel Port) - однонаправленный порт, полностью совместим с интерфейсом Centronics.
Nibble Mode - позволяет организовать двунаправленный обмен данными в режиме SPP путём использования управляющих линий (4 бит) для передачи данных от периферийного устройства к контроллеру. Исторически это был единственный способ использовать Centronics для двустороннего обмена данными.
Byte Mode - редко используемый режим двустороннего обмена данными. Использовался в некоторых старых контроллерах до принятия стандарта IEEE 1284.
EPP (Enhanced Parallel Port) - разработан компаниями Intel , Xircom и Zenith Data Systems - двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2МБайт/сек.(1991)
ЕСР (Extended Capabilities Port) - разработан компаниями Hewlett-Packard и Microsoft - в дополнение появились такие возможности, как наличие аппаратного сжатия данных , наличие буфера и возможность работы в режиме DMA .
Стандарт IEEE-1284
Стал результатом длительной борьбы за обеспечение совместимости. Он включает в себя формальное описание всех вышеперечисленных режимов работы (до его принятия не было никакого формального документа, позволяющего при соблюдении его рассчитывать на корректную работу устройства во всех возможных конфигурациях).
Стандарт включает в себя следующие документы:
IEEE 1284-1994: Standard Signaling Method for a Bi-directional Parallel Peripheral Interface for Personal Computers - двунаправленная передача данных
IEEE 1284.1-1997: Transport Independent Printer/System Interface- a protocol for returning printer configuration and status - стандартизованный метод получения информации о состоянии принтера
IEEE 1284.2: Standard for Test, Measurement and Conformance to IEEE 1284 (not approved) - тестирование на соответствие стандарту (так и не был принят)
IEEE 1284.3-2000: Interface and Protocol Extensions to IEEE 1284-Compliant Peripherals and Host Adapters- a protocol to allow sharing of the parallel port by multiple peripherals (daisy chaining) - протокол и схема к одному порту многих устройств, объединённых в «цепочку» (позволяет выбрать нужное устройство и работать с ним).
IEEE 1284.4-2000: Data Delivery and Logical Channels for IEEE 1284 Interfaces - allows a device to carry on multiple, concurrent exchanges of data - протокол одновременной передачи информации многим устройствам (позволяет работать одновременно с несколькими устройствами в цепочке).
В настоящее время стандарт IEEE-1284 не развивается. Окончательная стандартизация параллельного порта совпала с началом внедрения интерфейса USB , который позволяет подключать также и комбинированные аппараты (сканер -принтер -копир ) и обеспечивает более высокую скорость печати и надёжную работу принтера. Также, альтернативой параллельному интерфейсу является сетевой интерфейс Ethernet .
Последовательный порт
Последовательный порт ( port ), серийный порт или COM-порт (произносится «ком-порт», от port ) - двунаправленный последовательный интерфейс , предназначенный для обмена битовой информацией.
Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту , бит за битом (в отличие от параллельного порта ). Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера - такие как Ethernet , FireWire и USB - также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232 C.
Назначение
Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши . Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания , для связи с аппаратными средствами разработкивстраиваемых вычислительных систем , спутниковыми ресиверами, а также с приборами систем безопасности объектов.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель» (см. ниже).
Разъемы
На материнских платах ведущих производителей (например, Intel ) или готовых системах (например, IBM , Hewlett-Packard , Fujitsu Siemens Computers ) для последовательного порта принято следующее условное обозначение:
Наиболее часто используются стандартизированные в 1969 году D-образные разъёмы: 9-ти и 25-ти контактные, (DE-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи, в обычном исполнении порта, составляет 115 200 бод
Актуальность
Широко распространённый в , последовательный порт в настоящее время морально устарел (Спецификация PC99 - один из примеров попытки избавиться в современных материнских платах от наследия старых интерфейсов), но ещё нередко присутствует на современных компьютерах и используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании. В настоящее время в IBM PC-совместимых компьютерах активно вытесняется интерфейсом USB , в Macintosh - FireWire .
Программный доступ к COM – порту
COM-порты в операционной системе Unix (Linux ) - это файлы символьных устройств. Обычно эти файлы располагаются в каталоге/dev и называются
ttyS0 , ttyS1 , ttyS2 и т. д. в Linux
ttyd0 , ttyd1 , ttyd2 и т. д. (или ttyu0 , ttyu1 , ttyu2 и т. д. начиная с версии 8.0) в FreeBSD
ttya , ttyb , ttyc и т. д. в Solaris
ttyf1 , ttyf2 , ttyf3 и т. д. в IRIX
tty1p0 , tty2p0 , tty3p0 и т. д. в HP-UX
tty01 , tty02 , tty03 и т. д. в Digital Unix
ser1 , ser2 , ser3 и т. д. в QNX
Для программного доступа к СОМ-порту необходимо открыть на чтение/запись соответствующий файл и сделать вызовы специальных функций tcgetattr (для того, чтобы узнать текущие настройки) и tcsetattr (чтобы установить новые настройки). Также может потребоваться сделать вызовы ioctl с определенными параметрами. После этого при записи в файл данные будут отправляться через порт, а при чтении программа будет получать уже принятые данные из буфера СОМ-порта.
COM-порты в операционной системе Windows - это именованные каналы для передачи данных, называемые обычно COM1, COM2 и т. д. по порядку обнаружения драйверов соответствующих устройств. Например, для обмена информации через Bluetooth многие драйверы представляются операционной системе как COM-порт, и резервируют похожее имя. Следует также отметить, что организация взаимодействия по последовательному порту с точки зрения программирования реализуется значительно легче, чем другие способы. [ источник не указан 694 дня ]
Для каждого порта в реестре имеется раздел. Эти разделы имеют такие имена: HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Serial\Parameters\Serial10000
где последнее значение “Serial10000” - уникальный номер для каждого нового добавленного в систему COM-порта, для второго – “Serial10001” и т.д
Для связи с устройствами, поддерживающими Bluetooth, некоторым программам (например, к таким программам относятся: программа, которая синхронизирует список контактов с мобильным телефоном; программа, которая извлекает координаты GPS из GPS-приемника) на компьютере пользователя требуется COM-порт.
К программам, использующим COM-порты для поддержки связи с помощью технологии беспроводного подключения Bluetooth, непосредственно разработанных фирмой Microsoft, относятся:
HotSync, используемый в ручных компьютерах
ActiveSync , используемый в карманных ПК
Microsoft Streets and Trips 2002
Имеющийся драйвер COM.SYS поддерживает только 4 COM-порта, каждый из которых должен иметь свою линию прерываний. Для обслуживания COM-портов с общей линией прерывания необходимо воспользоваться драйвером SIO
USB ( Serial Bus - «универсальная последовательная шина», произносится «ю-эс-би») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике . Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, стрелка и квадрат, расположенные на концах древовидной блок-схемы.
Разработка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.
Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара ) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).
К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда» , в том числе и концентраторы . На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого.
В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Недавно появились устройства, работающие на шине USB 3.0.
USB 0.7 : спецификация выпущена в ноябре 1994 года.
USB 0.8 : спецификация выпущена в декабре 1994 года.
USB 0.9 : спецификация выпущена в апреле 1995 года.
USB 0.99 : спецификация выпущена в августе 1995 года.
USB 1.0 Release Candidate : спецификация выпущена в ноябре 1995 года.
Технические характеристики:
два режима передачи данных:
режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed ) - 12 Мбит/с
режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed ) - 1,5 Мбит/с
максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью - 5 м
максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью - 3 м
максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) - 127
возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB
напряжение питания для периферийных устройств - 5 В
максимальный ток, потребляемый периферийным устройством - 500 мА
Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение.
Спецификация выпущена в апреле 2000 года.
USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.
Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:
Low-speed, 10-1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстика)
Full-speed, 0,5-12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
Hi-speed, 25-480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)
Последующие модификации к спецификации USB публикуются в рамках Извещений об инженерных изменениях ( Change Notices - ECN). Самые важные из модификаций ECN представлены в наборе спецификаций USB 2.0 (англ. USB 2.0 specification package ), доступном на сайте USB Implementers Forum .
Mini-B Connector ECN : извещение выпущено в октябре 2000 года.
Errata, начиная с декабря 2000 : извещение выпущено в декабре 2000 года.
Pull-up/Pull-down Resistors ECN : извещение выпущено в мае 2002 года.
Errata, начиная с мая 2002 : извещение выпущено в мае 2002 года.
Interface Associations ECN : извещение выпущено в мае 2003 года.
Были добавлены новые стандарты, позволяющие ассоциировать множество интерфейсов с одной функцией устройства.
Rounded Chamfer ECN : извещение выпущено в октябре 2003 года.
Unicode ECN : извещение выпущено в феврале 2005 года.
Данное ECN специфицирует, что строки закодированы с использованием UTF-16LE .
Inter-Chip USB Supplement : извещение выпущено в марте 2006 года.
On-The-Go Supplement 1.3 : извещение выпущено в декабре 2006 года.
USB On-The-Go делает возможным связь двух USB-устройств друг с другом без отдельного USB-хоста. На практике одно из устройств играет роль хоста для другого.
USB OTG (аббр. от O n-T he-G o) - дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных устройств без использования ПК.
Хотя соединение USB OTG выглядит как одноранговое, на самом деле только создаётся такое ощущение - в действительности устройства сами определяют, какое из них будет мастер-устройством, а какое - подчинённым. Одноранговый интерфейс USB существовать не может.
USB wireless - технология USB (официальная спецификация доступна с мая 2005 года ), позволяющая организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).
23 июля 2007 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявила о сертификации шести первых потребительских продуктов с поддержкой Wireless USB.
Окончательная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году.
Созданием USB 3.0 занимались компании Intel , Microsoft , Hewlett-Packard , Texas Instruments ,
NEC и NXP Semiconductors .
В
спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели
обновлённого стандарта физически и
функционально совместимы с USB 2.0. Кабель
USB 2.0 содержит в себе четыре линии - пару
для приёма/передачи данных, плюс и ноль
питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет
еще четыре линии связи (две витых пары),
в результате чего кабель стал гораздо
толще. Hовые контакты в разъемах USB 3.0
расположены отдельно от старых на другом
контактном ряду. Теперь можно будет с
лёгкостью определить принадлежность
кабеля к той или иной версии стандарта,
просто взглянув на его разъём. Спецификация
USB 3.0 повышает максимальную скорость
передачи информации до 4,8 Гбит/с - что
на порядок больше 480 Мбит/с, которые
может обеспечить USB 2.0.
Версия 3.0 может
похвастаться не только более высокой
скоростью передачи информации, но и
увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА.
Отныне пользователь может не только
подпитывать от одного хаба большее
количество устройств, но и сами устройства
во многих случаях смогут избавиться от
отдельных блоков питания.
Компания Asus выпустила материнскую плату P6X58 Premium, у которой есть два USB 3.0 порта. А компания Gigabyte выпустила первую материнскую плату с поддержкой USB 3.0 и SATA 6Gb/s для процессоров AMD - Gigabyte GA-790FXTA-UD5.Порты USB 3.0 на материнской плате синего цвета.
В блоге разработчика Linux USB subsystem Sarah Sharp объявлено о поддержке USB 3.0 ядром Linux, начиная с версии 2.6.31.
Фирмой Intel анонсирована предварительная версия программной модели контроллера USB 3.0.
Но в октябре 2009 года появилась информация (от EE Times со ссылкой на сотрудника одной из крупнейших компаний по производству персональных компьютеров), что корпорация Intel решила повременить с внедрением поддержки USB 3.0 в свои чипсеты до 2011 г. Это решение приведет к тому, что данный стандарт не станет массовым ещё как минимум год.
Недостатки USB 2.0
Хотя пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаётся (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шинаFireWire , хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.
PATA / SATA
ATA (англ. Advanced Technology Attachment - присоединение по передовой технологии) - параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов ) к компьютеру. В 1990-е годы был стандартом на платформе IBM PC ; в настоящее время вытесняется своим последователем - SATA и с его появлением получил название PATA (Parallel ATA).
SATA (англ. Serial ATA ) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).
Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц , обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит /с (150 МБ /с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B , при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт избежания необходимости синхронизации каналов и большей помехоустойчивости кабеля. Это достигается применением принципиально иного способа передачи данных
Стандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы «NVIDIA ». Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0 . Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллер SATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300) за счёт поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate , поддерживающих SATA/300, для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер ).
Спецификация SATA Revision 3.0 предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (практически до 5.89 Гбит/с - 700 Мбайт/с). В числе улучшений SATA Revision 3.0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъёмов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Кстати, консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA терминов вроде SATA III, SATA 3.0 или SATA Gen 3. Полное правильное название спецификации - SATA Revision 3.0; название интерфейса - SATA 6Gb/s.
SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного блока.
SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA также разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA-устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex .
Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов.
Стандарт SATA поддерживает функцию очереди команд (NCQ , начиная с SATA Revision 2.x).
Стандарт SATA не предусматривает горячую замену активного устройства (используемого Операционной Системой) (вплоть до SATA Revision 3.x), дополнительно подключенные диски отключать нужно постепенно - питание, шлейф, а подключать в обратном порядке - шлейф, питание.
IEEE 1394 (FireWire, i-Link) - последовательная высокоскоростная шина , предназначенная для обмена цифровой информацией междукомпьютером и другими электронными устройствами.
PS/2 - разъем, применяемый для подключения клавиатуры и мыши . Впервые появился в 1987 году на компьютерах IBM PS/2 и впоследствии получил признание других производителей и широкое распространение в персональных компьютерах и серверах рабочих групп.
Сейчас все больше компьютерных мышей и клавиатур имеют разъем USB , некоторые современные материнские платы (особенно миниатюрных форм-факторов ) не имеют разъема PS/2 или имеют только один разъем. Современные ноутбуки не имеют разъемов PS/2 и для подключения к ним мыши или внешней клавиатуры используется USB.
Некоторые материнские платы (например, выпускаемые Intel) могут правильно работать при «неправильном» подключении мыши и клавиатуры, то есть при подключении клавиатуры в порт предназначенный для мыши, и наоборот мыши в порт для клавиатуры, материнская плата сама распознает устройства и позволит пользователю продолжить работу и с мышью и с клавиатурой без их переподключения. Большинство же материнских плат при неправильном подключении (или при отключении во время работы), потребуют от пользователя перезагрузки и «правильного» подключения устройств. На некоторых материнских платах, которые умеют распознавать подключаемые устройства, производители устанавливают только один разъём PS/2, раскрашивая его в два соответствующих цвета. Таким образом пользватель может сам решить, что туда подключать: клавиатуру или мышь. Оставшиеся не подключенным устройство можно подключить через USB.
Существуют компьютерные мыши и клавиатуры (например, производимые фирмами Microsoft или Logitech ) имеющие на кабеле разъём USB и способные работать через переходник с портом PS/2. Следует учесть, что такое подключение допустимо только для специально спроектированных USB-устройств!
Предшественником PS/2 являлся DIN-разъем , применявшийся изначально в аудиоаппаратуре, для клавиатур использовался 5-контактный DIN.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
Интерфейсы пользователя бывают двух типов:
1) процедурно-ориентированные: примитивные меню 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).
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.
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.
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.
Дейтел Г. Введение в операционные системы. В двух томах / Пер, с англ. Л.А. Теп-лицкого, А.Б. Ходулева, В.С. Штаркмана под ред.В.С. Штаркмана. - М.: Мир, 1987.
Программная инженерия. Стандартизация пользовательского интерфейса. Евгений Волченков. М, 2002. Материалы сайта http: // tizer. adv. vz. ru.
овокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой .
Вычислительная система – этоконкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ (программно-аппаратный комплекс ), предназначенный для обслуживания одного рабочего места. Любой компонент вычислительной системы (центральный процессор, оперативная или внешняя память, внешнее устройство, программа и т. д.) и предоставляемые им возможности называетсяресурсом . Структуру ВС можно представить в виде пирамиды.
Прикладное программное обеспечение
Системное программное обеспечение
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства
Аппаратные средства включают в себя физические устройства (состав оборудования), участвующие в автоматизированной обработке информации пользователя.
Управление физическими устройствами осуществляется программами, взаимодействующими с аппаратными структурами.
Управление логическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на пользователя и не зависящие от физических устройств. На базе этого уровня могут создаваться новые логические ресурсы. Например, на одном жестком диске может быть создано несколько логических дисков, работа с которыми, с точки зрения пользователя, ничем не отличается от работы с несколькими физическими дисками.
Системное программное обеспечение – это комплекс программ, предназначенных для обеспечения работы компьютеров и сетей ЭВМ. Неотъемлемой частью системного программного обеспечения являются системы программирования , которые служат для поддержки всего технологического цикла разработки программного обеспечения.
Прикладное программное обеспечение – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.
Центральным звеном вычислительной системы является компьютер .
Компьютер – это электронный прибор , предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных. В основе работы любого современного компьютера лежит генератор тактовых импульсов , вырабатывающий электрические сигналы (импульсы), частота которых определяет тактовую частоту . Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы компьютера (или просто такт работы ). Тактовая частота достаточно объективно определяет быстродействие ЭВМ. Зная тактовую частоту и количество тактов, требуемых для выполнения какой-либо операции, можно точно определить время выполнения этой операции. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Управление может быть программным или интерактивным .
Программное управление распределением сигналов осуществляется автоматически.
Управление распределением сигналов может производиться вручную с помощью внешних органов управления – кнопок, переключателей и т. п. В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано благодаря использованию специальных аппаратно-логических интерфейсов , к которым подключаются внешние устройства управления и ввода данных: мышь, джойстик, клавиатура и др. Такое управление называют интерактивным .
Конфигурацией вычислительной системы называют ее состав, включающий аппаратные и программные средства , которые принято рассматривать отдельно. Принцип разделения вычислительной системы на аппаратную и программную конфигурацию имеет для информатики особое значение, так как очень часто решение одной и той же задачи может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерием выбора при этом являются производительность и эффективность. Однако нельзя забывать, что такое разделение является условным, поскольку программное и аппаратное обеспечение работают в компьютере в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.
Аппаратную конфигурацию вычислительной системы образует совокупность оборудования, подключенного к компьютеру. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию (аппаратную конфигурацию), которую можно собирать из готовых узлов и блоков.
Программной конфигурацией вычислительной системы называют совокупность программ, установленных на компьютере. Программы для ЭВМ- это форма представления данных и команд, предназначенных для получения определенных результатов. Работа компьютерных программ имеет многоуровневый характер.
На каждом рабочем месте программно-аппаратная конфигурация создается такой, чтобы наиболее эффективно решать конкретные практические задачи. Разные компьютеры могут быть близкими по своей архитектуре и функциональному назначению, но иметь разную программно-аппаратную конфигурацию.
Наряду с аппаратным и программным обеспечением в вычислительных системах в некоторых случаях рассматривают информационное и математическое обеспечение.
Под информационным обеспечением понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных для работы этих программ. Например, в текстовом редакторе для работы системы автоматической проверки орфографии, кроме аппаратного и программного обеспечения, необходимо иметь специальные наборы словарей, содержащие заранее заготовленный эталонный массив данных.
Математическое обеспечение вычислительной системы представляет собой совокупность программного и информационного обеспечения . Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и используется в специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, самолетов, судов и т. п.).
Аппаратное обеспечение вычислительной системы
| К |
аппаратному обеспечению вычислительной системы относится совокупность устройств и приборов, необходимых для выполнения конкретных видов работ. По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ) различают внутренние и внешние устройства. Внешними устройствами являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства длительного хранения данных (внешняя память). Для работы системы аппаратные средства должны быть согласованы друг с другом с помощью аппаратных интерфейсов , как на физическом уровне, так и на логическом. Физически аппаратные средства согласуются с помощьюразличных устройств (механических и электрических разъемов, шин, контроллеров), логически – с помощью программ, называемых драйверами устройств .
Аппаратные интерфейсы – это стандартизированные аппаратно-логические устройства , обеспечивающие согласование работы между устройствами, узлами и блоками вычислительной системы. Стандарты на аппаратные интерфейсы называются протоколами , в которых определяется совокупность технических условий, необходимых для согласованной работы устройств. Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу данных между устройствами независимо от их особенностей.
В архитектуре любой вычислительной системы существует множество аппаратных интерфейсов, которые условно можно разбить на две группы: последовательные и параллельные .
Параллельные интерфейсы – устройства, которые служат для одновременной передачи группы бит. Количество бит, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса. Например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают за один цикл один байт данных. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с). Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель.
Последовательные интерфейсы – более простые устройства. Обмен данными производится последовательно бит за битом. Их производительность измеряют битами в секунду (бит/с; Кбит/с; Мбит/с). Последовательные интерфейсы часто называют асинхронными интерфейсами , поскольку для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройств. Из-за отсутствия синхронизации передача полезных данных сопровождается служебными посылками, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1–3 служебных бита. Первоначально пропускная способность последовательных интерфейсов была меньше параллельных, а коэффициент полезного действия – ниже. Поэтому их применяли для подключения «медленных устройств» (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода-вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда отсутствовали ограничения на продолжительность обмена данными. Однако с развитием техники в настоящее время появились высокоскоростные последовательные интерфейсы, не уступающие параллельным, а нередко и превосходящие их по пропускной способности.
Классификация компьютеров
| С |
уществует достаточно много различных методов классификации компьютеров. К наиболее часто употребляемым в технической литературе и средствах массовой информации методам относятся следующие:
– по назначению;
– по уровню специализации;
– по типоразмерам;
– по совместимости;
– по типу используемого процессора.
Классификация по назначению – один из наиболее ранних методов классификации. По этому принципу различают большие ЭВМ , мини-ЭВМ , микро-ЭВМ и персональные компьютеры (ПК ).
Большие ЭВМ (mainframe или суперкомпьютеры ). Их применяют в очень крупных корпорациях, банках или в отраслях народного хозяйства. Сверхпроизводительные суперкомпьютеры используются для решения задач оборонного комплекса, ядерной физики, космических задач, метеорологии, фармакологии сейсморазведки. На базе суперкомпьютера создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов (групп):
– группа системного программирования, обеспечивающая программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы;
– группа прикладного программирования, обеспечивающая пользовательский интерфейс вычислительной системы;
– группа технического обслуживания;
– группа подготовки данных;
– группа информационного обеспечения, создающая архивы данных в виде библиотеки программ и банков данных ;
– отдел выдачи данных, получающий данные от центрального процессора и преобразующий их в форму, удобную для заказчика, например, распечатывает на принтерах.
Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания. Центральный процессор такой вычислительной системы представляет собой несколько стоек аппаратуры и размещается в отдельном помещении. Для повышения эффективности суперкомпьютер работает одновременно с несколькими задачами и, естественно, с несколькими пользователями. Такое распределение ресурсов вычислительной системы получило название принципа разделения времени .
Мини-ЭВМ . От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и вузами, в которых учебная деятельность сочетается с научной работой. Мини-ЭВМ часто применяют для управления производственными процессами, одновременно решая другие задачи. Например, он может использоваться экономистами в осуществлении контроля над себестоимостью продукции, в бухгалтерии для учета первичной документации и подготовки регулярных отчетов для налоговых органов и др. Работа с мини-ЭВМ организуется также с помощью вычислительного центра, хотя и не такого многочисленного как на больших ЭВМ.
Микро-ЭВМ . Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Для обслуживания такого компьютера не требуется вычислительный центр. Достаточно иметь небольшую вычислительную лабораторию, в состав которой обязательно входят программисты высокой квалификации, которые сочетают в себе качества системных и прикладных программистов. Микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах для выполнения вспомогательных операций, например, операций по предварительной подготовке данных.
Персональные компьютеры (ПК ). Этот класс компьютеров получил особо бурное развитие в последние 20 лет. Он предназначен для обслуживания одного рабочего места. Несмотря на небольшие размеры и относительно низкую стоимость, современные ПК обладают высокой производительностью. Многие модели ПК превосходят по производительности большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. ПК вполне может удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. Особенно широкую популярность приобрели ПК после 1995 г. в связи с бурным развитием Интернета. На персональных компьютерах наиболее часто применяются игры, редакторы текстов, базы данных, информационные системы, электронные таблицы, системы программирования и т. п. ПК также являются удобным средством автоматизации учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанционного (заочного) обучения и средством организации досуга. Их нередко используют для надомной работы, что особенно важно в условиях ограниченной трудозанятости. До 2002 г. в области ПК действовали международные стандарты, которые устанавливали следующие категории персональных компьютеров:
– массовый ПК (Consumer PC );
– деловой ПК (Office PC);
– портативный ПК (Mobile PC );
– рабочая станция (Workstation PC );
– развлекательный ПК (Entertainment ).
Развитие аппаратных средств привело к постепенному размытию границ между категориями, поэтому обновление стандартов было прекращено, хотя при приобретении ПК для конкретных задач эту классификацию полезно знать.
Классификация по уровню специализации. Компьютеры по уровню специализации делятся на универсальные и специализированные . Конфигурация (состав компьютерной системы) универсального компьютера может быть произвольной. Так, например, один и тот же ПК можно использовать для работы с текстом, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами. Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К ним относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называются графическими станциями . Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называются файловыми серверами . Компьютеры, обеспечивающие передачу информации по сети Интернет, называют сетевыми серверами .
Классификация по типоразмерам относится к персональным компьютерам. В зависимости от типоразмеров ПКделятся на настольные (desktop), портативные (notebook), карманные (palmtop), мобильные вычислительные устройства (сочетают в себе функции карманного ПК и средств мобильной связи). В настоящее время стали широко использоваться ноутбуки .
Ноутбук (по-английски notebook – блокнот, блокнотный ПК) – портативный персональный компьютер, в корпусе которого объединены типичные компоненты ПК, включая дисплей, клавиатуру с сенсорной панелью, колонки, микрофон, веб-камеру, а также аккумуляторные батареи. Ноутбук благодаря своим небольшим размерам, весу, современным батареям очень удобен в эксплуатации, позволяет брать с собой в дорогу и работать без подзарядки от 1 до 14 часов. Первая в мире общедоступная модель ноутбуков Osborne-1 была создана изобретателем Адамом Осборном и выпущена на рынок в 1981 г. Спрос на первые ноутбуки оказался чрезвычайно высоким, благодаря чему корпорация Osborne Computer стала в свое время самой быстрорастущей компанией. По своему назначению и техническим характеристикам существует следующая классификация ноутбуков: бюджетные ноутбуки, ноутбуки среднего класса, бизнес-ноутбуки, мультимедийные ноутбуки, игровые ноутбуки, мобильная рабочая станция, имиджевые ноутбуки, защищенные ноутбуки, ноутбуки с сенсорным дисплеем.
Классификация по совместимости. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы . На сегодня наиболее распространены две аппаратные платформы – IBM PC и Apple Macintosh . Кроме аппаратной совместимости существуют другие виды совместимости: программная совместимость , совместимость на уровне операционной системы , совместимость на уровне данных .
Классификация по типу используемого процессора. Тип используемого процессора в значительной мере характеризует технические свойства компьютера. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора.
Классическая модель ЭВМ по Джону фон Нейману
| Н |
есмотря на успехи, достигнутые в области технологии, существенных изменений в базовой структуре и принципах работы современных компьютеров не произошло. Большинство современных компьютеров основано на общих логических принципах функционирования вычислительных устройств , сформулированных еще в 1946 г. американским математиком Джоном фон Нейманом.Согласно фон Нейману, архитектура универсальной ЭВМ должна строиться в соответствии со следующими принципами.
Принцип двоичного кодирования . Вся информация, поступающая в компьютер, представляется двоичными кодами.
Принцип программного управления . Требуемый порядок вычислений однозначно задается алгоритмом и описывается последовательностью команд, образующих программу . Каждая команда определяет код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции. Программу вычислений размещают в запоминающем устройстве ЭВМ, что обеспечивает автоматический режим выполнения команд и, как следствие, увеличение быстродействия ЭВМ.
Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти: число, текст или команда. Разнотипная информация различается по способу использования, но не по способу кодирования. Благодаря этому оказывается возможным использовать одни и те же операции для обработки чисел и команд, то есть команды программы становятся такими же доступными для обработки, как и числа.
Принцип адресности заключается в том, что структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Номер ячейки определяет ее адрес , который является машинным идентификатором (именем) значения или команды. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Выборка содержимого ячейки по адресу не разрушает информацию, хранящуюся в ней, так как выбирается копия содержимого.
ЭВМ, построенные в соответствии с принципами фон Неймана, называют компьютерами фон-неймановской архитектуры . Классическая модель ЭВМ по фон Нейману имеет следующую структуру.
| Устройства ввода-вывода |
| Запоминающее устройство |
В указанной структурной схеме двойными линиями обозначены информационные потоки, одинарными – управляющие сигналы.
Основные устройства такого компьютера: процессор, память (запоминающее устройство), устройства ввода-вывода. Все устройства соединены каналами связи (или шинами), по которым передается информация. Процессор определяет поколение, производительность компьютера: от процессора во многом зависит быстродействие. Процессор включает в себя арифметико-логическое устройство и устройство управления. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для обработки данных, то есть реализует арифметические и логические операции. Устройство управления (УУ) выполняет функции управления всеми устройствами компьютера и организует процесс выполнения программы. К функциям памяти (ЗУ) относятся: прием информации из других устройств, хранение информации, выдача информации по запросу в другие устройства машины. Устройства ввода-вывода предназначены для ввода исходных данных из внешних устройств в память ЭВМ и вывода результатов вычислений.
Похожая информация.
К основным характеристикам аппаратных интерфейсов относятся:
