Интерфейс — что это такое простыми словами. Что такое интерфейс

Интерфейс – это комплекс средств, предназначенных для взаимодействия двух систем друг с другом. В качестве таких систем может выступать что угодно, включая людей и искусственный интеллект. Слово «интерфейс» позаимствовано из английского языка: interface означает «место соприкосновения».

В компьютерной и вычислительной технике чаще всего под интерфейсом понимают элементы, обеспечивающие взаимодействие аппаратных и программных средств между собой и с человеком. В электронной коммерции под этим словом подразумеваются методы взаимодействия программного обеспечения с пользователем. Этот вид интерфейса называется человеко-машинным.

Типы интерфейса

Человеко-машинный интерфейс подразделяется на четыре разновидности.

Командная строка

Самым надежным типом пользовательского интерфейса считается командная строка. Это старейший, но трудоемкий способ взаимодействия. Команды пользователя вводятся на машинном языке. Эта разновидность применяется в операционных системах, предназначенных для профессионалов.

Графический интерфейс

Самый распространенный и популярный тип, использующийся во всех ОС и в большинстве приложений. Главные элементы такого интерфейса – пиктограммы, меню и списки. Для управления программами с графическим интерфейсом удобно использовать мышь.

Жестовый интерфейс

В последнее время этот тип человеко-машинного взаимодействия стал популярным и востребованным. К этой категории относят сенсорные экраны, джойстики и стилусы.

Голосовой интерфейс

Эта разновидность появилась недавно и позволила пользователям управлять различными системами с помощью голосовых команд. При этом система также отвечает человеку. Данный тип человеко-машинного диалога применяется для взаимодействия с компьютерами, мобильными устройствами, управления бытовой техникой и автомобилями.

Взаимодействие человека с вычислительной машиной - важнейшее звено процессов при решении прикладных задач различного характера. Итак, что такое интерфейс?

Интерфейс представляет собой комплекс физических и логических форм взаимодействия отдельных компонентов входящих в состав операционной системы. Другими словами, это совокупность определенных алгоритмов и соглашений по обмену информацией между компонентами (логический тип интерфейса), а также объединение механических, физических и функциональных характеристик, с помощью которых взаимодействие реализуется (физический тип интерфейса).

Также таким термином часто называют программные и технические средства, образующие связь устройств с узлами ВС. Распространение интерфейса приходится на все физические и логические средства, с помощью которых вычислительная система взаимодействует с внешней средой, к примеру, с операционной системой, пользователем и т.д.

Рассмотрев, что такое интерфейс, следует выделить его виды с присущими им особенностями. Так, интерфейсы различаются по структуре связей, способу подключения и методу передачи данных, принципам управления и синхронизации.

Виды интерфейсов

Внутримашинный интерфейс представляет собой систему связи и средств соединения блоков и узлов ЭВМ друг с другом. На деле он объединяет в себе электрические линии связи (провода), схему сопряжения с составляющими компьютера, а также протоколы (алгоритмы) передачи сигналов. Машинный интерфейс, в свою очередь, подразделяется на односвязный и многосвязный. В первом случае, связь всех блоков ПК друг с другом осуществляется с помощью локальных проводов, а во втором - с помощью общей или

Внешний интерфейс - это система связи компьютера с или с остальными ЭВМ. Они также подразделяются на несколько типов: интерфейс периферийных устройств и сетевой интерфейс. Первый подключается при помощи шин ввода-вывода, а второй - в рамках одноранговой сети или сети типа клиент-сервер.

Интерфейс «человек-машина». По-другому его называют пользовательским. Что такое интерфейс «человек-компьютер»? Это способ, с помощью которого выполняется какая-либо задача, то есть действия, которые вы совершаете, и то, что получается в результате. Такой интерфейс ориентирован, прежде всего, на человека, то есть он отвечает его потребностям и учитывает слабости.

Поскольку пользовательский интерфейс более всего интересен человеку, то его также классифицируют на несколько подвидов: командный, SILK и WIMP.

При командном интерфейсе взаимодействие человека с ПК осуществляется путем подачи определенных команд, которые она выполняет, для того чтобы дать пользователю необходимый результат. Его основой может быть пакетная технология или технология командной строки.

Последовательный интерфейс обеспечивает передачу информации (последовательности битов) по одной линии.

Что такое интерфейс SILK? Это вид который больше всего близок к обычному человеческому общению, то есть к обычному разговору. Так, компьютер анализирует речь человека и находит в ней нужные ключевые фразы, на основе которых выполняет определенные команды, выдавая человеку результат также в понятной для него форме. Такой вид интерфейса сопряжен со значительными финансовыми затратами, поэтому используется на данном этапе только в военных целях.

Характерной чертой интерфейса WIMP является то, что ведение диалога пользователя с компьютером осуществляется при помощи окон, курсора, графических образов и прочих элементов. К нему относят стандартный интерфейс ОС семейства Windows.

"Папа" должен подходить к "маме"

Каждый компьютер, будь то настольная система или ноутбук, использует огромное число разъёмов, как внутри, так и снаружи. Можете ли вы назвать каждый из них и объяснить назначение? В книжках часто бывают слишком плохие описания, либо они недостаточно иллюстрированы. В результате читатели часто путаются и теряются. В нашем полном руководстве мы постараемся решить эту проблему, разложив по полочкам все существующие интерфейсы. Мы оснастили статью большим количеством иллюстраций, которые наглядно расскажут о слотах, портах и интерфейсах вашего ПК, а также о всём спектре устройств, которые можно к ним подключить. Особенно наше руководство будет полезно новичкам, которые часто не знают предназначение того или иного интерфейса. А периферию подключать требуется уже сейчас. Но есть одно утешение: почти каждый разъём очень трудно (или вообще невозможно) подключить неправильно. За редкими исключениями, вы не сможете подключить устройство "не туда". Если такая возможность всё же есть, мы обязательно предупредим. К счастью, повреждения, связанные с неправильным подключением, сегодня встречаются уже не так часто, как раньше. Мы разбили руководство на следующие части.

• Внешние интерфейсы для подключения периферии.
• Внутренние интерфейсы, расположенные в корпусе ПК.

Внешние интерфейсы для подключения периферии USB

Разъёмы U niversal S erial B us (USB) предназначены для подключения к компьютеру таких внешних периферийных устройств, как мышь, клавиатура, портативный жёсткий диск, цифровая камера, VoIP-телефон (Skype) или принтер . Теоретически, к одному host-контроллеру USB можно подключить до 127 устройств. Максимальная скорость передачи составляет 12 Мбит/с для стандарта USB 1.1 и 480 Мбит/с для Hi-Speed USB 2.0. Разъёмы стандартов USB 1.1 и Hi-Speed 2.0 одинаковы. Различия кроются в скорости передачи и наборе функций host-контроллера USB компьютера, да и самих USB-устройств. USB обеспечивает устройства питанием, поэтому они могут работать от интерфейса без дополнительного питания (если USB-интерфейс даёт необходимое питание, не больше 500 мА на 5 В). Всего существует три типа USB-разъёмов.

• Разъём "тип A": обычно присутствует у ПК.
• Разъём "тип B": обычно находится на самом USB-устройстве (если кабель съёмный).
• Разъём мини-USB: обычно используется цифровыми видеокамерами, внешними жёсткими дисками и т.д.

USB "тип A" (слева) и USB "тип B" (справа).

Кабель расширения USB (должен быть не длиннее 5 м).

Разъёмы мини-USB обычно встречаются на цифровых камерах и внешних жёстких дисках.

Логотип USB всегда присутствует на разъёмах.

Кабель-двойник. Каждый USB-порт даёт 5 В/500 мА. Если нужно больше питания (скажем, для мобильного жёсткого диска), то данный кабель позволяет питаться и от второго USB-порта (500 + 500 = 1000 мА).

Оригинально: в данном случае USB всего лишь обеспечивает питание для зарядного устройства.

Адаптер USB/PS2.

Кабель FireWire с 6-контактной вилкой на одном конце и 4-контактной на другом.

Под официальным названием IEEE-1394 скрывается последовательный интерфейс, повсеместно использующийся для цифровых видеокамер, внешних жёстких дисков и различных сетевых устройств. Его также называют FireWire (от Apple) и i.Link (от Sony). На данный момент 400-Мбит/с стандарт IEEE-1394 сменяется 800-Мбит/с IEEE-1394b (также известным как FireWire-800). Обычно устройства FireWire подключаются через 6-контактную вилку, которая обеспечивает питание. У 4-контактной вилки питание не подводится. Устройства FireWire-800, с другой стороны, используют 9-контактные кабели и разъёмы.

Эта карта FireWire обеспечивает два больших 6-контактных порта и один маленький 4-контактный.

6-контактный разъём с питанием.

4-контактный разъём без питания. Такой обычно используется на цифровых видеокамерах и ноутбуках.

"Тюльпан" (Cinch/RCA): композитный видео, аудио, HDTV

Цветовую кодировку можно только приветствовать: жёлтый для видео (FBAS), белый и красный "тюльпаны" для аналогового звука, а также три "тюльпана" (красный, синий, зелёный) для компонентного выхода HDTV

Разъёмы "тюльпан" используются в паре с коаксиальными кабелями для многих электронных сигналов. Обычно вилки "тюльпан" используют цветовое кодирование, которое приведено в следующей таблице.

Предупреждение. Можно перепутать цифровую вилку SPDIF с аналоговым композитным разъёмом видео, так что всегда читайте инструкцию, прежде чем подключать оборудование. Кроме того, и цветовая кодировка у SPDIF бывает совершенно разная. Наконец, можно перепутать красный "тюльпан" HDTV с правым звуковым каналом. Помните, что вилки HDTV всегда бывают в группах по три, то же самое можно сказать и про гнёзда.

Вилки "тюльпан" имеют разное цветовое кодирование в зависимости от типа сигнала.

Два типа SPDIF (цифровой звук): "тюльпан" слева и TOSLINK (оптоволокно) справа.

Оптический интерфейс TOSKLINK тоже используется для цифровых сигналов SPDIF.

Переходник с разъёма SCART на "тюльпаны" (композитный видео, 2x аудио и S-Video)

Словарик

• RCA = Radio Corporation of America
• SPDIF = Sony/Philips Digital Interfaces

Два порта PS/2: один окрашенный, другой - нет.

Названные в честь "старушки" IBM PS/2 эти разъёмы сегодня широко используются в качестве стандартных интерфейсов для клавиатуры и мыши, но они постепенно уступают место USB. Сегодня распространена следующая схема цветового кодирования.

• Фиолетовый: клавиатура.
• Зелёный: мышь. Кроме того, сегодня весьма часто можно встретить гнёзда PS/2 нейтрального цвета, как для мыши, так и для клавиатуры. Перепутать разъёмы для клавиатуры и мыши на материнской плате вполне возможно, но никакого вреда это не принесёт. Если вы так сделаете, то быстро обнаружите ошибку: не будет работать ни клавиатура, ни мышь. Многие ПК даже не загрузятся, если мышь и клавиатура подключены неправильно. Исправить ошибку очень просто: поменяйте местами вилки, и всё заработает!

Переходник USB/PS/2.

Интерфейс VGA для монитора

Порт VGA на графической карте.

ПК достаточно давно использует 15-контактный интерфейс Mini-D-Sub для подключения монитора (HD15). С помощью правильного переходника можно подключить такой монитор и к выходу DVI-I (DVI-integrated) графической карты. Интерфейс VGA передаёт сигналы красного, зелёного и синего цветов, а также информацию о горизонтальной (H-Sync) и вертикальной (V-Sync) синхронизациях.

Интерфейс VGA на кабеле монитора.

Новые графические карты обычно оснащаются двумя выходами DVI. Но с помощью переходника DVI-VGA можно легко изменить интерфейс (справа на иллюстрации).

Этот адаптер предоставляет информацию для интерфейса VGA.

Словарик

• VGA = Video Graphics Array

Интерфейс DVI для монитора

DVI является интерфейсом монитора, разработанным, главным образом, для цифровых сигналов. Чтобы не требовалось переводить цифровые сигналы графической карты в аналоговые, а затем выполнять обратное преобразование в дисплее.

Графическая карта с двумя портами DVI может работать одновременно с двумя (цифровыми) мониторами.

Поскольку переход с аналоговой на цифровую графику протекает медленно, разработчики графического оборудования позволяют использовать параллельно обе технологии. Кроме того, современные графические карты легко справятся с двумя мониторами.

Широко распространённый интерфейс DVI-I позволяет одновременно использовать как цифровое, так и аналоговое подключение.

Интерфейс DVI-D встречается весьма редко. Он позволяет только цифровое подключение (без возможности подсоединить аналоговый монитор).

В комплект со многими графическими картами входит переходник с интерфейса DVI-I на VGA, который позволяет подключать старые мониторы с 15-контактной вилкой D-Sub-VGA.

Полный список типов DVI (чаще всего используется интерфейс с аналоговым и цифровым подключениями DVI-I).

Словарик

• DVI = Digital Visual Interface

RJ45 для LAN и ISDN

Сетевые кабели RJ45 можно найти с различной длиной и расцветкой.

В сетях чаще всего используются разъёмы для витой пары. На данный момент 100-Мбит/с Ethernet уступает место гигабитному Ethernet (он работает на скоростях до 1 Гбит/с). Но все они используют вилки RJ45. Кабели Ethernet можно разделить на два вида.

1. Классический патч-кабель, который используется для подключения компьютера к концентратору или коммутатору.
2. Кабель с перекрёстной обжимкой, который используется для соединения между собой двух компьютеров.

Сетевой порт на PCI-карте.

Современные карты используют светодиоды для отображения активности.

В Европе и Северной Америке устройства ISDN и сетевое оборудование используют тот же самый RJ45. Следует отметить, что вилки RJ45 разрешают "горячее подключение", причем, если вы ошибётесь, ничего страшного не случится.

RJ11 для модемов

Кабель RJ11.

Интерфейсы RJ45 и RJ11 очень похожи друг на друга, но у RJ11 всего четыре контакта, а у RJ45 их восемь. В компьютерных системах RJ11 используется, главным образом, для подключения к модемам телефонной линии. Кроме того, существует множество переходников на RJ11, так как телефонные розетки в каждой стране могут быть собственного стандарта.

Порт RJ11 на ноутбуке.

Модемный интерфейс RJ11.

Переходники RJ11 позволяют подключать разные типы телефонных розеток. На иллюстрации розетка из Германии.

S-Video (Hosiden, Y/C)

Интерфейс S-Video.

4-контактная вилка Hosiden использует разные линии для яркости (Y, яркость и синхронизация данных) и цвета (C, цвет). Разделение сигналов яркости и цвета позволяет достичь лучшего качества картинки по сравнению с композитным интерфейсом видео (FBAS). Но в мире аналоговых подключений на первом месте по качеству находится всё же компонентный интерфейс HDTV, за которым следует S-Video. Только цифровые сигналы вроде DVI (TDMS) или HDMI (TDMS) обеспечивают более высокое качество картинки.

Порт S-Video на графической карте.

SCART является комбинированным интерфейсом, широко распространённым в Европе и Азии. Этот интерфейс сочетает сигналы S-Video, RGB и аналогового стерео. Компонентные режимы YpbPr и YcrCb не поддерживаются.

Порты SCART для телевизора и видеомагнитофона.

Этот переходник преобразует SCART в S-Video и аналоговое аудио ("тюльпаны").

Перед нами цифровой мультимедийный интерфейс для несжатых HDTV-сигналов с разрешением до 1920x1080 (или 1080i), со встроенным механизмом защиты авторских прав Digital Rights Management (DRM). Текущая технология использует вилки типа A с 19 контактами.

Пока мы не встречали потребительского оборудования, использующего 29-контактные вилки типа B, поддерживающие разрешение больше 1080i. Интерфейс HDMI использует ту же технологию сигналов TDMS, что и DVI-D. Это объясняет появление переходников HDMI-DVI. Кроме того, HDMI может обеспечить до 8 каналов звука с разрядностью 24 бита и частотой 192 кГц. Обратите внимание, что кабели HDMI не могут быть длиннее 15 метров.

Переходник HDMI/DVI.

Словарик

• HDMI = High Definition Multimedia Interface

Внутренние интерфейсы, расположенные в корпусе ПК

Serial ATA (SATA)

Четыре порта SATA на материнской плате.

SATA является последовательным интерфейсом для подключения накопителей (сегодня это, в основном, жёсткие диски) и призван заменить старый параллельный интерфейс ATA. Стандарт Serial ATA первого поколения сегодня используется очень широко и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 150 Мбит/с. Максимальная длина кабеля составляет 1 метр. SATA использует подключение "точка-точка", когда один конец кабеля SATA подсоединяется к материнской плате ПК, а второй - к жёсткому диску. Дополнительные устройства к этому кабелю не подключаются, в отличие от параллельного ATA, когда на каждый кабель можно "вешать" два привода. Так что накопители "master" и "slave" уходят в прошлое.

Многие SATA-кабели поставляются с колпачками, защищающими чувствительные контакты.

Питание SATA в разных форматах.

Так питаются жёсткие диски SATA.

Кабели поставляются в различных цветах.

Хотя SATA был разработан для использования внутри корпуса ПК, ряд продуктов предоставляют и внешние интерфейсы SATA.

Питание накопителям SATA может обеспечиваться двумя способами: через классическую вилку Molex...

Или с помощью специального кабеля питания.

ATA/133 (Parallel ATA, UltraDMA/133 или E-IDE)

Параллельная шина передаёт данные с жёстких дисков и оптических накопителей (CD и DVD) и обратно. Она известна как параллельная ATA (Parallel ATA) и сегодня уступает место последовательной ATA (Serial ATA). Последняя версия использует 40-контактный провод с 80 жилами (половина на "землю"). Каждый такой кабель позволяет подключать, максимум, два накопителя, когда один работает в режиме "master", а второй - в "slave". Обычно режим переключается с помощью небольшой перемычки на накопителе.

Ленточный шлейф IDE.

Подключение DVD-привода: красная полоска на шлейфе должна всегда находиться рядом с разъёмом питания.

Интерфейс ATA/133 для классического 3,5" жёсткого диска (внизу) или 2,5" версии (вверху).

Если вы желаете подключить 2,5" накопитель для ноутбуков к обычному настольному ПК, то можно использовать такой же переходник.

Предупреждение: в большинстве случаев подключить интерфейс неправильно невозможно из-за выступа с одной стороны, но у старых кабелей он может отсутствовать. Поэтому следуйте следующему правилу: конец шлейфа, маркированный цветной полоской (чаще всего красной), всегда должен совпадать с контактом номер 1 на материнской плате, а также должен быть ближе к разъёму питания привода CD/DVD. Чтобы предотвратить неправильное подключение, у многих кабелей и разъёмов отсутствует одна контактная ножка или контактное отверстие в середине.

Один шлейф поддерживает подключение двух устройств: скажем, двух жёстких дисков или жёсткого диска в паре с DVD-приводом. Если к шлейфу подключены два устройства, то одно следует настроить как "master", а второе - как "slave". Для этого придётся воспользоваться перемычкой. Обычно она выставляется на ту или иную настройку. Если есть сомнения - обратитесь к документации (или сайту производителя накопителя).

Словарик

• ATA = Advanced Technology Attachment
• E-IDE = Enhanced Integrated Drive Electronics

AGP-слот с защёлкой для графической карты.

Большинство графических карт в пользовательских ПК используют интерфейс Accelerated Graphics Port (AGB). У самых старых систем для той же цели применяется интерфейс PCI. Впрочем, на замену обоим интерфейсам призван PCI Express (PCIe). Несмотря на название, PCI Express является последовательной шиной, а PCI (без суффикса Express) - параллельной. В общем, шины PCI и PCI Express не имеют ничего общего, помимо названия.

Графическая карта AGP (сверху) и графическая карта PCI Express (снизу).

Материнские платы для рабочих станций используют слот AGP Pro, который обеспечивает дополнительное питание для прожорливых карт OpenGL. Впрочем, в него можно устанавливать и обычные графические карты. Однако AGP Pro так и не получил широкое признание. Обычно прожорливые графические карты комплектуются дополнительным гнездом питания - для той же вилки Molex, к примеру.

Дополнительное питание для графической карты: 4- или 6-контактное гнездо.

Дополнительное питание для графической карты: гнедо Molex. Стандарт AGP пережил несколько обновлений.

Если вы любите копаться в "железе", то следует помнить о двух уровнях напряжения интерфейса. Стандарты AGP 1X и 2X работают на 3,3 В, в то время как AGP 4X и 8X требуют всего 1,5 В. Кроме того, существуют карты типа Universal AGP, которые подходят для разъёма любого типа. Чтобы предотвратить ошибочную установку карт, слоты AGP используют специальные выступы. А карты - прорези.

У верхней карты есть прорезь для AGP 3,3 В. В середине: универсальная карта с двумя вырезами (один для AGP 3,3 В, второй - для AGP 1,5 В). Снизу показана карта с вырезом справа для AGP 1,5 В.

PCI Express: последовательная шина

Слоты расширения материнской платы: PCI Express x16 линий (сверху) и 2 PCI Express x1 линия (снизу).

Два слота PCI Express для установки двух графических карт nVidia SLi. Между ними можно заметить маленький слот PCI Express x1.

PCI Express является последовательным интерфейсом, и его не следует путать с шинами PCI-X или PCI, которые используют параллельную передачу сигналов.

PCI Express (PCIe) является самым современным интерфейсом для графических карт. В то же время, он подходит и для установки других карт расширения, хотя на рынке пока их очень мало. PCIe x16 обеспечивает в два раза большую пропускную способность, чем AGP 8x. Но на практике это преимущество так себя и не проявило.

Графическая карта AGP (сверху) в сравнении с графической картой PCI Express (снизу).

Сверху вниз: PCI Express x16 (последовательный), два интерфейса параллельной PCI и PCI Express x1 (последовательный).

PCI и PCI-X: параллельные шины

PCI является стандартной шиной для подключения периферийных устройств. Среди них можно отметить сетевые карты, модемы, звуковые карты и платы захвата видео.

Среди материнских плат для широкого рынка больше всего распространена шина PCI стандарта 2.1, работающая на частоте 33 МГц и имеющая ширину 32 бита. Она обладает пропускной способностью до 133 Мбит/с. Производители так широко и не приняли шины PCI 2.3 с частотой до 66 МГц. Именно поэтому карт данного стандарта очень мало. Но некоторые материнские платы этот стандарт поддерживают.

Ещё одна разработка в мире параллельной шины PCI известна как PCI-X. Данные слоты чаще всего встречаются на материнских платах для серверов и рабочих станций, поскольку PCI-X обеспечивает более высокую пропускную способность для RAID-контроллеров или сетевых карт. К примеру, шина PCI-X 1.0 предлагает пропускную способность до 1 Гбит/с с частотой шины 133 МГц и разрядностью 64 бита.

Спецификация PCI 2.1 сегодня предусматривает напряжение питания 3,3 В. Левый вырез/выступ предотвращает установку старых 5-В карт, которые показаны на иллюстрации.

Карта с вырезом, а также PCI-слот с ключом.

RAID-контроллер для 64-битного слота PCI-X.

Классический 32-битный слот PCI сверху, а три 64-битных слота PCI-X снизу. Зелёный слот поддерживает ZCR (Zero Channel RAID).

Словарик

• PCI = Peripheral Component Interconnect

Разъёмы питания и стандарты ATX

В следующей таблице и на иллюстрациях приведены различные типы разъёмов питания.

Стандартный разъём питания.

Вилка ATX с 24 контактами (Extented ATX).

20-контактный кабель ATX.

6-контактный разъём EPS.

Пришёл и ушёл: разъём питания дисковода.

20/24-контактный разъём (ATX и EATX)

Не делайте этого. 4-контактный расширитель с 20 до 24 контактов вилки ATX нельзя использовать для 12-В дополнительного разъёма AUX (впрочем, он находится слишком далеко). 4-контакный расширитель предназначен для порта Extended ATX и не используется на 20-контактных материнских платах ATX.

Вот как нужно: отдельная 4-контактная вилка вставляется в 12-В порт AUX. Её легко распознать: два золотистых и два чёрных кабеля.

Многие материнские платы требуют подключения дополнительного питания.

Взаимодействие оператора с вычислительной машиной является важным звеном вычислительного процесса при решении различных прикладных задач как научного, так и производственного плана. Создание программ в области организации рыночных отношений при создании информационных сайтов различных организаций и предприятий, при создании программ управления производственными процессами, учета выпускаемой продукции и ее реализации, управления качеством и даже при такой задаче, как сортировка электронной почты секретарем, требуется разработка удобного для пользователя взаимодействия с ЭВМ.

Проектирование – итерационный процесс, при помощи которого требования к ПС транслируются в инженерные представления ПС. Обычно в проектировании выделяют две ступени: предварительное проектирование и детальное проектирование. Предварительное проектирование формирует абстракции архитектурного уровня, детальное проектирование уточняет эти абстракции. Кроме того, во многих случаях выделяют интерфейсное проектирование, цель которого – сформировать графический интерфейс пользователя (GUI). Схема информационных связей процесса проектирования приведена на рис.

Определение интерфейса.

В общем, интерфейс (interface ) – этосовокупность логических и физических принципов взаимодействия компонентов технических средств вычислительной системы (ВС), т. е. совокупность правил алгоритмов и временных соглашений по обмену данными между компонентами ВС (логический интерфейс), а также совокупность физических, механических и функциональных характеристик средств подключения, реализующих такое взаимодействие (физический интерфейс).

Интерфейс нередко называют также технические и программные средства, реализующие сопряжение между устройствами и узлами ВС.

Интерфейс распространяется на все логические и физические средства взаимодействия вычислительной системы с внешней средой, например с операционной системой, с оператором и т.п.

Виды интерфейсов

Интерфейсы различают по таким характеристикам, как структура связей, способ подключения и передачи данных, принципы управления и синхронизации.

Внутримашинный интерфейс – система связи и средств сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой. Внутримашинный интерфейс представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Различают два варианта организации внутри машинного интерфейса:

Многосвязный интерфейс, при котором каждый блок ПК связан с другими блоками своими локальными проводами;

Односвязный интерфейс, в результате которого все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

2. Внешний интерфейс – система связи системного блока с периферийными устройствами ЭВМ или с другими ЭВМ

Здесь можно выделить также несколько типов внешнего интерфейса:

Интерфейс периферийных устройств, подключаемых с помощью шин ввода-вывода (ISA, EISA, VLB, PCI, AGP, USB IEEE 1384 SCSI и др.);

Сетевой интерфейс, типа одноранговой сети или сети клиент-сервер с топологиями типа звезда, кольцевая или шинная.

3. Интерфейс «человек-машина» или интерфейс «человек-компьютер» или пользовательский интерфейс – это способ, которым вы выполняете какую-либо задачу с помощью каких-либо средств (какой-либо программы), а именно совершаемые вами действия и то, что вы получаете в ответ.

Интерфейс является ориентированным на человека, если он отвечает нуждам человека и учитывает его слабости.

Машинная часть интерфейса – часть интерфейса, реализованная в машине (аппаратно-программной ее части) с использованием возможностей вычислительной техники.

Человеческая часть интерфейса – это часть интерфейса, реализуемая человеком с учетом его возможностей, слабостей, привычек, способности к обучению и других факторов.

Наиболее распространенные интерфейсы определены государственными и международными стандартами.

В дальнейшем изложении будет рассматриваться только интерфейс пользователя.

Классификация интерфейсов пользователя

Как было указано выше интерфейс – это, прежде всего набор правил, которые можно объединить по схожести способов взаимодействия человека с компьютером.

Различают три вида интерфейсов пользователя: командный, WIMP и SILK – интерфейсы.

Взаимодействие перечисленных интерфейсов с операционными системами и технологиями показано на рис.1:

Рис. 1. Взаимодействие интерфейсов пользователя их технологий и операционных систем.

1. Командный интерфейс , при котором взаимодействие человека с компьютером осуществляется путем подачи компьютеру команд, которые он выполняет и выдает результат пользователю. Командный интерфейс может быть реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки. В настоящее время пакетная технология практически не используется, а технология командной строки можно встретить в виде резервного способа общения человека с компьютером.

Пакетная технология.

Исторически этот вид технологии появился первым на электромеханических вычислительных машинах К. Цюзе, Г. Айкина, а затем на электронных вычислительных машинах Эккерта и Моучли, на отечественных ЭВМ Лебедева, Брусенцова, на ЭВМ IBM-360, на ЕС ЭВМ и так далее. Идея его проста и состоит в том, что на вход компьютера подается последовательность программ, набитых, например, на перфокартах и последовательность символов, определяющих порядок выполнения этих программ. Человек здесь имеет малое влияние на работу машины. Он может лишь приостановить работу машины, сменить программу и снова запустить ЭВМ.

Технология командной строки.

При этой технологии в качестве способа ввода информации оператором в ЭВМ служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Комбинацию монитор-клавиатура стали называть терминалом или консолью. Команды набираются в командной строке, представляющей собой символ приглашения и мигающий курсор, при этом набранные символы можно стирать и редактировать. По нажатию клавиши «Enter» («Ввод») ЭВМ принимает команду и начинает ее выполнять. После перехода в начало следующей строки компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Наиболее распространенным командный интерфейс был в операционной системе MS DOS.

2. ООМУ (окно, образ, меню, указатель) WIMP (window , image , menu , pointer ) - интерфейс. Характерной чертой этого интерфейса является то, что диалог пользователя с компьютером ведется не с помощью командной строки, а с помощью окон, графических образов меню, курсора и других элементов. Хотя в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается через графические образы.

Идея графического интерфейса зародилась в средине 70-х годов в исследовательском центре фирмы Xerox Palo Alto Research Center (PARC). Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение объема оперативной памяти, а также развитие элементной базы, технических характеристик ЭВМ и в частности мониторов. После появления графических дисплеев с возможностью вывода любых графических изображений различного цвета графический интерфейс стал неотъемлемой частью всех компьютеров. Постепенно проходил процесс унификации в использовании клавиатуры и мыши прикладными программами. Слияние этих двух тенденций привело к созданию такого пользовательского интерфейса, с помощью которого при минимальных затратах времени и средств на переучивание персонала можно работать с любыми программными приложениями

Этот вид интерфейса реализован в виде двух уровней:

Простой графический интерфейс;

Полный WINP – интерфейс.

Простой графический интерфейс , который на первом этапе очень походил на технологию командной строки со следующими отличиями:

При отображении символов с целью повышения выразительности изображения допускалось выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием;

Курсор мог быть представлен некоторой областью, выделенной цветом и охватывающей несколько символов и даже часть экрана;

Реакция на нажатие любой клавиши во многом стало зависеть от того, в какой части находится курсор.

Кроме часто используемых клавиш управлением курсором стали использоваться манипуляторы типа мыши, трекбола и т.п., которые позволяли быстро выделять нужную область экрана и перемещать курсор;

Широкое использование цветных мониторов.

Появление простого графического интерфейса совпадает с широким распространением операционной системы MS DOS. Типичным примером его использования является файловая оболочка Norton Commander и текстовые редакторы MaltiEdit, ChiWriter, Microsoft Word для DOS, Лексикон и др.

Полный WIMP -интерфейс , явился вторым этапом развития графического интерфейса, который характеризуется следующими особенностями:

Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах;

Программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков (иконок), которые при открытии превращаются в окна;

Все действия с объектами осуществляются с помощью меню, которое становится основным элементом управления;

Манипулятор выступает в качестве главного средства управления.

Следует отметить, что WIMP-интерфейс требует для своей реализации повышенного требования к производительности компьютера, объему его памяти качественного растрового цветного дисплея программного обеспечения, ориентированного на этот вид интерфейса. В настоящее время WIMP-интерфейс стал стандартом де-факто, а операционная система Microsoft Windows стала ярким его представителем.

3. РОЯЗ (речь, образ, язык, знания) SILK (speech , image , language , knowledge ) - интерфейс. Этот интерфейс наиболее приближен к обычной человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный разговор человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результаты выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса требует больших аппаратурных затрат, поэтому находится в стадии разработки и совершенствования и используется пока только в военных целях.

SILK- интерфейс для общения человека с машиной использует:

Речевую технологию;

Биометрическую технологию (мимический интерфейс);

Семантический (общественный) интерфейс.

Речевая технология появилась в середине 90-х годов после появления недорогих звуковых карт и широкого распространения технологий распознавания речи. При этой технологии команды подаются голосом путем произнесения специальных стандартных слов (команд), которые должны выговариваться четко, в одном темпе с обязательными паузами между словами. Учитывая, что алгоритмы распознавания речи недостаточно развиты, требуется индивидуальная предварительная настройка компьютерной системы на конкретного пользователя. Это простейшая реализация SILK- интерфейса.

Биометрическая технология («Мимический интерфейс») возникла в конце 90-х годов и в настоящее время находится в стадии разработки. Для управления компьютером используется выражение лица, направление взгляда, размер зрачка и другие признаки человека. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация, которая считывается с цифровой камеры, а затем с помощью программы распознавания образов из этого изображения выделяются команды.

Семантический (общественный) интерфейс возник еще в конце 70-х годов ХХ века, с развитием искусственного интеллекта. Его трудно назвать самостоятельным видом интерфейса, так как он включает в себя и интерфейс командной строки, и графический, и речевой, и мимический интерфейсы. Основной его особенностью является отсутствие команд при общении с компьютером. Запрос формируется на естественном языке, в виде связанного текста и образов. По сути - это моделирование общения человека с компьютером. В настоящее время используется для военных целей. Такой интерфейс крайне необходим в обстановке ведения воздушного боя.

Пункт 1. Что такое интерфейс.

Интерфейс – это связующее звено между двумя элементами одной системы и с помощью которой осуществляется работа этой системы. С данным понятием мы встречаемся ежедневно, например, когда вы утром садитесь в свой автомобиль и беретесь рукой за рычаг коробки передач, вы взаимодействуете с интерфейсом своего автомобиля.

В данном случае рычаг является проводником между вами и коробкой передач, в системе автомобиля.

Понятие интерфейса часто применяется в компьютерной и вычислительной технике. Тут все то же самое, что и в жизни. Интерфейс обеспечивает связь между вами и системой машины.

С его помощью вы задаете команды, а компьютер исполняет их. Такой интерфейс называется интерфейсом пользователя.

Пункт 2. Внутренний и внешний интерфейс.

Интерфейс любого устройства делится на внешний и внутренний, в зависимости от выполняемых им задач.

• К внутреннему интерфейсу относится то, что скрыто от пользователя, к чему он не имеет прямого доступа. Его свойства называют приватными.
• К внешнему интерфейсу относится то, с чем непосредственно контактирует пользователь и с помощью чего он осуществляет управление устройством. Их свойства называются публичными.

Эти два вида интерфейса всегда являются частью одного устройства и обеспечивают его работу, они не могут существовать по отдельности.

Пункт 3. Интерфейс пользователя и его составляющие.

Интерфейс пользователя можно условно разделить на 2 части, ту которая отвечает за ввод информации в устройство, и ту, которая отвечает за ее вывод пользователю.

Если говорить об обычном домашнем ПК, то к первой категории можно отнести все, с помощью чего мы воздействуем на компьютер, заставляя его работать. Самым простым примером служат мышь, клавиатура, USB-порт. Соответственно ко второй категории относится все то, с помощью чего компьютер передает информацию тому, кто его использует, отвечая на команды, заданные ему через те же клавиатуру, мышь и прочие устройства ввода, а именно мониторы, колонки, наушники, принтеры, плоттеры и прочие средства вывода информации.

Пункт 4. Виды интерфейсов, используемых в компьютерной технике.

Существуют различные виды интерфейсов. ниже приведены основные из них.

• Визуальный . Стандартный компьютерный интерфейс, который передает информацию при помощи визуальных образов, которые демонстрируются на мониторе.
• Жестовый . Как правило, служит интерфейсом для телефонов или планшетных ПК. В большинстве случаев это сенсорная панель, реагирующая на движения пальцев того, кто управляет системой, и определенным образом отвечающая ка каждое конкретное движение. Его можно назвать упрощенным вариантом обычного визуального интерфейса.
• Голосовой . Данный вид интерфейса появился сравнительно недавно. Он позволяет управлять системой с помощью голосовых команд. Система же со своей стороны также отвечает пользователю при помощи диалога. Самое интересное то, что современные технологии позволяют нам управлять голосом не только телефонами или компьютерами, но и бытовой техникой и даже автомобильными бортовыми компьютерами.

Одним из новейших направлений в данной области является осязательный интерфейс. Принцип его работы построен на физическом взаимодействии пользователя и машины, которое осуществляется посредством определенных предметов. Можно сказать, что это попытка придать информации, которую раньше пользователь получал графически при помощи монитора материальную форму.
Пункт 5. Системный и прикладной интерфейс. Интерфейсы делятся на 2 типа: системный и прикладной программный интерфейс.

Прикладной программный интерфейс или API – это своего рода запрос, который какая=либо программа адресует операционной системе для выполнения какого-либо действия. Данный интерфейс используется различными разработчиками для создания приложений.

Системный интерфейс бывает двух видов: командный и графический.

Командный интерфейс как правило представляет из себя командную строку, в которую пользователь вводит определенные указания, которые в большинстве случаев имеют свой синтаксис (например, операционная система ubuntu), а система их исполняет.

Графический интерфейс, также, как и командный работает благодаря командам пользователя, но в отличие от него команды не вбиваются текстом в командную строку, а подаются посредством графических образов, таких как иконки, окна и так далее. Такой тип интерфейса наиболее распространен и используется сегодня в большинстве персональных компьютеров. Такие интерфейсы часто называют WIMP, что является аббревиатурой от первых букв слов Window (Окошко), Icon (Иконка), Menu(Меню), Pointing device (Манипулирующее устройство).