Технологии разработки пользовательских интерфейсов.

Как любое техническое устройство, компьютер обменивается информацией с человеком посредством набора определенных правил, обязательных как для машины, так и для человека. Эти правила в компьютерной литературе называются интерфейсом. Интерфейс может быть понятным и непонятным, дружественным и нет. К нему подходят многие прилагательные. Но в одном он постоянен: он есть, и никуда от него не денешься.

Интерфейс - это правила взаимодействия операционной системы с пользователями, а также соседних уровней в сети ЭВМ. От интерфейса зависит технология общения человека с компьютером.

Интерфейс - это, прежде всего, набор правил. Как любые правила, их можно обобщить, собрать в "кодекс", сгруппировать по общему признаку. Таким образом, мы пришли к понятию "вид интерфейса" как объединение по схожести способов взаимодействия человека и компьютеров. Можно предложить следующую схематическую классификацию различных интерфейсов общения человека и компьютера (рис.1.).

Пакетная технология. Исторически 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. 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.

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.

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. 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.

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. Идея графического интерфейса зародилась в середине 70-х годов, когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) была разработана концепция визуального интерфейса. Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение 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.

Графический интерфейс пользователя за время своего развития прошел две стадии и реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и "чистый" WIMP - интерфейс.

На первом этапе графический интерфейс очень походил на технологию командной строки. Отличия от технологии командной строки заключались в следующем:

Ú При отображении символов допускалось выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием. Благодаря этому повысилась выразительность изображения.

Ú 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).

Ú Нажатие клавиши Enter не всегда приводит к выполнению команды и переходу к следующей строке. Реакция на нажатие любой клавиши во многом зависит от того, в какой части экрана находился курсор.

Ú Кроме клавиши Enter, на клавиатуре все чаще стали использоваться "серые" клавиши управления курсором (см. раздел, посвященный клавиатуре в выпуске 3 данной серии.)

Ú Уже в этой редакции графического интерфейса стали использоваться манипуляторы (типа мыши, трекбола и т.п. - см. рисунок A.4.) Они позволяли быстро выделять нужную часть экрана и перемещать курсор.

Подводя итоги, можно привести следующие отличительные особенности этого интерфейса:

Ú Выделение областей экрана.

Ú Переопределение клавиш клавиатуры в зависимости от контекста.

Ú Использование манипуляторов и серых клавиш клавиатуры для управления курсором.

Ú Широкое использование цветных мониторов.

Появление этого типа интерфейса совпадает с широким распространением операционной системы MS-DOS. Именно она внедрила 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 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:

Ú Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах - определенных очерченных рамкой частях экрана.

Ú Все программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков - иконок. При открытии иконки превращаются в окна.

Ú Все действия с объектами 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.

Ú Широкое использование манипуляторов для указания на объекты. Манипулятор перестает быть просто игрушкой - дополнением к клавиатуре, а становится основным элементом управления. С помощью манипулятора указывают на любую область экрана, окна или пиктограммы, выделяют ее, а уже потом через меню или с использованием других технологий осуществляют управление ими.

Следует отметить, что WIMP требует для своей реализации цветной растровый дисплей с высоким разрешением и манипулятор. 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.

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.

С середины 90-х годов, после появления недорогих звуковых карт и широкого распространения технологий распознавания речи, появился так называемый "речевая технология" SILK - интерфейса. При этой технологии команды подаются голосом путем произнесения специальных зарезервированных слов - команд.

Слова должны выговариваться четко, в одном темпе. Между словами обязательна пауза. Из-за неразвитости алгоритма распознавания речи такие системы требует индивидуальной предварительной настройки на каждого конкретного пользователя.

"Речевая" технология является простейшей реализацией SILK - интерфейса.

Биометрическая технология ("Мимический интерфейс".)

Эта технология возникла в конце 90-х годов XX века и на момент написания книги еще разрабатывается. Для управления компьютером используется выражение лица человека, направление его взгляда, размер зрачка и другие признаки. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация. Изображения считываются с цифровой видеокамеры, а затем с помощью специальных программ распознавания образов из этого изображения выделяются команды. Эта технология, по-видимому, займет свое место в программных продуктах и приложениях, где важно точно идентифицировать пользователя компьютера.

ООП

В прошедний понедельник мне посчастливилось попасть на собеседование на Senior .Net Developer в одну международную компанию. Во время собеседования мне предложили пройти тест, где ряд вопросов был связан с.Net. В частности в одном из вопросов надо было дать оценку (истина/ложь) ряду утверждений, среди которых было и такое:

В.Net любой массив элементов, например int, по умолчанию реализует IList, что позволяет использовать его в качестве коллекции в операторе foreach.

Быстро ответив на этот вопрос отрицательно и отдельно дописав на полях. что для foreach необходима реализация не IList, а IEnumerable, я перешел к следующему вопросу. Однако по дороге домой меня мучал вопрос: реализует ли массив все-таки этот интерфейс или нет?

Про IList я смутно помнил, что этот интерфейс дает мне IEnumerable, индексатор и свойство Count, содержащее число элементов коллекции, а также еще пару редко используемых свойств, типа IsFixedCollection(). Массив имеет свойство Length для своего размера, а Count в IEnumerable является методом расширения от LINQ, что было бы невозможно, если бы этот метод был реализован в классе. Таким образом, получалось, что массив не мог реализовывать интерфейс IList, однако какое-то смутное чувство не давало мне покоя. Поэтому вечером после интервью я решил провести небольшое исследование.

Класс System.Array

Поскольку Reflector.Net у меня не был установлен, я просто написал короткую программку на С# чтобы узнать, что за интерфейсы реализуются целочисленным массивом.

Var v = new int { 1, 2, 3 }; var t = v.GetType(); var i = t.GetInterfaces(); foreach(var tp in i) Console.WriteLine(tp.Name);

Вот полный список полученных интерфейсов из окна консоли:

ICloneable IList ICollection IEnumerable IStructuralComparable IStructuralEquatable IList`1 ICollection`1 IEnumerable`1 IReadOnlyList`1 IReadOnlyCollection`1

Таким образом, массив в.Net все-таки реализует интерфейс IList и его обобщённый вариант IList<> .

Чтобы получить более полную информацию я построил диаграмму класса System.Array.

Мне сразу бросилась в глаза моя ошибка: Count было свойством не IList, а ICollection, еще предыдущего интерфейса в цепочке наследования. Тем не менее, сам массив уже не имел такого свойства, как и многих других свойств интерфейса IList, хотя другие свойства этого интерфейса, IsFixedSize и IsReadOnly были реализованы. Как такое вообще возможно?

Всё сразу встает на свои места, когда вспоминаешь о том, что в С# можно реализовывать интерфейсы не только
неявно (implicit), но и явно (explicit). Я знал об этой возможности из учебников, где приводился пример такой имплементации в случае. когда базовый класс уже содержит метод с тем же именем, что и метод интерфейса. Я также видел такую возможность в ReSharper. Однако до настоящего времени мне напрямую не приходилось сталкиваться с необходимостью явной реализации интерфейсов в моих собственных проектах.

Сравнение явной и неявной реализации интерфейсов

Давайте сравним эти два вида реализации интерфейсов:.

Критерии	Неявная (implicit) реализация	Явная (explicit) реализация
Базовый синтаксис	interface ITest { void DoTest(); } public class ImplicitTest: ITest { public void DoTest() { } }	interface ITest { void DoTest(); } public class ExplicitTest: ITest { void ITest.DoTest() { } }
Видимость	Неявная имплементация всегда являелся открытой (public), поэтому к методам и свойствам можно обращаться напрямую. var imp = new ImplicitTest(); imp.DoTest();	Явная имплементация всегда закрыта (private). Чтобы получить доступ к имплементации необходимо кастовать инстанцию класса к интерфейсу (upcast to interface). var exp = new ExplicitTest(); ((ITest)exp).DoTest();
Полиморфия	Неявная имплементация интерфейса может быть виртуальной (virtual), что позволяет переписывать эту имплементацию в классах-потомках.	Явная имплементация всегда статична. Она не может быть переписана (override) или перекрыта (new) в классах-потомках. Прим. 1
Абстрактный класс и реализация	Неявная реализация может быть абстрактной и реализовываться только в классе-потомке.	Явная реализация не может быть абстрактной, но сам класс может иметь другие абстрактные методы и сам быть абстрактным. Прим. 2

Примечания:
Прим. 1 - Как справедливо замечает в комментариях, реализация может быть переопределена при повторной явной имплементации интерфейса в классе-потомке (см. первый комментарий к статье).

Прим. 2 - В одном из блогов указано, что класс сам не может быть абстрактным. Возможно это было верно для какой-то из предыдущих версий компилятора, в моих экспериментах я без проблем мог реализовать интерфейс явно в абстрактном классе.

Зачем нужна явная реализация интерфейсов

Явная реализация интерфейса, согласно MSDN , необходима в том случае, когда несколько интерфейсов, реализуемых классом, имеют метод с одинаковой сигнатурой. Эта проблема в общем виде известна в англоязычном мире под леденящим кровь названием «deadly diamond of death» , что переводится на русский как «проблема ромба» . Вот пример такой ситуации:

/* Listing 1 */ interface IJogger { void Run(); } interface ISkier { void Run(); } public class Athlete: ISkier, IJogger { public void Run() { Console.WriteLine("Am I an Athlete, Skier or Jogger?"); } }

Кстати, этот пример является корректным кодом в C#, то есть он (корректно) компилируется и запускается, при этом метод Run() является одновременно и методом самого класса, и реализацией аж двух интерфейсов. Таким образом, мы можем иметь одну реализацию для разных интерфейсов и для самого класса. Проверить это можно следующим кодом:

/* Listing 2 */ var sp = new Athlete(); sp.Run(); (sp as ISkier).Run(); (sp as IJogger).Run();

Результатом исполнения этого кода будет «Am I an Athlete, Skier or Jogger?» , выведенное в консоли три раза.

Именно здесь мы можем использовать явную реализацию интерфейса для того, чтобы разделить все три случая:

/* Listing 3 */ public class Sportsman { public virtual void Run() { Console.WriteLine("I am a Sportsman"); } } public class Athlete: Sportsman, ISkier, IJogger { public override void Run() { Console.WriteLine("I am an Athlete"); } void ISkier.Run() { Console.WriteLine("I am a Skier"); } void IJogger.Run() { Console.WriteLine("I am a Jogger"); } }

В данном случае при исполнении кода из Listing 2 мы увидим в консоли три строчки, «I am an Athlete» , «I am a Skier» и «I am a Jogger» .

Плюсы и минусы различной реализации интерфейсов

Видимость реализации и выборочная реализация

Как уже было показано выше, неявная (implicit) реализация синтаксически не отличается от обычного метода класса (причём если этот метод уже был определен в классе-предке, то в таком синтаксисе метод будет сокрыт (hidden) в потомке и код будет без проблем скомпилирован c compiler warning о сокрытии метода.). Более того, возможна выборочная реализация отдельных методов одного интерфейса как явным, так и неявным образом:

/* Listing 4 */ public class Code { public void Run() { Console.WriteLine("I am a class method"); } } interface ICommand { void Run(); void Execute(); } public class CodeCommand: Code, ICommand { // implicit interface method implementation // => public implementation // implicit base class method hiding (warning here) public void Run() { base.Run(); } // explicit interface method implementation // => private implementation void ICommand.Execute() {} }

Это позволяет использовать реализации отдельных методов интерфейса как родных методов класса и они доступны, например, через IntelliSense, в отличие от явной реализации методов, которые являются приватными и видны только после каста к соответствующему интерфейсу.

С другой стороны, возможность приватной реализации методов позволяет скрывать ряд методов интерфейса, при этом полностью его имплементируя. Возвращаясь к нашему самому первому примеру с массивами в.Net, можно увидеть, что массив скрывает, например, имплементацию свойства Count интерфейса ICollection, выставляя наружу это свойство под именем Length (вероятно это является попыткой поддержания совместимости с С++ STL и Java). Таким образом, мы можем скрывать отдельные методы реализованного интерфейса и не скрывать (=делать публичными) другие.

Здесь, правда, возникает такая проблема, что во многих случаях совершенно невозможно догадаться о том, какие интерфейсы реализованы классом «неявно», поскольку ни методы, ни свойства этих интерфейсов не видны в IntelliSense (здесь также показателен пример с System.Array). Единственным способом выявления таких реализаций является использование рефлексии, например при помощи Object Browser в Visual Studio.

Рефакторинг интерфейсов

Так как неявная (публичная) имплементация интерфейса не отличается от реализации публичного метода класса, в случае рефакторинга интерфейса и удаления из него какого-либо публичного метода (например при объединении методов Run() и Execute() из вышепредставленного интерфейса ICommand в один метод Run()) во всех неявных реализациях останется метод с открытым доступом, который, очень вероятно, придётся поддерживать даже после рефакторинга, так как у данного публичного метода могут быть уже различные зависимости в других компонентах системы. В результате этого будет нарушаться принцип программирования «против интерфейсов, а не реализаций», так как зависимости будут уже между конкретными (и в разных классах, наверняка, разными) реализациями бывшего интерфейсного метода.

/* Listing 5 */ interface IFingers { void Thumb(); void IndexFinger(); // an obsolete interface method // void MiddleFinger(); } public class HumanPalm: IFingers { public void Thumb() {} public void IndexFinger() {} // here is a "dangling" public method public void MiddleFinger() {} } public class AntropoidHand: IFingers { void IFingers.Thumb() {} void IFingers.IndexFinger() {} // here the compiler error void IFingers.MiddleFinger() {} }

В случае приватной реализации интерфейсов все классы с явной реализацией несуществующего более метода просто перестанут компилироваться, однако после удаления ставшей ненужной реализации (или ее рефакторинга в новый метод) у нас не будет «лишнего» публичного метода, не привязанного к какому-либо интерфейсу. Конечно, возможно потребуется рефакторинг зависимостей от самого интерфейса, но здесь, по крайней мере, не будет нарушения принципа «program to interfaces, not implementations».

Что касается свойств, то неявно реализованные свойства интерфейса (properties) позволяют обращаться к ним через методы-акцесоры (getter и setter) как извне, так и непосредственно из самого класса, что может привести к ненужным эффектам (например, к ненужной валидации данных при инициализации свойств).

/* Listing 6 */ interface IProperty { int Amount { get; set; } } public class ClassWithProperty: IProperty { // implicit implementation, public public int Amount { get; set; } public ClassWithProperty() { // internal invocation of the public setter Amount = 1000; } } public class ClassWithExplicitProperty: IProperty { // explicit implementation, private int IProperty.Amount { get; set; } public ClassWithExplicitProperty() { // internal invocation isn"t possible // compiler error here Amount = 1000; } }

При явной имплементации свойств интерфейса эти свойства остаются приватными и для доступа приходится идти «длинным» путём и объявлять дополнительную закрытое поле, через которое и происходит инициализация. В результате это приводит к более чистому коду, когда методы доступа к свойству используются только для доступа извне.

Использования явной типизации локальных переменных и полей классов

В случае явной реализации интерфейсов нам приходится явным образом указывать, что мы работаем не экземпляром класса, а с экземпляром интерфейса. Таким образом, например, становится невозможным использование type inference и декларация локальных переменных в С# при помощи служебного слова var. Вместо этого нам приходится использовать явную декларацию с указанием типа интерфейса при объявлении локальных переменных, а также в сигнатуре методов и в полях класса.

Таким образом, мы с одной стороны как бы делаем код несколько менее гибким (например ReSharper по умолчанию всегда предлагает использовать декларацию с var если это возможно), но зато избегаем потенциальных проблем, связанных с привязкой к конкретной имплементации, по мере роста системы и объема её кода. Этот пункт может показаться многим спорным, но в случае, когда над проектом работает несколько человек, да еще в разных концах света, использования явной типизации может быть очень даже полезным, так как это повышает читабельность кода и уменьшает затраты на его поддержку.

Командный интерфейс

Наиболее старым интерфейсом является командный интерфейс (интерфейс командной строки ), который был наиболее распространен в период расцвета больших многопользовательских систем с алфавитно-цифровыми дисплеями. Для командного интерфейса характерно взаимодействие пользователя с ЭВМ с помощью командной строки, в которую вводятся команды определенного формата, а затем передаются к исполнению.

Командный интерфейс реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки.

Для ввода информации пользователь использует клавиатуру или другое символьное устройство ввода. Пользователь получает информацию в виде текста посредством дисплея или печатающего устройства (довольно редко).

Рисунок 1. Пример командного интерфейса

Работа с командным интерфейсом заключалась в следующем:

пользователь вводил команду с помощью последовательности символов (командной строки);
компьютер сопоставлял поступившую команду с имеющимся в его памяти набором команд;
выполнялось действие, которое соответствовало поступившей команде.

Замечание 1

Интересной особенностью интерфейса командной строки является возможность взаимодействия двух программ посредством имитации управляющей программой действий пользователя. Простота подачи команд и анализа выводимого текста делает это весьма эффективным.

К преимуществам интерфейса командной строки относят:

низкие требования к аппаратным средствам – минимальным набором для работы является клавиатура и символьное устройство вывода или терминал;
высокая степень унификации – взаимодействие обеспечивается через ввод и вывод символов, который часто реализуется через файловый ввод-вывод;
широкая возможность интеграции программ – посредством использования командного интерпретатора и перенаправления ввода-вывода.

Недостатками командного интерфейса считают:

плохую наглядность интерфейса – необходимо помнить команды или использовать справочник;
ограниченные возможности вывода информации – отсутствует графика.

Наиболее часто командный интерфейс используется при работе с командным интерпретатором, который используется как интерфейс управления операционной системой (Linux, xBSD, QNX, MS-DOS и др.).

Графический интерфейс пользователя

Графический интерфейс , WIMP-интерфейс (Window Image Menu Pointer) является неотъемлемым компонентом большинства современного программного обеспечения, которые ориентированы на работу конечного пользователя. Диалог пользователя с ПК в графическом интерфейсе ведется при помощи графических объектов: меню, значков и других элементов.

Основные достоинства графического интерфейса:

наглядность объектов;
обеспечение понятности для пользователя;
схожесть интерфейсов программ, которые написаны специально для использования в графической среде.

При работе с графическим интерфейсом для манипуляций с графическими объектами используются мышь и клавиатура. Пользователь работает с экранными формами, которые содержат объекты управления, меню, панели инструментов.

Рисунок 2. Пример графического интерфейса

Речевой интерфейс

Речевой интерфейс , SILK-интерфейс (Speech Image Language Knowledge) на данный момент существует только как «голосовой» (не считая биометрические интерфейсы, которые применяются не для управления ПК, а только для идентификации пользователя). Использование речевого интерфейса является очень перспективным направлением, т.к. введение информации с помощью голоса – самый быстрый и удобный способ. Т.к. качество распознавания устной речи пока не идеально, практическая реализация речевого интерфейса еще не стали доминирующими.

Речевой интерфейс обеспечивает приближенную к обычной, человеческой форму общения. ПК анализирует человеческую речь, находит в ней ключевые слова, по которым определяет команды. Речевой интерфейс требует высоких показателей аппаратных ресурсов ПК, поэтому его использование пока ограничено военным делом.

Рисунок 3.

При использовании речевого интерфейса на экране по команде пользователя ПК осуществляет переход между поисковыми образами, используя смысловые семантические связи. Речевая система дает возможность повысить эффективность работы вследствие того, что:

указывает пользователю ошибки в работе и находит пути их решения;
сообщает о ситуациях, которые нуждаются в исправлении;
осуществляет поиск справок из информационно-поисковых систем.

Замечание 2

Современные операционные системы поддерживают командный, графический и речевой интерфейсы.

В последнее время внимание привлекают новые виды интерфейса, такие как биометрический (мимический) и семантический (общественный). В связи с этим поставлена проблема создания общественного интерфейса, который будет включать в себя лучшие решения графического и речевого интерфейсов.

Клещев А.С., Грибова В.В. 25.03.2001

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, где под эффективностью понимается простота разработки, легкость сопровождения и удобство работы с программой .

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. Рынок программных средств предлагает широкий выбор инструментария для его разработки. Однако имеющиеся инструментальные средства поддерживают разработку только некоторых составляющих пользовательского интерфейса средствами четвертого поколения, остальные его составляющие программируются разработчиком, что значительно увеличивает затраты, сложность разработки и сопровождения.

Исследования, связанные с разработкой пользовательского интерфейса, начались с появления специальных операторов ввода-вывода в языках программирования и в настоящее время привели к появлению специализированных инструментальных средств для разработки интерфейса.

В литературе не существует единой общепринятой классификации средств для разработки пользовательского интерфейса. Так, в программное обеспечение для разработки пользовательского интерфейса разделяется 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 авторы относят 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.

В инструментарий для разработки интерфейса разделен на три группы, которые определяются следующим образом. В первую группу входит инструментарий для поддержки создания интерфейса написанием кода – UIMS и Toolkits; во вторую – интерактивные инструментальные средства, позволяющие сконструировать интерфейс из “заготовок” (кнопок, меню, полос прокрутки и т.д.), – Interface Builders; третий тип основан на создании интерфейса путем связывания отдельно созданных его компонент – Component Architectures.

Как замечено в , терминология данного направления окончательно не сформировалась и в настоящее время также является предметом исследования. Однако в большинстве работ для ссылки на специализированные средства для разработки интерфейса приводится термин СУПИ, который и будет использоваться в данной работе.

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.

Поведение интерфейса и прикладной программы определяется характером взаимодействия с пользователем. Можно выделить три различных типа взаимодействия : инициатива диалога принадлежит пользователю, прикладной программе либо является смешанной.

Инициатива управления пользователем. Данный тип управления означает, что интерфейс предо- ставляет инициативу пользователю (прикладная программа так устроена) либо пользователь сам берет инициативу на себя, а интерфейс поддерживает такую возможность (прикладная программа так устроена).

Инициатива управления прикладной программой. Данный тип управления означает, что если прикладной программе необходима некоторая информация, то она запрашивает ее у пользователя, пользователь включается в процесс решения, когда необходимо ввести данные, требуемые системе.

Смешанная инициатива управления. Данный тип взаимодействия объединяет два предыдущих подхода, при котором пользователь определяет входные данные, но если прикладной программе для решения необходимы дополнительные данные, то она запрашивает их у пользователя.

Таким образом, в настоящее время существует большое количество инструментальных средств для разработки интерфейса, поддерживающих различные методы его реализации. Однако отсутствует единая общепринятая классификация предлагаемого инструментария, что затрудняет сравнение существующих средств между собой и выбор пользователями конкретного инструментального средства. Поэтому прежде чем приступить к рассмотрению и сравнению инструментальных средств, следует ответить на следующие вопросы: имеются ли в инструментарии средства четвертого поколения для спецификации составляющих пользовательского интерфейса и как средствами четвертого поколения поддерживается разработка каждой составляющей пользовательского интерфейса?

Важность ответа на первый вопрос обусловлена актуальностью разработки инструментальных средств, позволяющих снизить стоимость разработки и сопровождения приложений, создаваемых с их помощью. Решением проблемы является использование языков четвертого поколения, позволяющих разработчику специфицировать компоненты програм- много средства на высоком уровне, и затем по спецификации разработчика автоматически генерировать исполнимый код .

Для ответа на второй вопрос необходимо выделить составляющие пользовательского интерфейса, то есть те аспекты, по которым можно сравнивать интерфейсы между собой. При этом будем придерживаться следующих принципов: 1) пользовательский интерфейс должен быть ориентирован на конечного пользователя и разрабатываться в соответствии с его требованиями; 2) пользовательский интерфейс и прикладная программа, для которой он предназначен, разрабатываются раздельно.

Составляющие пользовательского интерфейса определяются принципами, указанными выше, а также выполняемыми им функциями.

По определению, например, в , пользовательский интерфейс предназначен для обеспечения взаимодействия между пользователем и процессом, выполняющим некоторое задание – прикладной программой. Задачами данного взаимодействия является передача информации (исходных данных) от пользователя прикладной программе, выходных данных (результатов работы программы) пользователю. В соответствии с функцией интерфейса является также объяснение результатов работы прикладной программы, что до недавнего времени являлось характерной особенностью лишь интерфейсов экспертных систем.

Ориентация на конечного пользователя означает, что интерфейс должен иметь возможности для представления исходных данных и результатов в виде, общепринятом в данной предметной области, либо в зависимости от категорий пользователей и их пожеланий: графическом, табличном, вербальном, причем каждое из них также может иметь несколько видов представлений. Иными словами, как отмечено в , для одной и той же информации могут существовать различные передающие сообщения, образующие класс эквивалентных сообщений. При этом всегда существует базисная система сообщений, в которой можно выразить любую информацию о предметной области, однозначно понимаемую и интерпретируемую всеми ее представителями, и к которой сводятся все сообщения пользователя. Такой системой сообщений является система понятий предметной области. В терминах системы понятий именуются объекты предметной области, формулируются утверждения о том, что они обладают некими свойствами и характеристиками, которые позволяют устанавливать сходство и различие объекта по отношению к другим объектам, а также указывают на взаимоотношения, в которых объекты находятся между собой. Таким образом, составляющей пользовательского интерфейса является описание информации через систему понятий предметной области, задающей функцию интерпретации сообщений.

Как было отмечено выше, информация для пользователя может представляться в виде сообщений (вербальных, графических, табличных), каждое из которых может принимать различные формы. Таким образом, в интерфейсе сообщения, передающие одну и ту же информацию для пользователя и прикладной программы, представляются по-разному: для пользователя сообщения формируются в виде, удобном ему либо принятом в его предметной области, для прикладной программы сообщениями являются значения переменных прикладной программы. Очевидно, что определение множества переменных прикладной программы сводится к определению имен, типов и способа представления их возможных значений.

Наряду с передачей сообщений пользователю в интерфейсе необходимо задание атрибутов, которые информацию не передают, но создают ему комфорт и удобство; их можно объединить общим термином дизайн интерфейса. К таким атрибутам относятся: расположение сообщений на экране, их размер, цвет и т.п., а также задание физических устройств ввода (клавиатура, манипуляторы, речевой ввод, машинное зрение и др.) и вывода (монитор, звук, фотографический вывод и др.). Таким образом, составной частью пользовательского интерфейса, неразрывно связанной с передачей сообщений, является определение формы сообщений.

Интерфейс должен выполнять преобразование введенной пользователем информации, представленной в виде понятных ему сообщений в значения переменных прикладной программы, а также значе- ний переменных прикладной программы, которые являются результатами ее работы к сообщениям пользователю. Для преобразования информации пользователю в различные сообщения в составе интерфейса необходим блок интеллектуальной поддержки пользователя, который контролирует возможные ошибки, формирует объяснения, управляет системой помощи.

Любое взаимодействие двух или нескольких объектов между собой (в данном случае пользователя и интерфейса) всегда подчиняется определенным правилам. Правила взаимодействия пользователя и интерфейса также необходимо определять в интерфейсе. Эти правила должны задавать последовательность переходов от одного состояния к другому. Соответственно, взаимодействие интерфейса с пользователем должно содержать правила обмена сообщениями (в данном случае это действия пользователя и интерфейса по управлению исходными данными и результатами).

Таким образом, в состав пользовательского интерфейса входят:

базисная система сообщений (система понятий предметной области);
система сообщений для пользователя;
система сообщений для прикладной программы;
средства обеспечения удобства и комфорта работы пользователя;
средства интеллектуальной поддержки пользователя;
средства управления взаимодействием пользователя и интерфейса.

Рассмотрим, как поддерживается разработка каждой составляющей пользовательского интерфейса средствами четвертого поколения.

Поддержка описания системы понятий предложена в . По спецификации системы понятий, для которой предлагается специализированный язык, автоматически генерируются сообщения, представляемые в вербальном виде множеством каскадных меню и окон. Недостаток данной спецификации заключается в том, что структура системы понятий предметной области ограничена иерархическим представлением, а ее описание выполняется на специализированном языке в пакетном режиме.

В работах также предложено начинать проектирование интерфейса с моделирования задачи и предметной области. Для этого пользователю предлагается на неформальном языке описать постановку задачи, из которой автоматически выделяются понятия предметной области и действия с ними. Следующими этапами является формализация полученной постановки задачи путем отсеивания ненужных элементов, организация классов выделенных элементов, задание области и типов их допустимых значений, действий над ними с целью создания полноценной модели предметной области. В качестве преимуществ подобного способа извлечения задачи авторы указывают на снижение степени непонимания между разработчиком и пользователем, вовлечение пользователя в проект с самого начала его реализации и построение им каркаса модели задачи и модели предметной области. Однако вызывает сомнение возможность использования данного подхода для решения задач со сложной моделью предметной области, имеющей большой объем и сложную структуру системы понятий, необходимую для решения задачи, обеспечения пользователя интеллектуальной поддержкой, поскольку каркас и элементы модели (термины и понятия) выделяются на основе неформального описания задачи пользователем. Наш опыт проектирования сложных систем, например экспертной системы “Консультант-2″ и, в частности, ее интерфейса, показал, что процесс формирования системы понятий, бесспорно, должен осуществляться при активном участии высококвалифицированных специалистов предметной области на основе серьезного предшествующего ее анализа с целью последующей формализации. Инструментарий для проектирования интерфейса поэтому должен быть ориентирован скорее на разработчика интерфейса, чем на конечного его пользователя.

Инструментальные средства типа Toolkits предлагают библиотеки интерфейсных элементов, используемых в диалоге, таких как панели диалога, формы, различные типы меню, представление иерархии данных в виде ветвящейся структуры и т.п. При этом разработчик имеет не только возможность выбора необходимых интерфейсных элементов, но также и возможность организации сложных комплексов из предлагаемых базовых примитивов средствами визуального и объектно-ориентированного программирования. Однако трудно говорить о поддержке конструирования интерфейсов, поскольку предлагаемые библиотеки отражают довольно произвольное мнение о стандартах элементов интерфейса, не используя специфику приложений, для которых применение библиотек оправдано .

Следует отметить, что во всех существующих Toolkits отсутствуют специальные средства для проектирования пользовательского интерфейса исходя из его составляющих . Поэтому разработчики интерфейса вынуждены проектировать все его части вместе, явно не отделяя одну составляющую от другой, хотя проектирование различных его составляющих требует использования различных типов понятий и уровней абстракции. Технология разработки интерфейса данными средствами организована таким образом, что разработчик выбирает интерфейсный элемент и “нанизывает” на него содержание интерфейса, а не наоборот, в соответствии со структурой и содержанием (системой понятий) предлагаются формы ее представления (возможно, автоматически формируются). Разрабатывая таким образом интерфейс, его разработчик должен корректировать структуру и содержание исходных данных под формы, предлагаемые в инструментальном средстве.

Для исходных данных, представленных графически, имеется множество графических пакетов векторной и растровой графики. Графические пакеты позволяют только формировать изображения, но не имеют средств для связи графических и вербальных описаний (связи системы понятий и системы сообщений), поэтому данную часть интерфейса приходится программировать. Следует напомнить, что речь идет о средствах четвертого поколения, которые позволяют на высоком уровне специфицировать интерфейс.

В сделана попытка связать систему понятий и систему сообщений. Для этого в инструментарии имеется база данных, в которой хранится информация о том, какими интерфейсными элементами удобнее представлять те или иные виды данных. На основе этой базы данных разработчик может назначать примитивы элементам либо группам данных и затем автоматически генерировать прототип интерфейса. Такой подход удобен для вербального представления данных, однако графическое представление зависит от предметной области, поэтому в данном случае предлагаемые в базе данных примитивы не могут быть использованы для формирования сообщений.

Все классы инструментальных средств поддерживают разнообразные возможности задания параметров комфортности интерфейса средствами визуального и объектно-ориентированного программирования, позволяющие задать расположение интерфейсных элементов на экране монитора, их цвет, текстуру, размер и др. в зависимости от требований пользователей, психологии и эргономики, а также определить физические устройства ввода/вывода информации.

Для организации взаимодействия пользователя и интерфейса в настоящее время не известно специальных возможностей, которые бы позволяли разработчику на уровне спецификации определить действия пользователя по управлению исходными данными, поэтому разработчику приходится программировать данную составляющую интерфейса. В работе инструментарий предлагает разработчику возможность сохранять наборы исходных данных, их просмотр, редактирование для последующего ввода.

Множество переменных и представление их значений обычно приходится программировать либо, как в , они формируются по жестко заданным в инструментарии правилам.

Средства генерации объяснений результатов работы программной системы представлены в работе . Для этого разработчикам интерфейса предлагается специальный макроязык, на котором они могут описать шаблон объяснения. Однако данный язык позволяет представить объяснение только в вербальном виде, имеет ограниченные средства по форматированию текста объяснения и содержит ограничение на формат результатов работы программной системы – только в виде кортежей отношений. Множество других систем генерации объяснений ориентированы исключительно на экспертные системы, они зависят от машины логического вывода, а также требуют включения дополнительных знаний в базу зна- ний . В авторы предлагают средства для автоматической генерации средств помощи по представлению базы знаний.

Взаимодействие интерфейса и прикладной программы не поддерживается на высоком уровне, а программируется разработчиком.

Итак, основной целью СУПИ является снижение затрат на создание и сопровождение пользовательского интерфейса, которое достигается предоставлением средств высокого уровня для определения интерфейса и освобождением таким образом разработчика от низкоуровневого программирования. Существующие специализированные средства не поддерживают разработку всех составляющих интерфейса на высоком уровне, большинство составляющих разработчикам приходится программировать либо они жестко заданы, что не позволяет обеспечить принцип 1 при проектировании интерфейса. Это ведет к тому, что значительно возрастают затраты на разработку и сопровождение интерфейса.

Поэтому в настоящее время актуальной является работа по созданию СУПИ, обеспечивающих поддержку на высоком уровне всех этапов его разработки.
Список литературы

1. Myers B.A. and Rosson M.B. “Survey on User Interface Programming,” Proceedings SIGCHI’92: Human Factors in Computing Systems. Monterrey, CA, May 3-7, 1992. P. 195-202.

2. Клименко С., Уразметов В. Графические интер- фейсы и средства их разработки // Матер. конф.: Инду- стрия программирования – 96. www.uniyar.ac.ru/network/ atm/forum/koi/if/prg/prg96/73/htm.

3. Puerta, A. R. Supporting User–Centred Design of Adaptive User Interfaces Via Interface Models. First Annual Workshop On Real–Time Intelligent User Interfaces For Decision Support And Information Visualization, San–Francisco, January 1998. 10 p.

4. Brad A. Myers. A Brief History of Human Computer Interaction Technology // ACM interactions. Vol. 5, №. 2. March 1998. P. 44-54.

5. Lowgren J. Knowledge–Based Design Support and Discourse Management in User Interface Management Systems. Linkoping Studies in Science and Technology. Dissertations №239, 1989.

6. Puerta, A.R., and Maulsby, D. Management of Interface Design Knowledge with MOBI–D. IUI97: International Conference on Intelligent User Interfaces, Orlando, January 1997. P. 249–252.

7. Pressman R. S. Software Engineering: Practitioners Approach European 3d Rev. ed. McGraw–Hills Inc., 1994. 802 p.

8. Коутс P., Влейминк И. Интерфейс “человек-компьютер”/ Пер. с англ. – М.: Мир, 1990.- 501 с

9. Bruce A. Wooley Explanation Component of Software Systems. www.acm.org/ crossroads/xrds5–1/explain.html.

10. Бауэр Ф. Л., Гооз Г. Информатика. Вводный курс: В 2 ч. /Пер. с нем. –М.: Мир, 1990. – Ч.1. – 336 с., ил.

11. Грибова В.В., Клещев А.С. Инструментальный комплекс для разработки пользовательского интерфейса в экспертных системах // Программные продукты и системы. – 1999. – №1. – С. 30-34.

12. Puerta, A.R. A Model–Based Interface Development Environment. IEEE Software, 14(4), July/August 1997. Р. 41–47.

13. Черняховская М.Ю. Оценка ЭС медицинской диагностики “Консультант–2″ на архивном материале нескольких клиник. – Владивосток, 1989. – 30 с. (Препр. ИАПУ ДВО РАН).

14. Скопин И.Н. Разработка интерфейсов программных систем // Системная информатика. – 1998. – Вып.6. – С.123–173.

15. Foley, J., Kim, W.C., Kovacevic S., Murray, K., UIDE: An Intelligent User Interface Design Environment, in ACM Press, 1991.

Виды интерфейсов

Интерфейс - это, прежде всего, набор правил. Как любые правила, их можно обобщить, собрать в "кодекс", сгруппировать по общему признаку. Таким образом, мы пришли к понятию "вид интерфейса" как объединение по схожести способов взаимодействия человека и компьютеров. Вкратце можно предложить следующую схематическую классификацию различных интерфейсов общения человека и компьютера.

Современными видами интерфейсов являются:

1) Командный интерфейс. Командный интерфейс называется так по тому, что в этом виде интерфейса человек подает "команды" компьютеру, а компьютер их выполняет и выдает результат человеку. Командный интерфейс реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки.

2) WIMP - интерфейс (Window - окно, Image - образ, Menu - меню, Pointer - указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов - меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается "опосредственно", через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и "чистый" WIMP - интерфейс.

3) SILK - интерфейс (Speech - речь, Image - образ, Language - язык, Knowlege - знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный "разговор" человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса наиболее требователен к аппаратным ресурсам компьютера, и поэтому его применяют в основном для военных целей.

Командный интерфейс

Пакетная технология. Исторически этот вид технологии появился первым. Она существовала уже на релейных машинах Зюса и Цюзе (Германия, 1937 год). Идея ее проста: на вход компьютера подается последовательность символов, в которых по определенным правилам указывается последовательность запущенных на выполнение программ. После выполнения очередной программы запускается следующая и т.д. Машина по определенным правилам находит для себя команды и данные. В качестве этой последовательности может выступать, например, перфолента, стопка перфокарт, последовательность нажатия клавиш электрической пишущей машинки (типа CONSUL). Машина также выдает свои сообщения на перфоратор, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), ленту пишущей машинки. Такая машина представляет собой "черный ящик" (точнее "белый шкаф"), в который постоянно подается информация и которая также постоянно "информирует" мир о своем состоянии (см. рисунок 1) Человек здесь имеет малое влияние на работу машины - он может лишь приостановить работу машины, сменить программу и вновь запустить ЭВМ. Впоследствии, когда машины стали помощнее и могли обслуживать сразу нескольких пользователей, вечное ожидание пользователей типа: "Я послал данные машине. Жду, что она ответит. И ответит ли вообще? " - стало, мягко говоря, надоедать. К тому же вычислительные центры, вслед за газетами, стали вторым крупным "производителем" макулатуры. Поэтому с появлением алфавитно-цифровых дисплеев началась эра по-настоящему пользовательской технологии - командной строки.

Рис.2. Вид большой ЭВМ серии ЕС ЭВМ

Технология командной строки. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть терминалом, или консолью. Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой символ приглашения и мигающий прямоугольник - курсор. При нажатии клавиши на месте курсора появляются символы, а сам курсор смещается вправо. Это очень похоже на набор команды на пишущей машинке. Однако, в отличие от нее, буквы отображаются на дисплее, а не на бумаге, и неправильно набранный символ можно стереть. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter (или Return) После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется. Технология командной строки уже работала на монохромных алфавитно-цифровых дисплеях. Поскольку вводить позволялось только буквы, цифры и знаки препинания, то технические характеристики дисплея были не существенны. В качестве монитора можно было использовать телевизионный приемник и даже трубку осциллографа.

Графический интерфейс

Как и когда появился графический интерфейс? Его идея зародилась в середине 70-х годов, когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) была разработана концепция визуального интерфейса. Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение объема оперативной памяти, а также развитие технической базы компьютеров. Аппаратным основанием концепции, конечно же, явилось появление алфавитно-цифровых дисплеев на компьютерах, причем на этих дисплеях уже имелись такие эффекты, как "мерцание" символов, инверсия цвета (смена начертания белых символов на черном фоне обратным, то есть черных символов на белом фоне), подчеркивание символов. Эти эффекты распространились не на весь экран, а только на один или более символов. Следующим шагом явилось создание цветного дисплея, позволяющего выводить, вместе с этими эффектами, символы в 16 цветах на фоне с палитрой (то есть цветовым набором) из 8 цветов. После появления графических дисплеев, с возможностью вывода любых графических изображений в виде множества точек на экране различного цвета, фантазии в использовании экрана вообще не стало границ! Первая система с графическим интерфейсом 8010 Star Information System группы PARC, таким образом, появилась за четыре месяца до выхода в свет первого компьютера фирмы IBM в 1981 году. Первоначально визуальный интерфейс использовался только в программах. Постепенно он стал переходить и на операционные системы, используемых сначала на компьютерах Atari и Apple Macintosh, а затем и на IBM - совместимых компьютерах.

Простой графический интерфейс

На первом этапе графический интерфейс очень походил на технологию командной строки. Отличия от технологии командной строки заключались в следующим:

1. При отображении символов допускалось выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием. Благодаря этому повысилась выразительность изображения.

2. В зависимости от конкретной реализации графического интерфейса курсор может представляться не только мерцающим прямоугольником, но и некоторой областью, охватывающей несколько символов и даже часть экрана. Эта выделенная область отличается от других, невыделенных частей (обычно цветом).

3. Нажатие клавиши Enter не всегда приводит к выполнению команды и переходу к следующей строке. Реакция на нажатие любой клавиши во многом зависит от того, в какой части экрана находился курсор.

4. Кроме клавиши Enter, на клавиатуре все чаще стали использоваться "серые" клавиши управления курсором.

5. Уже в этой редакции графического интерфейса стали использоваться манипуляторы (типа мыши, трекбола и т.п. - см. рис.3) Они позволяли быстро выделять нужную часть экрана и перемещать курсор.

Рис.3. Манипуляторы

Подводя итоги, можно привести следующие отличительные особенности этого интерфейса.

1) Выделение областей экрана.

2) Переопределение клавиш клавиатуры в зависимости от контекста.

3) Использование манипуляторов и серых клавиш клавиатуры для управления курсором.

4) Широкое использование цветных мониторов.

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.

WIMP - интерфейс

Вторым этапом в развитии графического интерфейса стал "чистый" интерфейс WIMP, Этот подвид интерфейса характеризуется следующими особенностями.

1. Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах - определенных очерченных рамкой частях экрана.

2. Все программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков - иконок. При открытии иконки превращаются в окна.

3. Все действия с объектами осуществляются с помощью меню. Хотя меню появилось на первом этапе становления графического интерфейса, оно не имело в нем главенствующего значения, а служило лишь дополнением к командной строке. В чистом WIMP - интерфейсе меню становится основным элементом управления.

4. Широкое использование манипуляторов для указания на объекты. Манипулятор перестает быть просто игрушкой - дополнением к клавиатуре, а становится основным элементом управления. С помощью манипулятора УКАЗЫВАЮТ на любую область экрана, окна или иконки, ВЫДЕЛЯЮТ ее, а уже потом через меню или с использованием других технологий осуществляют управление ими.

Ярким примером программ с графическим интерфейсом является операционная система Microsoft Windows.

Речевая технология

"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.

"Речевая" технология является простейшей реализацией SILK - интерфейса.

Информационные системы в экономике (30)
Реферат >> Экономика
... информационных 6 1.3. Классификация информационных технологий 9 1.5. Этапы развития информационных систем ... совокупность аппаратных средств... информационной технологии. Примером такого критерия может служить пользовательский интерфейс ... 3.5. Програмные средства...
Информационные технологии в управлении (5)
Реферат >> Государство и право
11 2.1 Програмное обеспечение 15 ... информационных технологиях. Понятие "информационные технологии" можно определить как совокупность программно-аппаратных средств и систем ... создание и поддержку пользовательских интерфейсов для различных категорий...
Информационные технологии управления (10)
Лекция >> Информатика
По типу пользовательского интерфейса автоматизированные информационные технологии делятся... офиса организуют специализированный програмно -аппаратный комплекс – ... систему видеоконференций, электронную почту и т. п.); к глобализации информационных технологий...