Понятие, типы и структура. Что такое интерфейс

Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами.

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы:

• системные интерфейсы ЭВМ;
• периферийного оборудования (общие и специализированные);
• программно-управляемых модульных систем и приборов;
• интерфейсы сетей передачи данных и другое.

Мы предполагаем здесь рассмотреть внутренние интерфейсы (шины), внешние интерфейсы (порты) и интерфейсы процессоров. Интерфейсы мониторов (и видеопроекторов) рассмотрены далее.

Различные микросхемы и устройства, образующие персональный компьютер, должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы они имели возможность обмениваться данными и целенаправленно управляться. Эта проблема решена путем применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда (socket) или слоты (slot). В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров (контроллеров) отдельных устройств и, что особенно важно, новых устройств. Таким образом, любой компонент, вставленный в слот, может взаимодействовать с каждым подключенным к шине компонентом персонального компьютера.

Шина представляет собой набор проводников (линий), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. В минимальной комплектации шина имеет три типа линий:

• управления;
• адреса;
• данных.

Обычно системы включают два типа шин:

• системная шина, соединяющая процессор с ОЗУ и кэш памятью 2-го уровня;
• множество шин ввода-вывода, соединяющие процессор с различными периферийными устройствами. Последние соединяет с системной шиной мост, который встроен в набор микросхем (chipset), обеспечивающий функционирование процессора.

Системная шина при архитектуре DIB (Dual independent bus) физически разделена на две:

• первичную шину (FSB, Frontside bus), связывающую процессор с ОЗУ и ОЗУ с периферийными устройствами;
• вторичную шину (BSB, Backside bus) для связи с кэш памятью L2.

Использование двойной независимой шины повышает производительность за счет возможности для процессора параллельно обращаться к различным уровням памяти. Обычно термины «FSB» и «системная шина» используют как синонимы.

Следует отметить, что терминология, используемая в настоящее время для описания интерфейсов, не является вполне однозначной и ясной. Системная шина часто упоминается как «главная шина», «шина процессора» или «локальная шина». Для шин ввода-вывода используются термины «шина расширения», «внешняя шина», «хост-шина» и опять же - «локальная шина».

Устройства, подключенные к шине, делятся на две основные категории - bus masters и bus slaves. Bus masters - это активные устройства, способные управлять работой шины, то есть инициировать запись/чтение и так далее Bus slaves - соответственно устройства, которые могут только отвечать на запросы.

Если для вас это все сложно то лучше заказать специалиста, который проведет диагностику вашего компьютера.

Внутренние интерфейсы

Интерфейсы, характеристики которых приводятся в таблице, относятся к внутренним.

Таблица основных характеристик внутренних интерфейсов

Шина ISA

ISA BUS (Industry Standard Architecture) - стандартные шины IBM PC XT (8 бит) и AT (16 бит).

Шина XT имеет:

• 8-битовую шину данных;
• 20-битовую шину адреса, что позволяет адресоваться к 2 20 бит (1 Мбайт) памяти;
• три канала прямого доступа к памяти (DMA);
• тактовую частоту 8 МГц;
• пропускную способность 4 Мбайт/с;
• 62-контактный разъем.

В настоящее время XT практически не применяется. В компьютерах AT шину расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса. В таком виде она существует и поныне как самая распространенная шина для периферийных адаптеров. Шина AT имеет:

• 6-битовую шину данных;
• 24-битовую шину адреса, что позволяет адресовать 16 Мбайт памяти;
• 8 каналов прямого доступа (DMA);
• тактовую частоту 8-16 МГц.

Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Шина EISA явилась «асимметричным ответом» производителей клонов PC на попытку IBM поставить рынок под свой контроль путем выпуска МСА. В сентябре 1988 года производители компьютеров - Compaq, Wyse, AST Research, Tandy, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson - представили совместный проект: 32-разрядное расширение шины ISA с полной обратной совместимостью. Основные характеристики новой шины:

• 32-разрядная передача данных;
• максимальная пропускная способность 33 Мбайт/с;
• 32-разрядная адресация памяти позволяла адресовать до 4 Гбайт;
• поддержка многих активных устройств (bus master);
• возможность задания уровня двухуровневого (edge-triggered) прерывания (что позволяло нескольким устройствам использовать одно прерывание, как и в случае многоуровневого (level-triggered) прерывания);
• автоматическая настройка плат расширения.

Разъемы шин ISA (a), EISA (б) и МСА (в)

Шина МСА (MicroChannel Architecture)

MCA - микроканальная архитектура - была введена в пику конкурентам фирмой IBM для своих компьютеров PS/2 начиная с модели 50. Шина МСА несовместима с ISA/EISA и другими адаптерами.

Эта шина не обладала обратной совместимостью с ISA, но содержала ряд передовых для своего времени решений:

• 8/16/32-разрядную передачу данных;
• пропускную способность 20 Мбайт/с при частоте шины 10 МГц;
• поддержку нескольких активных устройств.

Работу координирует устройство, называемое арбитром шины (САСР - Central Arbitration Control Point). При распределении функций управления шиной арбитр исходит из уровня приоритета, которым обладает то или иное устройство или операция.

Всего таких уровней четыре (в порядке убывания):

• регенерация системной памяти;
• прямой доступ к памяти (DMA);
• платы адаптеров;
• процессор.

Сразу же после выхода шины EISA началась «шинная война», причем это была не столько война между архитектурами (они обе ушли в прошлое), сколько война за контроль IBM над рынком персональных компьютеров. Эту войну корпорация проиграла, хотя архитектура МСА по заложенным техническим решениям и перспективам развития выглядела предпочтительнее. Вот сравнительная характеристика двух шин:

Поскольку поверхности карты EISA в 1.65 раза больше, а адаптер EISA мог потреблять в 2 раза больше мощности, чем адаптер МСА, выпускать периферию под EISA оказалось проще и дешевле.

Кроме того, в «шинной войне», как и везде, присутствует «рука Intel». В стремлении освободить рынок для новых процессоров 80386 и 80486 Intel выпускала EISA-чипсеты, не поддерживающие 286 процессор, в то время как шина МСА прекрасно работала и на компьютерах с 286. Таким образом, перспективная разработка IBM так и осталась перспективной, но и шина EISA не получила широкого распространения: к тому времени, когда потребности компьютеров среднего уровня переросли возможности шины ISA, разработчики перешли, минуя EISA, к локальным шинам.

LPC

Шина Low Pin Count («малоконтактный» интерфейс), или LPC, используется на IBM совместимых персональных компьютерах для подсоединения низкоскоростных устройств, таких, как «преемственные» (legacy) устройства ввода-вывода (последовательный и параллельный порты, клавиатура, мышь, контроллер НГМД). Физически LPC обычно подсоединяется к чипу «Южного моста». Шина LPC была предложена Intel в 1998 году как замена для шины ISA.

Спецификация LPC определяет 7 электросигналов для двунаправленной передачи данных, 4 из которых несут мультиплексированные адрес и данные, оставшиеся 3 - управляющие сигналы (кадр, сброс, синхросигнал).

Шина LPC предусматривает только 4 линии вместо 8 или 16 для ISA, но она имеет полосу пропускания ISA (33 МГц). Другим преимуществом LPC является то, что количество контактов для присоединяемых устройств равно 30 вместо 72 для эквивалента ISA.

Попытки улучшить системные шины за счет создания шин MCA и EISA имели ограниченный успех и кардинальным образом не решали проблемы. Все описанные ранее шины имеют общий недостаток - сравнительно низкую пропускную способность, поскольку они разрабатывались в расчете на медленные процессоры, В дальнейшем быстродействие процессора возрастало, а характеристики шин улучшались в основном экстенсивно, за счет добавления новых линий. Препятствием для повышения частоты шины являлось огромное количество выпущенных плат, которые не могли работать на больших скоростях обмена (МСА это касается в меньшей степени, но в силу вышеизложенных причин эта архитектура не играла заметной роли на рынке). В то же время в начале 90-х годов в мире персональных компьютеров произошли изменения, потребовавшие резкого увеличения скорости обмена с устройствами:

• создание процессоров Intel 80486, работающих на частотах до 66 МГц;
• увеличение емкости жестких дисков и создание более быстрых контроллеров;
• разработка и активное продвижение на рынок графических интерфейсов пользователя (типа Windows или операционной системы/2) привели к созданию новых графических адаптеров, поддерживающих более высокое разрешение и большее количество цветов (VGA и SVGA).

Очевидным выходом из создавшегося положения является следующий: осуществлять часть операций обмена данными, требующих высоких скоростей, не через шину ввода-вывода, а через шину процессора, примерно так же, как подключается внешний кэш. При этом шина работает с частотой, соответствующей тактовой частоте процессора. Передачей данных управляет не центральный процессор, а плата расширения (мост), который высвобождает микропроцессор для выполнения других работ. Локальная шина обслуживает наиболее быстрые устройства: память, дисплей, дисковые накопители при этом обслуживание сравнительно медленных устройств - мышь, модем, принтер и другое - производится системной шиной типа ISA (EISA).

Такая конструкция получила название локальной шины (Local Bus).

Отсутствие стандарта сдерживало распространение локальных шин, поэтому ассоциация VESA (Video Electronic Standard Association), представляющая более 100 компаний, предложила в августе 1992 года свою спецификацию локальной шины.

Локальная шина VESA (VL-bus)

Исторически появилась первой и была создана специально для лучшего микропроцессора того времени 480DX/2. В зависимости от используемого центрального процессора тактовая частота шины может составлять от 20 до 66 МГц.

Стандарт шины VL 1.0 поддерживает 32-разрядный тракт данных, но его можно использовать и в 16-разрядных устройствах. Стандарт 2.0 рассчитан на 64-битовую шину в соответствии с новыми процессорами. Спецификация 1.0 ограничена частотой 40 МГц, а 2.0 - 50 МГц. В спецификации 2.0 шина поддерживает до 10 устройств, 1.0 - только три. Устойчивая скорость передачи составляет до 106 Мбайт/с (для 64-разрядной шины - до 260 Мбайт/с).

Шина VL-bus явилась шагом вперед по сравнению с ISA как по производительности, так и по дизайну. Однако и эта шина не была лишена недостатков, главными из которых являлись следующие:

• ориентация на 486-й процессор. VL-bus жестко привязана к шине процессора 80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro/Pentium 2;
• ограниченное быстродействие. Как уже было сказано, реальная частота VL-bus не больше 50 МГц. Причем при использовании процессоров с множителем частоты шина использует основную частоту (так, для 486DX2-66 частота шины составит 33 МГц);
• схемотехнические ограничения. К качеству сигналов, передаваемых по шине процессора, предъявляются очень жесткие требования, соблюсти которые можно только при определенных параметрах нагрузки каждой линии шины;
• ограничение количества плат, вытекающее из необходимости соблюдения ограничений на нагрузку каждой линии.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus)

Разработка шины PCI закончилась в июне 1992 года как внутренний проект корпорации Intel. Основные возможности шины следующие:

• синхронный 32- или 64-разрядный обмен данными (64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon). При этом для уменьшения числа контактов (и стоимости) используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям;
• частота работы шины 33 или 66 МГц (в версии 2.1) позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей (с использованием пакетного режима);
• полная поддержка многих активных устройств (например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине);
• спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте (например, видео, звук и так далее).

• а - разъем 32-разрядной шины с напряжением питания 5 В;
• б - то же с напряжением питания 3.3 В;
• в - типичное PCI-устройство.

Известны также более поздние разновидности - РС1-Х и PCI-Express, кроме того, к данному типу относится и PCMCIA - стандарт на шину для ноутбуков. Она позволяет подключать расширители памяти, модемы, контроллеры дисков и стримеров, SCSI-адаптеры, сетевые адаптеры и другие.

PCI-X

PCI-X не только увеличивает скорость PCI-шины, но также и число высокоскоростных слотов. В обычной шине РС1-слоты работают на 33 МГц, а один слот может работать при 66 МГц. PCI-X удваивает производительность стандарта PCI, поддерживая один 64-битовый слот на частоте 133 МГц, а общую производительность увеличивает до 1 Гбайт/с. Новая спецификация также предлагает расширенный протокол для увеличения эффективности передачи данных и снизить требования к электропитанию.

PCI Express (PCX)

Стандарт PCX определяет гибкий, масштабируемый, высокоскоростной, последовательный, «горячего подключения» интерфейс, программно-совместимый с PCI. В отличие от предшественника, PCX поддерживает систему связи «точка-точка», подобную ГиперТранспорту AMD, а не многоточечную схему, используемую в параллельной шинной архитектуре. Это устраняет потребность в шинном арбитраже, обеспечивает низкое время ожидания и упрощает «горячее» подключение-отключение системных устройств.

Ожидается, что одним из последствий этого будет сокращение площади платы на 50%. Топология шины PCX содержит главный мост (Host Bridge) и несколько оконечных пунктов (устройств ввода-вывода). Многократные соединения «точка-точка» вводят новый элемент - переключатель (ключ, switch) в топологию системы ввода-вывода.

Интерфейс PCX включает пары проводов - каналы (lane), и единственная пара (PCX-lane) представляет собой интерфейс РСХ 1х (800 Мбайт/с). Каналы могут быть соединены параллельно, и максимум (32 канала - PCX 32х) обеспечивает полную пропускную способность 16 Гбайт/с, достаточную, чтобы поддерживать требования систем связи в обозримом будущем.

Одним из направлений развития PCX является замена AGP. Действительно, 8 Гбайт/с двунаправленной пропускной способности достаточно для поддержки телевидения высокого разрешения (HDT). При этом данные технологии характеризуются следующими особенностями:

• AGP - разделение полос пропускания для записи и чтения; общая полоса пропускания - 2 Гбайт/с; оптимизировано для однозадачного режима.
• PCI Express - выделенные полосы для ввода и вывода; общая полоса пропускания до 8 Гбайт/с; оптимизировано для многозадачного режима.

• а - с использование AGP;
• б - на основе PCI Express.

Предполагается также, что PCI Express в дальнейшем сможет заменить в чипсетах контроллер внешних устройств «Southbridge», но это не повлияет на функции контроллера оперативной памяти «Northbridge».

Интерфейс PCMCIA

С появлением портативных компьютеров возникла проблема универсального и компактного интерфейса для подключения внешних устройств. В качестве такого интерфейса стандартом де-факто стал интерфейс PCMCIA, поддерживаемый Ассоциацией PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), объединяющей компании, разрабатывающие периферийные устройства для портативных компьютеров. Аббревиатура PCMCIA вызывала много нареканий своей труднопроизносимостью. Существует даже шутливая интерпретация PCMCIA как «People Can`t Memorize Computer Industry Acronyms», что переводится как «Люди не в состоянии запомнить компьютерные аббревиатуры». В результате для PCMCIA сегодня принято использовать более благозвучный термин PC Card.

Устройства PC Card размером с обычную кредитную карточку являются альтернативой обычным платам расширения, подключаемым к шине ISA. В этом стандарте выпускаются модули памяти, модемы и факс-модемы, SCSI-адаптеры, сетевые карты, звуковые карты, винчестеры (IBM Microdrive), интерфейсы CD-ROM и так далее.

• а - карта PCMCIA;
• б - включение в ноутбук;
• в - адаптер X-Drive для сопряжения с USB .

Первая версия стандарта PC Card для связи между картой и соответствующим устройством (адаптером или портом) компьютера определяет 68-контактный механический соединитель. На нем выделены 16 разрядов под данные и 26 разрядов под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. На стороне модуля PC Card расположен соединитель-розетка, а на стороне компьютера соединитель-вилка. Кроме того, стандарт определяет три различные длины контактов соединителя-вилки. Поскольку подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере (так называемое «горячее»), то для того, чтобы на модуль сначала подавалось напряжение питания, а лишь затем напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты выполнены более длинными.

Вторая версия спецификации PC Card предусматривает три разновидности.

Таблица размеров карт второй версии PC Card

AGP (Accelerated graphics port)

Несмотря на разрядность и скорость шины PCI, оставалась проблема, которая превышала ее возможности - выдача графической информации. Если адаптер CGA (4=2 2 цвета, экран 320 х 200 точек, частота 60 Гц) требует пропускную способность 2 х 320 х 200 х 60=7 680 000 бит/с=960 Кбайт/с, адаптер XGA (2 16 цветов, экран 1024 x 768 пикселей, частота 75 Гц) требует 16 x 1024 x 758 x 75=9 433 718 400 бит/с ~ 118 Мбайт/с. В то же время пиковая пропускная способность РС1 составляла до 132 Мбайт/с.

Фирмой Intel было предложено решение в виде AGP - Accelerated graphics port (порт ускоренного графического вывода). Появление шины AGP в начале 1998 года было своеобразным прорывом в области графических работ. При частоте шины в 66 МГц она была способна передавать два блока данных за один такт. Пропускная способность шины составляет 500 Мбайт/с (V2.0) при двух режимах работы: DMA и Execute. Основным же преимуществом AGP является возможность хранения текстур в оперативной памяти. При этом скорости работы шины AGP хватает для их своевременной передачи в видеопамять (работа в режиме DMA). В режиме Execute оперативная и видеопамять воспринимаются как равноправные. Текстуры выбираются блоками 4 Кбайт из общей памяти с помощью таблицы GART (Graphic Adress Re-mapping Table) и передаются, минуя локальную память видеокарты. На сегодняшний день существует стандарт (поддерживаемый новыми чипсетами Intel и Via) AGP4x, позволяющий повысить пропускную способность до 1 Гбайт/с.

Схемы AGP взаимодействуют непосредственно с четырьмя источниками информации (Quadra port acceleration):

• процессором (кэш память 2-го уровня);
• оперативной памятью;
• графической картой AGP;
• шиной PCI.

AGP функционирует на скорости процессорной шины (FSB). При тактовой частоте 66 МГц, например, это в 2 раза выше, чем скорость PCI, и позволяет достигать пиковой пропускной способности в 264 Мбай/с. В графических картах, специально спроектированных для AGP, передача происходит как по переднему, так и по заднему фронту тактовых импульсов центрального процессора, что позволяет при частоте 133 МГц осуществлять передачу со скоростью до 528 Мбайт/с (это называется «2-х графика»). В дальнейшем была выпущена версия AGP 2.0, которая поддерживала «4-х графику» или четырехкратную передачу данных за один такт центрального процессора.

Контроллер HyperTransport

Фирмой AMD была (процессор Hammer) предложена архитектура ГиперТранспорт (HyperTransport), обеспечивающая внутреннее соединение процессоров и элементов чипсета для организации многопроцессорных систем и повышения скорости передачи данных более чем в 20 раз.

В традиционной архитектуре с северным и южным мостами транзакции памяти должны проходить через микросхему «Северного моста», что вызывает дополнительные задержки и снижает потенциальную производительность. Чтобы избавиться от этого «узкого места» производительности, корпорация AMD интегрировала контроллер памяти в процессоры AMD64. Прямой доступ к памяти позволил существенно уменьшить задержки при обращении процессора к памяти. С увеличением тактовой частоты процессоров задержки станут еще меньше.

В основу шины HyperTransport - универсальной шины межчипового соединения - положено две концепции: универсальность и масштабируемость. Универсальность шины HyperTransport заключается в том, что она позволяет связывать между собой не только процессоры, но и другие компоненты материнской платы. Масштабируемость шины состоит в том, что она дает возможность наращивать пропускную способность в зависимости от конкретных нужд пользователя.

Устройства, связываемые по шине HyperTransport, соединяются по принципу «точка-точка» (peer-to-peer), что подразумевает возможность связывания в цепочку множества устройств без использования специализированных коммутаторов. Передача и прием данных могут происходить в асинхронном режиме, причем передача Данных организована в виде пакетов длиной до 64 байт. Масштабируемость шины HyperTransport обеспечивается посредством магистрали шириной 2.4, 8.16 и 32 бит в каждом направлении. Кроме того, предусматривается возможность работы на различных тактовых частотах (от 200 до 800 МГц). При этом передача данных происходит по обоим фронтам тактового импульса. Таким образом, пропускная способность шины HyperTransport меняется от 200 Мбайт/с при использовании частоты 200 МГц и двух двухбитовых каналов до 12.8 Гбайт/с при использовании тактовой частоты 800 МГц и двух 32-битовых каналов.

Демонстрирует, насколько разводка для ГиперТранспорта экономичнее, чем для традиционных шин - достаточно сравнить площади, занимаемые на системной плате шиной AGP 8х с пропускной способностью 2 Гбайт/с и ГиперТранспорт (до 6.4 Гбайт/с).

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).

Большинство пользователей легко оперирует терминами, не особо задумываясь над их значением. Даже то, что одно слово употребляется в разном контексте, уже не удивляет, хотя этому аспекту стоило бы уделить внимание. Что такое интерфейс - взаимодействие между людьми и техникой, что в наши дни проявляется во многих сферах.

Интерфейс - что это?

Часто это слово мелькает в компьютерной терминологии, хотя частый гость и в совершенно ином контексте. В инженерной психологии термин объясняется, как разные методы общения между пользователем и оргтехникой. Обозначение «интерфейс» пришло от англичан, в переводе означает «между лицами». В области интернет-технологий этот термин охватывает унифицированные системы связи, гарантирующие обмен данными между объектами. Самый распространенный термин – «интерфейс пользователя» - набор способов, помогающих человеку управляться с аппаратурой.

Специалисты выделяют два вида:

1. Логический тип интерфейса. Комплекс установленных алгоритмов и договоров по обмену данными между элементами.
2. Физический тип интерфейса. Соединение автоматических, физиологических и многофункциональных данных, с поддержкой каковых связь реализуется.

Свою классификацию имеет этот термин в определении набора программных и технических средств, которые образовывают взаимосвязь устройств:

1. Внутримашинный интерфейс – объединение проводов, схемы сопряжения с элементами ПК и алгоритмы передачи сигналов. Различают односвязные и многосвязные.
2. Внешний интерфейс – концепция взаимосвязи ПК с удаленными приборами. Есть интерфейс периферийных устройств и сетевой.

Что такое интуитивный интерфейс?

Что такое интерфейс пользователя - это такой вид, где одну позицию представляет человек, а противоположную – устройство. Словосочетание нередко упоминают айтишники, но уже в трактовке комплекта способов и законов взаимодействия системы:

• меню телевизора и дистанционка;
• экран часов и его настройки;
• доска приборов и рычаги управления.

Если рассматривать интерфейс системы, как общение между пользователем и оргтехникой, то можно его охарактеризовать, как диалог. Юзер посылает оргтехнике запросы данных или просит помощи, а в ответ получает нужные комментарии или руководство к действию. Интерфейс юзабилити – характеристика того, насколько он удобен, эргономичен, и каких усилий требует, чтобы получить максимально высокий результат.

Что такое интерфейс сайта?

Если интерфейс - это совокупность технических и программных средств, гарантирующее взаимодействие устройств, то интернет сайта – вмонтированный механизм общения юзера с системой. Пользователь может:

• пользоваться сервисами;
• делать заказы и заявки;
• заполнять анкеты.

Что такое «интерфейс дружественный»? Термин означает, что внешний вид ресурса нравится, механизм его работы понятен, система четко дает рекомендации. Основные требования к интерфейсу сайтов:

• естественность;
• непротиворечивость;
• прямой доступ к системе помощи;
• логичность.

Что такое интерфейс в компьютере?

Очень важную роль играет и пользовательский интерфейс приложения, потому что по этим показателям оценивается сама программа. Разработчики отмечают такие основные положения:

1. Ориентир на устройство, для которого приложение делается.
2. Иконка обязана отражать главную идею.
3. Область нажатия сенсорного дисплея должна иметь существенную погрешность.

Интерфейс операционной системы

Различают еще такой термин, как «интерфейс операционной системы» – набор средств, которые передают управляющие команды. Далее идет разбивка на подвиды:

1. Интерфейс командной строки – вид текстового общения между юзером и ПК, когда фразы набираются на клавиатуре вручную.
2. Программный интерфейс – запросы передают программы. Разработана серия утилит ОС, из которой нужную выбирает пользователь.

Что такое интерфейс программы?

Интерфейс программы – набор руководящих составляющих программы, которые помогают юзеру совершать ряд действий: клавиши и окошки на мониторе. Чтобы увидеть кино, задействуют программу-медиаплеер, а уже регулируется изображение и звук кнопками и движками. Интерфейс системы гарантирует нужные данные в программах, выделяют два типа интерфейсных страниц:

1. Запросов, где внедрен подход, ориентированный на меню.
2. Итогов поиска.

Интерфейс игры

Что такое графический интерфейс - это вид пользовательского интерфейса, в котором меню и кнопки представлены на экране в виде графических изображений. Он предоставляет возможность любителям онлайн-игр управлять героями и общаться с другими игроками. Благодаря этой программе, юзеры вводят любые действия фигурок, пользуясь мышкой или клавиатурой. Этот вид создавался для удобств в работе технических специалистов, но со временем стал изобретением, сформировавшим рынок ПК.