Mail - ipi.ac.ru

Московский Институт Радиотехники Электроники и Автоматики
(Технический Университет)
Реферат по курсу:
Синергетические Системы
По теме: ЭВМ > Интерфейс
Группа МФ - 4 - 96
Студент Даев П. В.
Преподаватель Шемакин Ю. И.
Москва 2001
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ИНТЕРФЕЙС - точка состыковки двух элементов, обеспечивающая их взаимодействие.
В вычислительной технике различные типы интерфейсов реализованы на различных
уровнях, от очень наглядных графических интерфейсов пользователя (GUI),
позволяющих людям эффективно работать с программами, до часто невидимых, но
весьма необходимых интерфейсов аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие
устройств и компонентов компьютера. Пользовательские интерфейсы состоят из
систем графического представления, команд, запросов и т.п., обеспечивающих
эффективное "общение" пользователя с компьютером. Существуют три основных типа
интерфейсов пользователя (которые не обязательно взаимоисключают друг друга):
• Интерфейс командной строки, например в MS-DOS: A> или С : >, "приглашает"
пользователя ввести команду
• Интерфейс на основе системы меню, используемый в большинстве современных
прикладных программ, предлагает пользователю выбрать нужную команду из списка
либо нажатием определенных клавиш, либо с помощью мыши.
• Графический интерфейс — непременная особенность так называемых "оконных"
систем (представляющих программы, документы и прочие элементы в виде окон);
использует некоторые традиционные приемы и метафоры, например рабочий стол и его
аксессуары, показывая элементы системы как значки. На более "глубоких" уровнях
программного
обеспечения
имеются
и
другие
типы
интерфейсов,
например
обеспечивающие работу приложения с конкретной операционной системой (ОС), а еще
глубже: позволяющие коррелировать работу ОС с аппаратурой компьютера.
В аппаратных средствах ЭВМ интерфейсы — это платы, разъемы и другие
устройства, соединяющие внешние устройства с компьютером.
Существуют, например, стандартизированные интерфейсы передачи данных, типа RS232-C и SCSI, обеспечивающие взаимосвязь компьютера
с принтерами, жесткими
дисками, и другими устройствами.
На концептуальном уровне стандарты на структуру сетей и коммуникаций, типа
стандарта ISO модели Open System Interconnection (OSI), объединяют требования к
аппаратным и программным средствам
для обеспечения согласованной работы всей
системы в целом и ее отдельным устройствам. Хотя модель ISO/OSI и другие
требования не слишком жесткие, интерфейсы физического уровня определяют способы
соединения и связи различных систем.
ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Большинство
программных
продуктов,
особенно
прикладного
характера,
ориентированных на конечного пользователя, работают в диалоговом режиме
взаимодействия с пользователем таким образом, что ведется обмен сообщениями,
влияющими на обработку данных.
В диалоговом режиме под воздействием пользователя осуществляются запуск функций
(методов)
обработки,
изменение
свойств
объектов,
производится
настройка
параметров выдачи информации на печать и т.п.
Системы, поддерживающие диалоговые процессы, классифицируются на:
• системы с жестким сценарием диалога — стандартизированное представление
информации обмена;
• дескрипторные системы — формат ключевых слов сообщений;
• тезаурусные системы — семантическая сеть дескрипторов, образующих словарь
системы (аналог — гипертекстовые системы);
• системы с языком деловой прозы — представление сообщений на языке,
естественном для профессионального пользования.
Наиболее просты для реализации и распространены диалоговые системы с жестким
сценарием диалога, которые представлены в виде:
• меню — диалог инициируется программой; пользователю предлагается выбор
альтернативы функций обработки из фиксированного перечня; предоставляемое меню
может быть иерархическим и содержать вложенные подменю следующего уровня;
1
• действия запрос-ответ — фиксирован перечень возможных значений, выбираемых из
списка, или ответы типа Да/Нет;
• запрос по формату — с помощью ключевых слов, фраз или путем заполнения
экранной формы с регламентированным по составу и структуре набором реквизитов
осуществляется подготовка сообщений, Диалоговый процесс управляется согласно
созданному сценарию, для которого определяются:
• точки (момент, условие) начала диалога;
• инициатор диалога — человек или программный продукт;
• параметры и содержание диалога — сообщения, состав и структура меню, экранные
фрагменты;
• реакция программного продукта на завершение диалога. Описание сценария
диалога выполняют:
• блок-схема, в которой предусмотрены блоки выдачи сообщений и обработки
полученных ответов;
• ориентированный граф, вершины которого — сообщения и выполняемые действия,
дуги — связь сообщений; словесное описание;
• специализированные объектно-ориентированные языки построения сценариев.
Для создания диалоговых процессов и интерфейса конечного пользователя наиболее
подходят объектно-ориентированные инструментальные средства разработки программ.
В составе инструментальных средств СУБД содержатся построители меню, с помощью
которых создается ориентированная на конечного пользователя совокупность режимов
и команд в виде главного меню и вложенных подменю. Конструктор экранных форм
СУБД используется для разработки форматов экранного ввода и редактирования
данных базы данных и входной информации, управляющей работой программного
продукта.
В ряде СУБД и электронных таблиц, текстовых редакторов существуют различные
типы диалоговых окон, содержащих разнообразные объекты управления:
• тексты сообщения;
• поля ввода информации пользователя;
• списки возможных альтернатив для выбора;
• кнопки и т.п.
В среде электронных таблиц и текстовых редакторов имеются возможности настройки
главных меню (удаление ненужных, добавление новых режимов и команд), создания
системы подсказок с помощью встроенных средств и языков программирования.
Графический интерфейс пользователя (Graphics User Interface—GUI)— ГИП является
обязательным
компонентом
большинства
современных
программных
продуктов,
ориентированных на работу конечного пользователя. К графическому интерфейсу
пользователя предъявляются высокие требования как с чисто инженерной, так и с
художественной стороны разработки, при его разработке ориентируются на
возможности человека.
Наиболее часто графический интерфейс реализуется в интерактивном режиме работы
пользователя для программных продуктов, функционирующих в среде Windows, и
строится в виде системы спускающихся меню с использованием в качестве средства
манипуляции мыши и клавиатуры. Работа пользователя осуществляется с экранными
формами, содержащими объекты управления, панели инструментов с пиктограммами
режимов и команд обработки .
Пример. Средствами редактора диалогов Microsoft Word Dialog Editor построено
диалоговое окно, обеспечивающее графический интерфейс пользователя. К числу
типовых объектов управления графического интерфейса относятся:
• метка (label) — постоянный текст, не подлежащий изменению при работе
пользователя с экранной формой (например, слова Фамилия Имя Отчество)', я
текстовое окно (text box) — используется для ввода информации произвольного
вида, отображения хранимой информации в базе данных (например, Для ввода фамилии
студента);
рамка (frame) — объединение объектов управления в группу по функциональному или
другому принципу (например, для изменения их параметров);
командная кнопка (command button) — обеспечивает передачу управляющего
воздействия, например, кнопки <Cancel>, <OK>, <Отмена>;
выбор режима обработки типа <Ввод>, <Удаление>, <Редактирование>, <Выход> и
др.;
2
кнопка-переключатель <option button> — для альтернативного выбора кнопки из
группы однотипных кнопок (например, семейное положение);
помечаемая кнопка <check button> — для аддитивного выбора несколько
кнопок из группы однотипных кнопок;
окно-список (list box) — содержит список альтернативных значений для выбора
(например, “Спортивная секция”);
комбинированное окно (combo box) — объединяет возможности окна-списка и
текстового окна (например, “Предметы по выбору” — можно указать новый предмет
или выбрать один из предлагаемого списка);
линейка горизонтальной прокрутки — для быстрого перемещения внутри длинного
списка или текста по горизонтали;
линейка вертикальной прокрутки — для быстрого перемещения внутри длинного
списка или текста по вертикали;
окно-список каталогов;
окно-список накопителей;
окно-список файлов и др.
Стандартный графический интерфейс пользователя должен отвечать ряду требований:
• поддерживать информационную технологию работы пользователя с программным
продуктом
—
содержать
привычные
и
понятные
пользователю
пункты
меню,
соответствующие
функциям
обработки,
расположенные
в
естественной
последовательности использования;
• ориентироваться на конечного пользователя, который общается с программой на
внешнем уровне взаимодействия;
• удовлетворять правилу "шести" — в одну линейку меню включать не более 6
понятий, каждое из которых содержит не более 6 опций;
• графические объекты сохраняют свое стандартизованное назначение и по
возможности местоположение на экране.
Задача пользовательского интерфейса — сделать компьютер доступнее для всех.
Новичкам важно, чтобы операции выполнялись попроще, пусть и в ущерб
эффективности. Опытным пользователям нужно "выжать" на компьютере максимум: для
них на первое место выходит эффективность.
Тот, кто работал с Windows З.х, хочет пользоваться уже накопленным багажом
знаний и опытом. Этим противоречивым требованиям в полной мере отвечает
пользовательский интерфейс Windows 95.
Представление о пользовательском интерфейсе Windows 95 дают рабочий стол и
панель задач, появляющиеся на экране монитора после включения компьютера.
ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС WINDOWS 3.1
Пользовательский интерфейс Windows 3.1 использует графический режим работы
видеомонитора, т.е. является графическим.
Графический пользовательский интерфейс — тип экранного интерфейса, необходимого
для связи пользователя с операционной системой и с прикладными задачами.
Основу нового графического интерфейса пользователя составляет организованная и
хорошо продуманная система окон и других графических образов, использующих
хорошо знакомую "метафору рабочего стола". Иначе говоря, такой тип интерфейса
можно описать, используя в качестве сравнения поверхность рабочего стола: на
экране
дисплея
располагаются
прямоугольные
области,
называемые
окнами,
аналогично листам бумаги, располагаемым на столе. Листы бумаги или документы на
обычном стаде являются носителями данных, результатов работы. В Windows 3.1
результаты работы большинства приложений сохраняются в их рабочих файлах,
называемых также документами.
Документ может соотноситься с каким-либо рабочим файлом. В этом случае документ
представляет собой полное содержание этого рабочего файла. Но документ может
соотноситься не с одним, а с несколькими файлами. В этом случае один из этих
файлов будет главным, — открывая его, вы открываете весь документ. Остальные
файлы могут быть связаны с главным файлом как прилагаемые иллюстрации, звуковые
вставки и др.
Графический пользовательский интерфейс в отличие от интерфейсов командной
строки DOS и оболочки Norton Commander позволяет более оперативно давать команды
операционной системы, выбирать для старта программы, выбирать файлы и параметры,
указывая на соответствующие значки, кнопки, позиции меню, элементы списка,
3
флажки и пр. Выбор того или иного элемента выполняется с помощью мыши или
клавиатуры.
Набор
используемых
элементов
интерфейса
отличается
стандартностью,
что
позволяет, изучив интерфейс Windows 3.1, легко и быстро осваивать интерфейс
прикладных программ, работающих под Windows 3.1.
Графический интерфейс Window® 3.1 служит также реализации принципа WYSIWYG
(What You See Is What You Get), т.е. "что видишь, то и получаешь". Этот принцип
обеспечивает печать, полностью соответствующую изображению на экране.
ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС WINDOWS 95
Microsoft
Windows
95
—
это
высокопроизводительная,
многозадачная
и
многопотоковая 32-разрядная операционная система с графическим интерфейсом и
расширенными
сетевыми
возможностями,
работающая
в
защищенном
режиме,
поддерживающая 16-разрядные приложения без всякой их модификации. Windows 95 —
интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен текстовой, графической,
звуковой и видеоинформацией между отдельными программами. Базовые функциональные
возможности Windows 95 перекрывают все, что заложено в MS DOS, Windows 3.x и
Windows для рабочих групп З.х. Windows 95 — первая полномасштабная операционная
система семейства Windows, не требующая MS DOS. Она полностью совместима с
используемыми в настоящее время программными и аппаратными средствами и
практически во всех отношениях значительно усовершенствована по сравнению с
Windows 3.1.
Ключевыми новинками по сравнению с Windows 3.1 стали:
• простота в работе, достигаемая использованием нового пользовательского
интерфейса, технологии поддержки самонастраивающейся аппаратуры Plug and Play,
допустимостью применения длинных имен файлов, встроенной сетевой поддержкой,
усовершенствованной обучающей и справочной системой и др.;
• повышенная производительность, обусловленная такими свойствами Windows 95,
как
истинная
вытесняющая
многозадачность
и
масштабируемость
рабочих
характеристик для 32-битовых приложений, повышенная устойчивость к сбоям,
ускоренная
печать,
наличие
высокоэффективных
мультимедийных
компонентов,
увеличенный объем
памяти для программ MS DOS и др.;
• совместимость с существующими приложениями MS DOS и Windows, поддержка любого
существующего оборудования и драйверов устройств, сетевая совместимость с
существующими клиентами реального времени и процедурами регистрации. Windows 95
— мощная современная операционная система, достоинства которой открываются перед
пользователем не сразу. Приводимый далее материал следует рассматривать как
введение в систему, позволяющее даже неопытному пользователю сделать первые шаги
в Windows 95.
ВНУТРИМАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС
Периферийные устройства различных типов имеют разные характеристики, что
определяется принципом действия, скоростью обмена, природой устройств и т. д.
Каждое из них может работать только под действием определенных электрических
сигналов. Вследствие этого подключение периферийных устройств непосредственно к
шинам данных, связывающих микропроцессор и память, практически невозможно. Для
этого используется специальная аппаратура сопряжения, а также специальные
программы для согласования скоростей обмена информацией, обработки прерываний,
распознавания типов информации (управляющая или передаваемая) и т. д. Аппаратура
сопряжения — это специальные электронные схемы. Вместе с программами она
составляет интерфейс ЭВМ.
ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС
Внутримашинный системный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков
ЭВМ между собой — представляет собой совокупность электрических линий связи
(проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов)
передачи и преобразования сигналов.
Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса.
1. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими
локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило,
только в простейших бытовых ПК.
4
2. Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или
системную шину.
В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса
используется системная шина. Структура и состав системной шины были рассмотрены
ранее. Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются:
количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е.
максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины
зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой
частоты, на которой шина работает.
В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:
• шины расширений — шины общего назначения, позволяющие подключать большое
число самых разнообразных устройств;
• локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества
устройств определенного класса.
ОРГАНИЗАЦИЯ ИНТЕРФЕЙСА
Управление
работой
всех
устройств
осуществляется
следующими
сигналами,
передаваемыми от микропроцессора к периферийным устройствам: ЗАПИСЬ, ЧТЕНИЕ,
ВВОД, ВЫВОД, ОЖИДАНИЕ, ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЯ, ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАПРОСА НА ПРЯМОЙ
ДОСТУП К ПАМЯТИ.
Сигналы, передаваемые от периферийных устройств “микропроцессору, следующие:
ГОТОВНОСТЬ, ЗАПРОС ПРЕРЫВАНИЯ, ЗАПРОС НА ПРЯМОЙ ДОСТУП К ПАМЯТИ.
Названия сигналов определяют их назначение, поэтому нет необходимости в их
описании.
Устройства сопряжения ЭВМ — контроллеры дисплея, флоппи-дисков и др.
— интерфейсные устройства, обеспечивающие сопряжение периферийных устройств с
микропроцессором и памятью, т. е. в соответствии с вышеприведенным
определением
—
интерфейс.
Отдельные
электронные
схемы,
составляющие
интерфейс, называются интерфейсными модулями.
Большинство типов ЭВМ имеет организацию интерфейса на основе двух шин или
одной общей шины, по которым передаются данные, адреса, управляющие сигналы.
При организации интерфейса с общей шиной все устройства ЭВМ объединяются с
помощью одной группы шин для передачи данных, адресов, управляющих сигналов.
Обращение к периферийным устройствам осуществляется теми же командами, которые
используются при обмене данными с памятью. В данной организации интерфейса обмен
данными между устройствами происходит по единым правилам, кроме того, не
требуется отдельных специальных управляющих сигналов для памяти и периферийных
устройств, а также нет необходимости иметь, отдельные команды ввода - вывода. В
связи с тем, что команды обмена данными имеют адреса памяти, при их
использовании для обмена данными с периферийными устройствами часть памяти
зарезервирована для адресации этих устройств. Несмотря на такой недостаток, как
сокращение памяти, важным преимуществом одношинной организации интерфейса
является
возможность
обмена
информацией
напрямую
между
устройствами
в
соответствии с управляющими сигналами микропроцессора.
При двухшинной организации интерфейса. Обращение микропроцессора к памяти и
периферийным устройствам производится разными командами.
Для обращения к периферийным устройствам применяются специальные команды, не
использующие для адресации память. Передача данных между устройствами ЭВМ
производится только через аккумулятор микропроцессора. Поэтому, если требуется
переслать информацию из одного периферийного устройства в другое устройство или
в память, она в любом случае проходит не напрямую, а через микропроцессор.
Аппаратные средства интерфейса. Для организации интерфейса используются
различные модули, изготавливаемые в виде интегральных схем.
Наиболее широко используются в периферийных устройствах такие модули, как
буферные регистры, к которым подсоединяется шина данных.
Основные функции буферного регистра: запись, хранение и считывание информации,
формирование сигнала прерывания.
Модуль прерываний обеспечивает проверку приоритетов запросов от различных
устройств на их обслуживание. В случае возникновения запроса на прерывание с
приоритетом выше имеющегося формируется сигнал прерывания данной работы и затем
передается микропроцессору на исполнение.
5
Обмен данными между устройствами может осуществляться в последовательном
либо параллельном коде или формате. В последовательном формате каждый символ
передается автономно, т. е. имеет определенный идентифицирующий начальный и
конечный признак.
При
подаче
на
вход
микропроцессора
слева
для
обработки
специальный
интерфейсный модуль должен предварительно образовать это слово из принятых
символов. Тот же интерфейсный модуль при выдаче из микропроцессора данных
обязан выполнить обратные преобразования. В этом случае интерфейс называют
последовательным. При параллельном интерфейсе специальными интерфейсными
модулями обеспечивается передача данных в виде слов от нескольких периферийных
устройств.
В ряде случаев, чаще всего в управляющих вычислительных комплексах, где ЭВМ
связаны с управляемыми объектами, требуется выдача из ЭВМ управляющих сигналов
в определенные промежутки времени. Это обеспечивается с помощью специального
интерфейсного модуля — интервального таймера, который может формировать
временные задержки и т. д.
Вышеперечисленные средства интерфейса типичны для ЭВМ, однако перечень
аппаратных средств гораздо шире.
-
6