Принципы проектирования пользовательского интерфейса

    Тема: Принципы проектирования пользовательского  интерфейса

1. Определение интерфейса, виды интерфейсов

2.Классификация  интерфейсов пользователя

3. Основные этапы разработки интерфейса 

1 Определение интерфейса, виды интерфейсов

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.  

    В общем, интерфейс (interface) – это совокупность 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.

1. 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. 

2.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.