Командный интерфейс

В командном интерфейсе человек отдает компьютеру команды в явном виде, компьютер их выполняет и каким-либо образом выводит результат. Командный интерфейс реализован на двух уровнях: пакетная технология и технология командной строки.

Пакетная технология. На вход компьютера подается заранее подготовленный пакет данных – последовательность символов, в которых по определенным правилам указывается последовательность запущенных на выполнение команд или программ. После выполнения очередной программы запускается следующая и т.д. В качестве источника пакета данных может выступать, например, перфолента, стопка перфокарт, последовательность нажатия клавиш электрической пишущей машинки. Машина также выдает свои сообщения с результатом на перфоратор, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), ленту пишущей машинки.

Технология командной строки. В качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Эта комбинацию (монитор + клавиатура) получила название «терминал», «консоль».

Технология командной строки работала уже на монохромных алфавитно-цифровых дисплеях. Поскольку вводить позволяется только буквы, цифры и знаки препинания, то технические характеристики дисплея несущественны. В качестве монитора можно использовать телевизионный приемник и даже трубку осциллографа.

Таким образом, обе эти технологии реализуются в виде командного интерфейса – машине подаются на вход команды, а их выполняет. Преобладающим видом файлов при работе с командным интерфейсом являются текстовые файлы, поскольку их достаточно легко создать с помощью клавиатуры. На время наиболее широкого использования интерфейса командной строки приходится появление операционной системы UNIX и первых восьмиразрядных персональных компьютеров.

WIMP-интерфейс

WIMP – аббревиатура от Window, Image, Menu, Pointer (окно, образ, меню указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью явных команд, а через графические образы - меню, окна, другие элементы. Хотя и в этом интерфейсе в итоге машине подаются команды, делается это опосредованно, через графические образы.

Ещё в 1948 году Дуглас Энгельбарт, сотрудник лаборатории, занимающейся разработкой радаров ПВО, обратил внимание на то, что операторы получают от радаров необработанный сигнал. То есть, смотрят непосредственно на экран радара, видят там развёртку, видят движущиеся точки засечённых объектов и на глаз приблизительно определяют, через какие координаты эти объекты движутся. У Энгельбарта возникла идея использовать вычислительные машины для обработки сигнала с целью получения уже готовых координат вместе с определяемыми характеристиками вражеских самолётов. Однако для реализации этой идеи необходимо было изменить способ вывода информации, т.к. используемый в то время подход – распечатка результатов на перфокарту – сводил на нет весь выигрыш такого вычисления. Энгельбарт придумал использовать для этого дисплей, информацию на который можно было выводить нормальными буквами и цифрами.

В дальнейшем Энгельбарт продолжал заниматься интерфейсами уже в собственной лаборатории в Стэнфордском университете. «Монитор, на который информация выводится в виде букв, цифр и графиков, – думал он, – это хорошо. Но было бы здорово непосредственно указывать компьютеру, какое именно слово меня в данный момент интересует, и побуждать его что-то делать в связи с этим». На тот момент уже существовали джойстики, световые перья и даже трекбол. Однако Энгельбарта с командой ни один из этих манипуляторов не устроил – и они изобрели мышь. Официальная демонстрация мыши состоялась через несколько лет после появления первого рабочего экземпляра. На представленной общественности мыши было три кнопки. Энгельбарт хотел, чтобы их было пять (по одной под каждый палец), но больше трёх просто не удалось разместить.

В 1968 году Энгельбарт с сотрудниками представили разработку, которая во многом определила дальнейшее развитие компьютерных интерфейсов. Презентация была осуществлена на таком компьютере (слайд). Были показаны: интерактивная работа с текстом, иерархические списки, метаязык, тегирование, гиперссылки и переход по ним, графика. Большинство из этих идей были полноценно реализованы только в 90-2000-е годы.

В дальнейшем Энгельбарт, уже будучи сотрудником компании Xerox PARC, занимался развитием интерфейсов. Его рабочей группе принадлежат также такие разработки, как графический интерфейс и аккордная клавиатура.

Энгельбарту показалось, что тратить время на перенос пальца с клавиши на клавишу на обычной клавиатуре – ужасно расточительно. И он придумал клавиатуру, при работе с которой пальцы вообще не отрываются от клавиш. Пять букв на ней набираются нажатиями одиночных клавиш, остальные – их сочетаниями. Ну, на видео по ссылке всё понятно. Сочетания необходимо заучить, но при постоянной практике это не представляет проблемы.

Сочетая работу аккордной клавиатуры и трёхкнопочной мыши, можно добиться впечатляющей скорости взаимодействия с машиной. Однако большого распространения аккордная клавиатура не получила. По понятным причинам: абсолютное большинство пользователей не в состоянии запомнить простейшие сочетания клавиш.

Итак, идея графического интерфейса зародилась в середине 70-х годов, когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) в сотрудничестве с группой Энгельбарта 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. Первая система с графическим интерфейсом 8010 Star Information System группы PARC, появилась в 1981 г. Первоначально визуальный интерфейс обеспечивался непосредственно программами, причем каждая предлагала собственный подход к его формированию, единого мнения не было. Но постепенно он стал переходить и на операционные системы, сначала на компьютерах Atari и Apple Macintosh, а затем и на IBM-совместимых.

Xerox PARC (англ. Xerox Palo Alto Research Center) – научно-исследовательский центр, основанный фирмой Xerox в 1970 году. К тому времени Xerox потерял патент на ксерографию и, чтобы не потерять часть рынка из-за агрессивных японских конкурентов, вынужден был вкладывать средства в инновационные разработки, которые позволили бы фирме и дальше оставаться лидером на рынке офисных технологий.

В Xerox PARC появились многие замечательные вещи, часть которых стала стандартом в компьютерном мире. Однако маркетинговая политика, направленная в первую очередь на рынок копировальной техники, привела к тому, что разработки центра принесли успех другим фирмам, таким как Adobe, Apple и Microsoft.

В 70-80-е годы в центре были разработаны: компьютерная мышь, технология лазерной печати, язык программирования Smalltalk и с ним концепция объектно-ориентированного программирования, концепция портативного компьютера (ноутбука), технология Ethernet, графический пользовательский интерфейс, цринцип WYSIWYG и первый WYSIWYG-ориентированный текстовый редактор Bravo.

В 90-х годы в PARC был разработан протокол IPv6, который в настоящее время сменяет устаревший протокол IPv4.

WYSIWYG является аббревиатурой от англ. What You See Is What You Get, «что видишь, то и получишь») – свойство прикладных программ или веб-интерфейсов, в которых содержание отображается в процессе редактирования и выглядит максимально близко похожим на конечную продукцию, которая может быть печатным документом, веб-страницей, презентацией и т.д.

Графический интерфейс пользователя за время своего развития прошел две стадии.

Простой графический интерфейс. Базируется на технологии командной строки, по сути является ее расширением. Отличия заключаются в следующим.

1. При отображении символов допускается выделение части символов цветом, инверсным изображением, подчеркиванием и мерцанием. Благодаря этому повышается 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. Более того, реакция на нажатие любой клавиши во многом зависит от того, в какой части экрана находился курсор.

4. Приобретают частое использование клавиши управления курсором.

5. Начинает использоваться манипулятор типа мыши, позволяющий быстро выделить нужную часть экрана или переместить курсор.

WIMP-интерфейс. Вторым этапом в развитии графического интерфейса стал «чистый» WIMP-интерфейс (pure-WIMP). Он характеризуется следующими особенностями.

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

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

3. Menu. Все действия с объектами осуществляются с помощью меню. Как таковое, меню появилось еще в простом графическом интерфейсе в некоторых программах как один из способов упрощения команд: их не надо набирать, достаточно выбрать уже подготовленную команду из списка. Там оно служило дополнением к командной строке. В чистом WIMP-интерфейсе меню реализуется на уровне операционной системы и становится основным элементом управления.

4. Широкое использование манипуляторов для указания на объекты. Манипулятор перестает быть дополнением к клавиатуре, а становится основным элементом управления. С его помощью указывают на любую область экрана, окна или иконки, выделяют ее, а уже потом через меню или как-то иначе осуществляют управление ими.

Следует отметить, что WIMP-интерфейс потребовал для своей реализации цветной растровый дисплей с высоким разрешением и манипулятор. Программы, ориентированные на него, также предъявили повышенные требования к производительности компьютера, объему памяти, пропускной способности системной шины и т.п. По состоянию на конец 1980-х гг. это были достаточно серьезные запросы. Однако этот вид интерфейса наиболее прост в усвоении и интуитивно понятен. Поэтому с развитием мощности персональных компьютеров, а в дальнейшем и мобильной техники, использование WIMP-интерфейса стало стандартом де-факто и на сегодняшний день обеспечивается средствами операционной системы.

SILK-интерфейс

SILK – Speech, Image, Language, Knowledge (речь, образ, язык, знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет «разговор» человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и жесты, находит в них ключевые элементы, сопоставленные с определенными командами. Результат выполнения команд также преобразуется в понятную человеку форму. Однако задача создания такого интерфейса содержит в себе несколько разделов, которые сами по себе достаточно сложны.

SILK-интерфейс реализован на двух уровнях.

Речевая технология.

С середины 90-х годов, с момента появления недорогих звуковых карт и начала разработки технологий распознавания речи, появилась так называемая «речевая технология» SILK-интерфейса. Первоначально при этой технологии предполагалось, что команды подаются голосом путем произнесения специальных зарезервированных слов. Дальнейшее развитие предполагает распознавание речи и осуществление действий согласно полученным указаниям.

Наиболее важная и сложная проблема – это, собственно, распознавание речи. В рамках существующих сегодня технологий не составляет особого труда обучить компьютер распознавать ограниченный словарный запас конкретного диктора. Но человек может простудиться, а тембр голоса поменяться, тогда сохраненные соответствия перестанут работать. Кроме того, необходимо учитывать, что пунктуация любой фразы в основном определяется ее интонацией и ударениями, поэтому для распознавания слитной речи недостаточно синтаксического анализа. Требуется знание семантическое, то есть отражающее смысл произносимого. Это уже вплотную подводит к проблеме создания искусственного интеллекта. Есть и другой вариант решения, базирующийся на использовании большой базы данных и поиске в ней схожих по звучанию образцов, но этот подход тоже, в общем-то, приближает в итоге к искусственному интеллекту, только с другой стороны.

Таким образом, минимальная поддержка речевого интерфейса требует не только звуковой платы и микрофона, но и существенных дополнительных усилий от самого пользователя.

Биометрическая технология («Мимический интерфейс»). Эта технология возникла в конце 90-х годов XX века. Согласно ей, для управления компьютером используется выражение лица человека, направление его взгляда, размер зрачка, жесты, положение туловища и другие признаки. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация. Изображения считываются при помощи специальных устройств, например, цифровой видеокамерой, затем специализированные программы распознавания выделяют из этих изображений или видеопотока ключевые элементы, которые интерпретируют как команды. Эта технология довольно широко применяется в сфере военной безопасности, но постепенно начинает перебираться и в бытовые отрасли.