Компьютер ми интерфейс технологиясы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьютеров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все больше и встроенных средств вычислительной техники. Пользователей всей этой разнообразной вычислительной техники становится все больше, причем наблюдается развитие двух вроде бы противоположных тенденций. С одной стороны, информационные технологии все усложняются, и для их применения, и тем более дальнейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания. С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей с компьютерами. Компьютеры и информационные системы становятся все более дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области информатики и вычислительной техники. Это стало возможным прежде всего потому, что пользователи и их программы взаимодействуют с вычислительной техникой посредством специального (системного) программного обеспечения - через операционную систему. Операционная система предоставляет интерфейсы и для выполняющихся приложений, и для пользователей.

Содержание

Введение. 3
1. Понятие интерфейса пользователя. 4
2. Виды интерфейсов. 7
2.1 Командный интерфейс. 8
2.2 Графический интерфейс. 10
2.2.1 Простой графический интерфейс. 11
2.2.2 WIMP - интерфейс. 12
2.3 Речевая технология. 13
2.4 Биометрическая технология. 14
2.5 Семантический (общественный) интерфейс. 15
2.6 Типы интерфейсов. 15
3. Методы и средства разработки пользовательского интерфейса. 18
4. Стандартизация пользовательского интерфейса. 21
Список литературы.. 24

Работа содержит 1 файл

реферат икс.docx

Содержание
Введение. 3
1. Понятие интерфейса пользователя. 4
2. Виды интерфейсов. 7
2.1 Командный интерфейс. 8
2.2 Графический интерфейс. 10
2.2.1 Простой графический интерфейс. 11
2.2.2 WIMP - интерфейс. 12
2.3 Речевая технология. 13
2.4 Биометрическая технология. 14
2.5 Семантический (общественный) интерфейс. 15
2.6 Типы интерфейсов. 15
3. Методы и средства разработки пользовательского интерфейса. 18
4. Стандартизация пользовательского интерфейса. 21
Список литературы.. 24

Как известно, процесс проникновения информационных технологий практически во все сферы человеческой деятельности продолжает развиваться и углубляться. Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьютеров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все больше и встроенных средств вычислительной техники. Пользователей всей этой разнообразной вычислительной техники становится все больше, причем наблюдается развитие двух вроде бы противоположных тенденций. С одной стороны, информационные технологии все усложняются, и для их применения, и тем более дальнейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания. С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей с компьютерами. Компьютеры и информационные системы становятся все более дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области информатики и вычислительной техники. Это стало возможным прежде всего потому, что пользователи и их программы взаимодействуют с вычислительной техникой посредством специального (системного) программного обеспечения - через операционную систему. Операционная система предоставляет интерфейсы и для выполняющихся приложений, и для пользователей.

1. Понятие интерфейса пользователя

2. 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.

2.1 Командный интерфейс

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.
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.

2.2 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.
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.

2.2.1 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.
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 (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.

2.2.2 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.
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.

2.3 Речевая технология

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. Основными такими командами (по правилам системы "Горыныч") являются:
"Проснись" - включение голосового интерфейса.
"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.
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.

2.4 Биометрическая технология

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.

2.5 Семантический (общественный) интерфейс

Этот вид интерфейса возник в конце 70-х годов XX века, с развитием искусственного интеллекта. Его трудно назвать самостоятельным видом интерфейса - он включает в себя и интерфейс командной строки, и графический, и речевой, и мимический интерфейс. Основная его отличительная черта - это отсутствие команд при общении с компьютером. Запрос формируется на естественном языке, в виде связанного текста и образов. По своей сути это трудно называть интерфейсом - это уже моделирование "общения" человека с компьютером. С середины 90-х годов XX века публикации, относящихся к семантическому интерфейсу, уже не встречались. Похоже, что в связи с важным военным значением этих разработок (например, для автономного ведения современного боя машинами - роботами, для "семантической" криптографии) эти направления были засекречены. Информация, что эти исследования продолжаются, иногда появляется в периодической печати (обычно в разделах компьютерных новостей).

2.6 Типы интерфейсов

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

Классификация интерфейсов

Современными видами интерфейсов являются:

1. Общественный интерфейс – основан на семантических сетях.

В следующих главах Вы подробнее познакомитесь с этими видами интерфейсов.

Пакетная технология

Рис. 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 (см. рисунок A.3.) 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.

Рис. A.3. Приглашения командной строки в различных операционных системах:

а ) MS-DOS, б ) IRIX.

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.

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.

Графический интерфейс

Как и когда появился графический интерфейс?

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. Об эволюции графического интерфейса с 1974 по настоящее время будет рассказано ниже.

Простой графический интерфейс

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

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

b) 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).

c) 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.

e) 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.

Рис. 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.

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 (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

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.

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.

Речевая технология

– и некоторые другие.

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.

Семантический (Общественный) интерфейс

В архитектуре современных компьютеров все большее значение приобретают внешние шины, служащие для подключения различных устройств. Сегодня это могут быть, например, внешние жесткие диски, CD-, DVD-устройства, сканеры, принтеры, цифровые камеры и прочее. В этой статье – краткое описание современных внешних интерфейсов: USB, FireWire, IrDA, Bluetooth.

Чем хорош интерфейс USB? Теоретически по шине USB можно подключать до 127 устройств! Правда, на практике подсоединяют не более 10 – ограничением служит максимальная пропускная способность канала. Обмен данными с быстродействующими устройствами осуществляется на скорости 12 Мбит/с, а с медленными – на 1.5 Мбит/с. Максимально допустимая длина кабеля составляет 5 м, однако ее можно увеличить, установив дополнительные концентраторы. Имеющаяся в составе шины USB линия питания с допустимым током нагрузки до 500 мА во многих случаях позволяет периферии обходиться без дополнительных источников. Все устройства подключаются в горячем режиме и автоматически конфигурируются благодаря поддержке режима Plug and Play.

Не так давно появилась новая версия стандарта – USB 2.0. Из преимуществ нового стандарта необходимо отметить следующие: во-первых, USB 2.0 унаследовал все достоинства USB 1.1, во-вторых, максимальная скорость обмена увеличилась в 40 раз и составила 60 Мбайт/с, наконец, сохранилась обратная совместимость с устройствами, отвечающими требованиям стандарта USB 1.1. В каких же областях может быть востребован USB 2.0? В первую очередь в качестве интерфейса внешних накопителей данных. Речь идет о приводах DVD, CD-RW и различных мобильных компактных носителях. Появление новых мультимедийных цифровых устройств также диктует необходимость использования высокоскоростного интерфейса. К подобным аппаратам относятся цифровые, видео- и фотокамеры.

Единственным реальным соперником USB 2.0 в борьбе за сердца и кошельки пользователей является интерфейс FireWire, называемый также IEEE1394. В настоящее время этот стандарт все еще дороже своего конкурента и менее распространен.

Изобретателем нового высокоскоростного последовательного интерфейса, который сначала разрабатывался как скоростной вариант SCSI, является фирма Apple. После решения Apple открыть стандарт и сотрудничества с заинтересованными фирмами в 1990 году вышло техническое описание этой шины в виде стандарта IEEE1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 – стандарт института инженеров по электротехнике и электронике 1394).

Скорость передачи данных шины IEEE 1394 – 100, 200, 400 Мбит/c, расстояние – до 4.5 м, количество устройств – до 63. Как и USB, шина IEEE 1394 обеспечивает возможность переконфигурации аппаратных средств компьютера без его выключения. В соответствии с принятым стандартом IEEE1394 существует два варианта разъемов и кабелей.

Первый вариант с 6-контактным разъемом IEEE1394 предусматривает не только передачу данных, но и подачу электропитания на подключенные к соответствующему контроллеру ПК устройства IEEE1394. При этом общий ток ограничен величиной 1.5 А.

Второй вариант с 4-контактным разъемом IEEE1394 рассчитан только на передачу данных. В этом случае подключаемые устройства должны иметь автономные источники питания.

Шина IEEE 1394, используемая для подключения различного видео и аудио оборудования (телевизоры, видеомагнитофоны, видеокамеры и т.д.), осуществляющего передачу данных в цифровом коде, широко известна под названием i.LINK (это торговая марка Sony).

IrDA относится к категории wireless (беспроводных) внешних интерфейсов, однако в отличие от радио-интерфейсов, канал передачи информации создается с помощью оптических устройств. Опыт показывает, что среди других беспроводных линий передачи информации инфракрасный (ИК) открытый оптический канал является самым недорогим и удобным способом передачи данных на небольшие расстояния (до нескольких десятков метров).

Технически сам порт IrDA основан на архитектуре коммуникационного СОМ-порта ПК, который использует универсальный асинхронный приемо-передатчик UART и работает со скоростью передачи данных 2400–115200 bps. Связь в IrDA полудуплексная, т. к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает соседний PIN-диодный усилитель приемника. Воздушный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент.

Первым стандартом, принятым IrDA (InfraredDataAssociation), был, так называемый, SerialInfraredstandart (SIR). Данный стандарт позволял обеспечивать передачу информации со скоростью 115.2 kb/s. В 1994 году IrDA опубликовала спецификацию на общий стандарт, получивший название IrDA-standart, который включал в себя описание Serial Infrared Link (последовательная инфракрасная линия связи), Link Access Protocol (IrLAP) (протокол доступа) и Link Management Protocol (IrLMP) (протокол управления). И, наконец, в ноябре 1995 года Microsoft Corporation заявила о внесении программного обеспечения, обеспечивающего инфракрасную связь, использующую IrDA-standart, в стандартный пакет операционной системы Windows'95. В настоящее время IrDA-standart – самый распространенный стандарт для организации передачи информации по открытому инфракрасному каналу.

Активно продвигаемая консорциумом Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), технология Bluetooth предназначена для построения так называемых персональных беспроводных сетей (personal area network). Оборудование Bluetooth работает в диапазоне частот 2.4 ГГц, для передачи трафика используется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты.

Суммарная пропускная способность сетей Bluetooth – 780 кбит/с. При использовании асинхронного протокола максимальная скорость однонаправленной передачи данных составляет 722 кбит/с. В первоначальном варианте спецификаций (v1.0) предусматривалось, что длина соединений в сетях Bluetooth не будет превышать 10 м, однако в 2001 году нескольким производителям удалось увеличить дальность связи до 100 метров (при работе вне помещений). Это обстоятельство, а также возможность объединения нескольких пикосетей Bluetotth в разнесенную сеть дали основание некоторым экспертам рассматривать технологию Bluetooth в качестве одного из конкурентов 802.11.

К существенным недостаткам этой технологии следует отнести излишнюю гибкость спецификаций Bluetooth, вследствие которой продукты разных производителей оказываются несовместимы друг с другом. Эта проблема частично решена в версии Bluetooth v1.1, появившейся в 2001 году.

Согласно спецификации Bluetooth, два совместимых устройства должны взаимодействовать друг с другом на расстоянии до 10 метров. Например, можно свободно перемещаться, оставив телефон на столе и разговаривая по гарнитуре. Это действительно удобно и просто.

Популярность новых внешних интерфейсов постепенно растет. При этом если шина USB ориентирована, в основном, на устройства ввода, телекоммуникационное оборудование, принтеры, аудио / видео устройства, то IEEE 1394 – на высокоскоростные устройства, такие как устройства хранения данных и цифровую видеоэлектронику.

Однако несмотря на такое позиционирование этих интерфейсов, они все же являются непосредственными конкурентами. Не секрет, что OEM-производители (как рынка компьютеров, так и бытовой электроники) предпочтут работать с одним стандартом, чем с двумя, и окончательный выбор, похоже, будет сделан в ближайшие два-три года. Пока что, технически преимущества на стороне 1394 и его последующей модификации – 1394b, у которого гарантированное соединение и передача данных между устройствами на расстоянии до 100 метров со скоростью от 800 Мбит/с до 3.2 Гбит/с. Найдутся ли весомые аргументы у USB против такого серьезного противника – покажет время.

Что касается IrDA, то он эффективен для обеспечения беспроводной связи между персональным компьютером и периферийными устройствами на небольшом расстоянии, и сегодня практически уже нет мало-мальски уважающей компании, которая бы не производила компоненты для ИК портов.

Ну, а время Bluetooth все еще не пришло, хотя многие пророчат ему светлое будущее. Дело теперь за совместимостью устройств от разных производителей и доступной ценой самого Bluetooth.

(дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Операционную систему м ожно назв ать программным продолжением

устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от

пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с

аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди

освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия

1. По количеству пользователей: однопользовательская ОС

(обслуживает только одного пользователя); многопользовательская (работает

2. По числу процессов: однозадачные (обрабатывают только одну

задачуQ— уже не используются); многозадачные (располагает в оперативной

памяти одновременно несколько задач, которые попеременно обрабатывает

3. По типу средств вычислительной техники: однопроцессорные ,

многопроцессорные (задачи могут выполняться на разнызх процессорах;

серверы, как правило, многопроцессорные), сетевые (обеспечивают

совместное использование ресурсов всеми выполняемыми в сети задачами)

ориентированного на профессиональное применение, должна содержать

 программы, управляющие файловой системой и планирующие

 процессор командного языка, который п ринимает, анализирует и

выполняет команды, адресованные операционной системе.

Каждая операционная система имеет свой командный язык, который

позволяет пользователю выполнять те или иные действия:

Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых

программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет

Попов И.И. Операционные системы, среды и оболочки. – М., 2003.

Для управления внешними устройствами компьютера используются

специальные системные программ ыQ— драйверы. Драйверы стандартных

устройств образуют в совокупности базовую систему ввода - вывода ( BIOS),

которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера.

Основная ф ункция всех операционных систем – посредническая. Она

заключаются в обеспечении нескольких видов интерфейса:

 интерфейса между пользователем и программно-аппаратным и

 интерфейса между программным и аппаратным обеспечением

 интерфейса между разными видами программного обеспечения

Даже для одной аппаратной платформы, например такой, как IBM PC ,

существует несколько операционных систем. Различия между ними

рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние. Внутренние

различия характеризуются методами реализации основных функций.

Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений

данной системы, необходимых для удовлетворения технич еских требований,

По реализации интерфейса польз ователя различают неграфические и

графические операционные системы . Неграфические операционные системы

реализуют интерфейс командной строки . Основным устройством управления

в данном случае является клавиатура. Управляющие ко манды ввод ят в поле

командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды

начинается после ее утверждения, например нажатием клавиши ENT ER. Для

компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки

обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS -

Графические операционные системы реализуют более сложный тип

интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры

может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования.

Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии

активных и пассивных экранных элементов управления.

В качестве активног о элемента управления выступает указатель мыши

– графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с

В качестве пассивных элементов управления выступают графические

элементы управления приложениями (экранные кнопки, значки,

переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами

управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы

наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши

Существуют различные программы и с каждой надо работать по-

разному. Одни программы рассчитаны на работу с клавиатурой, другие – на

работу с мышью, прочие на работу с джойстиком или другими устройствами

экране, другие – в виде графики, прочие могут вообще не пользоваться

взаимодействия человека с программой и программы с человеком называют

интерфейсом пользователя . Если программа сделана так, что с ней работать

Последовательный интерфейс СОМ-порт, его использование. Функциональное тестирование СОМ-портов, ресурсы, конфигурирование, функции BIOS. Универсальная последовательная шина USB: общая характеристика, структура, Физический интерфейс, типы передачи данных.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	14.01.2010
Размер файла	533,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат на тему

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами. В последовательном же интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной линии. СОМ порты PC обеспечивают последовательный интерфейс в соответствии со стандартом RS-232C. При рассмотрении интерфейсов важным параметром является пропускная способность.

Вполне очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных линий по скорости параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных упирается в волновые свойства соединительных кабелей. В случае параллельного интерфейса начинают сказываться задержки сигналов при их прохождении по линиям кабеля, и что самое неприятное, задержки в разных линиях интерфейса могут быть различными вследствие неидентичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных, временные диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов. В последовательных интерфейсах, конечно же, есть свои проблемы повышения производительности, но, поскольку в них используется меньшее число линий (чаще всего - одна), то повышение пропускной способности линий связи обходится дешевле.

1. СОМ-порт

Последовательный интерфейс СОМ-порт (Communication Port - коммуникационный порт) появился в первых моделях IBM PC. Он был реализован на микросхеме асинхронного приемопередатчика Intel 8250. Порт имел поддержку BIOS, однако широко применялось (и применяется) взаимодействие с портом на уровне регистров. Поэтому во всех PC совместимых компьютерах для последовательного интерфейса применяют микросхемы приемопередатчиков, совместимые с i8250. В ряде отечественных почти PC-совместимых компьютеров для последовательного интерфейса применялась микросхема КР580ВВ51 - аналог i8251. Однако эта микросхема является универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком (УСАПП или USART - Universal Asynchronous Receiver-Transmitter). Совместимости с PC на уровне регистров СОМ-порта такие компьютеры не имеют. Хорошо, если у соответствующих компьютеров имеется "честный" драйвер BIOS Int 14h, а не заглушка, возвращающая состояние модема "всегда готов" и ничего не делающая. Совместимость на уровне регистров СОМ-порта считается необходимой. Многие разработчики коммуникационных пакетов предлагают работу и через BIOS Int 14h, однако на высоких скоростях это неэффективно. Говоря о СОМ-порте PC, по умолчанию будем подразумевать совместимость регистровой модели с i8250 и реализацию асинхронного интерфейса RS-232C.

Интерфейс RS-232, совсем официально называемый "EIA/TIA-232-E", но более известный как интерфейс "COM-порта", ранее был одним из самых распространенных интерфейсов в компьютерной технике. Он до сих пор встречается в настольных компьютерах, несмотря на появление более скоростных и "интеллектуальных" интерфейсов, таких как USB и FireWare. К его достоинствам с точки зрения радиолюбителей можно отнести невысокую минимальную скорость и простоту реализации протокола в самодельном устройстве.

Ниже на рисунках 1.1 и 1.2, показаны 9- и 25-контактный COM-порты.

Рисунок 1.1 - 9-контактная вилка типа DB-9M. Нумерация контактов со стороны штырьков.

Рисунок 1.2 - 25-контактная вилка типа DB-25M. Нумерация контактов со стороны штырьков.

1.1 Использование СОМ-портов

СОМ-порты чаще всего применяют для подключения манипуляторов (мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода; питание производится от интерфейса. Мышь с последовательным интерфейсом - Serial Mouse - может подключаться к любому исправному порту. Для согласования разъемов порта и мыши возможно применение переходника DB-9S-DB-25P или DB-25S-DB-9P. Для мыши требуется прерывание, для порта СОМ1 - IRQ4, для COM2 - IRQ3. Жесткая привязка номера IRQ к номеру порта обусловлена свойствами драйверов. Каждое событие - перемещение мыши или нажатие-отпускание кнопки - кодируется двоичной посылкой по интерфейсу RS-232C. Применяется асинхронная передача; двуполярное питание обеспечивается от управляющих линий интерфейса (табл. 1.1).

Технология интерфейса мозг-компьютер (ИМК) была впервые разработана как инструмент, обеспечивающий базовое взаимодействие, такое как общения, без движения. В последние несколько лет произошел сдвиг в сторону новых групп пациентов и приложений, таких как помощь пациентам с инсультом в восстановлении движения или помощь нейрохирургам в более точном картировании мозга для более быстрого и безопасного проведения операций.

Рассмотрим детальнее основные виды современных интерфейсов мозг-компьютер. Их можно разделить на четыре основных группы:

Речевые интерфейсы мозг-компьютер

Интерфейсы для управления киборгами (чипирование живых организмов)

Интерфейсы для реабилитации

Речевые интерфейсы

1) ИМК на основе ЭКоГ на основе слухового внимания к естественной речи

Люди, страдающие тяжелыми нейродегенеративными заболеваниями (например, поздней стадией бокового амиотрофического склероза (БАС)), в конечном итоге теряют мышечный контроль и больше не могут жестикулировать или говорить. Недавние исследования показывают, что электрокортикографические (ЭКоГ) сигналы в гамма-диапазоне (т.е. 70–170 Гц) могут использоваться для определения идентичности звуковых речевых стимулов.

В своей работе [1] авторы изучают эту возможность, реализуя систему реального времени на основе BCI2000, которая использует сигналы ЭКоГ для идентификации присутствующего говорящего.

Задача испытуемого заключалась в том, чтобы выборочно проявить внимание к одному из двух одновременно выступающих говорящих. Авторы смешали две (монофонические) речи в бинауральную презентацию, в которой поток, передаваемый каждому уху, содержал 20% ∶ 80% громкости одного говорящего и 80% ∶ 20% громкости другого, соответственно.

Созданный интерфейс получает звуковой сигнал через микрофон или предварительно загруженный файл. Затем фильтр корреляции сигналов вычисляет значения корреляции, то есть корреляцию между двумя (монофоническими) речами, чтобы определить, на какого говорящего пользователь направляет свое внимание. Наконец, фильтр увеличения обратной связи увеличивает громкость обслуживаемого докладчика и уменьшает громкость другого говорящего, чтобы обеспечить обратную связь с субъектом

2) Распознавание непрерывной речи с помощью интерфейса мозг-компьютер

В течение последних двух десятилетий исследования в области интерфейса мозг-компьютер (ИМК) работали над практическими и полезными приложениями для коммуникации и управления. Тем не менее, многие методы. использующие ИМК, страдают от неестественного взаимодействия или трудоемкого обучения пользователей. Поскольку непрерывная речь обеспечивает очень естественный подход к общению, долгое время стоял вопрос, можно ли разработать ИМК, которые распознают речь по активности коры головного мозга. Воображаемая речь как парадигма ИМК для ограниченных пациентов означала бы значительное улучшение скорости общения и удобства использования без необходимости громоздкого написания с использованием отдельных букв .

В исследовании с 7 участниками [2] авторы впервые показали, что непрерывная речь представлена в мозгу как последовательность фонем(звуков). Эти фонемы могут быть декодированы из записей электрокортикографии (ЭКоГ) и позволяют составить произнесенные слова. Все участники перенесли операцию в связи с трудноизлечимой эпилепсией и согласились участвовать в нашем эксперименте. Расположение электродов определялось исключительно исходя из клинических потребностей пациентов.

Распознавание отдельных фонем

В эксперименте авторы одновременно записывали ЭКоГ-активность и форму звуковой волны, в то время как участники читали вслух разные тексты, состоящие из детской литературы, фанфиков или политических выступлений. Авторы согласовали нейронные данные по времени с маркировкой фонем, полученных из звуковых данных, с помощью собственного инструментария распознавания речи BioKIT. Это позволило идентифицировать нейронную активность, соответствующую производству каждой фонемы.

Затем авторы объединили фонемное(звуковое) представление корковой активности с языковой информацией, используя технологию автоматического распознавания речи, чтобы реконструировать слова в мысленно произнесенных фразах. Информация о языке включается в процесс декодирования через языковую модель и словарь произношения. Словарь произношения содержит отображения фонемных последовательностей в слова. Языковая модель статистически моделирует синтаксическую и семантическую информацию, предсказывая следующие слова с учетом предшествующих слов.

Результаты показали, что с ограниченным набором слов в словаре интерфейс может восстанавливать полные предложения. На рисунке показаны различные этапы декодирования непрерывно произносимых фраз из нейронных данных.

Например, последовательность воображаемых фонем (звуков)

Интерфейс распознает и произнесёт как

Моторные интерфейсы

Интерфейс мозг-машина для управления движением пальцев

Одно из направлений исследования интерфейса мозг-машина (ИММ) - разработку усовершенствованных нейронно-контролируемых протезов для восстановления или замены двигательной функции у пациентов с параличом верхней конечности. Чтобы развить высокоэффективный моторный ИММ, необходимо понимать, как сигналы, полученные от нервных имплантатов, кодируют грубые и тонкие движения верхних конечностей.

Электрокортикография (ЭКоГ) широко изучалась для моторного декодирования и контроля сигналов. По сравнению с другими инвазивными и неинвазивными методами нейронной записи, ЭКоГ обеспечивает хороший компромисс между степенью охвата, качеством сигнала и стабильностью сигнала.

Хотя принципы представления движений рук и пальцев в моторной коре не до конца понятны, некоторая степень разделимости может быть обнаружена в сигналах ЭКоГ, записанных с сенсомоторной коры во время движений отдельных пальцев.

Сетка ЭКоГ с высокой плотностью 8 × 16 была имплантирована субдурально в сенсомоторные области 20-летнего мужчины, страдающего трудноизлечимой эпилепсией. Матрица высокой плотности охватывала центральную борозду предполагаемых сенсомоторных областей руки.

Предварительное картирование высокой гамма-активации на сетке hd-ECoG было выполнено с использованием задачи постукивания пальцем и пассивной вибротактильной стимуляции.

Иерархический классификатор использовался для предсказания того, какой палец двигался, на основе корреляторов гамма движений пальцев. Классификатор сначала произвел двоичную классификацию того, двигается ли палец или нет. Если движение пальца имело место, то выполнялась последующая 5-ступенчатая классификация того, какой палец двигался.

Исследование впервые показало, что сигналы ЭКоГ, записанные с сенсомоторной коры головного мозга человека, могут быть использованы для онлайн-контроля движений отдельных пальцев на подвижной протезной руке. Модель декодирования, использованная в этом исследовании, не требовала длительного периода обучения или изучения нового отображения для управления движениями пальцев. Вместо этого она извлекала информацию из нейронных сигналов, связанных с движениями пальцев, что позволяло естественным образом управлять пальцами протеза. Анализируя точность декодирования нейронных активаций, которые предшествуют временной шкале сенсорной обратной связи, авторы обнаружили, что, вероятно, ИМК может обеспечить индивидуальный контроль пальцев даже при отсутствии сенсорной афферентной информации, например, в случае пациентов с травмами спинного мозга.

Интерфейсы для управления киборгами (чипирование живых организмов)

Авторы работы [4] создали киборга путем хирургического соединения портативного микростимулятора с нервами антенн живого таракана. Применяя специальную микростимуляцию, киборгом можно дистанционно управлять поворотами влево и вправо. Намерение движения может быть получено из человеческого мозга через интерфейс мозг-компьютер. Электроэнцефалография (ЭЭГ) на основе установившегося визуального вызванного потенциала (SSVEP) использовалась для передачи намерений человека. Были разработаны и проведены эксперименты с различными вариантами испытаний для проверки производительности предложенной системы. Результаты экспериментов показали, что средние показатели успешности реакций человеческого ИМК и киборга в одном решении превышали 85%. Киборгом можно было успешно управлять через человеческий мозг, чтобы он мог пройти по заранее заданным дорожкам с 20% успешностью.

Структура разработанной системы показана на рис. 1. ИМК на основе SSVEP с тремя состояниями использовался для декодирования намерения контроллера. Три мигающих квадратных блока представляли источник стимуляции SSVEP , которые были расположены отдельно вверху в середине, внизу слева и внизу справа на экране ПК. Частота мерцания каждого блока была установлена равной 12,5, 8,33, 6,818 Гц, обозначая команды управления покоя, левого и правого поворота соответственно. Человек (контролер) сидел перед экраном ПК, чтобы управлять направлением, с портативным устройством захвата ЭЭГ.

Таракан-киборг был разработан после несложной хирургической операции. Авторы хирургическим путем установили микростимулятор на таракана, вставив три крошечные серебряные иглы (левый, правый, заземляющий электрод) в усики таракана и в грудную клетку. Схема электростимуляции для киборга представляла собой прямоугольный импульс с амплитудой 1,5 В, частотой 50 Гц, коэффициентом заполнения 50% и шириной 500 мс. Такая конфигурация могла вызвать умеренную и правильную реакцию киборгов и, следовательно, гарантировать хорошую производительность онлайн-контроля.

Были созданы три таракана-киборга. В каждом эксперименте таракана помещали на расстоянии около 1,5 м от главного компьютера. Для каждого испытуемого киборга было проведено десять контрольных онлайн-испытаний. Перед онлайн-контролем каждый таракан сначала прошел 120-секундный тренировочный прогон для оптимизации классификатора SSVEP. Между двумя последовательными испытаниями давали 120-секундный отдых, чтобы свести к минимуму эффекты от усталости как у людей, так и у насекомых. Кроме того, в этом исследовании были проведены эксперименты для контрольных групп. Для системы в экспериментах были спроектированы и испытаны два типа трасс: S-образная трасса и трасса для обхода препятствий.

Результаты экспериментов показали, что средний показатель успешности онлайн-экспериментов, достигнутых с этой системой, составил 20% для S-образной дорожки. При использовании трассы с препятствиями вероятность успешного онлайн-контроля может достигать 40%. Демонстрационное видео успешной навигации по S-образному треку:

Интерфейсы для реабилитации

Облегчение восстановления корковой активности на основе ИМК, связанной с началом походки после разовой многоуровневой хирургии при церебральном параличе.

Во многих случаях развитие вторичных костно-мышечной патологии при ДЦП способствует потере функции, ухудшению походки, усталости, ограничению активности и ограничению жизнедеятельности. Одна из основных методик - многоуровневая ортопедическая хирургия, направленная на исправление всех деформаций и улучшение походки. После этой процедуры часто требуется период до 2 лет, чтобы выйти на уровень функционального плато.

Большинство методов реабилитации после хирургического вмешательства основаны на периферической реорганизации моторного контроля, инициируемой периферической физиотерапией. Однако ЦП поражает в первую очередь структуры мозга. Это говорит о том, что и периферическая нервная система (ПНС), и центральная нервная система (ЦНС) должны быть интегрированы в физиотерапевтическую и когнитивную реабилитационную терапию. Именно такой подход предлагается в этом направлении создания интерфейсов мозг-компьютер.

Предлагается [5] система ИМК, состоящая из двух этапов: первая - как повторное обучение корковой активности, связанной с походкой (см. Рис. 3): была разработана виртуальная среда, в которой было предложено представить, что они начали ходить. Второй - активный контроль реабилитационной терапии на роботизированной платформе. Таким образом, первый месяц после операции, когда пациент обездвижен, является наиболее подходящим периодом для подготовки мозга к новым образцам походки, которые позже будут продвигаться в процессе физической реабилитации с помощью роботов. С таким подходом удаётся снизить период реабилитации до 2 месяцев.

Собственный интерфейс

Для разрабатываемой мною роботизированной руки

Было решено, в качестве одной из систем управления, попытаться реализовать некое подобие ИМК. Пока что это только двухэлектродный энцефалограф, но в дальнейшем планируется сборка полноценного медицинского энцефалографа.

Электрическая схема, схема электродов были взяты из работ других пользователей, и не представляют собой каких-либо новаторских решений. Данным устройством удалось считать реакцию на моргание

Источники

Читайте также: