Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра компьютерных технологий

 

 

 

 

ИНТЕРФЕЙСЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ 

Конспект лекций для студентов всех форм обучения по специальности 5В070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение

 

 

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: Мусатаева Г.Т., Конуспаева А.Т., Байжанова Д.О. Интерфейсы компьютерных систем. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 5В070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение.- Алматы: АУЭС, 2011. - 60 с.

  

Конспект лекций разработан в соответствии с требованиями  квалификационной характеристики специалиста, государственных стандартов, типовой программы курса. Они составлены с учетом активизации процесса изучения основ курса и являются подготовкой к проведению лабораторных работ.

Конспект лекций предназначен для студентов всех форм обучения специальности 5В070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение.

Библиография – 6 названий.

  

Рецензент: канд. физ.-мат. наук, доцент Б. М. Шайхин.

  

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.

  

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.


1 Лекция. Инженерно - психологическое проектирование интерфейса взаимодействия оператора  с  вычислительной системой

 

Вопросы проектирования и выбора пользовательских, программно-аппаратных интерфейсов, реализующих взаимодействие человека-оператора с компьютерной системой.

Комплекс интерфейсов компьютерных систем. Взаимосвязь интерфейсов компьютерных систем. Определения интерфейсов. Актуальность интерфейсов.

В последние годы успехи использования компьютерных систем в возрастающей степени стали определяться ролью, которую играют интерфейсы взаимодействия  пользователя с программным приложением. В  общем случае понятие  интерфейса достаточно широкое понятие и применимо к  различным  областям  компьютерных технологий.

Предметом изучения в данном курсе являются пользовательские интерфейсы в их взаимосвязи с программно-аппаратными интерфейсами уровня приложений. Интерес к этой области проявился со стороны не только специалистов в области вычислительной техники, но и эргономистов, психологов, социологов и разработчиков графических систем, что свидетельствует о многоплановом характере этой проблемы. Как часто показывала практика, для успешного решения многих прикладных задач в компьютерных  системах необходимо комплексное рассмотрение проблем, связанных с разработкой и (или) выбором  интерфейсов.

Технологии создания пользовательских и программно-аппаратных интерфейсов должны  рассматриваться  комплексно. За последние годы методы организации интерфейса в системе человек-компьютер получили значительное развитие и приобрели определенную логическую завершенность. Интерфейс можно разделить на несколько уровней, функ­ции которых можно представить в виде обобщенных структур. Такая интерпретация помогает объяснить свойства каждой структуры, а также обосновать принятые принципы их использования. Например, при проектировании интерактивного WEB-приложения разработчики сталкиваются с выбором ряда интерфейсов:

- интерфейса на уровне взаимодействия пользователя с клиентской  программой;

- интерфейса на уровне взаимодействия клиентской машины с машиной сервером;

- интерфейса на  уровне взаимодействия сервера со сторонней программой или c другим сервером.

К примеру, при разработке WEB-приложения, первый интерфейс реализуется выбором и обоснованием компонент WUI (Web user interface), второй выбором методов посылки запросов на сервер, третий использованием CGI (Common Gateway interface) или с применением SQL-запросов (см. рисунок 1).

Существует  несколько определений понятия интерфейса компьютерных систем, назовем некоторые из них. Одно из них так определяет пользовательский интерфейс как правила взаимодействия пользователя с


Рисунок 1 - Разработка WEB-приложения

 

приложением (или операционной средой), а также средства и методы, с помощью которых эти правила реализуются. Также интерфейс  взаимодействия определяется как совокупность  аппаратно-программных  средств, средств  отображения  информации  и протоколов  обмена информацией, обеспечивающих  достоверное  и  надежное  взаимодействие  человека с ЭВМ для решения  определенных  задач. Под аппаратным интерфейсом компьютера (Interface - сопряжение) понимают  совокупность  различных характеристик какого либо переферийного устройства РС, определяющих организацию  обмена  информацией между  ним и центральным процессором. Это электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности  подключения.

Таким образом, первое, с чем сталкивается пользователь, начиная работать с приложением, это его интерфейс. Непродуманный, неудачный интерфейс может свести на нет все его достоинства. Сказанное относится, как к локальным приложениям, так и к приложениям, обеспечивающим работу пользователей в сети. О важности проблем интерфейса, может говорить следующий факт. Американский национальный институт стандартов (ANSI) имеет по данному направлению специальную консультативную группу - Комитет по стандартам интерфейса Человек-Компьютер (The Human-Computer Interface Standard Committee). Существуют подобные организации не только в США, но и в других странах, более того, имеются также международные исследовательские группы, работающие в этом направлении, например, Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (International Telegraph and Telephone Consultation Committee), который изучает особенности интерактивных элементов интерфейса.

Многими этими организациями или рабочими группами в свое время были подготовлены проекты документов по стандартизации пользовательских интерфейсов, содержащие принципы их проектирования и реализации.

 

Контрольные вопросы

1. Какие  интерфейсы изучаются  в  данном курсе?

2. Чем отличаются интерфейсы  различных уровней?

3. Каковы различные определения  интерфейсов компьютерных  систем?

4.Какие организации занимаются вопросами  пользовательских  интерфейсов?

 

2 Лекция. Цели и задачи инженерно-психологического проектирования  интерфейса взаимодействия человека с вычислительной средой

 

Роль человека - оператора в компьютерных системах

Использование вычислительной техники в системах управления, в организационной, управленческой и конструкторской деятельности, в процессах обучения и научных исследованиях вовлекает в работу с компьютерами специалистов из самых разных сфер человеческой деятельности. Неодинаковая степень квалификации и подготовки пользователей ЭВМ требует совершенствования компьютеров, повыше­ния удобства работы с ними и интеллектуализации ЭВМ. Особое место в интеллектуализации занимает создание такого интерфейса между человеком и вычислительной системой (ВС), который обеспечивал бы эффективное взаимодействие с компьютером даже неподготовленного пользователя.

Говоря об организации интерфейса "человек-компьютер", необходимо рассматривать 2 основные задачи:

- разработка средств ввода-вывода, реализующих эффективные и удобные формы ввода и отображения информации;

- разработка программного обеспечения, повышающего смысловое содержание диалога и поддерживающего неформализованные процедуры взаимодействия.

Широкий спектр задач, решаемых на ЭВМ, делает проблему по­строения интерфейса неоднозначной, зависящей от специфики той предметной области, в которой применяется компьютерная систе­ма. Ясно, что взаимодействие пилота самолета с бортовой ЭВМ должно быть организовано иначе, чем общение школьника с обучаю­щей системой.

Вследствие этого, задачей построения человеко-машинной системы и организации взаимодействия в ней является изучение различных категорий пользователей, их деятельности и возможностей человека по восприятию и обработке информации. Результаты решения этой задачи дают возможность структурировать деятельность пользователя - оператора, учесть психофизиологические характеристики, которые необходимо учитывать при проектировании любой человеко-машинной системы. Эта информация направлена на предпроектный анализ предметных областей при создании компьютерных систем. Целью этого анализа является распределение функций между человеком и ЭВМ, а также идентификация требований к аппаратному и программному обеспечению.

На сегодняшний день разработан  достаточно  широкий  спектр программных и аппаратных средств организации взаимодействия че­ловека с компьютерными системами. Помимо традиционных форм общения, создаются системы поддержки речевого диалога и диалога на естественном языке. С учетом этого другой важной  задачей  является организация процесса проектирования взаимодействия человека с ЭВМ в прикладных программах. В  вопросах  разработки  пользовательских интерфейсов важную  роль занимает инженерная психология.

Инженерная психология - научная дисциплина, изучающая объективные закономерности процессов информационного взаимодейс­твия человека и техники для использования их в практике проекти­рования, создания и эксплуатации систем «человек – машина» (СЧМ).

Основные задачи инженерной психологии:

- анализ функций, роли и места человека в СЧМ;

-  изучение структуры и классификация деятельности  оператора;

- изучение процессов обработки информации при принятии реше­ний и реализации управляющих воздействий;

- разработка принципов построения рабочих мест оператора;

- изучение влияния психологических факторов на эффективность СЧМ;

-  оптимизация информационного взаимодействия человека с тех­ническими системами;

- разработка принципов и методов профессиональной подготовки операторов;

- разработка теории инженерно-психологического проектирования и ее использование при создании СЧМ.

Рассмотрим место и роль человека - оператора в общей схеме обработки информации и управления (см. рисунок 2). Роль оператора сво­дится к восприятию и оценке информации, поступающей из разнород­ных источников с последующим принятием решения, формированием и реализацией команд для его исполнения. Помимо информации о состоянии контролируемого процесса, на работу оператора оказывают влияние указания операторов или руководителей подсистем верхних уровней. Операторы более высокого уровня наряду с системами ав­томатического управления могут вмешиваться в процесс управления на стадии реализации управляющих воздействий.

Помимо перечисленных функций, операторы осуществляют также контроль за состоянием самой системы управления. В процессе взаимодействия человека с техническими средствами, оператор на основании принятой и проанализированной информации принимает необходимое решение по управлению. Процедура принятия решения является центральной на всех уровнях приема и переработки информации. После принятия решения от человека-оператора поступает управляющее воздействие, которое далее путем преобразований попадает в систему управления. Общая схема обработки информации  и управления  приведена на рисунке 2.


Рисунок 2 - Общая схема обработки информации и управления

 

Контрольные вопросы

1. Какие основные задачи рассматриваются при организации интерфейса «человек-компьютер»?

2. Что изучает инженерная психология?

3. Какие основные задачи решает инженерная психология при организации интерфейса «человек-компьютер»?

 личные  определения  интерфейсов  компьютерных  систем?

4. Каковы место и роль человека - оператора в общей схеме обработки информации и управления?

5. Прокомментируйте общую схему обработки информации и управления.

 

3 Лекция. Характеристики интерфейса взаимодействия. Естественность, согласованность интерфейса. Принцип «обратной связи». Простота интерфейса. Свойства  интерфейса. Правила  создания  интерфейса

 

Создание качественного интерфейса предполагает реализацию принципа «интересы пользователя превыше всего» и соответствующую методологию разработки всего программного продукта. В англоязычной литературе для описания такого подхода используется термин User-centered Design (UCD) - «Разработка, ориентированная на пользователя». Эта технология, кроме всего прочего, предполагает как можно более раннее проектирование интерфей­са с последующим его развитием в процессе разработки самого программ­ного продукта.

Свойства "хорошего" интерфейса пользователя заключается в том, что пользователь всегда чувствует, что он управляет программным обеспече­нием, а не программное обеспечение управляет его чувствами. Для создания у пользователя такого чувства «внутренней свободы» интерфейс должен обладать целым рядом свойств, рассмотренных ниже.

Естественность интерфейса

Естественный интерфейс - такой, который не вынуждает пользователя существенно изменять привычные для него способы решения задачи. Это, в част­ности, означает, что сообщения и результаты, выдаваемые приложением, не должны требовать дополнительных пояснений. Целесообразно также сохра­нить систему обозначений и терминологию, используемые в данной предметной  области. Использование знакомых пользователю понятий и образов (метафор) обес­печивает интуитивно понятный интерфейс при выполнении его заданий.

Согласованность интерфейса

          Согласованность позволяет пользователям переносить имеющиеся знания на новые задания, осваивать новые аспекты более быстро и благодаря этому фокусировать внимание на решаемой задаче, а не тратить время на уяснение различий в использовании тех или иных элементов управления, команд и т. д. Обеспечивая преемственность полученных ранее знаний и навыков, согласованность делает интерфейс узнаваемым и предсказуемым.  Согласованность важна для всех аспектов интерфейса, включая имена команд, визуальное представление информации и поведение интерактивных элемен­тов. Для реализации свойства согласованности в создаваемом программном  обеспечении необходимо учитывать его различные аспекты.

Согласованность в пределах приложения

          Одна и та же команда должна выполнять одни и те же функции, где бы она ни встретилась, причем одним и тем же образом. Например, если в одном диало­говом окне команда «Копировать» означает немедленное выполнение соответствующих действий, то в другом окне она не должна требовать от пользователя дополнительно указать расположение копируемой информации. Другими словами, используйте одну и ту же команду, чтобы выполнить функции, которые кажутся подобными пользователю.

          Согласованность в пределах рабочей среды

          Поддерживая согласованность с интерфейсом, предоставляемым операцион­ной системой (например, ОС Windows), ваше приложение может опираться на те знания и навыки пользователя, которые он получил ранее при работе с другими приложениями

Дружественность интерфейса (принцип «прощения»)

          Пользователи обычно изучают особенности работы с новым программным про­дуктом методом проб и ошибок. Эффективный интерфейс должен принимать во внимание такой подход. На каждом этапе работы он должен разрешать только соответствующий набор действий и предупреждать пользователей о тех ситуа­циях, где они могут повредить системе или данным, еще лучше, если у пользова­теля существует возможность отменить или исправить выполненные действия. Даже при наличии хорошо спроектированного интерфейса пользователи могут делать те или иные ошибки. Эти ошибки могут быть как «физического» типа (случайный выбор неправильной команды или данных), так и «логического» (принятие неправильного решения о выборе команды или данных). Эффектив­ный интерфейс должен позволять предотвращать ситуации, которые, вероятно, закончатся ошибками. Он также должен уметь адаптироваться к потенциальным ошибкам пользователя и облегчать ему процесс устранения последствий таких ошибок.

Принцип «обратной связи»

           Обратная связь с пользователем состоит в том, что каждое действие пользова­теля должно получать визуальное, а иногда и звуковое подтверждение того, что программное обеспечение восприняло введенную команду; при этом вид реакции, по возможности, должен учитывать природу выполненного действия. Обратная связь эффективна в том случае, если она реализуется своевременно, то есть как можно ближе к точке последнего взаимодействия пользователя с системой. Когда компьютер обрабатывает поступившее задание, полезно пре­доставить пользователю информацию относительно состояния процесса, а так­же возможность прервать этот процесс в случае необходимости.

Простота интерфейса

          Интерфейс должен быть простым. При этом имеется в виду не упрощенче­ство, а обеспечение легкости в его изучении и использовании. Кроме того, он должен предоставлять доступ ко всему перечню функциональных возможно­стей, предусмотренных данным приложением. Реализация доступа к широ­ким функциональным возможностям и обеспечение простоты работы проти­воречат друг другу. Разработка эффективного интерфейса призвана сбалан­сировать эти цели.  Один из возможных путей поддержания простоты - представление на экране информации, минимально необходимой для выполнения пользователем оче­редного шага задания. В частности, необходимо избегать многословных командных имен или сообщений. Непродуманные или избыточные фразы затрудняют пользователю извлечение существенной информации.  Другой путь к созданию простого, но эффективного интерфейса - размеще­ние и представление элементов на экране с учетом их смыслового значения и логической взаимосвязи. Это позволяет использовать в процессе работы ассо­циативное мышление пользователя.

Можно также помочь пользователям управлять сложностью отображаемой информации, используя последовательное раскрытие (диалоговых окон, разделов меню и т. д.). Последовательное раскрытие предполагает такую организацию информации, при которой в каждый момент времени на экране находится только та ее часть, которая необходима для выполнения очередного шага. Сокращая объем информации, представленной пользователю, уменьшается объем информации, подлежащей обработке. Примером такой организации является иерархическое (каскадное) меню, каждый уровень которого отображает только те пункты, которые соответствуют одному, выбранному пользователем, пункту более высокого уровня.

Гибкость интерфейса

Гибкость интерфейса - это его способность учитывать уровень подготовки и производительность труда пользователя. Свойство гибкости предполагает возможность изменения структуры диалога и/или входных данных. Концепция гибкого (адаптивного) интерфейса в настоящее время является одной из основных областей исследования взаимодействия человека и компьютера. Ос­новная проблема состоит не в том, как организовать изменения в диалоге, a в том, какие признаки нужно использовать для определения необходимости вне­сения изменений и их сути. Существуют три вида адаптации фиксированная, полная и косметическая.

          При фиксированной адаптации пользователь явно выбирает уровень диалого­вой поддержки. Простейший вариант такой адаптации основан на использова­нии правила двух уровней, согласно которому система обеспечивает два вида диалога:

-           подробный (для начинающего пользователя);

-           краткий (для подготовленного пользователя).

Правило двух уровней может быть расширено до правила N-уровней диалога.

Однако такой подход имеет несколько недостатков:

- не учитывается тот факт, что навыки накапливаются постепенно;

- пользователь может хорошо знать одну часть системы и совсем не знать другую;

- пользователь сам определяет уровень своей подготовки, что снижает объек­тивность оценки.

При полной адаптации диалоговая система стремится построить модель пользо­вателя, которая по мере обучения последнего и определяет стиль диалога в зависимости от этих изменений. При этом одной из основных проблем является распознавание характеристик пользователя. Для ее решения необходимо определить, что использовать в качестве таких характеристик: время, затрачи­ваемое пользователем на ответ, количество его обращений за помощью или характер ошибок и тип запрашиваемой помощи.

Косметическая адаптация призвана обеспечить гибкость диалога без учета поведения пользователя, но и без однозначного выбора им конкретного стиля диалога.

Такой адаптации можно достичь за счет применения следующих методов:

- использование умолчаний;

- использование сокращений;

- опережающий ввод ответов;

- многоуровневая помощь;

- многоязычность.

Использование умолчаний. Сущность умолчания состоит в том, что система использует некоторое изначально заданное значение какого-либо параметра, пока пользователь не изменит его. В этом случае имеют место два аспекта адап­тации системы:

- во-первых, начинающий пользователь имеет возможность использовать большинство параметров системы по умолчанию;

- во-вторых, система может запоминать значения, либо заданные при последнем сеансе работы (например, имя редактируемого файла), либо наиболее используемые.

Для удобства начинающих пользователей значения, используемые по умолчанию, могут выводиться на экран вместе с соответствующим вопросом системы, например: «Дата регистрации документа? [текущая]».

Самый распространенный способ принятия значений по умолчанию - это нулевой ввод, то есть простое нажатие клавиши «Ввод» в качестве ответа на воп­рос системы. Если используется командный язык, то пользователь просто пропускает параметр, используемый по умолчанию.

Использование сокращений предполагает, что пользователь вместо полного имени команды может вводить ее любое допустимое сокращенное обозначе­ние. Идея опережающего ввода ответов заключается в том, что пользователь имеет возможность на  очередном шаге диалога  вводить не  один  ответ, а  цепочку  последовательных ответов,  упреждая  возможные вопросы системы.

Один из методов обеспечения многоуровневой помощи состоит в том, что сна­чала на экран выводится сообщение начального уровня, а затем пользователь может уточнить полученную информацию, используя переход на более низкий уровень по ключевому слову. На таком принципе основана работа многих современных Help-систем, обучающих гипертекстовых систем.

Сущность многоязычности интерфейса состоит в том, что структура и семантика диалоговых сообщений, которые выдает и получает, пользователь должны отвечать нормам родного языка пользователя и не зависеть от того, на каком языке разработаны инструментальные средства, которые он использует.

Возможный подход к реализации многоязычности - создание средств реакции системы на действия пользователя (сообщения-запросы, подсказки, сооб­щения об ошибках) отдельно от синтаксиса языка программирования (инстру­ментальных средств).

Эстетическая привлекательность интерфейса, проектирование визуальных компонентов, является важнейшей составной час­тью разработки программного интерфейса. Корректное визуальное представ­ление используемых объектов обеспечивает передачу весьма важной дополни­тельной информации о поведении и взаимодействии различных объектов. В то же время следует помнить, что каждый визуальный элемент, который появля­ется на экране, потенциально требует внимания пользователя, которое, как из­вестно, не безгранично. Следует обеспечить формирование на экране такой графической среды, которая не только содействовала бы пониманию пользователем пред­ставленной информации, но и позволяла бы сосредоточиться на наиболее важных ее аспектах.

Обобщая изложенное, можно кратко сформулировать те основные правила, соблюдение которых позволяет рассчитывать на создание эффективного пользовательского интерфейса.

- проектирование пользовательского интерфейса следует рассматривать как самостоятельный этап в создании приложения, и его выполнение должно на­чинаться как можно раньше;

- необходимо учитывать возможности и особенности аппаратно-программ­ных средств, на базе которых реализуется интерфейс;

- целесообразно учитывать особенности и традиции той предметной облас­ти, к которой относится создаваемое приложение;

- процесс разработки интерфейса должен носить итерационный характер, его обязательным элементом должно быть согласование полученных результа­тов с потенциальным пользователем;

- средства и методы реализации интерфейса должны обеспечивать возможность его адаптации к потребностям и характеристикам пользователя.

 

Контрольные вопросы

1. Каковы свойства "хорошего" интерфейса пользователя?

2. Что  означает  фиксированная, полная и косметическая адаптация при  проектировании  пользовательского  интерфейса?

3. Как используется принцип умолчаний в  пользовательских  интерфейсах?

4. Как реализуется эстетическая  привлекательность в  пользовательских  интерфейсах?

 

4 Лекция. Характеристики человека-оператора. Психофизиологические характеристики операторов. Темп ведения диалога. Время ответа (отклика) системы

 

Психофизиологические характеристики операторов являются актуальными при общении с компьютерной  системой. В первую очередь это:

- способности к приему и переработке информации;

- объем сенсорной и кратковременной памяти;

- умение концентрировать внимание на наиболее важной информации;

- способность воспроизводить информацию из долговременной памяти;

- моторные навыки и реакции;

- время реакции;

- восприимчивость цветовой гаммы и т. д.

Перечисленные характеристики пользователей должны учитываться при разработке интерактивных приложений посредством  обеспечения комфортного темпа работы пользователя с  программным  приложением, а также с помощью продуманного выбора визуальных атрибутов отображаемой на экране информации.

Темп ведения диалога

Темп ведения диалога зависит от характеристик аппаратных и программных средств компьютера, а также от специфики решаемых задач. Требование соответствия темпа ведения диалога психологическим особенностям человека выд­вигает ограничения на значения этих характеристик не только «сверху», но и «снизу». Поясним это утверждение.

Время ответа (отклика) системы определяется как интервал между событием и реакцией системы на него. Данная характеристика интерфейса определяет задержку в работе пользователя при переходе к выполнению следующего шага задания. Важность учета темпа ведения диалога была осознана еще в 60-х годах, когда появились первые интерактивные системы. Медленный ответ системы не со­ответствует психологическим потребностям пользователя, что приводит к сни­жению эффективности его деятельности. Слишком быстрый ответ также мо­жет создать неблагоприятное представление о системе. Требования к времени ответа зависят от того, что ожидает пользователь от работы системы, и от того, как взаимодействие с системой влияет на выполнение его заданий. Исследования показали , что если время ответа меньше ожидаемого, точность выбора операции из меню увеличивается с увеличением времени ответа системы. Это связано с тем, что излишне быстрый ответ системы как бы подгоняет пользователя, заставляет его суетиться в стремлении не отставать от более расторопного партнера по общению. Время ответа должно соответствовать естественному ритму работы пользова­телей. В обычном разговоре люди ожидают ответа около 2 секунд и ждут того же при работе с компьютером. Время ожидания зависит от их состояния и намерений. На представления пользователя оказывает сильное влияние также его предшествующий опыт работы с системой.

Обычно человек может одновременно запомнить сведения о пяти - девяти предметах. Считается также, что хранение данных в кратковременной па­мяти ограничено по времени: около 2 секунд для речевой информации и 30 секунд для сенсорной. Поэтому люди имеют склонность разбивать свою деятельность на этапы, соответствующие порциям информации, которые они могут хранить одновременно в памяти. Завершение очередного этапа называется клаузой. Задержки, препятствующие наступлению клаузы, очень вредны и неприятны, так как содержимое кратковременной памяти требует постоянного обновления и легко стирается под влиянием внешних факторов. Зато после паузы подобные задержки вполне приемлемы и даже необходимы. Завершение задачи, ведущее к отдыху, называют закрытием. В  момент исчезает необходимость дальнейшего хранения информации, и человек получает существенное психологическое облегчение. Так как пользователи интуитивно стремятся к закрытию в своей работе, следует делить диалоги на фрагменты, чтобы пользователь мог «вовремя» забывать промежуточную информацию. Пользователи, особенно новички, обычно предпочитают много мелких операций одной большой операции, так как в этом случае они могут не только лучше контролировать общее продвижение решения и обеспечить ее удовлетворительный ход, но и отвлечься от деталей работы на предыдущих этапах.

Имеющиеся результаты исследований позволили выработать следующие ре­комендации по допустимому времени ответа интерактивной системы:

- 0,1...0,2 с - для подтверждения физических действий (нажатие клавиши, ра­бота с мышью);

- 0,5... 1,0 с - для ответа на простые команды (например, от момента ввода ко­манды, выбора альтернативы из меню до появления нового изображения на экране);

- 1...2 с - при ведении связного диалога (когда пользователь воспринима­ет серию взаимосвязанных вопросов как одну порцию информации для формирования одного или нескольких ответов; задержка между следую­щими друг за другом вопросами не должна превышать указанную дли­тельность);

- 2...4 с - для ответа на сложный запрос, состоящий в заполнении некоторой формы, если задержка не влияет на другую работу пользователя, связанную с  первой, могут быть приемлемы задержки до 10с;

- более 10 с - при работе в мультизадачном режиме, когда пользователь  принимает данную задачу как фоновый процесс. Принято считать, что если пользователь не получает ответ в течение 20 с, то это не интерактивная система. В таком случае пользователь может «забыть» о задании, заняться решени­ем другой задачи и возвращаться к нему тогда, когда ему будет удобно. При этом программа должна сообщать пользователю, что задержка ответа не является следствием выхода системы из строя (например, путем регулярного обновления строки состояния системы или ведения протокола выполнения зада­ния пользователя).

Визуальные атрибуты отображаемой информации

К визуальным атрибутам отображаемой информации относятся:

- взаимное расположение и размер отображаемых объектов;

- цветовая палитра;

- средства привлечения внимания пользователя.

Необходимость учета взаимного расположения объектов на экране связана с право-левой асимметрией головного мозга человека. Известно, что левое и правое полушария по-разному участвуют в восприятии и переработке инфор­мации. В частности, при запоминании слов ведущую роль играет левое полу­шарие, а при запоминании образов более активно правое. Информация с пра­вой части экрана поступает непосредственно в левое полушарие, а с левой ча­сти - в правое (естественно, при бинокулярном зрении оператора). У некоторых людей это распределение функций полушарий противоположно, у женщин асимметрия выражена слабее, чем у мужчин. Этот факт еще раз подтверждает необходимость индивидуализации характера отображения информации. Учет праволевой асимметрии памяти имеет существенное значение, если интерва­лы следования сообщений не превышают 10 с. Поэтому приведенные рекомен­дации следуют в первую очередь учитывать в интерфейсах программ, работаю­щих в режиме реального времени.

Другая важная особенность - это ограниченность кратковременной памяти  оператора, способной хранить одновре­менно не более пяти - девяти объектов.

Прием визуальной информации содержит ряд элементарных процессов: обнаружение, различение, опознание и декодирование. На выполнение этих процессов основное влияние оказывают следующие характеристики зрения оператора:

- цветовое восприятие;

- пространственное;

- яркостное;

- временное.

Все они в значительной степени зависят от размеров и свойств излучения объек­тов, отображаемых на экране.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите  основные психофизиологические характеристики операторов?

2. Что означает время ответа (отклика) системы?

3. Перечислите визуальные атрибуты отображаемой информации.

 

5 Лекция. Психофизиологические характеристики операторов. Характеристики цветового восприятия. Пространственные характеристики

 

Характеристики цветового восприятия

Цвета различаются тоном, светлотой и насыщенностью. Число различимых оттенков цвета по всему спектру при яркости не менее 10 кд/м2 и максимальной насыщенности равно приблизительно 150. Различение степеней насыщен­ности колеблется от 4 (для желтого) до 25 (для красного).    При изолированном предъявлении человек точно идентифицирует не более 10-12 цветовых тонов, а в комбинации с другими цветами - не более восьми. Изменение яркости объекта влияет на восприятие его цвета. С уменьшением яркости происходит постепенное обесцвечивание желтого и синего цветов, а спектр становится трехцветным: красно-зелено-фиолетовым. Восприятие цвета зависит также от угловых размеров объекта: с уменьшением размера изменяется видимая яркость и искажается цветность. Наибольшему изменению подвержены желтый и синий цвета.

Во многих случаях при выборе цветовой гаммы целесообразно учитывать такую характеристику зрительного восприятия, как острота различения. Она максимальна для символов белого цвета и минимальна для символов, имеющих крайние цвета спектра. Хотя белый пвет наиболее прост в понимании и его часто используют, наилучшим в этом отношении является желто-зеленый цвет, который по насыщенности мало отличается от белого, но имеет максимальную видность; красный, фиолетовый и синий цвета не ре­комендуются использовать для отображения символов или объектов слож­ной конфигурации.

При согласовании цветов символов и фона следует учитывать, что восприятие символов максимально для контрастных цветов (то есть относящихся к проти­воположным границам спектра). При контрастности менее 60% читаемость сим­волов резко ухудшается. Установлены следующие допустимые комбинации цве­та символа с цветом фона (в порядке убывания четкости восприятия):

- синий на белом;

- черный на желтом;

- зеленый на белом;

- черный на белом;

- белый на синем;

- зеленый на красном;

- красный на желтом;

- красный на белом;

- оранжевый на черном;

- черный на пурпурном;

- оранжевый на белом;

- красный на зеленом.

Яркостные характеристики

Они определяют размер зоны видения светящегося объекта, а также скорость и безошибочность обработки светящейся информации.  Зрительное восприятие светящегося объекта возможно в диапазоне яркостей 106... 105 кандел/м2. Яркость светящегося объекта может быть рассчитана по  формуле :

В=К - 0,25ln(а)   +  0,79,

где К- степень ослепления (при К = 1.. .2 оператор испытывает дискомфорт, а при К = 3... 8 - болевые ощущения);

а - угловой размер светящегося объекта (измеряется в градусах).

Яркость, превышающая 15*106, является слепящей.

Для обеспечения длительной зрительной работоспособности пользователя яркость наблюдаемых на экране объектов не должна превышать 64 кд/м2; при этом перепад яркостей в поле зрения пользователя должен быть не более 1:100. Наивысшая быстрота различения сложных объектов достигается при яркости 3*103 кд/м2.

Необходимо также учитывать, что острота зрения при восприятии светлых объектов в 3-4 раза ниже, чем для темных; светлые объекты на темном фоне обнаруживаются легче, чем темные на светлом.

Пространственные характеристики

Данная группа характеристик влияет на обнаружение, различение и опознание объектов.

При решении практических задач необходимо учитывать следующие положе­ния:

1) Основную информацию об объекте несет его контур; время различения и опознания контура объекта увеличивается с увеличением его сложности.

2) При различении сложных контуров безошибочность выше, чем при разли­чении простых.

3) Решающее значение в восприятии формы объектов имеет соотношение фигура/фон.

4) Минимальный размер объекта должен выбираться для заданных уровней контраста и яркости; уменьшение значений этих параметров требует увеличе­ния угловых размеров объекта.

5) Для повышения вероятности различения с 0,5 до 0,98 требуется увеличе­ние угловых размеров для простых фигур на 20.. .25%, а для знаков типа букв и цифр - в два раза.

6) Для различения положения фигуры относительно вертикальной или го­ризонтальной оси пороговая величина обнаружения должна быть увеличена в 3 раза (порог обнаружения темного объекта на ярком фоне составляет 1 угловую секунду).

При наличии на экране движущихся объектов следует учитывать ряд дополни­тельных факторов. Например, при перемещении точечного объекта со скорос­тью 0,25 градус/с его непрерывное движение воспринимается как дискретное, при скорости 0,25...4 градус/с - как непрерывное, а при скорости более 4 градус/с изображение сливается в сплошную полосу.

Полезно также помнить о том, что существует три вида кажущегося движения:

- восприятие перемещения сигнала из одного положения в другое при после­довательном предъявлении двух идентичных сигналов от различных объектов;

- кажущееся изменение размеров объекта при последовательном появлении двух объектов, имеющих идентичные контуры;

- кажущееся изменение размеров объекта при изменении яркости самого объекта или фона.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите основные психофизиологические характеристики операторов?

2. Каковы особенности цветового  восприятия информации человеком?

3. Каковы яркостные характеристики восприятия информации человеком?

4. Как учитываются пространственные характеристики  информации человеком-оператором?

6 Лекция. Временные характеристики деятельности операторов. Зрительное восприятие информации. Обобщенные сенсомоторные характеристики пользователя

 

Зрительное восприятие светящегося объекта формируется у человека-опера­тора с некоторой задержкой по отношению к началу действия зрительного раздражителя и его прекращению, что обусловливает ряд особенностей фун­кционирования зрительного анализатора. Эти особенности проявляются как при восприятии одиночных световых сигналов, так и их последовательности. Знание временных характеристик зрения позволяет обоснованно выби­рать время экспозиции сигналов для обеспечения их минимальной различи­мости и временных интервалов предъявления сигналов в последовательности. Основные временные характеристики зрительного восприятия приведены в таблице 1.

Наряду с рассмотренными выше характеристиками важное значение для комфортной работы пользователя имеет способ передачи смыслового содержания отображаемой на экране информации.

 

Таблица 1 - Временные характеристики зрения

Характеристика

Количественное значение

Условия наблюдения

Субъективно воспри-нимаемая яркость при мельканиях, %

 

 

200

100

50

Частота мелькания (Гц):

8…10

16…20

24…28

Критическая часто­та мельканий для их раздельного восприя­тия, Гц

 

15

25

50

Яркость объекта (кд/м2):

0,1

1

100

Быстрота обнаруже­ния, мс

<3

 

<30

 

<7

 

<60

Для объектов простой конфигурации

То же, в плохих условиях  наблюдения

Для знакомых человеку изображений(буквы, цифры)

То же, в условиях помех

 

Этот способ может базироваться на использовании одного из четырех типов знаковых систем (или их комбинации):

- буквенной;

- пиктографической;

- цифровой;

- геометрической.

При выборе знаковой системы следует учитывать:

- легкость опознания и декодирования знаков;

- требуемую длительность безошибочной работы пользователя, в том числе в условиях стресса;

- уровень помехоустойчивости системы;

- скорость запоминания и длительность сохранения алфавита знаковой системы в оперативной и долговременной памяти пользователя.

В качестве интегральной характеристики знаковой системы может использоваться коэффициент оперативности кода  Коп, представляющий собой отношение времени опознания символа (знака) к времени его декодирования. Значения этого показателя для перечисленных выше знаковых систем приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Значения коэффициента оперативности кода

Знаковая система

Значение Коп

Буквенная (для одного слова)

0,9

Пиктографическая (для пиктограммы)

0,8

Цифровая (для одного числа, не более 4 разрядов)

0,6

Геометрическая (для одной фигуры)

0,6

 

Из приведенных данных можно, в частности, сделать вывод, что в критических ситуациях числа до трехразрядных включительно целесообразно представлять на экране в текстовой форме (то есть словами). Вместе с тем, основные свойства объекта или описание требуемых действий эффективнее отобразить в виде пиктограммы. Так, фразу «переслать сообщение адресату» лучше за­менить соответствующей пиктограммой. Экспериментально доказано, что наиболее значимые характеристики объекта должны кодироваться (отображаться) его контуром, а внутренними деталями - вспомогательные, второстепенные. При этом система опознавательных признаков формы знака, выбранная для определенных характеристик объекта, должна применяться для всего алфавита знаковой системы.

Количественные оценки влияния геометрического контура пиктограммы на эффективность ее распознавания даны в таблице 3. При разработке знаковой системы следует учитывать, что симметричные сим­волы легче усваиваются человеком и более прочно сохраняются в кратковре­менной и долгосрочной памяти.

В качестве различительных признаков знаков в пределах одного алфавита не рекомендуется использовать:

- число элементов в знаке;

- геометрические размеры знака (по крайней мере, более двух вариантов);

- отличие знаков по принципу «позитив - негатив» и «прямое -  зеркальное отражение».

 

Таблица 3 - Влияние геометрической сложности знака на его декодирование

Показатель

Значение показателя

 

Простые знаки

Знаки средней  сложности

Сложные знаки

Минимальное

время экспозиции, с

0,03

0,03

0,05

Среднее время декодирования при экспозиции 0,03 с

3,06

2,55

2,76

Вероятность правильного декодирования

0,80

0,97

0,98

 

Еще один фактор, упоминавшийся выше, количество интерактивных элементов, одновременно отображаемых на экране. Естественно, на эффективность работы с ними влияют и зрительные характеристики пользователя, и ка­чество используемой знаковой системы. Тем не менее при выборе нужного эле­мента сказывается еще одна характеристика пользователя - сенсомоторная. В качестве примера в таблице 4 приведены достаточно усредненные значе­ния безошибочности (Рв) и времени (Тв) выбора требуемого элемента в зави­симости от числа представленного на экране.

 

Таблица 4 - Обобщенные показатели сенсомоторной характеристики пользователя

Количество интерактивных элементов на экране

(в активном окне)

Рв

Тв, с

3

0,999

1,5

7

0,997

3,0

10

0,995

4,0

15

0,97

5,0

20

0,94

7,0

60

0,92

10,0

 

Очевидно, что приведенные выше числовые показатели являются усредненными и в реальной жизни, вероятно, не существует ни одного человека, который бы им полностью соответствовал. Тем не менее они оказываются спра­ведливы для определенных групп (категорий) пользователей. Представители каждой такой группы могут отличаться от представителей другой по целому ряду факторов: по физиологическим параметрам, по уровню компьютерной грамотности, по опыту работы с конкретным приложением и т. д. Именно по­этому, приступая к разработке интерактивного приложения, необходимо в пер­вую очередь определить (хотя бы приближенно) категорию потенциальных пользователей, для которых оно предназначено.

 

Контрольные вопросы

1. Каковы временные характеристики зрения человека-оператора?

2. Что  означает коэффициент оперативности кода знаковой  системы?

3. Как  влияет  геометрическая сложность знака на его декодирование?

4. Каковы  обобщенные показатели сенсомоторной характеристики пользователя?

 

7 Лекция. Основные характеристики анализаторов человека. Пороги чувствительности анализаторов. Временные  характеристики анализаторов. Способы количественной оценки психофизиологических характеристик оператора

 

Наибольшее значение для деятельности оператора имеют зрительный анализатор, за ним следуют слуховой и тактильный (осязательный) анализаторы. Участие других анализаторов в деятельности оператора невелико.

Основными характеристиками любого анализатора являются пороги - абсолютный (верхний и нижний), дифференциальный и оперативный. Понятие каждого из этих порогов может быть введено по отношению к энергетическим (интенсивность), пространственным (размер) и временным (продолжительность воздействия) характеристикам сигнала.

Минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чувствительности, а максимально допустимая величина - название верхнего порога чувствительности (это понятие вводится по отношению лишь к энергетическим характеристикам). Сигналы, величина которых меньше нижнего порога, человеком не воспринимаются. Увеличение же интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызывает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук, слепящая яркость и т. д.). Интервал между нижним и верхним порогами носит название диапазона чувствительности анализатора.

С помощью анализаторов человек может не только ощущать тот или иной сигнал, но и различать сигналы. Для характеристики различения вводится понятие дифференциального порога (от латинского differentia - различать), под которым понимается минимальное различие между двумя раздражителями (сигналами), либо между двумя состояниями одного раздражителя, вызывающее едва заметное различие ощущений. Экспериментально установлено, что величина дифференциального порога пропорциональна исходной величине раздражителя:

где J-исходная величина сигнала (раздражителя),

dJ - величина дифференциального порога;

k - константа, равная 0,01 для зрительного анализатора, 0,10-для слухового и 0,30 - для тактильного.

Зависимость между величиной  сигнала и величиной вызываемого им ощущения:

S = k*lnJ + C ,

где S - величина ощущения;

k и С - константы.

Эта зависимость носит название основного психофизического закона, или закона Вебера-Фехнера. Согласно этому закону, интенсивность ощущения прямо пропорциональна логарифму силы раздражителя. Закон справедлив только для среднего участка диапазона чувствительности анализатора. Одной из основных характеристик анализатора  является  его чувствительность. Различают нижний и  верхний  абсолютный  порог чувствительности. Абсолютный порог чувствительности  определяется   формулой:

G = 1 / J,

где J -  величина  интенсивности  раздражителя,  соответствующая нижнему абсолютному порогу чувствительности.

Кроме абсолютного порога, существует дифференциальный  порог чувствительности анализатора, определяемый минимальной  разницей   между интенсивностями раздражителя, когда в ощущениях они  отра­жаются как различные.

Величина дифференциального порога характеризует предельные возможности анализатора и поэтому не может служить основанием для выбора допустимой длины алфавита сигналов. Для этого необходимо пользоваться величиной, характеризующей не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Такой величиной в инженерной психологии является оперативный порог различения. Он определяется той наименьшей величиной различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максимума. Обычно оперативный порог различения в 10-15 раз больше дифференциального.

К характеристикам зрительного анализатора относятся  диапа­зон яркости, контраст и острота зрения. Величина контрастности равна отношению двух уровней яркости - обычно это яркость фона и яркость изображения. Различают пороговый контраст и контрастную чувствительность анализатора. Острота зрения определяется  вели­чиной, обратной тому наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором возможно минимальное ощущение их раздельности.

К временным характеристикам анализатора относятся:

- латентный период реакции, определяемый промежутком  времени от появления сигнала до момента возникновения ощущения;

- время инерции ощущения, определяемое промежутком времени от момента исчезновения сигнала  до  момента  прекращения  действия ощущения;

- критическая частота мелькания - минимальная частота появле­ния сигнала, при которой он воспринимается как непрерывный;

- время адаптации - время, необходимое для самонастройки ана­лизатора в изменившихся условиях восприятия.

Рассмотренные характеристики и устройство анализаторов позволяют сформулировать общие требования к сигналам-раздражителям, адресованным оператору:

- интенсивность сигналов должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализаторов, которая обеспечивает оптимальные условия для приема и переработки информации;

- для того чтобы оператор мог следить за изменением сигналов, сравнивать их между собой по интенсивности, длительности, пространственному положению, необходимо обеспечить различие между сигналами, превышающее оперативный порог различения;

- перепады между сигналами не должны значительно превышать оперативный порог, так как при больших перепадах возникает утомление, следовательно, существуют не только оптимальные пороги, но и оптимальные зоны, в которых различение сигналов осуществляется с наибольшей скоростью и точностью;

- наиболее важные и ответственные сигналы следует располагать в тех зонах сенсорного поля, которые соответствуют участкам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью;

- при конструировании индикаторных устройств необходимо правильно выбрать вид сигнала, а следовательно, и модальность анализатора (зрительный, слуховой, тактильный и т.д.).

Рассмотрим способы  количественной  оценки  психофизиологических характеристик оператора.

Надежность человека-оператора определяет его спо­собность выполнять в полном объеме возложенные на него функции при определенных условиях работы. Надежность человека-оператора характеризует его безошибочность, готовность, восстанавливаемость и своевременность. Безошибочность человека-оператора оценива­ется вероятностью безошибочной работы, которая опре­деляется как на уровне отдельной операции, так и на уровне алгоритма в целом. Вероятность безошибочной работы определяется на основе статис­тических данных.

Коэффициент готовности характеризует вероятность включения человека-оператора в работу в любой произвольный момент времени:

Кг = 1 - Топ/То ,

где Топ - время, в течение которого человек не может принять поступившую к нему информацию;

То  - общее  время работы человека-оператора.

Восстанавливаемость оператора  оценива­ется вероятностью исправления им допущенной ошибки:

Рв = Рк*Робн*Ри ,

где Рк - вероятность выдачи сигнала схемой контроля;

Робн - вероятность обнаружения сигнала оператором;

Ри - вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении алгоритма.

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных им ошибок.

Своевременность действий оператора оцени­вается вероятностью выполнения задачи в течение задан­ного времени:

Рсв=Р{Т<= Tлим },

где Tлим - лимит времени, превы­шение которого рассматривается как ошибка.

Быстродействие оператора при взаимодействии с тех­ническими средствами определяется временем прохождения информации по замкнутому контуру из последо­вательно соединенных технических звеньев системы и человека-оператора и оценивается продолжительностью цикла регулирования:

Тц = Топ + SТi,

где Топ - время решения задачи оператором, т. е. время от момента появления сигнала до момента окончания управляющих воздействий;

Тi - время задержки ин­формации в технических звеньях системы.

Время Топ определяется либо экспериментальным путем, когда имеется реальная система или ее имитатор, либо расчетным (аналитическим) путем для проектируемых систем. 

Быстродействие оператора при  действиях по заранее определенному алгоритму может быть представлена как совокупность времен, необходимых для получения человеком инфор­мации от средств отображения и выполнения ответных действий:

То = Тв + Треш + Тоу + Тм ,

где Тв - время восприятия сигнала (латентный пе­риод);

Треш - время принятия решения;

Тоу - время обнаружения нужного органа управления;

Тм - время осуществления мо­торного действия на орган управления.

Каждая  из  составляющих  времен реакции, кроме Тм, линейно  зависит  от  количества перерабатываемой информации:

Т = Т' + Q / V,

где Т' - скрытое  время  реакции (Т'= 0,1-0,6 сек);

Q - объем  перерабатываемой  информации;

V - скорость переработки информации.

Быстродействие  технических средств, взаимодействующих с оператором, характеризуется либо временем обновления информации, либо временем реак­ции системы на запрос. Под временем обновления информации понимают интервал времени с момента ввода информации до момента отображения. Это время определяется временем ввода и обработки информации, временем формирования и выдачи информации на экран и зависит от очередности задач, решаемых системой.

Точность работы оператора - степень отклонения измеряемого оператором параметра системы от своего истинного, заданного или номинального значения количественно этот параметр оценивается погрешностью, которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

S = Pt - Pf ,

где Pt -истинное или номинальное значение параметра;

Pf -фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

 

Контрольные вопросы

1. Как определяются количественные оценки порогов чувствительности анализаторов человека-оператора?

2. Каковы временные характеристики анализаторов человека-оператора?

3. Как определяется  быстродействие человека-оператора?

4. Как определяется восстанавливаемость оператора?

5. Что характеризует коэффициент готовности  оператора?

 

8 Лекция. Структура пользовательского интерфейса. Категории пользователей

 

Классификации пользователей интерактивных систем. Типы операторской деятельности. Этапы деятельности человека-оператора. Типы поведения человека-оператора. Типы  моделей, используемых  оператором.

В специальной литературе, посвященной данному вопросу, приводится не­сколько вариантов классификации пользователей интерактивных систем. Но существующие подходы различаются в деталях, сохраняя единые принци­пы такой классификации.

В основу подхода положены факторы, влияющие на отношение пользователя к интерактивной системе и на методы его работы с нею:

- человеческие потребности означают, в частности, потребность быть по­нятым партнером по диалогу;

- навыки пользователя состоят из моторных навыков (относящихся прежде всего к работе с клавиатурой и мышью), лингвистических навыков, навыков в общении и навыков в решении задач;

- свойства личности - это, например, творческие способности, подвер­женность ошибкам, способность к обучению, терпеливость, устойчивость к стрессу и т.д.;

- уровень компьютерной грамотности. Здесь обычно различают програм­мирующих и не программирующих пользователей, а среди последних, в свою очередь, выделяют три категории:

- подготовленные пользователи, решающие творческие задачи, ана­литики и исследователи (то есть пользователи, последовательность дей­ствий которых сложно формализовать);

- подготовленные пользователи, выполняющие рутинные операции,- операторы (то есть пользователи, последовательность действий которых является достаточно устойчивой);

- случайные (или «наивные») пользователи, обладающие минимальным уровнем компьютерной грамотности.

Подготовка в прикладной области пользователя влияет на использование языка (например, профессиональной терминологии) и применяемые методы решения задач.

Причина пользования системой может быть:

- обязательной - как неотъемлемая часть работы;

- необязательной - как дополнительная составляющая профессиональ­ной деятельности;

- обязательной с точки зрения личных потребностей (например, когда определенную информацию можно получить только с помощью компьютера);

- необязательной в частной жизни (например, в качестве развлечения).

Отношение к системе и ожидания от работы с ней определяются уровнем компьютерной грамотности и причиной ее использования; оно может быть:

- нейтральным: пользователь воспринимает компьютер только как рабочий инструмент;

- положительным: пользователь охотно использует компьютер, так как надеется получить от него пользу (или удовольствие);

- негативным: пользователь предпочел бы не пользоваться компь­ютером (возможно, из-за субъективной нелюбви или недоверия к технике).

Целями пользователя могут быть:

- решить определенную задачу с помощью компьютера (в том числе и развлекательного характера);

- научиться работать с системой.

Ограничения по времени независимо от характеристик системы (в час­тности, ее быстродействия), в этом случае пользователь может быть вынужден приспосабливаться к ограничениям по времени, исходящим от задачи или контекста работы.

В зависимости от уровня иерархии управления, на котором на­ходится человек-оператор, и типа системы управления (или обработ­ки информации)  можно выделить следующие типы операторской  дея­тельности:

оператор - технолог, непосредственно включенный в технологический процесс и выполняющий  стандартные  процедуры  управления;

- оператор - манипулятор, реализующий процедуры управления, со­стоящие из механических воздействий;

- оператор - наблюдатель, следящий за состоянием процесса и его отклонениями в системах реального времени;

- оператор - исследователь, действия которого не  регламентиро­ваны имеющимися процедурами и базируются на понятийном  мышлении (программист);

- оператор - руководитель, выполняющий функции организационного и директивного характера;

- оператор - проектировщик, включенный в процесс машинного про­ектирования в составе САПР.

Организация взаимодействия технической (или вычислительной) системы с операторами различных категорий имеет свои специфические особенности. Однако существует ряд общих  положений, рассматриваемых далее и свойственных всем (или большинству) типам операторов (например, общая модель мышления и принятия решений человеком, его психофизиологические характеристики и др.).

Деятельность человека-оператора

В процессе решения задач выделяется 5  этапов, характерных практически для всех категорий операторов:

обнаружение - восприятие оператором группы признаков,  ини­циирующих решение задачи;

- классификация - распознавание ситуации и определение состо­яния контролируемого процесса и технической системы;

- планирование - принятие решения и разработка последователь­ности действий, которые предположительно приведут к решению задачи;

- исполнение - реализация планов с учетом имеющихся ресурсов;

- отслеживание - проверка исполнения действий и их эффективности.

Задачи, решаемые оператором, в свою очередь, делятся на 3 категории:

- регулирование  процесса, предусматривающее незначительное динамическое выравнивание и корректировку  отдельных  параметров процесса;

- изменение режима, ведущее к принципиальному изменение  процесса и предусматривающее переходные процессы, большое количество операций и сложные алгоритмы действий оператора;

- деятельность в аномальных ситуациях, проявляющихся в выходе параметров процесса за установленные границы.

Типы поведения человека-оператора

В зависимости от сложности и формализованности задач выде­ляется 3 уровня поведения оператора:

- поведение, основанное на навыках - действия оператора рефлекторны и оттренированы, от него не требуется  вникать в суть происходящих процессов, он должен лишь реагировать заранее опре­деленным способом на возникновение некоторых ситуаций;

- поведение, основанное на правилах, - деятельность  оператора связана с использованием правил управления, сведенных в инструк­ции по эксплуатации системы;

- поведение, основанное на знаниях, - действия оператора  тре­буют понимания протекающих процессов и обработки информации, яв­но не содержащейся в текущих данных или в заранее подготовленных инструкциях.

 Типы  моделей, используемых  оператором:

В процессе решения  задач  оператор может использовать 5 типов моделей, формализующих как его действия, так и описание контролируемых процессов:

- физическую, содержащую математическое  описание  процессов, протекающих в системе;

- функциональную, описывающую основные подсистемы, оборудова­ние, его функции и взаимосвязи;

- экономическую, связывающую величины стоимости основных опе­раций управления;

- процедуральную, описывающую правила управления  установкой;

- когнитивную, отражающую интуитивную модель процесса, форми­руемую оператором.

 

Контрольные вопросы

1. Какие факторы  влияют на отношение пользователя к интерактивной системе?

2. Каковы типы операторской  деятельности?

3. Каковы этапы деятельности человека-оператора?

4. Каковы типы поведения человека-оператора?

5. Какие  модели  используют  операторы в  своей деятельности?

 

9 Лекция. Структуры и типы диалога

 

Диалоговый  компонент  прикладной  системы. Схема алгоритма диалога с программным  приложением. Сценарий взаимодействия. Структуры  диалога.

В прикладной диалоговой системе можно выделить два функциональных компонента:

- собственно прикладную систему, с которой работает пользователь;

- диалоговый компонент, управляющий диалогом между пользователем и прикладной системой.

Примерами прикладных систем являются все системы, с которыми работают пользователи ЭВМ в сфере своих профессиональных интересов - это: различного рода автоматизированные системы управления, системы автоматизированного проектирования, пакеты прикладных программ и др. Эти системы характеризуются тем, что диалог ведется в терминах проблемной области и на выходе пользователь получает конечный результат, являющийся целью его общения с программным  приложением. Некоторые системы могут работать не только в диалоговом, но и в пакетном режиме. Семантика конечного результата при этом не зависит от используемого режима работы. Диалоговый компонент является надстройкой   над прикладной системой и помогает пользователю уточнить постановку проблемной задачи, предоставляя для  этого соответствующие лингвистические  формы  и  набор  сервисных функций. Диалог в этом случае ведется в терминах диалоговой системы и называется метадиалогом. Используемая терминология практически не зависит от проблемной области. Наличие в прикладной системе paзвитого метадиалога дает возможность пользователю, знакомому только с проблемной областью, получать требуемые результаты без предварительного детального, изучения диалоговой системы. Поэтому доступность и распространенность использования прикладной системы во многом зависят от качества построения диалоговой надстройки.

С учетом наличия двух компонентов в диалоговой системе на рисунке 3 представлена обобщенная схема алгоритма диалога с программным  приложением.

При этом однократное прохождение по одной из ветвей схемы алгоритма от блока «Начало» до блока «Конец» или до возврат к началу схемы алгоритма будем называть шагом диалога или транзакцией. Шаг диалога характеризуется активным взаимодействием человека с ЭВМ, т. е. в  данном случае в ответ на ввод сообщения пользователя после его обработки диалоговой системой выдается выходное сообщение, отражающее состояние системы или диалога. Восприятие  системой входного  сообщения  включает  2  этапа:

- синтаксический анализ - проверка соответствия формы, в которой введена информация, разрешенным на данном шаге, диалога шаблонам или правилам ввода-вывода;

- семантический анализ - выявление  смысла входного сообщения, определение ближайших задач системы и анализ возможности их вы­полнения при данном состоянии процедурной части.

Рассмотренная последовательность начинается с вывода систе­мой выходного сообщения, т.е. инициатором взаимодействия являет­ся система. Помимо данной последовательности известны еще две формы распределения инициативы в диалоге: инициатива, принадле­жащая пользователю (когда пользователь сам управляет работой си­стемы посредством команд и запросов), и смешанная инициатива, предполагающая периодическое перераспределение инициативы с по­мощью управляющих сигналов, с помощью которых пользователь имеет возможность прервать исполнение как процедурной, так и диалого­вой части программы и перевести ЭВМ в состояние ожидания своей команды).

Количество транзакций при работе с диалоговой системой  может  быть произвольным и  зависит  от  потребностей  пользователя  и   объема  обрабатываемой информации, однако, последовательность транзакций всегда фиксирована и определена сценарием диалога, заложенным в алгоритм программы.

По характеру информации, содержащейся во входных и выходных сообщениях, различаются 2 типа диалога:

 - управляющий, когда в результате транзакции определяются функции системы и осуществляется управление ее работой (для этой цели используются также и управляющие-сигналы);

 - информационный, в процессе которого в систему вводятся дан­ные, требуемые для решения конкретной задачи.

В зависимости от числа пользователей диалоговые системы могут быть однопользовательскими (рассчитанными на одного поль­зователя) и многопользовательскими (с коллективным доступом пользователей к ресурсам системы).


Для реализации транзакций диалога используются следующие формы: синтаксически ограниченная (меню, запросы с ответом по шаблону, запросы с ответом ДА/НЕТ); директивная (команды); фразовая (взаимодействие на ограниченном естественном языке); объектно-ориентированная.

Рисунок 3 - Схема алгоритма диалога с программным  приложением

 

Для более быстрого освоения диалоговой системы пользователю необходимо знать основные этапы диалога  и формы его реализации. Наиболее известны в человеко-машинной среде следую типы диалога:

- меню;

- вопросы, требующие ответа ДА/НЕТ;

- шаблон;

- простой запрос;

- команда;

-  взаимодействие на естественном языке.

Сценарий взаимодействия

Взаимодействие человека-оператора с ЭВМ обычно подчиняется определенному сценарию диалога. Сценарий диалога представляет собой алгоритм взаимодействия оператора с программной системой. Его проектируют, исходя из задач, стоящих перед АСОИиУ, характера и функций человека в процессе управления, технических воз­можностей средств отображения информации. Сценарий  диалога  представляет  собой детальное описание диалогового  взаимодействия, выраженное в виде структуры диалога, а  также  его  информационной  и операционной моделей. Формально  сценарий  определяется  следующим образом:

D =  <S, A, C, R. G, I, O>,

где S - множество состояний; A - множество операций;

C=Q U F - множество условий (Q - множество входных условий, F - множество программных условий);

R - множество выходных сообщений;

G: SxC®S - граф  диалога; I:{S®R; SxC®R}- информационная  модель  диалога;

O:{S®A; SxC®A}- операционная  модель  диалога.

Ведение диалога  согласно сценарию называется  интерпретацией диалога. Графическое изображение сценария напоминает блок-схему программы на алгоритмическом языке, состоящую из элементов ветвления, ввода вывода сообщений и исполнения операций. Элементарная  конструкция такой блок - схемы называется узлом сценария.

При проектировании взаимодействия пользователя с программной системой  сценарий  диалога  является  ключевым  понятием. Он позволяет формализовать процесс разработки диалогового взаимодействия, а также проводить  анализ и оптимизацию процедур общения пользователя с системой. Рассмотрим основную составную  часть  сценария - структуру диалога, наиболее наглядно отображающую  процесс  взаимодействия. Структура диалога - это связанная совокупность  состояний  диалога достижимых в процессе общения  пользователя  с  диалоговой  системой. Состояния диалога  складываются из трех  компонентов: формы диалога; совокупности  функций  системы, предоставляемой  пользователю; предыстории  диалога. Основное графическое  представление  структуры  диалога - диаграмма  состояний - ориентированный взвешенный  граф. Каждая вершина графа соответствует определенному состоянию диалога, а дуга определяет  смену  состояний. Веса  вершин и дуг характеризуют содержание диалога: входные и выходные  сообщения, исполняемые программные операции и условия. Переход  от  одной  вершины  графа диалога к другой  соответствует одной  транзакции диалога. Произвольная последовательность переходов (путь по графу) образует сеанс общения пользователя с системой. Если  не  принимать во внимание переходы по ошибкам и петли, то можно  выделить три структуры диалога: линейную;

древовидную  и сетевую (см. рисунок 4).

Рисунок 4 - Линейная структура - Древовидная структура - Сетевая структура

 

Контрольные вопросы

1. Какие два функциональных компонента  выделяют в прикладной диалоговой системе?

2. Что  означает термин "транзакция" в  диалоговом  взаимодействии?

3. Что  означает  сценарий диалога?

4. Каковы  основные структуры  диалога?

 

10 Лекция. Типы диалога

 

Рассмотрим диалог в форме меню. Меню - наиболее распространенный тип диалога. При обращении система инициирует диалог. Таким образом, шаг диалога начинается с выдачи системой входного сообщения. После выдачи пользователем выходного сообщения и обработки его системой шаг диалога завершается. Возможно несколько форм машинной реализации данного типа диалога. Во всех случаях в качестве входного сообщения на экране дисплея высвечивается подмножество (как правило, нумерованное) функций системы, реализация которых возможна в текущем состоянии диалога. Такое входное сообщение будем называть меню.

Пользователь может выбрать требуемую функцию одним из следующих основных способов:

а) набором требуемой директивы или ее аббревиатуры;

б) набором номера выбранной директивы;

в) подведением курсора в строку экрана с требуемой директивой;

г) нажатием фотоселектора в соответствующей строке экрана.

Графически диалог можно представить в виде графа. Узлы графа соответствуют подмножеству функций системы, а дуги, направлен­ные вниз, - возможным альтернативам пользователя. При этом число дуг равно числу предлагае­мых системой функций. Дуга вместе с вершиной, из которой она исходит, соответствует шагу диалога. Верхний узел (ко­рень) дерева соответству­ет начальному сообще­нию системы. На рисунке 5 приведен граф диалога меню в виде дерева. Корень дерева (верхний узел, соответствующий начальному сообщению системы) и исходящие из него дуги соответствуют шагу диалога. После выполнения некоторых шагов диалога система высветит меню, обозначенных прямо­угольниками. Движение вниз по дереву графа меню в направлении прикладной системы называется «погруже­нием». Для выполнения функции, соответствующей соседним ветвям дерева графа, при  работе с прикладной системой используется механизм «всплы­тия». Его можно реализовать двумя способами:

а) последовательным движением вверх по дугам графа диалога до узла, непосредственно содержащего заданную функцию или содержащего ее в узлах, в которые из него можно перейти, используя «погружение»;

б) непосредственным переходом в корень дерева графа диалога с последующим погружением.

Графически второй способ соответствует наличию в каждом узле ориентированной к вершине дерева дуги графа. Одна из таких дуг изображена на рисунке 3 штриховой линией.

Тип диалога в форме вопросов, требующих ответа ДА/НЕТ, являются частным случаем диалога типа «меню», когда в шаге диалог; в качестве альтернативы пользователю предлагаются два ответа: ДА и НЕТ.


Графическая интерпретация рассматриваемого типа диалога изображена на рисунке 6.

Рисунок 5


Рисунок 6

 

Это граф бинарного дерева, из каждого узла которого выходит вниз (к прикладной системе) по две ветви. «Погружение» и «всплытие» в этом типе диалога аналогичны меню. В данном типе диалога для работы с прикладной системой приходится  выполнять, как правило, больше шагов по сравнению с диалогом типа «меню». Основным достоинством данной  формы  диалога является простота вы­полнения каждого отдельного шага диалога.

Шаблон - это инициированный системой диалог, на каждом шаге которого система воспринимает только синтаксически ограниченное входное сообщение пользо­вателя в соответствии с заданным форматом. Как и в ме­ню, диалог начинает система. Данный тип диалога назы­вают также параметрической системой. Возможные ва­рианты ответа пользователя ограничиваются форматами, предъявляемыми ему на дисплее. Поэтому гибкость поль­зования системой с диалогом такого типа относительно невысока, однако достаточно низка ее операционная сложность.

Из нескольких возможных вариантов реализации та­кого типа диалога назовем два:

1) указание системой на экране дисплея формата вводимого пользователем сообщения;

2) резервирование места для сообщения пользовате­ля в тексте сообщения системы на экране дисплея (на­пример, с помощью поля повышенной яркости).


Графически диалог типа «шаблон» можно интерпре­тировать с помощью графа, приведенного на рисунке 7. Из каждой вершины графа выходит по две дуги. Дуга, направляющаяся к следующему узлу, соответствует се­мантически

правильному сообщению пользователя, а ду­га, замыкающаяся на одном узле, - семантически непра­вильному сообщению пользователя. При неверном сооб­щении система выдаст предупреждение об ошибке и останется в начале текущего шага диалога.

Рисунок 7

 

Шаблон обычно используется для ввода данных, зна­чения которых или «прозрачны» (например, текущая дата), или явля­ются профессиональными терминами, и поэтому они из­вестны пользователю. Однако формы подачи этих данных не определяются их значениями. Простой запрос является частным случаем шаблона. Обычно используется в различного рода автоматизированных системах при сборе данных.

Простой запрос - это тип диалога, инициируемый системой и состоящий из одного шага, где пользователю предоставляется возможность ввести более одного сообщения по заранее определенному системой единому фор­мату. Графическая интерпретация просто­го запроса приведена на рисунке 8.

Команда - это инициированный пользователем тип диалога, при котором выполняется одна из допустимых  на данном шаге диалога директива (команда) пользователя. Набор допустимых команд, как правило, отсутствует на экране, однако с помощью специальных директив его можно вывести для ознакомления. В случае задания недопустимой директивы выдается предупредительное сообщение об ошибке, и система остается в начале текущего шага диалога.

 


Рисунок 8

 

Графически данный тип запроса может быть пред­ставлен с помощью ориентированного графа (см. рисунок 9). Характерным является наличие дуг, замыкающихся на каждом узле графа. Такие дуги соответствуют недопус­тимым директивам на данном шаге диалога.


Рисунок 9

 

Взаимодействие на естественном языке возникает по инициативе пользователя. Этот тип диалога налагает наименьшие ограничения на форму ведения общения стороны пользователя, которому предоставляется возможность cвободно выбирать формулировку задачи, используя естественный язык. В связи с неоднозначностью естественных языков со стороны системы возможны вопросы, уточ­няющие формулировки пользова­теля и предметную область рас­сматриваемой проблемы. Взаимо­действием на естественном языке будем называть тип диалога, инициированный пользователем и приводящий к решению постав­ленной им задачи, когда общение со стороны пользователя ведется на естественном языке.

Научные и технические трудности создания системы, взаимодействующей с пользователем на естественном языке, приводят к реализации квазиестественного (похожего на естественный) или проблемно-ориентированного (для общения в одной узкой проблемной области) языка.

Развитие диалоговых систем в направлении повышения их интеллектуальности приводит к повышению их гибкости и адаптивности, а следовательно, и большей восприимчивости к запросам на квазиестественном языке.

Графическая интерпретация взаимодействия на естественном и квазиестественном языках приведена на рисунке 10, а, б соответственно.


Рисунок 10, а, б

 

Отличительной особенностью графа диалога на естественном языке является наличие парных противоположно направленных дуг графа между любыми парами узлов (на рисунке каждая пара противополож­но направленных дуг обозначена одной неориентированной дугой). Граф диалога на квазиестественном языке является ориентированным, характерная его особенность - наличие в каждом узле дуг, замыкающихся на этом же узле, что соответствует недопустимым директивам на данном шаге диалога. В отличие от графа диалога на естественном языке на квазиестественном не все пары узлов соединены противоположно направленными дугами.

Анализ типов диалога

Анализ описанных типов диалога показывает, что применение только одного из них (за исключением последнего) не позволяет создать достаточно гибкую и эффективную систему. Рассмотрим некоторые ограничения на структуру диалога, накладываемые разными его типами;

а) вопросы, требующие  ответа   ДА/НЕТ - мала эффективность диалога, велика избыточность графа диалога при усложнении темы общения, чрезмерное   их   использование приводит   к  переутомлению пользователя;

б) шаблон - эффективен только в случае ввода фрагмента таблич­ных данных, при ограниченном (от двух до четырех) выборе возможных альтернатив и малом числе шагов диалога;

в) команда - мала  эффективность  при  значительном числе (не меньше пяти) шагов диалога и альтернативных команд на  каждом его шаге. Командная форма диалога удобна  для  опытных пользователей, команды дают  возможность сразу специфицировать  необходимую  функцию вместо того, чтобы  отвечать на  длинную  серию  запросов. Использование в диалоговой системе нескольких типов диалога повышает гибкость системы и снижает ее операционную сложность. Работая с диалоговой системой, пользователь должен быть готов к тому, что ему придется встретиться с несколькими типами диалога.

Контрольные вопросы

1. Какие типы диалога наиболее известны в человеко-машинной среде?

2. Как  графически  отображаются различные  типы  диалога?

 

11 Лекция. Интерфейсы информационного взаимодействия. Анализ и синтез естественного  языка  взаимодействия

 

Структурная схема лингвистического транслятора. Морфологический анализ (синтез). Синтаксический анализ (синтез). Семантическая интерпретация (синтез) и проблемный анализ.

Цель анализа предложений естественного языка (ЕЯ) заключается в  их переводе  на  машинный язык (МЯ) вычислительной  системы. Этот  процесс  можно  представить наглядно в  виде следующей схемы (см. рисунок 11).

Структурная схема лингвистического транслятора

 


Рисунок 11

 

Задача анализа ЕЯ сводится к:

- распознаванию правильно построенных предложений ЕЯ;

- исправлению ошибок в ЕЯ -тексте;

- декомпозиции предложения на Фрагменты и построению его син­таксической структуры;

- семантической интерпретации фрагментов ЕЯ во фрагменты М-языка;

- композиции фрагментов М-языка в структуру, описывающую си­туацию проблемной среды.

Задача синтеза ЕЯ заключается в:

- определении информации, которую необходимо сообщить пользо­вателю;

- разбиении текста М-языка на фрагменты, соответствующие будущим фразам;

- определении лексем для синтезируемой фразы;

- построении синтаксической структуры фразы;

- определении порядка слов и  осуществлении  морфологического синтеза словоформ.

Морфологический анализ (синтез)

Цель морфологического анализа - построение для каждой слово формы предложения списка пар (х,у), где х - лексема или основа данной единицы, а у  подсписок значений грамматических при­знаков, определяющих данную словоформу (например, идут занятия);

идти - глагол, множественное число, настоящее время;

занятие - существительное, средний род, множественное число, именительный падеж.

Существуют два основных метода морфологического анализа:

- декларативный, когда в словаре системы хранятся все возмож­ные словоформы с coответствующим комплексом морфологической ин­формации;

- процедурный, когда наряду со словарем, в котором хранятся только основы слов, система имеет набор правил словообразования, позволяющих анализировать словоформу и приписывать ей соответст­вующий комплекс информации.

Морфологический синтез предназначен для построения конкретных словоформ ЕЯ по словарю и заданной морфологической информации. Аналогично анализу морфологический синтез реализуется декларативным и процедурным способами.

Синтаксический анализ (синтез)

Задача синтаксического анализа - построение синтаксической структуры предложена на основе морфологической информации и синтаксических правил объединения слов и словосочетаний. Синтак­сическая структура отражает связи, существующие между словами предложения. Известны два основных способа описания синтаксической структуры - система составляющих и дерево зависимостей.

Система составляющих. Пусть имеется цепочка х (произволь­ная последовательность словоформ) длиной w (количество словоформ) . Каждая словоформа цепочки называется точкой. Для любых точек a и b цепочки х таких, что а < b (а левее b) вводится понятие отрезка, представляющего множество точек s, удовлетворяющих неравенству а < s < b . Множество S отрезков цепочки х называется системой составляющих этой цепочки, если

- множество S содержит отрезок, состоящий из всех точек це­почки х, либо все одноточечные отрезки цепочки;

- любые два отрезка из множества b  либо не пересекаются, либо один из них содержится в другом.

Элементы S называются составляющими. Например, для пред­ложения "лекция проводится в аудитории номер 232 главного корпу­са" допустима следующая система составляющих (см. рисунок 12):


Рисунок 12 - Система составляющих предложения

 


Дерево зависимостей. Пусть х - произвольная непустая це­почка и X - множество всех точек х. Произвольное бинарное отношение R, определенное на X, при котором направленный граф (X,R) является деревом, называется отношением зависимости. Само дерево (X,R) называется деревом зависимостей для X. Если меж­ду точками а и b существует отношение а->b, то точку а на­зывают управляющей, а b - подчиненной (см. рисунок 13).

Рисунок 13 - Дерево зависимостей предложения

 

Целью синтаксического синтеза  является  формирование синтак­сической структуры фраз и заполнение их  соответствующими лексемами. Заключительным шагом синтеза является приписывание лексе­мам морфологических характеристик.

Семантическая интерпретация (синтез) и проблемный анализ

Цель семантической интерпретации - формирование  фрагментов на М-языке, соответствующих описанию проблемной ситуации. Полу­чение таких фрагментов осуществляется на основе фрагментов ЕЯ-предложения, представленных в синтаксической структуре. Получе­ние фрагментов М-языка предполагает добавление в них информации, которая выражена неявно в ЕЯ-пррдложении. На этапе проблемного анализа множество фрагментов проблемной ситуации структурируется с помощью правил описания ситуаций в проблемной среде. В резуль­тате этого получается структура описания ситуации, заданной ЕЯ-текстом, которая затем подается на вход ВС (см. рисунок 14).

Семантический синтез заключается в преобразовании текста М-языка таким образом, чтобы его части могли бы соответствовать будущим фразам и предложениям ЕЯ. Такое преобразование осущест­вляется за счет фрагментирования текста М-языка.

 


Рисунок 14 - Семантическая сеть предложения

 

Контрольные вопросы

1. В чем заключается задачи анализа и синтеза естественного языка?

2. Какими методами проводится морфологический анализ (синтез) естественного языка?

3. Какими методами проводится синтаксический анализ (синтез) естественного  языка?

4.  В  чем  заключается семантическая интерпретация (синтез) и проблемный анализ ЕЯ.

синтаксический анализ (синтез) естественного  языка?

5. Приведите  примеры морфологического, синтаксического анализа и семантической интерпретации ЕЯ.

 

12 Лекция. Классификация пользовательских интерфейсов

 

Особенности графических пользовательских интерфейсов.

Существует ряд классификаций пользовательского интерфейсов, которые применяются  в индустрии программных средств. Рассмотрим общую классификацию, применимую  в  настоящее  время. В общем случае пользовательские  интерфейсы  можно  разделить  на две большие группы:

- WIMP-интерфейс, компонентами которого являются: window- окно, icon - пиктограмма, menu - меню и pointer - указатель.

- SILK-интерфейс, speech - речь, icon - пиктограмма, language -язык, knowledge - знание.

Наиболее широкое  распространение в настоящее время получили интерфейсы группы WIMP.  Относительно реже используются интерфейсы группы SILK, которые  используются в специальных  областях. Ниже рассмотрим более  подробно WIMP -интерфейсы, которые  нашли широкое распространение  у  проектировщиков программных  продуктов.

Рассмотрим классификацию пользовательских интерфейсов, используемую в настоящее  время,   они    разделяются  на  четыре группы:

- графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface - GUI);

- пользовательский Web-интерфейс (WEB-User Interface WUI);

- пользовательские интерфейсы карманных устройств (Hand-User Interface -HUI);

- неграфический пользовательский  интерфейс командной  строки (Command Line Interface - CLI).

Графический пользовательский интерфейс (GUI)

Графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface - GUI) oпределяется как стиль взаимодействия "пользователь-компьютер", в котором применяются такие  основные элементы: окна, пиктограммы, меню и указатели. Иногда GUI-интерфейс называют WIMP-интерфейсом.

Важнейшие свойства GUI-интерфейса - это возможность непосредственного манипулирования, поддержка мыши или указателя, использование графики и наличие области для функций и данных приложения. Рассмотрим  подробнее компоненты GUI. Окно - это область устройства отображения, используемая для представления и взаимодействия с объектами, информацией об объектах, или для выполнения действий, применяемых к объекту. Окно обладает строкой заголовка, набором операций перемещения, изменения размера, набором меню и областью для отобраения информации об объектах. Обычно окно представляет собой прямоугольник, при котором приложение, использующее окно, является GUI-ориентированным приложением.  Окно отображает информацию только на определенную часть или область устройства отображения. Частичное использование устройства отображения позволяет  просматривать несколько окон для одновременного взаимодействия с несколькими объектами или управляющими диалогами. Определение окна также подразумевает использование графики или визуализации вместо текстовой информации для указания доступного объема информации (например, использование полосы прокрутки вместо указания типа "1-я строка из 45-ти").

Пиктограммы. Пиктограмма во многих отношениях похожа на окно, хотя согласно формальному определению пиктограмма - это область устройства отображения, используемая для наглядного представления объекта. Типичные свойства пиктограммы включают графический символ для представления объекта, заголовок или имя, а также операции непосредственного манипулирования. Наиболее важная операция, которую выполняют над пиктограммой, представляющей объект, - это операция Ореn (Открыть) для отображения окна, содержащего детализированную информацию о объекте.

Существует множество графических символов, применяемых в GUI-интерфейсе, которые формально не являются пиктограммами. Графические символы, использумые для представления действий, атрибутов объектов и состояния могут восприниматься конечными пользователями как пиктограммы, однако с точки зрения GUI-интерфейса и разработчиков стандартов их следует рассматривать как графические кнопки. Для подобных  случаев использования графических символов термины "пиктограмма" и "графика" взаимозаменяемы.

Меню. Меню отображает набор альтернатив, с помощью которых пользователь, может осуществить выбор. Обычно альтернативы GUI-ориентированного меню представляют собой имена выбираемых пользователями команд для выполнения действий над объектами. Примером меню является меню File (Файл), а пример альтернативного варианта команды, размещенной в меню File - команда Print (Печать). Meню содержат в себе полный набор пользовательских команд. Системы, отличные от графических,  напротив, требуют, чтобы под меню использовался весь дисплей, при этом меню строятся иерархическим способом.

Существует несколько типов меню: строки меню, выпадающие, всплывающие и каскадные меню. Каковы бы ни были их цель и назначение, компоненты наподобие панели инструментов, представленных пиктограммами, являются меню.

Указатели. Графические системы обычно содержат координатно-указательные устройства в виде мыши или шарового манипулятора.               

С координатно-указательным устройством ассоциируется определенное место на экране, куда пользователь может осуществить ввод с помощью этого устройства. Указатель - это графический символ, визуально показывающий местоположение входа в систему для координатно-указательного устройства. Указатели, используемые в GUI интерфейсе, включают системный указатель в виде стрелки, графическое перекрестие и I-образный или "балочный" указатель (указатель в форме двутавровой  балки). Во многих отношениях указатель аналогичен курсору, определяющему место вставки вводимых с клавиатуры символов на экране устройства отображения.

Непосредственное манипулирование. Наиболее значительное свойство GUI-интерфейса заключается в непосредственном манипулировании, которое позволяет пользователю взаимодействовать с объектами с помощью указателя. Например, окно можно переместить по экрану с помощью мыши, установив указатель на строку заголовка окна, нажав и удерживая кнопку мыши и перемещая мышь (иногда эту операцию называют "захватить и перетащить" - "grab and drag"). Многие действия, выполняемые с помощью выбора альтернатив или меню, можно произвести, воспользовавшись непосредственным манипулированием. Например, во  многих системах результатом перетаскивания пиктограммы документа на пиктограм­му принтера на рабочем столе является печать документа. К другим действиям, кото­рые выполняются с помощью непосредственной манипуляции, относятся такие опе­рации, как Move (Переместить), Сору (Копировать), Delete (Удалить) и Link (Связать).

Другие свойства. К некоторым другим методам работы, присущим GUI-интерфейсу, относятся буфер обмена, комбинации клавиш, ускоряющие клавиши в меню и диалогах, а также дополнительные возможности взаимодействия мышь-клавиатура. Несмотря на свою полезность, эти механизмы не рассматриваются как существенные свойства GUI-интерфейса.

GUI-интерфейс не гарантирует более высокого уровня практичности, однако, надлежащим образом спроектированное GUI -ориентированное программное приложение может превосходить его аналог с неграфическим интерфейсом с точки зрения эффективности работы пользователя и степени его удовлетворенности (при условии верной постановки задач и соответствующем уровне навыков пользователя).

 

Контрольные вопросы

1. Как  классифицируются пользовательские интерфейсы?

2. Каковы особенности применения GUI?

3. Каковы особенности применения WUI?

4. Каковы особенности применения HUI?

 

13 Лекция. Классификация пользовательских интерфейсов. Особенности неграфических пользовательских интерфейсов

 

Пользовательский Web-интерфейс (WUI). Базовый WUI-стиль (Web User Interface) весьма схож с меню иерархической струк­туры, которые пользователи знают по опыту работы в средах с неграфическим ин­терфейсом за исключением более наглядного представления и использования гипер­ссылок. Необходимая навигация выполняется в рамках одного или нескольких при­ложений с использованием текстовых или визуальных гиперссылок. В зависимости от структуры гиперссылок приложения навигация в пределах, WUI-интерфейса приводит к отображению Web-страниц в иерархии приложения  по одной за раз внутри одного окна. Ниже приводятся основные особенности приложения, использующего WUI-стиль:

- информация обычно отображается в единственном окне, называемом броузером, хотя для представления данных в приложении могут использо­ваться несколько окон броузеров;

-  броузер обеспечивает меню для Web-приложения;

- выбор действий ограничен, так как меню, обеспечивающее обращение к функциям, не является легкодоступным для приложения;

- Web-страница обладает небольшой степенью внутреннего контроля над клиентской областью для открытия специализированных всплывающих меню;

- создание специализированных меню требует дополнительной работы по программированию;

- клиентская область не содержит традиционных пиктограмм;

- многие приложения используют графику и анимацию в эстетических или навигационных целях. Это таит в себе потенциальную угрозу возникновения внешнего визуального шума и увеличения времен отклика при загрузке и раскрытии графических файлов;

- броузер и приложения обеспечивают возможности отключения графики, содержащейся в Web-страницах, так что на экране отображается только их текстовая версия;

- поддержка указателя осуществляется в основном для выбора с помощью одного щелчка мышью или выбора по навигационным ссылкам. Технология "drag and drop" ("перетащить и поместить") не поддерживается за исключением случаев  специального программирования в определенных средах. Действия кнопки 2, мыши также ограничены.

Навигация. Переход от одной страницы к другой с использованием гиперссы­лок или поискового механизма - наиболее часто выполняемая функция WUI-интерфейса. Страницы, с которыми встречается пользователь, существуют в преде­лах того же самого или другого Web-узла.

Web-броузер обеспечивает базовые возможности навигации для перемещения по Web-узлам и в пределах Web-узлов линейным способом с помощью кнопок панели инструментов Back (Назад) и Forward (Вперед). Навигация от одной страницы приложе­ния к другой в пределах одного и того же Web-узла приложения выполняется с ис­пользованием гиперссылок, схемы Web-узла, кнопок и навигационной панели.

Основное назначение Web-страницы за­ключается в обеспечении полезной информацией, включая навигационную структуру в организацию Web-узла. Web-страницы составлены из одной или нескольких конст­рукций, представляющих собой сочетание бесчисленных мозаик цветных графических элементов. По сравнению с GUI-ориентированными приложениями WUI-ориентированные приложения включают несчетное количество элементов поведения, которые не вызываются пользователем, например, анимационных.

Компоненты WUI-интерфейса. К наиболее распространенным компо­нентам WUI-интерфейса относятся баннеры (заголовки), навигационные панели и визуальные или текстовые гиперссылки, упорядоченные различными способами. Так­же применяются разнообразные подходы к использованию графики, анимации и цвета:

- баннер представляет собой визуальный заголовок, отображаемый вверху Web-страницы;

- навигационная панель - это список вариантов выбора гиперссылок, обес­печивающих доступ к информации;

- гиперссылка представляет собой вариант выбора, который отображает сле­дующую страницу информации или перемещает фокус отображения на другую область той же страницы;

- броузер - типичный броузер обладает заголовком, навигационной панелью областью, отображаемой в пределах экрана;

- каталог - каталог представляет собой визуальный поисковый механизм, в котором перечислены варианты выбора гиперссылок, используемых для навигации по дополнительным вариантам выбора до тех пор, пока не будет найден искомый результат,  допускаются навигационные панели в виде заголовков другие типы навигации по вариантам выбора гиперссылок;

- поиск и результаты поиска - один или несколько элементов управления, с помощью  которых пользователь осуществляет ввод или выбор критерия поиска информации, результаты поиска отображаются в том же и другом окне Web- броузера;

- документ - во многом похожий на свой бумажный двойник Web-документ отображает текстовую информацию вместе со ссылками на дополнительные  источники или развернутое представление информации;

- записная книжка - некоторые Web-узлы представляют визуальную записную книжку в качестве метафоры для организации данных. Она почти не отли­чается от навигационной панели, с той лишь разницей, что содержит меньшее количество вариантов выбора.

Факторы  успеха, которые, влияют на уровень практичности приложений, использующих WUI-интерфейс - это простота навигации по иерархическим информационным структурам, легкость и быстрота поиска. К другим важным факторам относятся эстетические характеристики и ценность текущего содержания информации.

Пользовательский интерфейс карманных устройств (HUI)

Сегодня широко известны компьютеры два основных класса PDA (Personal Digital Assistant-персональный цифровой ассистент - "карманный" компьютер, предназначенный, выполнения некоторых специальных функций) - в одних используется  настоящий GUI-стиль как по внешнему виду, так и по поведению, в других применяется подмножество GUI-интерфейса. Для ввода данных пользователем применяется "жестикуляционный" стиль с пером и сенсорным экраном.

Обычно подобные устройства обладают очень маленьким экраном. Каждая область дисплея PDA меньше, чем большинство окон GUI-ориентированных приложений для настольных и портативных систем. Для поддержки PDA обычно используется GUI-ориентированное ПО для портативных или настольных компьютеров.

HUI-интерфейс обеспечивает некоторые возможности GUI-интерфейса, а именно: пиктограммы, меню и аналогичное поведение указателя. В окне устройства одновременно отображается один объект. Общий стиль для HUI-интерфейса можно назвать SIMP-стилем (Screen - экран, Icon - пиктограмма, Menu - меню и Pointer - указатель). При этом обеспечиваются многие свойства GUI-интерфейса, некоторые из них приведены ниже:

а) пиктограммы используются во многих PDA, их разрешающая способность изменяется в соответствии с типом устройства отображения. Как и в GUI-интерфейсе, пиктограммы применяются для представления объектов, дейст­вий и атрибутов;

б) строка меню и сами меню отображаются по требованию и обладают обычным для таких компонентов поведением;

в) перо служит в качестве указателя по большей части для взаимодействия с помощью одного щелчка. Диалоги отображаются как окна, которые перек­рывают вызывающий объект. Такие окна не обладают стандартным оформ­лением GUI-окон, их нельзя перемещать и изменять их размер.

К некоторым PDA можно подключить клавиатуру, однако, пользователь должен обучиться ориентированному на указатель взаимодействию и письму с помощью пера для работы непосредственно с PDA Некоторые команды можно выполнять с помощью "жестикуляционных" комбинаций клавиш, эквивалент­ных клавишам быстрого выбора команд GUI-интерфейса.

Основные проблемы проектирования HUI-ориентированных приложений перечислены ниже:

а) упрощение требований к пользователю по вводу данных и взаимодействию;

б) использование ограниченной области дисплея.

Неграфический пользовательский  интерфейс командной  строки (Command Line Interface - CLI)

Данный интерфейс предназначен для подготовленного пользователя, регулярно работающим с приложением. Пользователь взаимодействует с приложением с помощью команд (директив), имеющих определенную  жестко заданную внутреннюю структуру. Код команды  однозначно идентифицирует функцию приложения, исполняемую по данной команде. Код команды отражает название функции и записывается в виде слова на естественном языке, либо его сокращения или мнемокода. Команды дают возможность опытному пользователю сразу специфицировать необходимую функцию вместо того, чтобы отвечать на  серию  запросов системы.

 

Контрольные вопросы

1. Как  классифицируются пользовательские интерфейсы?

2. Каковы особенности применения GUI?

3. Каковы особенности применения WUI?

4. Каковы особенности применения HUI?

 

14 Лекция. Интерфейсы информационного взаимодействия компьютерных иерархических систем

 

Система уровней информацион­ного взаимодействия. Интерфейсы и протоколы взаимодействия уровней информацион­ного взаимодействия.

Рассмотрим  интерфейс информационного взаимодействия на  примере WEB-приложений, отметим, что рассмотренный ранее пользовательский WUI непосредственно связан  с  программным  интерфейсом  уровня  приложений. Взаимодействие различных  объектов в  сети Интернет строится в соответствии с правилами и требованиями общего международного стандарта ISO 7498 (ISO - International Organization for Standardization).

Этот стандарт имеет тройной заголовок "Информационно-вычислительные системы - Взаимодействие открытых систем - Эталонная модель". Обычно его называют короче - "Эталонная модель взаимодействия открытых сис­тем". Публикация этого стандарта в 1983 году подвела итог многолетней ра­боты многих известных телекоммуникационных компаний и стандартизую­щих организаций.

Основной идеей, которая положена в основу этого документа, является раз­биение процесса информационного взаимодействия между системами на уровни с четко разграниченными функциями.

В качестве прообраза модели взаимодействия OSI (Open System Interconnection) была использована структура, предложенная ANSI (American National Standards Institute). ISO 7498 является стандартом в области телекоммуникаций.

Преимущества слоистой организации взаимодействия заключаются в том, что она обеспечивает независимую разработку уровневых стандартов, модульность аппаратуры и программного обеспечения информационно-вычислительных систем и способствует тем самым техническому прогрессу в данной области.

При использовании многоуровневой модели проблема перемещения ин­формации между узлами сети разбивается на более мелкие и, следователь­но, более легко разрешимые проблемы.  Многоуровневая модель четко описывает, каким образом информация про­делывает путь через среду сети от одной прикладной программы, к приме­ру, обработки таблиц, до иной прикладной программы обработки тех же таблиц, находящейся на другом компьютере сети.

Предположим, например, что система А, изображенная на рисунке 15, имеет информацию для отправки в систему В. Прикладная программа системы А на­чинает взаимодействовать с уровнем 4 системы А (верхний уровень), кото­рый, в свою очередь, начинает взаимодействовать с уровнем 3 системы А, и т. д. - до уровня 1 системы А. Задача уровня 1 забирать информацию из физической среды сети,  отдавать, а потом после того как информация проходит через физическую среду сети и по­ступает в систему В, она последовательно обрабатывается на каждом уров­не системы В в обратном порядке - сначала на уровне 1, затем на уровне 2 и т. д., пока, наконец, не достигнет прикладной программы системы В. Многоуровневая модель не предполагает наличия непосредственной связи между одноименными уровнями взаимодействующих систем. Следователь­но, каждый уровень системы А должен полагаться на услуги, предоставляе­мые ему смежными уровнями системы А, чтобы помочь осуществить связь с соответствующим уровнем системы В. Предположим, что уровень 4 системы А должен связаться с уровнем 4 системы В. Для того чтобы выполнить эту задачу, уровень 4 системы А должен воспользоваться услугами уровня 3 системы А, тогда уровень 4 будет называться "пользователем услуг", а уровень 3 – «источником услуг».

Информация по оказываемым услугам передается между уровнями в специальном информационном блоке, который называется заголовком. Заголовок обычно предшествует передаваемой прикладной информации.

Предположим, что система А хочет отправить в систему В какой-либо текст, называемый "данные" или "информация". Этот текст передается из при­кладной программы системы А в верхний уровень этой системы. Прикладной уровень системы А должен передать определенную информацию в при­кладной уровень системы В, поэтому он помещает управляющую инфор­мацию своего уровня в виде заголовка перед фактическим текстом, который должен быть передан. Построенный таким образом информационный блок передается в уровень 3 системы А, который может предварить его своей собственной управляющей информацией, и т. д.

 


Рисунок 15

 


Рисунок 16 - Инкапсуляция блоков данных различных уровней

 

Размеры сообщения увеличиваются по мере того, как оно проходит вниз через уровни до тех пор, пока не достигнет сети, где оригинальный текст и вся связанная с ним управляющая информация перемещаются в систему В и поглощаются уровнем 1 системы В. Уровень 1 системы В отделяет от по­ступившей информации и обрабатывает заголовок уровня 1, после чего он определяет, как обрабатывать поступивший информационный блок. Уменьшенный в размерах информационный блок передается в уровень 2, который отделяет заголовок этого же уровня, анализирует его, чтобы узнать о действиях, которые он должен выполнить и т. д. Когда информационный блок наконец доходит до прикладной программы системы В, он должен со­держать только оригинальный текст.

Структура заголовка и собственно данных относительна и зависит от уровня, который в данный момент анализирует информационный блок. Напри­мер, на уровне 2 информационный блок состоит из заголовка этого же уровня и следующих за ним данных. Однако данные уровня 2 могут содер­жать заголовки уровней 3 и 4. Кроме того, заголовок уровня 2 является про­сто данными для уровня 1. Помимо заголовка, на каждом уровне системы информационный блок завершается соответствующей контрольной суммой - КонтСум. Эта концепция иллюстрируется на рисунке 16.

Данная модель напоминает собой вложенные друг в друга матрешки. Самая маленькая из них - это и есть пользовательские данные, а все остальные служат для доставки данных в точку назначения.

Иными словами, в результате работы этого механизма каждый пакет более высокого уровня вкладывается в "конверт" протокола нижнего уровня.

В соответствии с ISO 7498 выделяются семь уровней (слоев) информацион­ного взаимодействия:

1) Уровень приложения (Application Layer).

2) Уровень представления (Presentation Layer).

3) Уровень сессии (Session Layer).

4) Транспортный уровень (Transport Layer).

5) Сетевой уровень (Network Layer).

6) Канальный уровень (DataLink Layer).

7) Физический уровень (Physical Layer).

Информационное взаимодействие двух или более систем, таким образом, представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует только с соответствующим слоем удаленной системы.

Определение

Протокол - набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней.

Слои (уровни) одной информационной системы также взаимодействуют друг с другом, причем в непосредственном взаимодействии участвуют толь­ко соседние уровни. Как правило, средний уровень пользуется услугами, которые ему предоставляет нижний уровень, а сам, в свою очередь, предо­ставляет услуги для верхнего уровня.

Определение

Интерфейс - совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие с объектом данного уровня.

Иерархическая организация сетевого взаимодействия позволяет обеспечи­вать преемственность разработанных структур и их быструю адаптацию к изменениям, происходящим в технологиях передачи данных. Например, при переходе на новый способ передачи данных по физическому носителю, изменения коснутся только нижних уровней и совсем не затронут верхние в том случае, если система протоколов организована в соответствии с требо­ваниями ISO 7498. На практике требования данного стандарта реализуются в виде стека протоколов.

Определение

Стек - иерархически организованная группа взаимодей­ствующих протоколов

Протоколы, которые входят в стек, имеют специализированный интерфейс и предназначены для взаимодействия только с протоколами соответствую­щих уровней данного стека. В качестве примеров таких стеков можно при­вести стек TCP/IP.

Уровни 7-5 считаются верхними и, как правило, не отражают специфики конкретной сети. Блок данных пользователя (сообщение) этими уровнями рассмат­ривается как единое целое. Изменения могут испытывать только сами данные.

Уровни 1-3 и иногда 4 считаются нижними уровнями OSI. На каждом из этих уровней определяется свой формат представления данных. При прохо­ждении по стеку с 4-го уровня до первого сообщение пользователя последо­вательно фрагментируется и преобразуется в последовательность блоков данных соответствующего уровня.

Определение

Инкапсуляция - процесс помещения фрагментированных блоков данных одного уровня в блоки данных другого уровня.

Обычно инкапсулируются данные протоколов верхних уровней в блоки данных протоколов нижних уровней (сетевой - канальный), но также мо­жет выполняться инкапсуляция для протоколов одноименных уровней.

 

Контрольные вопросы

1.  Как организуется информационное  взаимодействие  различных  уровней компьютерных  систем?

2.  Каков  смысл  термина протокол взаимодействия  уровней компьютерных  систем, приведите  примеры?

3. Каков смысл термина интерфейс взаимодействия  уровней компьютерных  систем, приведите  примеры?

4. Каков смысл терминов инкапсуляция и стек протоколов в  компьютерных  системах?

  

15 Лекция. Разработка интерфейсов информационного взаимодействия компьютерных  систем. Программно-аппаратные интерфейсы. Интерфейс информационного  взаимодействия  программных приложений

 

Интерфейсы взаимодействия  уровня  приложений.  Реализация интерфейса взаимодействия WEB - приложений.

Рассмотрим интерфейс  взаимодействия двух  приложений WEB-броузера  и WEB-сервера (поскольку  эти  приложения обычно располагаются  на  разных машинах  и, соответственно, на  разных  программно-аппаратных  платформах используем  термин программно-аппаратный интерфейс).

При реализации интерфейса взаимодействия WEB - приложений используется протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol - протокол передачи гипертекcта), который представляет собой протокол прикладного уровня и обеспечивает возможность доступа к разнообразной информации, размещенной в сети WWW- World Wide Web. Протокол HTTP обладает высокопроизводительными механизмами тиражирования информации, независимо от типа представления данных. Протокол построен по объектно-ориентированной технологии и может использоваться для решения различных задач, например,  управления распределенными информационными системами.

Способность хранит и представлять  данные разнообразных форматов (изображения, видео, аудио) делает сеть WWW с используемым HTTP уникальным средством размещения информации.

В настоящее время протокол HTTP используется системой WWW в качестве одного из основных протоколов. С учетом этого рассмотрим подробнее  методы  работы  протокола HTTP.

Протокол HTTP позволяет получать доступ к информационным ресурсам и сервисам WWW-серверов. Для унификации доступа к многофункциональ­ным ресурсам сети WWW-серверы поддерживают комплекс интерфейсов, позволяющих структурировать уровни и методы доступа к сетевым ресур­сам. По сути, каждый из интерфейсов представляет собой объект сети со своими методами и своей структурой. Для поиска и отображения информации, размещенной в сети WWW, применяются специальные приложения, называемые Web-браузерами. Согласованное взаимодействие объектов (клиентских и серверных) и составляет  понятие  программного  интерфейса.

Рассмотрим составляющие программно-аппаратных  интерфейсов  на  основе протоколов уровня приложений.

URI (Uniform Resource Identifier, Идентификатор ресурса), URL (Uniform Resource Locator, Местонахождение ресурса), URN (Uniform Resource Name, Имя ресурса) - разные аспекты идентификации одного и того же сервиса, определяющие тип, метод доступа и расположение узла сети, на котором находятся ресурс, доступный через сеть Интернет.  Этот сервис состоит из трех частей.

1) Схема. Идентифицирует тип сервиса, через который можно получить доступ к сервису, например  WWW-сервер.

2) Адрес. Идентифицирует адрес (хост) ресурса, например, www.ripn.net.

3) Имя или путь доступа. Идентифицирует полный путь к ресурсу на  выбранном хосте, который мы хотим использовать для доступа к ресурсу, например, /home/images/image l.gif.

Например, файл readme.txt, расположенный на сайте Microsoft  (WWW-сервере), представляет собой ресурс  с идентификатором: http://www.microsoft.com/readme.txt. Это означает, что для обращения к ресурсу должен  использоваться протокол HTTP, (схема доступа отделе­на двоеточием ":" и указывает название использованного протокола), следующие два слэша отделяют адрес сервера www.microsoft.com; а также) имя файла /readme.txt.

Как правило, когда имеют в виду компьютер, на котором расположен ресурс, используют значение URL или URN, а когда обозначают ресурс полностью (тип, хост, путь) используют URI.  Нет  ошибки, если используется одно обозначение вместо другого, но обязательно следует  пояснить, что оно значит в контексте.

Идентификатор URI может содержать не только имя ресурса, но и па­раметры, необходимые для его представления. Имя ресурса отделяется от строки параметров символом "?". Строка параметров состоит из сим­вольных групп с постоянной структурой (лексем), разделяемых символом "&", каждая такая лексема состоит из имени параметра и его значе­ния, разделенных символом "=", символ пробела " " заменяется знаком "+".  Символы лексем, не входящие в набор символов ASCII, заменяются знаком "%" и шестнадцатеричным значе­нием этого символа. Для указанного ресурса вся строка параметров является одним строковым параметром, поэтому тип, порядок следования или уникальность имен отдельных параметров строки не существенны. Например:

http://www.exe.com/bm/scrshell.run?in=10&go=ok+and+ok&event=l&event=2

Этот идентификатор URI содержит 4 параметра, три из которых - чиcловые, а два имеют одно имя. Анализ и разбор значений отдельных параметров целиком возлагается на идентификатор URI, в данном примере на ресурс scrshell.run.

HyperText Markup Language (HTML) - это язык описания информации, хранимой в сети WWW. HTML-файл может  содержать  специальные коды, обозначающие присоединенную графическую, видео  или  аудио информацию или исполняемые коды среды отображения информации (Web-браузер - Java Script, Java). Для языков Java и JavaScript приложение Web-браузер представляет операци­онную систему или среду, в которой они выполняются, а Web-страница являет­ся ресурсом, выделенным для их работы. Эти языки не строят Web-страницу по данным пользователя, а используют ее как платформу для своих действий и действий пользователя. Когда Web-браузер получает доступ к этому файлу, он сначала интерпретирует закодированную в HTML-файле информацию, а затем в соответствующей форме представляет эту информацию пользователю.

Буквы "НТ" в названии протокола HTML обозначают "HyperText" - основную концепцию размещения информации в сети WWW. Докумен­ты HyperText содержат специальные связи, которые называются гиперссылками (hyperlinks) и размещаются в тексте документа. Гипер­ссылки позволяют пользователю не только переходить от одной части этого документа к другой, но и обращаться к другим связанным документам, размещенным в сети WWW.

Common Gateway Interface (CGI) - это стандарт расширения функцио­нальности WWW, позволяющий WWW-серверам выполнять программы, аргументы которых может определять пользователь. Интерфейс CGI расширяет возможности пользователя и позволяет ему выполнять программы, ассоциированные с данной Web-страницей, пре­доставляя таким образом возможность получения динамической инфор­мации из WWW-сервера. Например, пользователь такого WWW-сервера может получить самую последнюю информацию о погоде, выполнив программу, которая запрашивает прогноз погоды на текущий момент из базы данных. Интерфейс CGI в основном играет роль шлюза между WWW-сервером и внешними исполняемыми программами. Он получает запрос от пользо­вателя, передает его внешней программе и затем возвращает результаты пользователю через построенную динамически Web-страницу. При этом построенные Web-страницы могут коренным образом отличаться друг от друга, поскольку они формируются в прямой зависимости от параметров, определяемых пользователем.

Механизм интерфейса CGI также является универсальным и может передавать данные между любыми WWW-серверами. Поскольку ин­терфейс CGI основан на исполняемых файлах, нет ограничений на тип программы, которая будет в нем исполняться. Программа может быть написана на любом из языков программирования, позволяющих создавать  исполняемые модули. CGI-программа также может быть написана с использованием командных языков операционных систем таких как, Perl или Shell.

В настоящее время широко используется технология активных сервер­ных страниц ASP (Active Server Pages). По сути, эта технология пред­ставляет   применение того же самого стандарта CGI, только на уровне объектно-ориентированного подхода к построению Web-страниц.

Интерфейс взаимодействия программных  приложений на  примере HTTP. Передача запросов и ответов. Рассмотрим интерфейс  взаимодействия  программных  приложений на  примере HTTP.

Интерфейс реализуется последовательно

Первый этап - это когда HTTP-клиент (броузер) соединяется с сервером. Для этого он использует протокол TCP/IP, и соединение происходит с известным клиенту TCP-портом. Принятый номер порта HTTP - 80; для других сервисов определены  другие TCP-порты.

Вторым этапом является запрос клиента: клиент передает заголовок запроса (Request header)  и, возможно (в зависимости от метода), тело сообщения запроса. В заголовке обязательно указываются метод, URL и версия HTTP. Там может быть еще несколько необязательных полей, которые тоже дают серверу информацию о том, как обрабатывать запрос.

Третий этап - ответ сервера, который состоит из заголовка (Response header), в кото­ром сервер указывает версию HTTP и код статуса, который может говорить об успешном или неуспешном результате и его причинах. После заголовка идет тело ответа, отделенное от заголовка пустой строкой.

Четвертым  этапом  является разрыв TCP/IP соединения.

Request header может выглядеть следующим образом:

 

GET /MyDoc.htm HTTP/1.1

Connection: Keep-Alive

User-Agent: Mozilla/3.0 (Win95; I)

Host: 212.54.196.226

Accept: image/gif, image/x-bitmap,

image/jpeg, *.*

 

Здесь: MyDoc.htm - имя запрашиваемого документа; GET - тип запроса; Host - IP-адрес; Accept- форматы  данных "понимаемых"  клиентом.

 

Request header, приведенный ниже, получен от документа, содержащего форму:

 

POST /Scripts/ReadData.pl HTTP/1.1

Referer: http://212.54.196.226

Connection: Keep Alive

User-Agent: Mozilla/3.0 (Win95; I)

Host: 212.54.196.226

Accept: image/gif, image/x-bitmap,

image/jpeg, *.*

Content-type: application/x-www-form-urlencoded

Content-length: 38

             FirstName=Mary+Ann&LastName=Sylvester

 

Здесь: POST - метод передачи данных из формы; Referer - адрес web-страницы, с которой пользователь перешел на документ, содержащий форму.; Content-type - способ кодировки передаваемых данных; Content-length - количество передаваемых данных (байт); FirstName, LastName - имена полей формы; Mary+Ann, Sylvester - передаваемые значения (пробел заменен знаком "+").

Web-сервер отвечает на запрос браузера, посылая ему HTML-файл, которому предшествует Response header.

Типичный Response header содержит следующие данные:

 

HTTP/1.1 200 OK

Server: Microsoft-IIS/4.0

Date: Tue, 04 Apr 2005 00:26:34 GMT

Content-type: text/html

Set-Cookie: ASPSESSIONIDFFFYXKFR=ACMNFLJANKGBAMPBEGNGLEAB

<HTML>

{ HTML - код }

 

Этот заголовок сформирован  сервером. Строка "200 OK" - это статус запроса. Если бы сервер не смог обработать запрос, то он сформировал бы сообщение об ошибке, например, "404 Object Not Found"; Content-type - тип содержимого. Браузер отображает документ (интерпретирует его код именно как HTML-код, поскольку Content-type имеет значение text/html) и ждет, когда клиент запросит (щелкнув по гиперссылке) очередную страницу этого сайта или перейдет на другой сайт. Если страница содержит изображение (например, формата  jpeg), оно будет направлено web-сервером клиенту вместе с другим Response header, где Content-type будет иметь значение image/jpeg. Set-Cookie - устанавливает значение cпециальной информации записываемой  на  компьютере  клиента. В этом поле хранится идентификатор текущей сессии.

Рассмотрим пример и разберём подробнее HTTP запрос клиента. Он может выглядеть например так:

 

POST http: //localhost/ HTTP/1.1

Accept:  image/gif,   image/x-xbitmap,   image/jpeg,   image/pjpeg,   */*

Accept-Language:   ru

User-Agent:   Mozilla/4.0   (compatible;   MSIE  6.0;   Windows NT 5.0)

Host:   localhost

Proxy-Connection:   Keep-Alive

paraml=l&param2=2

 

Из примера  видно, что запрос начинается со слова "POST". Это слово означает метод передачи данных на сервер, в котором дополнительные данные запроса  (строка "param1=1&param2=2") передаются после заголовка.

В HTML документах  метод передачи данных указывается в форме отправки сообщений. Например, для того чтобы получить этот запрос, была использована следующая форма:

 

 <form action="http://localhost/" method="post">

<input  type=hidden  name="param1"  value="1">

<input  type=hidden name="param2"  value="2">

 <input type=submit></form>

 

Как видно из примера, параметры записываются в виде:

[имя параметра1]=[значения параметра1]&[имя параметра2]=[значения параметра2] & ...

Часто употребим метод запроса - "GET". Фактически все запросы, не требующие отправки данных, например, запрос страницы, производятся этим способом. Изменим форму запроса:

 

<form action="http://localhost/" method="get">
<input type=hidden name="param1" value="1">

 <input type=hidden name="param2" value="2">

 <input type=submit></form>

 получим следующий HTTP запрос:

GET http://localhost/?param1=1&param2=2  HTTP/1.1

Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, */*

Accept-Language: ru

User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.0)

Host: localhost

Proxy-Connection: Keep-Alive

 

Как видно, строка "paraml=l&param2=2" переместилась выше и добавилась к строке "http://localhost/" после знака"?". Так же изменилось первое слово в HTTP заголовке, остальное осталось без изменения.

Достоинством метода GET является то, что в строке браузера видно, какие данные были отправлены. К недостаткам же относится то, что длина отправляемых данных таким способом (в отличие от метода POST) ограничена - некоторые серверы, как и некоторые браузеры, имеют лимит на длину адреса запрашиваемого документа. Соответственно адрес с длинной строкой запроса может быть либо срезан, либо сервер возвратит ошибку "414 Request-URI Too Long".

 

Контрольные вопросы

1. Как реализуются интерфейсы  взаимодействия приложений?

2. Каковы основные  составляющие интерфейса  взаимодействия  на  примере WEB-приложений?

3. Какие  функции реализует интерфейс CGI?

4. Сколько этапов включает интерфейс  взаимодействия приложений по НТТР?

5. Каков  смысл заголовка Request header в интерфейсе  взаимодействия приложений по НТТР?

6. Каков  смысл заголовка Response header в интерфейсе  взаимодействия приложений по НТТР?

7. Как компоненты, реализующие пользовательский  интерфейс, связаны с интерфейсом  взаимодействия приложений по НТТР?

 

Список литературы

 

1. Гультяев А.К.,Машин В.А.Уроки WEB-мастера. Технология и инструменты: Практическое пособие. - СПб.: Корона принт, 2001.

2. Торрес Роберт Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке пользовательского интерфейса. Пер. с англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2002.

3. Соловейчик: И.Е. Дисплеи в системах ЭВМ. - М.: СовРадио, 1979.

4. Делиза Д.О. Дисплеи. Под ред. Панкова Г.М. - М.: Мир, 1982.

5. Шeрр Сол. Электронные дисплеи. М.: MMD, 1982.

6. Каган Б. К., Каневский М. М. Цифровые вычислительные машины и системы. - М.: Энергия, 1973.

 

Содержание

 

1 Лекция. Инженерно - психологическое проектирование интерфейса взаимодействия оператора  с  вычислительной системой

3

2 Лекция. Цели и задачи  инженерно-психологического проектирования интерфейса взаимодействия человека с вычислительной средой

5

3 Лекция. Характеристики интерфейса взаимодействия. Естественность, согласованность интерфейса. Принцип «обратной связи». Простота интерфейса. Свойства  интерфейса. Правила создания  интерфейса

7

4 Лекция. Характеристики человека-оператора. Психофизиологические характеристики операторов. Темп ведения диалога. Время ответа (отклика) системы

12

5 Лекция. Психофизиологические характеристики операторов. Характеристики цветового восприятия. Пространственные характеристики

15

6 Лекция. Временные характеристики деятельности операторов. Зрительное восприятие информации. Обобщенные сенсомоторные характеристики пользователя

18

7 Лекция. Основные характеристики анализаторов человека. Пороги чувствительности анализаторов. Временные  характеристики анализаторов. Способы количественной оценки психофизиологических характеристик оператора

21

8 Лекция. Структура пользовательского интерфейса. Категории пользователей

25

9 Лекция. Структуры и типы диалога

28

10 Лекция. Типы диалога

32

11 Лекция. Интерфейсы информационного взаимодействия. Анализ и синтез естественного  языка  взаимодействия

38

12 Лекция. Классификация пользовательских интерфейсов

41

13 Лекция. Классификация пользовательских интерфейсов. Особенности неграфических пользовательских интерфейсов

44

14 Лекция. Интерфейсы информационного взаимодействия компьютерных иерархических систем

47

15 Лекция. Разработка интерфейсов информационного взаимодействия компьютерных  систем. Программно-аппаратные интерфейсы. Интерфейс информационного  взаимодействия  программных  приложений

52

Список литературы

58

 

Сводный план 2011 г. поз. 384