КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
По дисциплине «Интерфейсы радиоэлектронных систем»
Вариант № 4
Выполнил студент Гончаров И.В.
(Ф.И.О.)
Группа ИКС/б-21-з
Отметка о защите _________________________
Преподаватель___________________________
(Ф.И.О.)
Севастополь
2018 г.
Тема: Синхронный последовательный интерфейс. Основные элементы
структуры интерфейса.
Последовательная передача данных
Использование последовательных линий связи для обмена данными с внешними устройствами возлагает на контроллеры ВУ дополнительные по сравнению с контроллерами для параллельного обмена функции. В первую очередь, возникает крайне важность преобразования формата данных: из параллельного формата͵ в котором они поступают в контроллер ВУ из системного интерфейса микроЭВМ, в последовательный при передаче в ВУ и из последовательного в параллельный при приеме данных из ВУ. Во-вторых, требуется реализовать соответствующий режиму работы внешнего устройства способ обмена данными: синхронный или асинхронный.
Простой контроллер для синхронной передачи данных в ВУ по последовательной линии связи (последовательный интерфейс)
Контроллер последовательной синхронной передачи
Восьмиразрядный адресуемый буферный регистр контроллера А1 служит для временного хранения байта данных до его загрузки в сдвиговый регистр. Запись байта данных в буферный регистр с шины данных системного интерфейса производится аналогично тому, как и в параллельном интерфейсе только при наличии единицы в одноразрядном адресуемом регистре состояния контроллера А2. Единица в регистре состояния указывает на готовность контроллера принять очередной байт в буферный регистр. Содержимое регистра А2 передается в процессор по одной из линий шины данных системного интерфейса и используется для формирования управляющего сигнала системного интерфейса "Готовность ВУ". При записи очередного байта в буферный регистр A1 обнуляется регистр состояния А2.
Программа записи байта данных в буферный регистр аналогична программе из примера 2.1 за исключением команды перехода: вместо команды JNZ m1 (переход, если не ноль) крайне важно использовать команду JZ m1 (переход, если ноль).
Преобразование данных из параллельного формата͵ в котором они поступили в буферный регистр контроллера из системного интерфейса, в последовательный и передача их на линию связи производятся в сдвиговом регистре с помощью генератора тактовых импульсов и двоичного трехразрядного счетчика импульсов следующим образом.
Последовательная линия связи контроллера с ВУ подключается к выходу младшего разряда сдвигового регистра. По очередному тактовому импульсу содержимое сдвигового регистра сдвигается на один разряд вправо и в линию связи "Данные" выдается значение очередного разряда. Одновременно со сдвигом в ВУ передается по отдельной линии "Синхронизация" тактовый импульс. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, каждый передаваемый по линии "Данные" бит информации сопровождается синхронизирующим сигналом по линии "Синхронизация", что обеспечивает его однозначное восприятие на приемном конце последовательной линии связи.
Количество переданных в линию тактовых сигналов, а следовательно, и переданных бит информации подсчитывается счетчиком тактовых импульсов. Как только содержимое счетчика становится равным 7, т. е. в линию переданы 8 бит (1 байт) информации, формируется управляющий сигнал "Загрузка", обеспечивающий запись в сдвиговый регистр очередного байта из буферного регистра. Этим же управляющим сигналом устанавливается в "1" регистр состояния. Очередным тактовым импульсом счетчик будет сброшен в "0", и начнется очередной цикл выдачи восьми битов информации из сдвигового регистра в линию связи.
Синхронная последовательная передача отдельных битов данных на линию связи должна производиться без какого-либо перерыва, и следующий байт данных должен быть загружен в буферный регистр из системного интерфейса за время, не превышающее времени передачи восьми битов в последовательную линию связи.
При записи байта данных в буферный регистр обнуляется регистр состояния контроллера. Нуль в этом регистре указывает, что в линию связи передается байт данных из сдвигового регистра, а следующий передаваемый байт данных загружен в сдвиговый регистр.
Контроллер для последовательного синхронного приема данных из ВУ состоит из тех же компонентов, что и контроллер для синхронной последовательной передачи, за исключением генератора тактовых импульсов.
Термин "интерфейс" (от англ. Interface) означает сопряжение, взаимодействие. Применительно к автоматизированным системам обработки информации и управления (АСОИУ) он означает средства взаимодействия между компонентами системы, к которым относятся технические (аппаратные) устройства ЭВМ, внешние приборы и датчики, вычислительные сети, программные модули, пользователи и др.
В понятие "средства взаимодействия" включаются:
- правила, как совокупность соглашений о формах, способах организации взаимодействия; они фиксируются в стандартах, протоколах;
- технические и программные средства, обеспечивающие взаимодействие.
Основное назначение интерфейсов - обеспечение совместимости отдельных компонент. Для взаимодействия технических устройств должна быть обеспечена электрическая, конструктивная, информационная совместимость. Для взаимодействия программ совместимость означает возможность обмена данными и передачи управления. Для взаимодействия автоматизированной системы с пользователем под совместимостью понимают возможность активного участия пользователя в процессе работы системы.
Дадим определение интерфейсов АСОИУ:
Интерфейсы АСОИУ - это совокупность правил и средств (технических, программных) для реализации взаимодействия между компонентами системы, обеспечивающих их совместимость.
3. Пользовательский интерфейс: структура и основные подходы к организации
3.1. Структура пользовательского интерфейса
В настоящее время интерактивность программ является непременным требованием к АСОИУ различного назначения. Человек включается в контур решения задачи, осуществляемого с помощью автоматизированной системы, является непременным его участником. Это требует повышенного внимания к вопросам, связанным с организацией взаимодействия человека с АСОИУ.
Дадим определение пользовательского интерфейса:
Под пользовательским интерфейсом понимают совокупность соглашений о формах, способах, правилах взаимодействия человека с АСОИУ и средств (технических, программных) поддержки этих соглашений.
Структуру интерактивной программы в достаточно общем случае можно представить в виде
Пользователь взаимодействует с автоматизированной системой через внешние устройства (устройства ввода-вывода). Программные средства системного уровня обеспечивают непосредственную передачу данных. Организация диалога определяет содержание и форму потока данных между пользователем и системой. Блок организации диалога является частью приложения.
Рассмотрим классификацию пользователей. Будем выделять следующие группы пользователей [4]:
- конечные пользователи;
- пользователи-разработчики;
- операторы.
Целью конечных пользователей является получение результатов решения задач в некоторой проблемной области, т.е. задач, для которых создавалась система. Категорию конечных пользователей, в свою очередь, можно разделить на группы: случайные и регулярные. Случайными являются пользователи, использующие систему в отдельных случаях. Примерами могут служить пользователи автоматизированной справочной системы в аэропорту или в библиотеке. Регулярными являются пользователи, постоянно использующие систему в своей деятельности (как правило, профессиональной). Например, это пользователи системы бухгалтерского учета.
Цель пользователей-разработчиков - разработка и отладка программ. В зависимости от типа программ можно выделить прикладных пользователей, разрабатывающих приложения на языках программирования, системных, разрабатывающих системное программное обеспечение, и инструментальных, разрабатывающих приложения с помощью инструментальных пакетов (СУБД, генераторов электронных таблиц и т.д.).
Пользователи-операторы обеспечивают взаимодействие с системой с целью контроля и поддержания ее работоспособности. Например, операторы АСУ ТП (автоматизированных систем управления технологическими процессами) анализируют информацию о состоянии процесса, следят за работой автоматов, управляют ими и т.д.
Несмотря на все разнообразие типов автоматизированных систем и их пользователей, функции пользователя, взаимодействующего с системой, можно свести к трем основным видам:
1. Ввод данных: ввод исходных данных, требуемых для решения задачи; ввод данных для долгосрочного хранения (например, в базе данных), корректировка (редактирование) ранее введенных данных и т.д.
2. Управление работой системы: выбор режима работы (как правило, через меню), ввод или запуск команды (через командное окно, меню или выбор командной кнопки).
3. Получение информации: конечного решения, промежуточных данных, справочной информации, информации об ошибках, приглашающей информации для ввода данных или управления и т.д.
Взаимодействие пользователя с АСОИУ осуществляется посредством внешних устройств. На рис. 3.3. приведена классификация основных видов внешних устройств.
На верхнем уровне все внешние устройства можно разделить на две группы: устройства вывода и устройства ввода. К устройствам вывода в первую очередь относятся: дисплеи, принтеры, плоттеры (графопостроители) и аудиосистемы. В свою очередь, каждая из этих групп устройств вывода может быть разбита на подгруппы по видам устройств. Так, дисплеи по способу отображения информации на экране можно разделить на 2 группы: алфавитно-цифровые и графические. Принтеры классифицируются по способу нанесения символов на бумагу. Различают следующие виды принтеров: матричные, струйные, лазерные. Графопостроители, как и дисплеи, делятся на 2 класса: с произвольным (векторным) сканированием (планшетные, барабанные) и растровым сканированием (электростатические, ксерографические, струйные).
Наиболее распространенным устройством ввода является клавиатура, используемая для ввода и редактирования текста, а также для управления работой системы. К основным средствам ввода относятся также локаторы - устройства для указания позиции и ориентации. К ним относятся следующие виды устройств: мышь, трекбол (напоминает перевернутую мышь), рычаг (джойстик), световое перо, кодирующие планшеты. К устройствам ввода относятся также различного вида сканеры.
Принципы работы внешних устройств ввода-вывода, а также организация непосредственной передачи данных посредством внешних устройств изучаются в рамках дисциплин "Информатика" и "Алгоритмические языки, технология программирования". Перейдем к рассмотрению основных подходов к организации взаимодействия пользователя с АСОИУ.
Интерфейс, управляемый событиями (иус): характеристика в сравнении с традиционным интерфейсом
В 80-е годы сформировался, а в 90-е получил широкое распространение новый подход к организации взаимодействия с пользователем, названный "интерфейс, управляемый событиями (ИУС)". Этот подход называют также объектно-ориентированным интерфейсом, т.к. его реализация основана на объектно-ориентированном программировании (ООП). Рассмотрим основные черты данного интерфейса, отличающие его от традиционного, называемого также "разговорным", интерфейсом, управляемым алгоритмом или процедурным.
Рассмотрим более подробно отличительные особенности двух сравниваемых подходов к организации пользовательского интерфейса.
Внешний облик интерфейса.
Для традиционного подхода характерно использование жесткого, заранее составленного сценария взаимодействия с пользователем. Облик интерфейса для любого состояния фиксирован. Конечно, пользователю предоставляется некоторые средства по управлению диалогом, однако допускается лишь небольшая свобода в выборе, количество одновременно доступных пользователю объектов невелико. Для принятия и реализации того или иного решения, как правило, пользователю приходится осуществлять спуск/подъем по системам вложенных меню.
В приложении с интерфейсом, управляемым событиями, облик интерфейса формируется пользователем. Экранное изображение диалога представляет собой аналог "рабочего стола", заваленного горами документов, картотеками, справочниками, в виде отдельных окон и управляющих объектов. Пользователь в любой момент может добавить (открыть) новый объект. Ненужные объекты могут быть временно отодвинуты, уменьшены, отображены только заголовком (с возможностью раскрыть их при необходимости). Таким образом, пользователю одновременно доступны много разнообразных окон и средств управления данными. При этом обеспечивается быстрый доступ к нужным объектам (не через меню, а с помощью мыши) и возможность поддержания их взаимосвязи и порядка.
Принципы взаимодействия с пользователем.
Традиционный подход состоит в использовании "разговорной метафоры" взаимодействия с пользователем. Между системой и пользователем как бы ведется разговор. Система "задает вопрос" (запрос на ввод данных или ввод команды), пользователь "отвечает" вводом соответствующей информации.
Пользовательский интерфейс в этом случае является модулем, обеспечивающим языковую связь с системой, и структурно состоит из лексической, синтаксической и семантической компонент. Диалог представляется в виде последовательности транзакций (совокупностей элементарных шагов диалога). Каждая транзакция включает в себя следующие шаги:
- выдача системой выходного сообщения,
- ввод пользователем входного сообщения,
- синтаксический анализ введенного сообщения,
- семантический анализ сообщения,
- выполнение процедурной части.
Таким образом, основной принцип действий пользователя при использовании данного типа диалога - читать и набирать текст.
В отличие от традиционного подхода интерфейс, управляемый событиями, основан на "метафоре модели мира". Данная метафора предполагает, что на экране изображен образный мир объектов. Пользователь взаимодействует с этим миром путем простых действий, в основном указывая и перемещая объекты. В ответ на это "мир" реагирует перемещением объектов, изменением их формы, размеров, удалением объектов или визуализацией новых [16]. Другими словами, для данного типа интерфейса характерно явное представление диалога и предметной области на экране с возможностью простого (прямого) манипулирования.
Например, при работе в популярном редакторе Word если Вам необходимо передвинуть объект "картинка", Вы вместо того, чтобы вводить соответствующую команду, просто выделяете объект щелчком мыши и "перетаскиваете" его с помощью мыши в нужное место. Аналогичным образом Вы можете "растянуть" объект в любом направлении и др.
Б. Шнейдерманом разработаны принципы прямого манипулирования [16]:
1. Постоянное визуальное представление интересующих пользователя объектов.
2. Вместо сложного синтаксиса - физические действия, например, движение и выбор мышью.
3. Пошаговые, обратимые операции, чье действие на объекты видно мгновенно.
4. Поуровневый подход к обучению, позволяющий использовать систему при минимальных предварительных знаниях. Новички могут использовать небольшой набор команд, а затем методом проб и ошибок расширить свои знания.
Таким образом, основной принцип действий пользователя при использовании метафоры модели мира - смотреть и действовать.
Используемые экранные форматы.
Экранные форматы, используемые в интерфейсе с разговорной метафорой ориентированы, в основном, на текстовый ввод управляющей информации или данных. Наиболее широко используемые формы для данного типа диалога:
- меню - перечень альтернативных функций системы, из которого пользователь выбирает одну либо с помощью ввода номера тре6уемой альтернативы либо установкой курсора на ней;
- запрос - приглашающее к вводу сообщение и поле ввода;
- анкета - объединение нескольких запросов;
- директива (команда) - входное сообщение пользователя для вызова исполнения определенной функции и имеющее жестко заданную структуру; как правило, формат команды следующий:
<код команды> [< параметры команды>].
Экранные форматы, используемые в интерфейсе, управляемом событиями, должны быть по возможности приспособлены для прямого манипулирования. Интерфейсные элементы должны быть разработаны специальным образом, обеспечивающим удобное управление ими на принципах прямого манипулирования. Это довольно сложная проблема. Она решается использованием стандартных экранных элементов, имеющих стандартизованный вид и стандартизованное управление ими.
Стандартизация основных интерфейсных объектов и действий с ними дает следующие преимущества:
- облегчает пользователю освоение работы с системой, т.к. пользователь, научившись манипулировать основными типами объектов при работе с одной системой, легко может освоить другие системы, использующие такие же объекты;
- облегчает написание прикладных программ, поскольку программы конструируются из стандартных объектов.
Фирмой IBM была разработана спецификация Стандартного Пользовательского Интерфейса (Common User Access - CUA). Этот стандарт используется во всех приложениях операционной среды Windows. Разработан также стандарт для DOS-приложений, по своему интерфейсу близкий к CUA, но адаптированный к текстовому режиму экрана.
Рассмотрим основные интерфейсные элементы стандарта CUA для DOS-приложений.
Основной интерфейсный элемент - сама прикладная программа, которая как стеклянной панелью закрывает весь экран. Она устанавливает другие интерфейсные элементы для взаимодействия с пользователем. Так, в верхней строке экрана устанавливается меню, в нижней - строка статуса, а между ними помещается панель экрана. В панель экрана могут вставляться окна и диалоговые окна.
Основные принципы разработки пользовательского интерфейса
Создание качественного интерфейса предполагает реализацию принципа «интересы пользователя превыше всего» т соответствующую методологию разработки всего программного продукта. В англоязычной литературе для описания такого подхода используется термин User-centered Design («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.
Основное достоинство хорошего интерфейса заключается в том, что пользователь всегда чувствует, что он управляет программным обеспечением, а не программное обеспечение управляет им. Для создания у пользователя такого ощущения «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. Метафоры являются своего рода «мостиком», связывающим образы реального мира с теми действиями и объектами, которыми приходится манипулировать пользователю при его работе на компьютере; они обеспечивают «узнавание», а не «вспоминание». Пользователи запоминают действие, связанное со знакомым объектом, более легко, чем они запомнили бы имя команды, связанной с эти действием.
СОГЛАСОВАННОСТЬ ИНТЕРФЕЙСА
Согласованность позволяет пользователям переносить имеющиеся знания на новые задания, осваивать новые аспекты быстрее, 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 продукта
Одна и та же команда должна выполнять одни и те же функции, где бы она не встречалась, 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 указывать 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, OC Windows), ваше приложение может опираться на те знания и навыки пользователя, которые он получил ранее при работе с другими приложениями.
Согласованность в использовании метафор
Если поведение некоторого программного объекта выходит за рамки того, что обычно подразумевается под соответствующей ему метафорой, у пользователя могут возникнуть трудности при работе с таки объектом. Например, если для программного объекта Корзина определить операцию Запуск, то для уяснения ее смысла пользователю, скорее всего, потребуется посторонняя помощь.
ДРУЖЕСТВЕННОСТЬ ИНТЕРФЕЙСА
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 (принцип «прощения» пользователя).
Даже при наличии хорошо спроектированного интерфейса пользователи могут делать те или иные ошибки. Эти ошибки могут быть как «физического» типа (случайный выбор команды или данных) так и «логического» (принятие неправильного решения на выбор 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.