Операционные системы. Управление ресурсами
       

WIMP-интерфейс


Интерфейс командной строки (но не командные файлы!) на сегодняшний день уже можно считать отходящим в прошлое, хотя прогнозировать его окончательный уход мы не беремся. Программируемые видеотерминалы дают возможность выводить информацию в любую позицию экрана и, следовательно, использовать все пространство экрана для организации взаимодействия между ОС и пользователем. Современные интерфейсы как приложений, так и ОС можно охарактеризовать как полноэкранные, графические, объекно-ориентированные.

Полноэкранный интерфейс строится на основе принципа согласованности, который состоит в том, что у пользователя формируется система ожидания одинаковых реакций на одинаковые действия. Основными компонентами интерфейса являются панели, диалоги и окна.

Панель - это информация, определенным образом сгруппированная и расположенная на экране. Основные типы панелей:

  • меню - содержит один или более списков объектов, представляющих группы действий, доступных пользователю;
  • панель ввода - отображает поля, в которые пользователь вводит информацию;
  • информационная панель - отображает защищенную информацию (данные, сообщения, справки);
  • списковая панель - содержит один или более списков объектов, из которых пользователь выбирает один или несколько и запрашивает одно или несколько действий над ними;

    • панель-канва - свободное пространство, на котором можно размещать другие объекты интерфейса, такие как:
    • кнопки различных видов и различной функциональности;
    • элементы выбора;
    • статические текстовые поля;
    • протяжки;
    • другие панели и т.д.

    Диалог - это последовательность запросов между пользователем и компьютером: запрос пользователем действия, реакция и запрос компьютера, ответное действие пользователя и т.д. Диалог включает в себя запросы и навигацию - переходы из одной панели в другую. Информация, вводимая пользователем в ходе диалога, может удерживаться только на уровне данной панели или сохраняться.

    Панели могут располагаться в отдельных ограниченных частях экрана, называемых окнами. Окна могут быть трех типов:


    • первичное - окно, в котором начинается диалог;
    • вторичные - вызываемые из первичного окна, в которых диалог ведется параллельно диалогу в первичном окне;
    • всплывающие (pop-up) - расширяющие диалог в первичном или вторичном окне; перед тем, как продолжить диалог с окном, пользователь должен завершить работу со связанным с ним всплывающим окном.


    Общие принципы панельного интерфейса в основном не зависят от типа применяемых терминалов. Однако, сочетание графических видеоадаптеров с высокой разрешающей способностью с общим увеличением вычислительной мощности (быстродействие и объем памяти) персональных вычислительных систем позволяет существенно изменить общий облик экрана. Можно определить следующие основные направления этих изменений: многооконность, целеуказание, иконика. Такие интерфейсы получили название WIMP (Windows, Icons, Menus, Pointer). Первое воплощение идеи WIMP нашли в разработках фирмы Xerox, а первая их коммерчески успешная реализация состоялась в компьютерах Apple Macintosh в 1985 году. Позднее идеи WIMP были приняты в Microsoft Windows, а сейчас они воплощены практически в всех операционных системах.

    Интерфейс WIMP обладает концептуальной целостностью, достигаемой принятием знакомой идеальной модели - метафоры рабочего стола - ровной поверхности, на которой расположены объекты и папки, и ее тщательного, последовательного развития для использования воплощения в компьютерной графике. Главное изменение в облике интерфейса - иконика - представление объектов в виде миниатюрных графических изображений - пиктограмм. Помимо чисто внешних изменений иконика породила возможность манипулировать объектами через манипулирование их изображениями. Документы, папки и мусорная корзина являются точными аналогами предметов на столе. Вырезание, копирование и вставка точно имитируют операции, которые обычно осуществляются с документами на столе. Транспортировка непосредственно вытекает из метафоры рабочего стола; выбор значков или окон с помощью курсора является прямой аналогией захвата предметов рукой.


    Из метафоры рабочего стола непосредственно следует решение о перекрытии окон вместо расположения их одно рядом с другим. Представление активного окна как документа, "лежащего сверху", интуитивно понятным образом решает проблему идентификации адресата. Возможность менять размер и форму окон не имеет прямой аналогии с бумажными документами, но является последовательным расширением, дающим пользователю новые возможности, обеспечиваемые компьютерной графикой

    В некоторых случаях интерфейс WIMP отходит от метафоры рабочего стола. Основные отличия: меню и работа одной рукой. Меню представляет собой не совершение действия, а выдачу кому-то (системе) команды на осуществление действия, причем, команда эта не формулируется языковыми средствами, а выбирается из списка.

    Даже на чисто текстовых видеотерминалах имелась возможность вывода на экран нескольких окон одновременно, но для графического режима эта возможность значительно расширилась. Поскольку появление графического интерфейса в Apple и Windows совпало с введением многозадачности (сначала - без вытеснения), естественным образом возникло решение о выделении каждому из работающих приложений собственного окна (первичной панели). При одновременной работе нескольких приложений их окна могут перекрывать друг друга - частично или полностью, но на переднем плане всегда находится окно активного в данный момент приложения. Поскольку обилие окон может затруднить ориентацию пользователя, вводится возможность минимизации или сокрытия окон - окна неактивных приложений могут уменьшаться в размерах или вообще не выводиться на экран. Для предотвращения "потерь" скрытых окон у пользователя должна быть возможность в любой момент просмотреть список работающих приложений и восстановить нормальную визуализацию выбранных окон.



    Высокая разрешающая способность графических дисплеев позволяет также имитировать объемные панели, создавая на плоском экране иллюзию светотеней. На "объемной" панели применяются графические элементы - органы управления, такие как: кнопки, линейка протяжки и т.д.


    Общепринятым является представление полей ввода в "утопленном" виде, а органов управления - в "приподнятом". К настоящему времени облик объемного интерфейса в современных ОС сформировался почти окончательно и включает в себя единый "источник света" и однотипное расположение органов управления на всех панелях.

    Объектно-ориентированные свойства интерфейса совершенно необязательно связаны с объектно-ориентированной структурой ОС. Так, например, OS/400 является объектно-ориентированной системой с объектно-ориентированным интерфейсом, Windows NT v.3.51 была объектно-ориентированной ОС без объектно-ориентированного интерфейса, OS/2 и Windows 9x - не объектно-ориентированные ОС с объектно-ориентированным интерфейсом. Объектно-ориентированный интерфейс обычно связывают с графическим интерфейсом, но это необязательно. Так, в той же OS/400 предусмотрены две модели интерфейса: текстовая и графическая, обе в полной мере объектно-ориентированные.

    В противовес обычному интерфейсу, который представляет пользователю практически единственный тип объекта - файл, единицу хранения информации в ОС, объектно-ориентированный интерфейс представляет объекты различных типов. Файлы могут быть разными типами объектов - в зависимости от типа информации в них хранящейся и способов ее обработки. Кроме того, объектами могут быть устройства, сетевые ресурсы и т.д. В объектно-ориентированном программировании под объектом понимается абстрактный тип данных, включающий в себя как сами данные, так и процедуры их обработки. Аналогично объекты понимаются и в объектно-ориентированном интерфейсе. Объект обязательно обладает некоторым набором свойств, и значения этих свойств доступно пользователю. Среди свойств, присущих объекту, имеется и указание на способ его обработки - в том числе и на приложение, обрабатывающее данные этого типа. Выполнение некоторых действий над объектом включает в себя автоматический запуск приложений, которые эти действия выполняют.

    Концептуально важным объектом интерфейса является папка (folder).


    Папка - это контейнерный объект, содержащий в себе другие объекты и папки. Уместность папки в метафоре рабочего стола очевидна. Существенно то, что папка дает возможность пользователю создавать собственную структуру хранения объектов, альтернативную структуре хранения объектов в ОС (в файловой системе). Важным свойством, обеспечивающим эту возможность, является создание указателей на объекты. Если папка является физическим аналогом каталога файловой системы, то в нее может быть помещен указатель на объект, физически расположенный в другой папке-каталоге файловой системы (аналог косвенных файлов). Ссылка на объект с точки зрения пользователя выглядит так же, как оригинал объекта (хотя может иметь какие-то отличительные признаки ссылки), выполнение операции открытия над ссылкой приводит к открытию объекта-оригинала, но операции перемещения, удаления, переименования и т.п. выполняются не над объектом, а только над ссылкой. Возникает, однако, проблема согласования интерфейсной структуры хранения объектов с логической структурой файловой системы. Например, требуется, чтобы при перемещении объекта-оригинала в файловой системе все ссылки на него перенаправлялись на новое его место. Не все интерфейсы ОС успешно справляются с этой задачей.

    Важным аспектом объектной ориентации является настройка интерфейса для конкретного пользователя. Обычно, если интерфейс рассматривается с точки зрения приложений, отмечается полезность создания нескольких форм интерфейса, ориентированных на пользователя разной квалификации - новичка, опытного, профессионала. Хотя та же задача может ставиться и перед интерфейсом ОС, более важной, на наш взгляд является интеграция интерфейса с системой безопасности ОС. Интерфейс должен показывать пользователю только те объекты и предоставлять ему только те команды, к которым данный пользователь имеет доступ. Такое возможно в тех ОС, где система безопасности тесно связана с объектно-ориентированными свойствами ОС. Настройки интерфейса могут являться частью профиля пользователя.



    Каково место интерфейса WIMP в ОС? Можно назвать три подхода к выбору такого места.

    Графический интерфейс может встраиваться в саму ОС и быть ее неотъемлемой частью. Такой подход применяется во всех продуктах семейства Windows и в ОС компьютеров Apple (в последних WIMP даже встроен в ПЗУ компьютера). Такой подход дает возможность тесно интегрировать интерфейс с ОС и повысить производительность интерфейсных модулей, выполняя часть из них в режиме ядра. Однако такой подход в то же время является неэкономным, так как интерфейс WIMP расходует много ресурсов и до некоторой степени опасным, так как модули WIMP могут явиться дополнительным источником ошибок в системе.

    Графический интерфейс может представлять собой отдельное приложение, поставляемое в составе операционной системы и, возможно, достаточно тесно интегрированное с ней. Пример такого приложения - Workplace Shell OS/2. Такое приложение не допускается в режим ядра, но может использовать API более низкого уровня, чем обычно используемый в приложениях. Такое приложение WIMP не является обязательным компонентом ОС, система может работать и без него, в режиме командной строки или загрузить другое приложение WIMP.

    Наконец, графический интерфейс может представлять собой приложение, никак не связанное с ОС, выполняющееся в тех же условиях, что и другие приложения, и выполняющее действия, задаваемые пользователем, используя обычный API ОС. В этом случае ОС не связана жестко с одним модулем WIMP, и графический интерфейс может выбираться по желанию пользователя. Примером такой ОС с большим выбором интерфейсов является Linux.

    Нам представляется, что второй и третий подходы, дающие пользователю возможность выбора, являются предпочтительными.

    Принцип согласованности интерфейса диктует необходимость для всех разработчиков приложений обеспечивать однотипный интерфейс в разных приложениях. Естественным решением является возможность для разработчиков приложений использовать те же модули и объекты, которые используются для построения WIMP-интерфейса ОС.


    В случае встроенного в ОС графического интерфейса системные объекты, обеспечивающие интерфейсные функции, делаются доступными для пользователей через соответствующий API (Windows). В случае интерфейса, представляющего собой интегрированное с ОС приложение, библиотека интерфейсных функций и объектов поставляется в составе ОС (Object Class Library в OS/2). Основой независимых графических интерфейсов являются независимые инструментальные средства, на основе которых может быть построен тот или иной WIMP-интерфейс.

    Одной из наиболее успешных систем для построения таких интерфейсов является X Window, созданная в Массачусетском Технологическом Институте. Архитектура X Window построена по принципу клиент/сервер. Взаимодействие X-клиента и X-сервера происходит в рамках прикладного уровня - X-протокола. Для X Window безразличен транспортный уровень передачи, таким образом, X-клиент и X-сервер могут располагаться на разных компьютерах, в разных аппаратных и операционных средах, то есть, программа может осуществлять ввод-вывод графической информации на экран другого компьютера. Все различия в аппаратных и программных архитектурах X-клиента и X-сервера сглаживаются стандартом X-протокола. На базе инструментальных средств X Window было создано несколько сред WIMP-интерфейсов, наиболее популярный из которых, по-видимому, - Motif, являющийся стандартом Open Software Foundation.

    По-видимому, WIMP-интерфейс не является окончательным решением, по мере развития аппаратных и программных средств обработки данных он, вполне вероятно, будет вытеснен новыми подходами и новыми средствами. По-видимому, на смену метафоре рабочего стола придет какая-то новая модель, обладающая собственной концептуальной целостностью. Сегодня представляется вероятным, что новая модель будет найдена где-то в области средств мультимедиа, которые сейчас развиваются весьма стремительно. Возможно, это будет голосовой ввод, возможно, что-нибудь другое. Однако, это будет достоянием уже следующего поколения. Пока, во всяком случае, мы не можем назвать какой-либо новой модели, обладающей такой же понятийной целостностью, как концепция рабочего стола.




    Содержание раздела