Интерфейс

«интерфейс»:
это граница между двумя устройствами или системами, обусловленная их качествами;
это

все множество средств и способов, обеспечивающее взаимодействие между двумя структурами или системами.
Например, если вы – автолюбитель, то руль, педали и рычаг переключения скоростей – интерфейс управления автомобилем. Панель микроволновой печи, где вы можете выставить время и мощность нагревания, — ее интерфейс. Дистанционный пульт кондиционера или телевизора тоже можно назвать интерфейсом. У корабля он является рубкой. Таким образом, интерфейс – это посредник или проводник, помогающий управлять чем-либо.
Этот термин возник вместе с появлением первых ЭВМ – электронных вычислительных машин.

Определение

Жестовый
Голосовой
Материальный (осязательный).
Исторически, когда появились первые ЭВМ, взаимодействие осуществлялось посредством перфокарт,

которые нужно было вставить в машину. Этот вид интерфейса, посредством перфокарт, называется командным интерфейсом. 
Технологии шагнули вперед, и на компьютерах начали устанавливать операционные системы с функцией командной строки. Перфокарты более не использовались. Для ввода команд применялась клавиатура.

Виды интерфейсов. Пользовательский

применяется и до сих пор. 
Прогресс не стоит на месте, и

со временем выработался привычный для нас вид интерфейса – графический интерфейс. Именно к нему можно применить понятие дружественного или интуитивно понятного интерфейса.
Даже человек без навыка работы на компьютере довольно быстро сообразит, как набрать текст или запустить пасьянс «Косынка», ориентируясь только на картинки. Называется такой тип управления компьютером «WIMP» интерфейсом. W – window (окно), I – image (картинка, изображение), M – menu (меню), P – pointer (указатель). Индуктивный пользовательский интерфейс (Inductive User Interface, IUI) — это модель пользовательского интерфейса, предлагающая способ сделать прикладные программы более простыми, разбивая функциональность на экраны или страницы, которые проще как описывать, так и понимать. Хорошо спроектированный индуктивный интерфейс помогает пользователям отвечать на два главных вопроса, с которыми они сталкиваются, когда смотрят на экран:

Виды интерфейсов. Пользовательский

задачу?
Программы, использующие IUI, отвечают на эти вопросы, отталкиваясь от основной

предпосылки: экран с единственным, ясно сформулированным, четко определенным назначением проще понять, чем страницу, не имеющую подобного назначения.
Масштабируемый интерфейс пользователя  — графический интерфейс пользователя, где рабочее пространство представляет собой большую или неограниченную плоскость, на которой расположены основные элементы, свойства и содержимое которых становятся доступны по мере их «приближения» путём увеличения. Дальнейшее приближение содержимого делает доступным более глубокие уровни.

Виды интерфейсов. Пользовательский

кто такой маркшейдер?» Вот так мы подошли к третьему виду

интерфейса –SILK интерфейсу (голосовой). S – speech (речь), I – image (картинка, образ), L – language (язык), K – knowledge (знание). При таком типе интерфейса управлять программой или компьютером можно, используя свое поведение. Например, Гугл на наших телефонах управляется речью. Это речевая технология.
Жестовый интерфейс — подмножество системы ввода для графического пользовательского интерфейса для устройств, оснащённых специальными либо устройствами ввода (отличными от клавиатуры), либо сенсорными экранами и позволяющая эмулировать клавиатурные команды (либо сочетания клавиш) при помощи жестов (жесты пальцем, рукой, мышью, джойстиком, пером, перчаткой, пультом, часами).
Во многих играх своим персонажем можно управлять, двигаясь самому. Компьютер получает команды через движения, жесты человека, считываемые видеокамерой. Это биометрическая технология.

Виды интерфейсов. Пользовательский

кто такой маркшейдер?» Вот так мы подошли к третьему виду

интерфейса –SILK интерфейсу (голосовой). S – speech (речь), I – image (картинка, образ), L – language (язык), K – knowledge (знание). При таком типе интерфейса управлять программой или компьютером можно, используя свое поведение. Например, Гугл на наших телефонах управляется речью. Это речевая технология.
Жестовый интерфейс — подмножество системы ввода для графического пользовательского интерфейса для устройств, оснащённых специальными либо устройствами ввода (отличными от клавиатуры), либо сенсорными экранами и позволяющая эмулировать клавиатурные команды (либо сочетания клавиш) при помощи жестов (жесты пальцем, рукой, мышью, джойстиком, пером, перчаткой, пультом, часами).
Во многих играх своим персонажем можно управлять, двигаясь самому. Компьютер получает команды через движения, жесты человека, считываемые видеокамерой. Это биометрическая технология.
Тактильный интерфейс
Новый тип интерфейса был только что представлен японской Fujitsu.
Фактически это следующее поколение тактильных экранов, в предложенной разработке не требуется использовать ни клавиатуру, ни компьютерную мышь, для сканирования, запоминания и хранения документов нужны лишь движения пальцев.

Виды интерфейсов. Пользовательский

с электронными устройствами происходит при помощи материальных предметов и конструкций. Самым простым

примером осязательного пользовательского интерфейса является компьютерная мышь: движение мыши по плоской поверхности стола соответственно перемещает указатель на экране. Существует точная связь между движениями цифрового указателя на экране с движениями физической мыши.

Виды интерфейсов. Пользовательский

Музыкальный инструмент «reacTable» — пример осязательного пользовательского интерфейса

клавиатур и манипуляторов с тактильной обратной связью.
Примеры.
Экранная клавиатура от Tactus technology способна

формировать выпуклости на месте клавиш, хорошо различимые на ощупь. Когда клавиатура не нужна, выпуклости исчезают. В основе технологии — специальная прозрачная жидкость, которая нагнетается в полости на месте клавиш.
Другой подход использует финский стартап Senseg. Их тактильный дисплей основан на электростатическом эффекте. Тонкая плёнка с прозрачными проводниками, нанесённая поверх экрана, может создавать разные тактильные ощущения — выпуклости, впадины, края, шершавую поверхность, вибрацию.
В Токийском университете разработан тактильный интерфейс вообще без каких-либо механических элементов. Нет даже поверхности, к которой можно прикасаться. Голографический проектор формирует объёмную картинку, а массив из нескольких сотен ультразвуковых излучателей фокусирует звуковые волны в нужных точках, создавая тактильные ощущения. Движение руки отслеживают контроллеры Wiimote.

Виды интерфейсов. Пользовательский

системы сопряжения, называемой интерфейсом - (от английского interface - сопрягать,

согласовывать).
Интерфейс должен обеспечивать:
Простое и быстрое соединение данного устройства с любым другим, имеющим такой же интерфейс;
Совместную работу устройств без ухудшения их технических характеристик;
Высокую надежность.

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных компонентов в системах и направленные на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости компонентов.

Виды интерфейсов. Аппаратно-программный

диаграммы состояний сигналов интерфейса)
Аппаратная реализация (физическая реализация) (контроллеры)
Программное обеспечение интерфейса

(драйверы)

Выделяют следующие основные классификационные признаки:
способ соединения компонентов (магистральный, радиальный, цепочный, комбинированный);
способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);
принцип обмена информацией (синхронный, асинхронный);
режим передачи информации (односторонняя, двухсторонняя, двухсторонняя поочередная).

Основные элементы интерфейса

основные классы:

системные интерфейсы ЭВМ;
интерфейсы периферийного оборудования (общего назначения и специализированные);
программно-управляемых

модульных систем и приборов;
интерфейсы сетей передачи данных и др.

Классификация интерфейсов

время наметились тенденции внедрения концепций сетевого взаимодействия в архитектуру системных интерфейсов.
Различают

два класса системных интерфейсов: с общей шиной (сигналы адреса и данных мультиплексируются) и с изолированной шиной (раздельные сигналы данных и адреса). Прародителями современных системных шин являются:
Unibus фирмы DEC ( интерфейс с общей шиной ),
Multibus фирмы Intel ( интерфейс с изолированной шиной ).

Системные интерфейсы ЭВМ

низкоскоростной шиной устройств ввода-вывода

собой шину, используемую в IBM PC-совместимых ПК для обеспечения питания и взаимодействия плат

расширения с системной платой, в которую они вставляются. Полное описание шины, включая ее временные характеристики, было издано в виде стандарта IEEE P996-1987.
Первый вариант этой архитектуры для ЦП 8086/8088 с тактовой частотой 4,77 МГц представлял собой 62-контактную шину с 8 линиями данных, 20 линиями адреса, сигналами для прерываний и запросов и подтверждения DMA, а также линиями питания и сигналами синхронизации.

Системные интерфейсы ЭВМ. ISA

на пути повышения производительности компьютеров. В 1989 году группой компаний

(Compaq, Hewlett Packard, NEC и др.) было предложено эволюционное развитие архитектуры ISA - шина EISA (Extended ISA ). С одной стороны, EISA имела все преимущества высокопроизводительной 32-битной шины, а с другой - была полностью совместима с ISA "сверху вниз" и не требовала перехода на новую элементную базу.
Альтернативная системная архитектура MCA (Micro Channel Architecture - Микроканальная архитектура) была предложена IBM в 1987 году в серии ПК PS/2. Основным достоинством MCA по сравнению с ISA было увеличение разрядности шины данных до 32 бит. При мультиплексированном использовании шины адреса (32 бит) допускается расширение шины данных до 64 бит.  Однако эта шина не нашла широкого распространения.

Системные интерфейсы ЭВМ. ISA

архитектурой локальной шины (VLB)

памяти и устройств ввода-вывода, что позволяло максимально задействовать возможности оперативной

памяти и обеспечивало максимальную скорость работы с ней. Однако в таком случае устройства, подключенные через описанные системные интерфейсы, не могут достичь скорости обмена, сравнимой с процессором. В основном это требуется для видеоадаптеров и контроллеров накопителей. Для решения проблемы была предложена архитектура на основе локальных шин (слайд 18), которые непосредственно связывали процессор с контроллерами периферийных устройств. Наиболее распространенными локальными  шинами  считались  VLB и PCI. Достоинством VLB является простота и низкая стоимость. Позднее была также разработана спецификация VLB2, ориентированная на системы на основе Intel Pentium, (64-разрядная шина данных, тактовая частота до 50 МГц, поддержка Plug&Play), однако широкого применения эта разработка не нашла, т.к. была вытеснена шиной PCI.

Системные интерфейсы ЭВМ.ISA

компонентов). Этот интерфейс был предложен фирмой Intel в 1992 году (стандарт PCI 2.0 -

в 1993) в качестве альтернативы локальной шине VLB/VLB2. Следует отметить, что разработчики этого интерфейса позиционируют PCI не как локальную, а как промежуточную шину (mezzanine bus), т.к. она не является шиной процессора. Поскольку шина PCI не ориентирована на определенный процессор, ее можно использовать для других процессоров. Существует 32-разрядная и 64-разрядная реализация шины PCI. В 64-разрядной реализации используется разъем с дополнительной секцией. 32-разрядные и 64-разрядные платы можно устанавливать в 64-разрядные и 32-разрядные разъемы и наоборот. Платы и шина определяют тип разъема и работают должным образом. При установке 64-разрядной платы в 32-разрядный разъем остальные выводы не задействуются и просто выступают за пределы разъема.

Системные интерфейсы ЭВМ.PSI

видеокарты. Чтобы не менять сложившийся стандарт на шину PCI, но, в то

же время, ускорить ввод-вывод данных в видеокарту и увеличить производительность обработки трехмерных изображений, в 1996 году фирмой Intel был предложен выделенный интерфейсcдля подключения видеокарты - AGP (Accelerated Graphics Port - высокоскоростной графический порт). Впервые порт AGP был представлен в системах на основе Pentium II. В таких системах чипсет был разделен на два моста: "северный" (North Bridge) и "южный" (South Bridge). Северный мост связывал ЦП, память и видеокарту - три устройства в системе, между которыми курсируют наибольшие потоки данных. Таким образом, на северный мост возлагаются функции контроллера основной памяти, моста AGP и устройства сопряжения с фасадной шиной процессора FSB (Front-Side Bus). Собственно мост PCI, обслуживающий остальные устройства ввода-вывода в системе, в том числе контроллер IDE (PIIX), реализован на основе южного моста.

Системные интерфейсы.Порт AGP

110 Вт), включающая дополнительные разъемы питания;
64-битный порт AGP, используемый для профессиональных

графических адаптеров;
интерфейс AGP Express, представляющий собой эмуляцию порта AGP при помощи сдвоенного слота PCI в форм-факторе AGP. Применяется на некоторых материнских платах на основе PCI Express для поддержки AGP-видеокарт.
В настоящее время порт AGP  исчерпал свои возможности и вытеснился системным интерфейсом PCI Express.

Системные интерфейсы.Порт AGP

уровне PCI Express представляет собой не шину, а некое подобие сетевого взаимодействия на

основе последовательного протокола. Высокое быстродействие PCI Express позволяет отказаться от других системных интерфейсов ( AGP, PCI ), что дает возможность также отказаться от деления системного чипсета на северный и южный мосты в пользу единого контроллера PCI Express.
Одна из концептуальных особенностей интерфейса PCI Express, позволяющая существенно повысить производительность системы, - использование топологии "звезда". В топологии "шина" (слева на рис.) устройствам приходится разделять пропускную способность PCIмежду собой. При топологии "звезда" (справа на рис.) каждое устройство монопольно использует канал, связывающий его с концентратором (switch) PCI Express, не деля ни с кем пропускную способность этого канала
Канал (link), связывающий устройство с концентратором PCI Express, представляет собой совокупность дуплексных последовательных (однобитных) линий связи, называемых полосами (lane). PCI Express первого поколения декларирует скорость передачи одной полосы 2,5 Гбит/с в каждом направлении. В будущем планируется увеличить скорость до 5 и 10 Гбит/с.

Интерфейс PCI Express

Для таких интерфейсовхарактерно, что их сигналы являются функцией генерирующего и использующего

их устройства. Это позволяет использовать весьма простую электронику в самом устройстве, а основную нагрузку по обработке данных переложить на контроллер или процессор, что, естественно, негативно отражается на скоростных и прочих характеристиках подобных накопителей.
В настоящее время распространены интерфейсы системного уровня, использующие сигналы в логике центрального процессора, что предполагает реализацию функций контроллера накопителя в самом накопителе, а устройство, сопрягающее интерфейс накопителя с системной шиной ПК, выполняет лишь роль адаптера интерфейса (моста). В IBM PC таким интерфейсом является EIDE/ATA. 

Системные интерфейсы. Интерфейсы накопителей

до четырех устройств. С внедрением стандарта ATA-4 на поддержку пакетных команд

(ATAPI - ATA Packet Interface) стало возможным подключение устройств со сменным накопителем (приводы CD-ROM/DVD-ROM, стримеры, приводы флоппи-дисков большого объема). Последующие спецификации добавляли новые скоростные и решали некоторые проблемы. После появления интерфейса SerialATA принято ссылаться на EIDE/ATA как Parallel ATA.
В современной вычислительной технике наблюдается тенденция перехода на высокоскоростные последовательные интерфейсы. Так, для накопителей был предложен последовательный интерфейс SerialATA, по своим характеристикам представляющий собой "приставку" к PCI Express. Стандарт SATA/150 обеспечивает пропускную способность до 1,5 Гбит/с (без учета кодирования 8B / 10B). Стандарт SATA/300 обеспечивает пропускную способность до 3 Гбит/с (без учета кодирования 8B/10B). Каждое устройство работает на отдельном кабеле. Стандарт предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд. SATA-устройства используют два разъема: 7-контактный - для подключения шины данных и 15-контактный - для подключения питания.

Интерфейсы накопителей

Associates. Первый стандарт на этот интерфейс был принят в 1986 г. SCSI определяет только логический и физический

уровень. Устройства, подключенные к шине SCSI, могут играть две роли: Initiator (ведущий) и Target (ведомый), причем одно и то же устройство может быть как ведущим, так и ведомым. К шине может быть подключено до восьми устройств. Каждое устройство на магистрали имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7. Одно из этих устройств - хост-адаптер SCSI. Ему обычно назначают SCSI ID = 7. Хост-адаптер предназначен для осуществления обмена с процессором. Хост-адаптер, как правило, имеет разъемы для подключения как встраиваемых, так и внешних SCSI-устройств.

Интерфейсы периферийного оборудования. SCSI

(EIA). Первоначально этот интерфейс использовался для подключения ЭВМ и терминалов к системе

связи через модемы, а также для непосредственного подключения терминалов к машинам. До недавнего времени последовательный интерфейс использовался для широкого спектра периферийных устройств (плоттеры, принтеры, мыши, модемы и др.), но сейчас активно вытесняется интерфейсом USB.
Обычно ПК имеют в своем составе два интерфейса RS-232C, которые обозначаются COM1 и COM2. Возможна установка дополнительного оборудования, которое обеспечивает функционирование в составе PC четырех, восьми и шестнадцати интерфейсов RS-232C. Для подключения устройств используется 9-контактный (DB9) или 25-контактный (DB25) разъем.

Интерфейсы периферийного оборудования. RS-232C

Первые версии этого стандарта были ориентированы исключительно на принтеры, подразумевали

передачу данных лишь в одну сторону (от компьютера к принтеру) и имели невысокую скорость передачи (150-300 Кбайт/с). Такие скорости неприемлемы для современных печатающих устройств. Кроме того, для работы с некоторыми устройствами необходима двусторонняя передача данных. Поэтому некоторые фирмы (Xircom, Intel, Hewlett Packard, Microsoft) предложили несколько модификаций скоростных параллельных интерфейсов: EPP (Enhanced Parallel Port) - до 2 Мбайт/с, ECP (Extended Capabilities Port) - до 4 Мбайт/с и др. На основе этих разработок в 1994 году Институтом инженеров по электронике и электротехнике был принят стандарт IEEE 1284-1994, ныне повсеместно используемый в персональных компьютерах в качестве стандартного параллельного интерфейса.
Стандарт IEEE 1284 определяет работу параллельного интерфейса в трех режимах: Standard Parallel Port ( SPP ), Enhanced Parallel Port ( EPP ) и Extended Capabilities Port ( ECP ). Каждый из этих режимов предусматривает двустороннюю передачу данных между компьютером и периферийным устройством.

Интерфейсы периферийного оборудования.  IEEE 1284

первая версия стандарта IrDA. Интерфейс IrDA позволяет соединяться с периферийным оборудованием без кабеля при

помощи ИК-излучения с длиной волны 850-900 нм (номинально - 880 нм). Порт IrDA дает возможность устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме "точка-точка". Ассоциация намеренно не пыталась создавать локальную сеть на основе ИК-излучения, поскольку сетевые интерфейсы очень сложны и требуют большой мощности, а в цели интерфейса входили низкое ресурсопотребление и экономичность.

Интерфейсы периферийного оборудования.  Инфракрасный

Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom) для подключения компьютерной периферии вне

корпуса ПК с автоматическим автоконфигурированием (Plug&Play). Первая версия стандарта появилась в 1996 г. Агрессивная политика Intel повнедрению этого интерфейса стимулирует постепенное исчезновение таких низкоскоростных интерфейсов, как RS 232C, Access.bus и т.п. Однако для высокоскоростных устройств с более строгими требованиями к производительности (например, доступ к удаленному накопителю или передача оцифрованного видео) конкурентом USB является интерфейс IEEE 1394.
Интерфейс USB представляет собой последовательную, полудуплексную, двунаправленную шину со скоростью обмена:
USB 1.1 - 1,5 Мбит/с или 12 Мбит/с;
USB 2.0 - 480 Мбит/с;
USB 3.0 - до 5 Гбит/с.
Шина позволяет подключить к ПК до 127 физических устройств. Каждое физическое устройство может, в свою очередь, состоять из нескольких логических (например, клавиатура со встроенным манипулятором-трекболом).

Интерфейсы периферийного оборудования. USB

предоставляет несколько разъемов USB для подключения внешних устройств. Затем кабели идут к

другим устройствам USB, которые также могут быть концентраторами, и функциональным компонентам (например, модем или акустическая система). Концентраторы часто встраиваются в мониторы и клавиатуры (которые являются типичными составными устройствами). Концентраторы могут содержать до семи "исходящих" портов.

Интерфейсы периферийного оборудования. USB

высокоскоростной шины, предназначенной для обмена цифровой информацией между компьютером и

другими электронными устройствами. В 1995 году эта технология была стандартизована IEEE (стандарт IEEE 1394-1995). Компания Apple продвигает этот стандарт под торговой маркой FireWire, а компания Sony - под торговой маркой i-Link.
Интерфейс IEEE 1394 представляет собой дуплексную, последовательную, общую шину для периферийных устройств. Она предназначена для подключения компьютеров к таким бытовым электронным приборам, как записывающая и воспроизводящая видео- и аудиоаппаратура, а также используется в качестве интерфейса дисковых накопителей (таким образом, она соперничает с шиной SCSI).
IEEE 1394 поддерживает два режима передачи данных (каждый из которых использует пакеты переменной длины).

Интерфейсы периферийного оборудования. IEEE 1394 - FireWire

подтверждением приема и обнаружением ошибок. Трафик, который не требует очень

высоких скоростей передачи данных и не чувствителен ко времени доставки, вполне подходит для данного режима (например, для передачи некоторой управляющей информации).
Изохронная передача предполагает пересылку данных через равные промежутки времени, причем подтверждения приема не используются. Этот режим предназначен для пересылки оцифрованной видео- и аудиоинформации.

Интерфейсы периферийного оборудования. IEEE 1394 - FireWire

систем; разработки интерфейсов для них появились на рубеже 60 -

70-х годов. Приборные интерфейсы служат для компоновки различных комплексов из стандартных измерительных приборов, устройств ввода-вывода и управляющих устройств.
Пример, фирма "Philips" разработала систему сопряжения Partyline - System, предназначенную для объединения в ИИС до 15 приборов. С помощью стандартного кабеля приборы последовательно соединяются друг с дру­гом (в произвольном порядке) и с ЭВМ. Для этого в каждом приборе имеются два разъема, соединенные между собой одноименными контак­тами. Каждый прибор содержит специальное устройство согласования из­мерительного оборудования с интерфейсом.
Построение интерфейса осуществляется по магистральному принци­пу для передачи цифровых сигналов. Информация передается по шести шинам: адресной (4 линии), измерительной (5 линий), управления (4 линии), а также по шинам синхронизации, диагностики операций и пере­дачи команд печати (все по одной линии). Стандартный кабель содержит шесть соединительных линий. 

Интерфейс программно-управляемых модульных систем и приборов

физическое устройство. Например, если в вашем компьютере установлены две сетевые

карты, то вы можете отдельно контролировать оба этих сетевых интерфейса.
Сетевой интерфейс может быть как физическим, так и виртуальным. loopback - пример виртуального устройства, на локальном компьютере.
LAN - локальная сеть. Так называют участок сети, к которому запрещен доступ из внешних сетей. Домашняя и офисные сети - пример LAN.
WAN - глобальная сеть. Сеть, намного превосходящая по своим размерам LAN. Это довольно относительный термин, который, как правило, применяется для обозначения интернета как такового.
При подключении сетевого интерфейса к WAN, обычно, предполагают, что он доступен из сети интернет.
Протокол - набор правил и стандартов, которые определяют последовательность коммуникации между сетевыми устройствами. Существует довольно много их разновидностей, которые, как правило, находятся на разных уровнях в сетевой иерархии.

Интерфейсы сетей передачи данных

вы слышали про протоколы, построенные на их основе - HTTP,

SSH, TLS/SSL, FTP.
Порт - адрес на одном компьютере, к которому привязан какой-то программный продукт. Это не физическое устройство или адрес, это, своего рода, способ использования одного интерфейса несколькими программами одновременно.
Firewall - программное обеспечение, отвечающее за соединения разрешение или запрет серверного трафика. Обычно, создаётся определенный набор правил, оговаривающих допустимый тип трафика на определенных портах. По сути, firewall блокирует все порты, за исключением оговоренных правилами.
NAT - преобразование сетевых адресов. То есть, это способ передавать входящие на роутер запросы соответствующим сетевым устройствам в пределах LAN. Таким образом, несколько машин могут работать в сети интернет используя один IP адрес.
VPN - виртуальная частная сеть. Способ соединения нескольких сетей LAN с соблюдением требований безопасности. При помощи VPN можно соединить удаленные сетевые сегменты, таким образом, для пользователя они будут выглядеть так, что все они находятся в одной сети.

Интерфейсы сетей передачи данных