Giáo trình Hệ điều hành - Chương 7: Giao diện người sử dụng
CHƯƠNG 7.
GIAO DIỆN NGƯỜI SỬ DỤNG
7.0. Khái niệm về giao diện người sử dụng
Chương trình của người sử dụng không thể nhìn thấy cái gì đang xảy ra trong
máy tính.Do đó, điều quan trọng đối với dịch vụ của chương trình tương tác là
phải thiết kế trình xuất nhập,nhằm làm cho người sử dụng luôn luôn hiểu rằng,cái
gì được anh ta chờ đợi.Kiểu và phương pháp cho phép sử dụng tác động lên các
chương trìnhcủa một máy tính, được gọi là giao diện người sử dụng (user
interface). Việc nhập vào một sự bày tỏ và xuất ra những dữ liệu đã được sử lý
đóng một vai trò quan trọng. Bên cạnh những thiết bị xuất truyền thông như máy
in, máy vẽ,....ngày nay, thay vào đó, tất cả các hình vẽ và dữ liệu được thể hiện len
màng hình ngay trước mặt.
Tuy nhiên, giao diện người sử dụng tương tác đồ họa ở các máy tính ngày nay
đặt ra những yêu cầu rất cao về các ngườn tài nguyên cuả máy tính,nó được phát
triển bởi phạm vi mã cũng như bởi việc chi tiêu nguồn tài nguyên của một trong
các bộ phận chính của một máy tính cá nhân (CPU,bộ nhớ.....),các bộ phận này
phải được gắn chặt trong hệ điều hành để hoạt động một cách có hiệu nghiệm. Do
đó, trên góc độ phần cứng, các cạc (card) đồ họa được dự định với các bộ vi xử lý
đồ họa hay với các bộ nhớ lặp lại hình nhanh. Ngay cả ở bộ vi xử lý chính, các
lệnh máy phải được trợ giúp cho đồ họa (thí dụ máy tính Intel MMX) để tăng tốc
đọ chuan đổi chương trình.
Sự trợ giúp của hệ điều hành cho giao diện người sử dụng tương tác đồ họa là
một tiếp giáp quan trọng đối với cấu trúc của tất cả các hệ điều hành hiện đại. Bởi
lẽ đó, chúng ta sẽ làm việc trong chương trình này với các yêu cầu thực tiễn, các ý
tưởng thiết kế và các câu hỏi thực thi về các giao diện người sử dụng trong sự bao
quát về các bộ phận của các hệ điều hành truyền thống và các nguồn tài nguyên
của máy tính.
7.1. Vấn đề thiết kế giao diện người sử dụng
Giao diện đồ họa người sử dụng ngày nay dựa trên những công việc nền tảng
của nhóm nghiêng cứu Xerox về máy tính STAR và bản dự án mang tên Smalltalk
80 vào đầu thập kỉ 80. Họ thiết kế không chỉ một máy tính cá nhân với một màng
hình lưới đồ họa (với những tương quan lúc bấy giờ, nó được gọi là một cuộc cách
mạng; bởi vậy, máy tính Xerox- STAR và bản sao của nó đã làm cho hệ thống
Apple- Lisa trở nên ít hiệu nghiệm); đặc biệt họ đã phát triển một cách có hệ thống
ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng tổng quát với giao diện người sử dụng đầy
tiện dụng.Do đó, họ đã mô hình hóa những vấn đề quản lí văn phòng trên màng
hình; họ thu xếp mỗi đối tượng chẳng hạn như một trang giấy, một giỏ rác, một
máy in, một tủ chứa nơi đật hàng... bởi biểu tượng; mà từ đó, người ta nhận biết
được ý nghĩa của chúng. Các tác động bình thường (như mở các chiếu đô, thiết đặ
tài liệu...) được mô hình hóa như là các tác động giữa các hình ảnh biểu tượng
thực trên một giao diện với một bàn viết ảo.
Qua kinh nghiệm thực tiễn, người ta nhận thấy rằng, chúng được đặ ra những ý
tưởng dẫn dắt như sau:
▪ Thay vì phải ghi nhớ và phải gỏ nhiều liên hiệp các nút bàn phím cho các
tác động lệnh, người sử dụng có thể chỉ ra trực tiếp nhiệm vụ mà anh ta muốn
hoàn thiện. Thuộc cái đó, chúng được phát triển thành một thiết bị hiển thị, được
gọi là chuột. Số lượng các nút bấm dẫn ra một tối ưu thực hiện lá hai; một liên
hiệp gồm có ba nút thường dành cho những dịch vụ phức tạp; còn một nút bấm thì
út dùng.
▪Thay vì phải ghi nhớ và phải gõ tất cả các lệnh, chúng có thể được dẫn ra
bởi việc áp dụng danh sách lựa chọn, gọi là menu.Mỗi lựa chọn này còn có thể
được cấu trúc trải ra một menu kế tiếp. Kết thúc quá trình lựa chọn là một lệnh nào
đó.
▪ Số lượng các lệnh phải ít nhất, vì để đảm bảo tác dụng của chúng vừa vạn
năng vừa độc lập với nhau, gọi là tính trực giao (orthogonal) của các lệnh. Những
lệnh sau đây được coi là đạt được nguyên tắc đó: MOVE (di chuyên), COPY
(sao), DELETE (xóa), UNDO (phục hồi), HELP(trợ giúp),và showProperties (các
tài nguyên thấy được).Thí dụ, người ta có thể sao chép một dòng text ở trong trình
Editor cũng như toàn bộ một tài liệu hay một bức hình với lệnh COPY; tuy nhiên,
điều này còn ẩn dụ nhiều chức năng khác nhau. Với lệnh ShowProperties, nó nói
về sự mô tả một trang dữ liệu có thể thay đổi tương hổ,mà nó cho phép việc xuất-
nhập các thông số ngữ cảnh,thí dụ xê dịch một đại lượng nào đó, thay đổi cú pháp
hay thay đổi loại......tại một đối tượng của bài text.
▪ Những lệnh đa năng đã được thu xếp cho các nút bàn phím chức năng,
còn gọi là con đường tắt(shortcut), chúng cũng được chỉ ra trên menu với việc
nhấp nút chuột phải.
▪ Tất cả các dữ liệu và tài liệu được gọi chung là tài nguyên; chúng xuất
hiện nhờ sự thay đổi các dữ liệu đang tồn tại và nhờ sự làm thích ứng các nhiệm
vụ đặc biệt cũng như nhờ cấu trúc di truyền một đối tượng. Do đó, không có lệnh
CREATE tồn tại; các tác giả cho rằng cái đó quá phức tạp đối với con người.
▪ Người sử dụng cần phải luôn luôn chỉ ở trên một bình diện một chương
trình; mà từ đó, anh ta có thể khởi đầu các tác động của mình, chứ không phải chỉ
làm việc cố định trên một môdun chương trình, vì tại đó, anh ta không thể biết
được nhiều hơn về:cấu trúc nhập dữ liệu tồn tại ở đâu và mọi chuyện xảy ra ở đây
như thế nào(?).
▪ Hình dáng của các tài liệu ở trên màn hình phải phù hợp với cách biểu lộ
thực tế. Do đó, màn hình được đặt vào như một tờ giấy, công việc còn lại là chọn
font chữ và cỡ chữ.
▪ Việc lựa chọn kiểu chữ qua việc rê và nhấp chuột để lựa chọn các kiểu
chữ lớn nhỏ khác nhau được thực hiện đầu tiên.
Vấn đề còn lại là, hình ảnh về một thiết bị vật lý được cảm nhận trên biểu
tượng (icon) của nó: cái gì sẽ xảy ra với một tài liệu, nếu người ta rê chuột tới một
biểu tượng? Có phải nó không bị thay đổi trang viết khi thực hiện sao chép trên
máy in? Điều đó thì không thực chất, nó có bị biến mất khi in không? Sau khi nó
bị xóa sạch hay sau khi in thì cái gì sẽ xảy ra?
Điều ngạc nhiên là, với một lối dẫn vào, ngày nay người ta đã tìm thấy nhiều
phép ẩn dụ của cửa sổ soạn thảo, mà không cần phải lưu ý điều gì cả, lợi ích cụ thể
được chứng minh một cách thực nghiệm. Đáng le phải xác định việc điều chỉnh tối
ưu đối với các cửa sổ và các biểu tượng (thí dụ về màu sắc, tính tổ hợp.....) trên cơ
sở được thiết lập, nó sẽ cho phép người sử dụng tự giải quyết những gì tốt nhất
cho mình(thí dụ việc dò tìm giao diện người sử dụng....).
Tuy nhiên, một vài nguyên tắc thiết kế cơ bản đã được đúc kết,chúng được tạo
ra như những việc hướng đãn tạo dạng, cũng như, chúng cần được làm đầy cho
mỗi giao diện người sử dụng, cụ thể với một yếu tố tồn tại bị thya đổi bản chất của
nó, nếu các chức năng mong muốn đã được trợ giúp bởi giao diện. Với Windows
95, người ta có thể dãn tới những thí dụ sau đây:
Người sử dụng với việc điều khiển (user in control):
Người sử dụng không chỉ đối đáp mà còn phải điều khiển máy tính. Điều
ấy có nghĩa là, phải thực hiện điều khiển lối vào công tắc một cách tự động, mà
không cần sử dụng trạng thái giao diện sử dụng. Trường hợp không cần thiết phai
đi vòng, thì trạng thái này phải rõ ràng và được thoát khỏi một cách dễ dàng.
Sự phản hồi (feedback):
Đối với người sử dụng,giao diện người sử dụng phai đặt sẵn sàng sự hồi âm
khi nhập dữ liệu hay một phản ứng nào đó: thí dụ phải chỉ rõ cho người sử dụng
các phương tiện nhìn thấy hay các phương tiện nghe thấy; để từ đó, người sử dụng
có thể thực hiện những tác động mong muốn của mình. Nếu không, chúng ta sẽ
thấy trống rỗng như một màn hình chết; tức là, nó không phản ảnh cái gì cả về
việc nhập đã được thực hiện trước đó. Dưới đây chúng ta nêu một vài ví dụ:
Con trỏ chuột (mouse pointer)có thể thay đổi hình dáng của nó trong một
cửa sổ hay trong khi xử lý.
Đối tượng có thể thay đổi hình dáng của nó một cách đặc trưng.
Việc điền vào menu không thể hiện gì cả, nếu ngay khi đó nó bị chặn lại.
Một dòng trạng thái sẽ thông báo một bước tiến bộ bằng hiển thị số hay
hiển thị text .
Một cửa sổ chuyên dụng sẽ mô tả bước thay đổi của việc xử lý như là một
bộ hiển thị của sự thay đổi đó (progress indicator).
Một cửa sổ thông tin sẽ được nảy ra (directness visual):
Các chương trình xử lý dữ liệu bao giờ cũng chứa đựng một sự tương đương
trực giác giữa các dữ liệu và các chức năng cần thiết đã được tạo lập. Do vậy, mục
đích là cần phải sử dụng các phép ẩn dụ phổ biến (popular metaphor) cho người sử
dụng. Khi đó sự biểu thị của người sử dụng sẽ được thay đổi một cách thuận tiện,
anh ta hiểu: anh ta chờ đợi cái gì ở giao diện người sử dụng và với giao diện này
anh ta phải tác động như thế nào(!).Người ta có thể sử dụng các phép ẩn dụ khác
nhau, khi người ta muốn mở rộng hay kiến tạo thêm các giao diện này. Thí dụ
phép ẩn dụ work book (sổ công tác), trong các trang cửa sổ này, người ta có thể
đánh số trang, đưa thêm vào hay lấy bớt đi các bức hình hay các bài text; hay thí
dụ phép ẩn dụ pin board (bảng hiệu) dùng để mô tả các thông tin hay các bài texts
giữa mọi người.
Tính cố định(consistency):
Giao diện người sử dụng không cần phải phản ứng một cách đột ngột trước
các tình huống tương tự đã quen thuộc. Các tác vụ tương tự cân thiết phải có một
sự mô phỏng tương tự và một quá trình tương tự. Sau đây, người ta nêu lên vài ví
dụ:
Một menu mà người ta không thể lựa chọn được nữa, thì không cần thiết
phải loại bỏ; đặc biệt nó cần thiết được chỉ dẫn thêm bởi việc tạo lập cố định.
Nếu tại các vụ lưu an toàn các dữ liệu ứng với một tiện dụng, các dữ liệu
được lưu trữ ngay lập tức; khi đó; một tệp tin phải được đưa vào mục chọn lựa tệp
tin của menu; do đó, nó không còn cố định nữa.
Việc nhấp chuột có thể lựa chọn một đối tượng hay một tọa độ riêng lẻ ở
trong tất vả các chương trình. Nếu vừa bấm nút chuột vừa rê chuột, do đó, một
khoảng sẽ được chọn; thí dụ trong một text hay trong trường đồ họa.
Tính đơn giản (simplicity):
Khi mô tả trực quan, một sự giàn xếp phải luôn luôn được tìm thấy, nhằm
trình diễn không quá nhiều mà cũng không quá ít. Về cái đó, có những công nghệ
sau đây được kể tới:
Vài lệnh hay vài thông báo ngắn và súc tích được sử dụng.
Hiển thị tiến bộ (progress dislosure): Khi các thông tin được dẫn ra, nếu
những thông tin này là cần thiết, thì đầu tiên, các hàm tương quan được phô bày
một cách thô kệchớau đó, do nhu cầu, nó được phô bày một cách thanh nhã hơn
hay một cách chi tiết hơn.
Tính thẩm mỹ (aesthetic):
Một giao diện không chỉ đáp ứng đầy đủ các chức năng tác động; đối với
người sử dụng, những quan điểm trình bày thẩm mỹ cũng rất được coi trọng:một
màn hình màu mè thì nhìn đẹp hơn một màn hình xám xịt. Tuy nhiên, về điều này,
người ta phải lưu ý: không được từ bỏ tính đơn giản. Vì các kiến trúc rườm rãe
làm hỗn độn màn hình. Các yếu tố đồ họa cần phải được tổ chức một cách khái
quát và có mục đích. Vì tất cả các yếu tố này phải được chọn lọc trong sự quan
tâm của người sử dụng, do đó, người ta phải suy nghĩ thât tốt: cái gì người ta
muốn hướng tới và tại sao vậy(?).
7.2. Cấu trúc giao diện người sử dụng
Một giao diện đồ họa phức tạp có thể làm cho người sử dụng thực hành một
cách đơn giản hơn để phục vụ cho một chương trình ứng dụng; nó có thể trình bày
một hàng rào bổ sung hay làm phức tạp thêm việc dịch vụ. Trên cơ sở đó, điều
quan trọng là phải thiết kế giao diện người sử dụng một cách kỹ lưỡng, và mặt
khác, không được thay đổi giao diện đã được dẫn ra.
Những yêu cầu này, được thực hiện trước nhất, không phải mỗi chương trình
được tạo ra một giao diện được lập trình một cách tỷ mẩn và độc đáo, sao cho nó
không chỉ tiện dụng trong quá khứ, mà một giao diện người sử dụng sẵn sàng
được sử dụng bởi một hệ điều hành. Sự tác động cần thiết sẽ trợ giúp nhiều ứng
dụng; thí dụ bao gồm việc trợ giúp xuất- nhập nói chung như các nút bấm chức
năng, chuột, cửa sổ, các mặt nạ xuất- nhập..... Những chức năng này được đúc kết
lại trong một giao diện, gọi là giao diện đồ họa người sử dụng ( graphical user
interfice:GUI); các giao diện này được người lập trình làm phù hợp bởi một giao
diện chuẩn, gọi là giao diện lập trình ứng dụng (application programming
interfice: API ). Ở hình 7.1 chỉ ra một sơ đồ khái quát về dấu hiệu lớp đối với việc
sắp xếp một giao diện người sử dụng như thế.
Hình 7.1.Giao diện người sử dụng và tổng quan cấu trúc hệ thống
Một vấn đề đặc biệt nữa cũng được đặt ra, nếu người ta muốn giới thiệu một
giao diện người sử dụng định hướng đồ họa nhờ một thiết bị đầu cuối với khả
năng đồ họa giới hạn.Điều này được thực nghiệm với dự án trọng điểm của các
công ty ché tạo thiết bị trên thế giới; với dự án này, giao diện người sử dụng được
trợ giúp không chỉ bởi một vị trí làm việc với màng hình đồ họa màu; ma f còn với
một thiết bị đàu cuối trắng đen theo tiêu chuẩn ASCII. Các bộ điều khiển trình
diễn đặt biệt đảm nhận việc mô tả những chức năng xuất (dữ liệu) như việc tạo lập
hay việc thực hiện một dòng trạng thái.
7.2.1. Việc nhập (dữ liệu)
Để chuyển vận các bài text hay các lệnh ở trong một máy tính, người ta sử
dụng phương pháp chuyển tải qua các nút bàn phím. Nói chung, bên cạnh các chữ
cái alphabet thuần khiết, còn tồn tại các nút phím bổ sung để thực hiện những chức
năng điều khiển đặc biệt. Bên cạnh các nút phím di chuyển (
) và các
điểm lưu ý về con trỏ (cursor) làm nhiệm vụ nhập dữ liệu, còn có các nút phím để
chuyển đổi chữ cái lớn/nhỏ (Shift và Caps LOCK), các phím để di chuyển các
dong chữ lui/tới và những nút phím khác để thực hiện lệnh nhập dữ liệu.
Người ta nhận thấy rằng, tổng số liên hiệp các nút phím được tạo ra và đượ mô
phỏng bởi bộ vi xử lý bàn phím với bộ mã số nội bộ ; bộ mã này được chuyển đổi
bởi bộ kích tạo thiết bị của hệ điều hành thành bộ mã số được chuẩn hóa quốc tế
chính thức. Cõ lẽ do nguồn gốc của chiếc máy tính đầu tiên, cho nên bộ chữ cái ở
trong máy tínhngày nay dựa theo alphabet của Mỹ, chúng bao gồm 128 kí tự đã
được chuẩn hóa. Bộ mã số được mô tả với 7 Bit, nó là bộ mã chuẩn ASCII
(American standard Code for Information Inter change), xem hình 7.2 ở dưới đây.
Hình 7.2. Bộ mã hóa các kí tự theo chuẩn ASCII
Ngoài bảng này ra, còn có bộ mã hóa ssó được ghi chép bằng phương pháp mô
tả hệ đếm thập lục phân (hexa- decimal). Gía trị của 4 Bit đầu tiên được điền vào ở
cuối bên trái theo cột thẳng; còn giá trị của 4 Bit tiếp theo ở phía bên trên theo
hàng ngang. Hai hàng đầu tiên của bảng này chứa đựng những kí tự điều khiển,
như kết thúc việc nhập EOT, bộ ghi hàng ngang HT, quay trở lại hàng CR...Bây
giờ, thế giới không chỉ bao gồm Bắc Mỹ, do đó, điều cần thiết là phải kết hợp các
kí tự của Châu Âu, như u,a,x và ê vào trong bộ mã đang tồn tại. Điều đó buộc dẫn
tới một bộ mã 8 Bit với chuẩn ANSI do tổ chức ISO (International Standard
Organisation) đưa ra.
Tuy nhiên, thế giới không chỉ dừng lại ở châu Âu; điều cần thiết được dẫn tới
là phải mô ta các gói phần mềm khác nhau cho thị trường châu Á, như Việt Nam,
Trung Quốc, Ấn Độ, Arập....; do đó, người ta phải mở rộng việc mã hóa cacá kí tự
nhiều hơn 8 Bit.
Một cuộc thử nghiệm quan trọng theo hướng này là việc phát triển một bộ mã
đa năng (unicode), ở trong đó chứa đựng toàn bộ các kí tự của các thứ tiếng của
các quốc gia trên thế giới, goi là UNI1997. Ở trong bảng này còn chừa các chỗ
trống, do đó rất tiện lợi cho việc mở rộng tiếp theo. Hình 7.3 chỉ ra một sự dẫn giải
về bộ mã đa năng này: bắt đầu với mã 16 Bit 000H và kết thúc với FFFFH.
Hình 7.3. Sự dẫn giải về bộ mã đa năng(UNI- code)
Người ta nhận thấy rằng, bộ mã đa năng đã được thiết kế như là sự mở rộng bộ
mã ASCII, nhằm tạo nên một sự hài hòa với các hệ thông chuẩn đang tồn tại. Tuy
nhiên, có rất nhiều kiểu chữ (fonts); cho nên, ở bộ mã đa năng 16 Bit, người ta có
thể đảm bảo đầy đủ các font chữ, vì các thông tin được tách chia một cách mạnh
mẽ, bất kì khi nào và cách sử dụng như thế nào đều chứa đựng trong bộ mã này cả.
Tất cả các thông tin tạo dạng (font chữ, kiểu trình bày, đậm/nghiêng....) đều được
bộ mã kí tự quản lí một cách tách biệt; chúng là các kiểu dùng cho trình soạn thảo.
Bộ mã đa năng đã được chuẩn hóa(ISO 10646) và không ngừng được phát triển.
Bộ mã quan trọng nữa là bộ mã Unix nâng cao 32 Bit (Extended Unix Code:
EUC);nó giới thiệu một sự mở rộng của kiểu kí tự theo chuẩn ASCII dùng cho hệ
điều hành Unix. Các kí tự châu Á và các kiểu phức hợp khác được dẫn ra như là
kết quả của nhiều chữ cái alphabet theo chuẩn ASCII trên bàn phím thông thường
và chúng cũng được lưu trữ như chuẩn EUC của các nước đặt biệt.
Thí dụ về bộ mã kí tự nhập ở Unix:
Từ buổi đầu, ở hệ điều hành Unix cũng như POSIX, kiểu kí tự chuẩn US-
ASCII được dùng một cách rộng rãi. Gần đây, trong các ấn bảng mới hơn, các
kiểu này đã bao hàm các đặt điểm riêng biệt của từng quốc gia. Thí dụ, công ty
Hewlett- Packard đã tạo lập được một sự đặt biệt, gọi là sự trợ giúp ngôn ngữ thiểu
số(native language support:NLS). Nó bao gồm một dãy các biến số ngoại vi
(LANG, LC_XX), nếu chúng tôn taịi trong phạm vi tiến trình người sử dụng và
nếu chúng được thiết đặt một cách hợp lí; khi đó, chúng điều khiển phần cục bộ
các lập thức thư viện (library routine)và các lệnh cảu hệ điều hành(ed,grep...).Ở
đây, chúng không chỉ bao hàm các đặc điểm ngôn ngữ đặt biệt như việc sử dụng
đúng đắn bộ mã 32 Bit khi so sánh chuỗi có tự hay nhận dạng mã chữ cái(chữ cái
lớn/nhỏ, chữ số, kí tự điều khiển.....), mà còn bao hàm cả việc ưngs dụng hợp lí
đối với từng quốc gia cho điểm và dấu phẩy khi biểu diễn số cũng như đăc điểm
tiền tệ của từng nước(thí dụ biễu diễn đồng đô-la tiền tệ của Mỹ:1.568,74US$).
Thí dụ về bộ mã kí tự ở Windows NT:
Ngược với hệ điều hành Unix, ở Windows NT, khi thiết kế bộ mã kí tự nhiều
quốc gia trên thế giới, đối với hệ điều hành, người ta khẳng định rằng, đó là một
bộ mã đa năng. Điều này có nghĩa là tất cả các chuỗi kí tự,tên đối tượng, tên
đường dẫn.... đều phải dùng bộ mã kí tự đa năng.
Các đăc trưng của từng quốc gia như múi giờ, ký hiệu tiền tệ, tiếng nói....được
khẳng định một cách đọc lập với cái đó khi tạo lập hệ thống và được lưu trữ tập
trung.
Bên cạnh bàn phím dùng để nhập các kí tự, ngày nay còn có nhiều khả năng
nhập khác nữa. Sau đây, người ta nêu ra một vài phương pháp.
Các phím chức năng (function key ):
Việc mở rộng đơn giản dẫn tới khả năng, để sử dụng các nút phím cho các
chức năng đăc biệt. Đó là một bước quan trọngđối với việc thiết kế giao diện
người sử dụng, vì ở đây, bên cạnh việc nhập các dữ liệu bằng số và chữ cái, việc
làm thích ứng các chức năng cũng được tạo điều kiện. Do đó, một cách lôgic, điều
quan trọng là phải giữ vững các dữ liệu và các chức năng được tách biệt trong một
chương trình tại môi trường nhập, và phải tránh mọi sự nhầm lẫn. Chỉ có một giao
diện người sử dụng tồi mới pha tạp hai chức năng, thí dụ việc ngừng xuất dữ liệu
phải ấn hai phím CTRL+S, nhiều khi còn tệ hơn, phải điều khiển chương trình
bằng nhiều phím kí tự riêng lẽ.
Thiết bị chỉ thị(pointer device):
Có một bước quan trọng để nhập tương tự, đó là việc dẫn vào các thiết bị chỉ
thị như chuột, banh dò (track ball). Ở đay, vị trí của con trỏ chỉ thị trên màn hình
có thể được điều khiển một cách nhe nhàng hơn ấn các nút phím chức năng
(cursortaste).
Các mâm đò họa (graphic tablet):
Một sự trợ giúp to lớn đem lại việc xác định vị trí của một bút chì trên một
bảng nhập điện tử đăc biệt. Tuy nhiên, chức năng của nó là một thiết bị chỉ thị, do
đó, người ta có thể truyền đạt các hình dạng vào máy tính một cách trực tiếp; thí
dụ các dữ liệu cảu các dự án kiến tạo hay các mẫu y khoa, các hàm chức năng và
các biểu đồ hay có thể sử dụng các chữ kí để kiểm duyệt ngân phiếu.
Thiết bị quét hình:
Trong vài năm lại đây, các bảng đồ họa có được nhờ việc áp dụng các thiết bị
dò quang điện với độ phân giải cao, thiết bị này gọi là máy quét (scaner) hình hay
đồ họa. Tuy nhiên, cùng với các khuynh hướng tân tiến khác, các kết quả quét đồ
họa không chỉ được lưu trữ trên giấy, chúng còn được biến đổi thành tín hiệu điện
để phục vụ những yêu cầu của nghành công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa
học khác.
7.2.2. Mành đồ họa và sự phân giải
Đối với việc xuất ra một bảng phác thảo đồ họa thường được sử dụng một mô
hình đặt biệt, gọi là mô hình mành đồ họa. Người ta sử dụng một hệ thông tọa đọ
cho các dấu vẽ phác; chúng xuất hiện như một mành màn hình. Thật vậy, người ta
gọi điểm ra(0,0) của tọa độ(x, y) là ở góc trên bên trái; ở đó các dấu vết của các
điểm ảnh được thu xếp giống như một ma trận điểm. Đối với màn hình có kích cỡ
1024x786 điểm, thì ma trận tọa độ các điểm được dẫn ra như trong hình 7.4 ở dưới
đây.
Hình 7.4. Tọa độ các điểm của mành đồ họa
Mô hình mành đò hạo thì khác với phương pháp vec-tơ đồ họa; phương pháp
vec-tơ đồ họa chỉ quan tâm tới các tọa độ của các điểm hình học ( thí dụ điểm đầu
và điểm cuối của một đường thẳng). Ngược lại, phương pháp mành đồ họa phân
bổ mỗi điểm một giá trị màu đã được định nghĩa, các giá trị này được lưu trữ như
những con số. Khi nhớ lặp lại hình kiểu đồ họa mành phải dự định trước một đơn
vị bộ nhớ; còn trương hợp vec-tơ đồ hạo chỉ cần nhớ từng điểm ảnh của màn hình
đồ họa. Cho nên trước đây, người ta ưa chuộng phương pháp vec-tơ đồ họa, vì
phương pháp này sử dụng it không gian bộ nhớ. Tuy nhiên, ở việc làm tươi
(refresh) các đồ họa phức tạp, phương pháp vec-tơ phải làm tươi tất cả các phần tử
đồ họa tong danh sách, do đó, quá trình này xảy ra rất chậm; ngoài ra nó còn dẫn
tới những điểm lổ chỗ trên bức đồ họa vừa làm tươi.
Công nghệ hiện đại của các màn hình mành kết nối với kiểu dáng màn hình do
người lập trình tự kiến tạo, đã tạo nên chỗ đứng vững vàng cho công nghệ thiết kế
các phần mềm dồ họa. Ở đây, mỗi điểm ảnh được mô tả thành các màu sắc và
được biểu diễn bởi một giá trị màu từ các Bit, gọi là các Bit màu(b0,b1,......,bn). Đại
đa số các Bit có thể được kết hợp với từng chỉ số giông nhau của bộ điều khiển
trình diễn (display controler) tới một bức ảnh đồ họa. Một bức ảnh như vậyđược
biểu thị một mức bình diện nào đó.
Thí dụ về các mức màn hình:
Người ta thấy rằng, mỗi điểm ảnh của bức đồ họa thường chứa đựng trong 8
Bit (ứng với một byte). Nếu chúng ta phân đoàn 8 Bit này thành 6+2 Bit; với chủ
định, đối với một phần mềm đồ họa, điều cần thiết là phải thiết đặt một mặt trước
6
(front) khoảng 2 màu (cho hình ảnh), còn mặt nền(underground) koảng 22màu.
Về các lệnh phần cứng, chúng ta có thể di chuan các dữ liệu của một mức (đối với
mặt trước); cho nên, một hình(figure) đồ họa có thể xuất hiện và di dich trên một
nền phía sau cố định(tương tự như một phong cảnh: xe cộ chuan động, núi non
đứng yên). Khi trình diễn các phần mềm trò chơi (gamé) trên máy tính, người ta
thấy các hình ảnh chuan động chính là những hình vuông nhỏ tạo dạng được điều
hưởng trên màn hình.
Các màu sắc được pha trộn từ ba màu cơ bản là đỏ (rose), xanh lá cây(Green)
và xanh da trời (Blue). Vì cự kết hợp cường độ ba màu (mmỗi màu có 8 Bit)thành
một tổng duy nhất (24 Bit) thì cần dùng quá nhiều Bit; cho nên, đối với một điểm
ảnh cần một số lượng đề chỉ cường độ ba màu cơ bản (R,G,B) thì không cần thiết;
mà người ta chỉ viết chỉ số của ba màu, gọi là địa chỉ màu(color address) vào trong
một bảng đăc biệt, gọi là bảng chiếu màu(color lookup table:CLUT). Sơ đồ truy
cập đối với các giá tị màu của một điểm ảnh khi phô diễn thì chuan thành địa chỉ
của một mức, tương tự như đã trình bày trong mục 3.3 ở chương trước. Ở hình 7.5
là một ví dụ, nó chỉ ra dngf dữ liệu cho một điểm ảnh có màu tím sáng(bright
violet) với giá trị màu (R, G, B) = (215,175,240) ở vị ttrí (x, y), Người ta lưu ý,
mỗi điểm ảnh chỉ dùng 3 Bit của không gian bộ nhớ; nhưng về độ chính xác mau
phải dùng tới 24 Bit. Sự hạn chế của việc mô tả các điểm ảnh trên 3 Bit không chỉ
tác đông tới độ chính xác màu(color accuracy), mà còn tác đông tới chỉ số lớn nhất
trong bảng chiếu màu CLUT; vì vậy, nó cũng ảnh hưởng tới số lượng các màu có
thể được trình bày đông thời.
Để trình bày các giá trị màu (R, G, B) ở dạng số thành các giá trị màu tương
đương ở dạng tương tự; khi đó, người ta dùng một bộ biến đổi điển tử số/ tương tự
(D/A converter); thí dụ các giá trị màu 0.......255 tương ứng với các mức điện áp
0,0....1,0 volt; với các giá trị này, các nguồn tạo màu(thí dụ nguồn điện quang)
được điều hưởng.
Hình 7.5. Xác định giá trị màu nhờ bảng chiếu màu
Tuy nhiên , ý tưởng này vẩn còn nhược điểm trong các vùng điểm ảnh. Những
ảnh hưởng của các chức năng thì phụ thuộc rất nhiều vào phần cứng( tức là sự
phân giải cụ thể của màn hình). Ở đây, các ô hình vuông nhỏ và các cửa sổ nói
chung đươch phân giải một cách phù hợp với kích thước màn hình; cụ thể, nó
không phải là cac nét vẽ liên tục đầy đủ, kà nó chỉ là những khối điểm ảnh được
xác định theo mong muôn của người lập trình. Bây giờ, nếu chúng ta pha lẫn đồ
họa và bài text (bao gồm các kí tự); do đó, vị trí của bài text ở tong cửa sổ đồ họa
phụ thuộc vào độ phân giải của màn hình; khi đó có thể dẫn tới các hiệu quả của
bảng thiết kế nói chung không được cân đối và đẹp đẽ; đồng thời, nó cũng gây trở
ngại cho một giao diện của người sử dụng sau này.
Hình 7.6. Mô tả cách thực hiện một bảng đồ họa
Một quyết định quan trọng để dẩn tới các nét vẽ định hướng điểm ảnh là nét vẽ
phân giải. Ở các net vẽ này, chẳng hạn một chữ cái thì không đăc trưng bởi các
điểm ảnh của nó, mà nó đăc trưng bởi hình biên và màu sắc cung như cấu
trúc(texture) diện tích chứa đựng các điểm ảnh. Điều này thì trước hết là bất tiện
và không hiệu nghệ khi lưu trưx và trình bày; tuy nhên, khác với trường các điểm
ảnh, việc mô tả đương biên được phóng to hay thu nhỏ một cách bất kì. Hình7.6
cho thấy: bên trái mô tả định hướng các điểm ảnh (a); bên phải mô tả mức độ phân
bổ cho chữ A (b). Do đó, những điểm ảnh mà người ta nhìn thấy, nó vẫn còn thô
kệch.
7.2.3. Hệ thống cửa sổ và quản lý trình diễn
Một trong các phương tiện trình bày quan trọng nhất được hệ thống các máy
tính Xerox-START đảm nhiệm, đó là sự biểu thị các dữ liệu trong các mặt cắt hình
vuông của màn hình hay trong các cửa sổ. Ngày nay, kỷ thuật này đã trở nên phổ
dung ở tất cả các máy tính; nó dẫn tới khẳ năng phải xác định địa chỉ bộ nhớ lập
ảnh của một đơn vị biểu thị (thí dụ thiết bị đầu cuối, màn hình đồ họa...); do đó,
cần phải lái việc xuất cấu trúc tế vi của một tiến trình trên một phần được dịch vụ
xác định của màn hình. Nếu trước đây các chuỗi ký tự được dẫn ra bởi một ký tự
đặc biệt (thí dụ ESC ) thì đồng thời chúng cũng đạt được một lệnh cho bộ vi xử lý
trình diễn; do đó, điều này đã được thay thế tại các hệ thống cửa sổ nhờ các chức
năng tổng hợp; ở đó, các số liệu cửa sổ (kích thước, vị trí, mặt cắt...) có thể được
thay thế một cách tương tác nhờ các thiết bị nhập (chuột, cần lái...).
Cấu trúc tiến trình của một ứng dung đồ họa đã được biến đổi không ngừng.
Nếu trước đây, chương trình ứng dung còn chứa đựng tất cả các thủ tục xuất đồ
họa như là một thư viện (xem hình 7.7); do đó, ngày nay hầu như điều này đã
được tách biệt.
Hình 7.7.*******************
Công việc trình diễn như xác định vị trí chuột, kích chuột, dẫn một bài
text...được quản lý bởi một tiến trình xác thực hay bởi một cửa sổ điều hành
(Window manager), (xem hình 7.8). Cả hai tiến trình sau đây được kết nối với
nhau theo kiểu quan hệ client/ server: tiến trình người sử dung đại diện cho một
client, còn tiến trình của cửa sổ điều hành đại diện cho một server với sự trình diễn
các đồ họa mong muốn.
Do đó, việc quản lý được thiết kế một cách căn bản như một chương trình lặp
đi lặp lại; mà tại đó, các hoạt động được thực hiện như một phản ứng khi trình
diễn của người sử dung.
InitProcess
LOOP
WaitForEvent (Mouseclick, KeyBoard, DisplayUser Programms,...)
ExecuteNecessaryProcedure;
END (*LOOP*)
Hình 7.8*************************
Hệ thống các tiến trình cửa sổ gần như được điều khiển một cách biến đổi, mà
ở đó, cũng giống như các biến cố không đồng bộ, không chỉ các việc trình diễn
được thực hiện từ bên ngoài (nhấp chuột ), mà cả các công việc đồ họa của chương
trình ứng dung cũng được thực hiện từ bên ngoài. Ơ đây, hệ thống các biến cố trao
đổi thông tin nhận được sự trợ giúp, cho nên nó đã đem lại sự trình diễn và các
nhiệm vụ khi tạo dựng thông tin; và do đó, nó cũng móc nối vào hàng đợi trung
tâm của cửa sổ quản lý.
Việc phân bổ các chức năng giữa chương trình người sử dung và cửa sổ quản
lý làm yêu cầu thêm về việc tách chia các nhiệm vụ một cách rõ ràng; ở đó giữa
các nhiệm vụ chuẩn của cửa sổ quản lý (các nhiệm vụ của giao diện người sử
dụng) và các yếu tố đồ họa đặc biệt của chương trình người sử dung được phân
biệt với nhau, tức chúng có những ưu điểm khác nhau như sau:
➢ Các kết quả của nhiều tiến trình độc lập có thể đúc kết trong một hệ thống
cưả sổ nói chung; do đó, chúng được làm sáng tỏ từ hai ví dụ sau đây:
▪ Kết quả do các bộ cảm biến (sensors) khác nhau trong điều khiển công
nghiệp thì khác nhau.
▪ Việc mô tả song song các kết quả tại nhiều chương trình với chức năng
giống nhau thì độ chính xác lỗi phần mềm sẽ muôn màu muôn vẽ.
➢ Hệ thống trình diễn đồ họa có thể được chuan dịch trên các máy tính khác
nhau ở trong mạng máy tính, xem mục 7.2.5. ở dưới đây. Điều này tạo ra những
chức năng sau đây:
▪ Kiểm tra mạng: trên mỗi máy tính tồn tại một tiến trình đại diện (agent);
trong sự độc lập với một chương trình trung tâm, tiến trình đại diện này
biểu thị trạng thái của máy tính trong một cửa sổ riêng lẻ.
▪ Quản lý mạng: việc phân bổ và quản lý các phần mềm có thể được tổ chức
bởi một không gian làm việc tập trung; trong đó, cụ thể trên mỗi máy tính
có một tiến trình làm cân bằng thiết bị đầu cuối tồn tại như một tiến trình
đại diện; mà tiến trình này phô bày việc xuất dữ liệu trên màn hình trình
diễn trung tâm.
➢ Việc quản lý cửa sổ được điều chỉnh tập trung; còn đối với một áp dung,
việc nhìn thấy và cảm nhận (look and feel) thì giống nhau.
➢ Việc sử lý các biến cố có thể được chuan giao cho một hệ thống con (chẳng
hạn cho một server); và do đó, nó làm giảm phụ tải cho bộ vi xử lý cuả các ứng
dung một cách thực thụ
Ý tưởng này có nghĩa rằng, trạng thái hiện hành của một cửa sổ thì không chỉ
quen thuộc đối với chương trình người sử dung; mà còn cho thấy, các giá trị của
các biến trạng thái (như vị trí cửa sổ, kích thước cửa sổ...) phải đượctạo lập một
cách rõ ràng bởi một server.
Các cửa sổ có thể xếp chồng lên nhau hoặc có thể bị che phủ từng phần. Đối
với các phần không được biểu thị của các cửa sổ , có hai ý kiến:
▪ Một là, cưả sổ được server lưu trữ, do đó, kể từ khi cửa sổ được mở ra cho
tới khi một phần cưả sổ bị che phủ (thí dụ khi mở rộng một cửa sổ, hay khi di
chuỷen cửa sổ chồng lên trên) thì nội dung cửa sổ được điền vào một cách tự
động. Điều này đòi hỏi nhiều dung lượng bộ nhớ đối với tíên trình server; nhưng,
nó tránh được các thủ tục bổ sung để điền vào nội dung cửa sổ còn thiếu ở trong
chương trình người sử dung.
▪ Hai là, trong trường hợp có nhu cầu, chương trình ứng dung phải biểu thị
các phần cửa sổ còn thiếu một cách mới mẻ. Điều này đòi hỏi dung lượng bộ nhớ
ít hơn, vì vậy, người ta có thể sử dung các thủ tục chuyên dung ở chương trình
người sử dung. Cho nên, nó dẫn tới một sức chịu tải động học cao hơn cho bộ vi
sử lý người sử dung.
Việc thực thi cụ thể thì phụ thuộc vào hệ thông cửa sổ được sử dung. Nếu
người ta phó mặc quyết định này cho cấu hình tồn tại trong thời gian làm việc của
server(tạo lập việc lưu trữ) hay cho người lập trình người ứng dung; do đó, có thể
xuất hiện trường hợp, khi lập trình ứng dung cũng như khi lưu trữ trên server, nó
sẽ được giảm thiểu và do đó, việc ứng dung sẽ xảy ra lỗi ở vùng cửa sổ được thiết
lập; tuy rằng việc lập trình chanửg có lỗi gì cả. Do đó, mục đích là phải quy định
các quy ước chặt chẽ cho sự phô diễn.
7.2.4. Hiện thực ảo
Mới đây, để mô phỏng hoàn toàn các cảnh chuyển động thì cần phải dẫn xen
vào những thiết bị xuất nhập đặc biệt; những thiết bị này tạo ra không gian 3 chiều
(3 demension: 3D) trong giao diện người sử dụng. Cụ thể, bao gồm các thứ tự như
chuột, các bộ chỉ thị…; những thứ này cho phép điểu chỉnh vị trí theo 3 chiều;
ngoài ra còn có các thiết bị nhập, mà vị trí đầu dò của nó (tracker) được xác định.
Những hệ thống tân tiến hơn còn xác định được trạng thái biểu lộ của con người
nhờ hệ thống các camera và các sensor cảm biến khoảng cách. Nhờ đó, các kiểu
trình diễn như động tác khoa chân múa tay (gestic) hay động tác bắt chước
(mimic) là có thể thực hiện được một cách dễ dàng. Ngay cả kỷ thuật trình diễn đồ
hoạ cũng được bổ sung thêm nhờ các hệ thống kính đặc biệt hay các thiết bị trình
diễn khác; vì vậy người ta có thể điểu hưởng việc trình diễn bất cứ như thế nào
theo ý muốn của con mắt, để có một không gian đầy ấn tượng xuất hiện trước mặt
khán giả.
Ngoài các khả năng cho đến này chưa được làm đầy và ngoài chi phí kinh tế và
kỷ thuật còn quá cao; tuy nhiên, kỷ thuật hiện thực ảo không gian mang lại những
suy nghĩ mới cho giao diện người sử dụng, mà chúng chỉ làm hoàn hảo thêm và
tạo điều kiện cho những áp dụng mới, mà với điều kiện này, việc cần thiết phải
dẫn tới những vấn đề bổ sung thêm cho trường hợp điều khiển từ xa. Tất cả các
khả năng và các vấn đề được mô tả trong các mục trước được chuyển tải một cách
trực tiếp trong ngữ cảnh ba chiểu (3D); do đó, đối với giao diện 3D, việc phân loại
hệ thống nêu ở trên được coi là hoàn mỹ trong một cấu trúc client/ server.
7.2.5. Quản lý giao diện người sử dụng
Vai trò đặc biệt của giao diện đồ hoạ là chiếm lĩnh việc quản lý các đối tượng,
mà người gọi là hệ thống quản lý giao diện người sử dụng (user interface
management system:UIMS). Việc quản lý này cũng chính là quản lý các gói thông
tin phần mềm. Với sự trợ giúp của việc xuất nhập bằng các thiết bị khác nhau (như
chuột, bảng đồ hoạ, loa âm thanh…), người ta có thể phân đoạn các thủ tục đồ họa
thuần khiết để nhằm dễ dàng quản lý những biến cố khi nhập và những mong
muốn khi xuất. Hình ảnh thông thường của giao diện người sử dụng chính là sự
trình bày hình thái các đối tượng đồ hoạ (thí dụ thu hẹp một cửa sổ hay sử dụng
các biểu tượng…), điều này đạt được do có bước quản lý này. Giao diện này thì
độc lập với giao diện đồ họa của người sử dụng (graphical user interface: GUI).
Giao diện đồ họa của người sử dụng được mô tả nhờ một danh sách gồm các thủ
tục, các đối tượng và các giao thức.
Để thiết lập một sự quản lý như thế có nhiều phương pháp khác nhau. Đó là
việc trình bày các quy tắc cho các biến cố và thiết lập việc quản lý khi lập trình
trong hệ thống quản lý giao diện người sử dụng.
Thí dụ về cách biểu lộ:
Nếu một biểu tượng (icon) được dùng cho một tài liệu, nó sẽ được chọn (bằng
cách nhấp nút chuột), được lôi đi và sau đó được buông ra tại một vị trí mong
muốn. Việc lôi và thả này (drap and drop) tác dụng lên hệ thống quản lý giao diện
người sử dụng; khi đó, tài liệu chi tiết được di trượt và được biểu thị tới vị trí
muốn thiết đặt của người sử dụng.
Kết quả của gọi hệ thống cũng như kết quả của các hình vẽ đồ hoạ của biểu
tượng (thí dụ biểu tượng về các tài liệu văn bản thì dấu mình trong cửa sổ về chủ
đề printing, biểu tượng về máy in printer thì dẫn tới trạng thái in, khi máy in làm
việc một tờ giấy in tài liệu được dẫn ra chậm chạp…) được đảm nhiệm bởi hệ
thống quản lý giao diện người sử dụng và chúng thì giống nhau ở tại các chương
trình người sử dụng.
Cách làm như vừa nói có thể được viết bằng các ngôn ngữ lập trình hay ngôn
ngữ logic tả thực. Ưu điểm của hệ thống quản lý giao diện người sử dụng là ở chỗ,
nó có thể thay đổi một cách dễ dàng và tập trung. Cho nên, việc làm thích hợp các
chức năng cần thiết cũng như các việc sửa lỗi… có tác dụng cố định giống nhau ở
tất cả các chương trình người sử dụng.
Khác với các thành phần của giao diện người sử dụng chuẩn, đối với các
chương trình ứng dụng, các giao diện chuẩn này đều giống nhau và hầu như chúng
cũng được phân loại bởi các nhà thiết kế hệ điều hành; do đó, tình trạng này có vẻ
khác nhau ở các thành phần đồ họa chuyên dụng. Ở đây, sự nỗ lực hết sức của
người lập trình là rất cần thiết, nó được tận dụng ở ngay mỗi chương trình. Đồng
thời, để đơn giản hóa công việc lập trình này và để cho phép việc lập trình tương
tác mà không cần biểu thị về các chức năng của giao diện người sử dụng, người ta
nhận được nhiều phương pháp khác nhau:
✓ Tạo lập các tệp tin đặc biệt (recource files):
Trong trình soạn thảo đồ họa hay trong hộp dụng cụ kết cấu tài nguyên của hệ
thống quản lý giao diện người sử dụng, người ta có thể kết hợp với nhau một cách
phù hợp các yếu tố như menu, biểu tượng (icon), các nút chọn (select button), các
biến cố chuột, các chuỗi âm thanh (tone sequence)… Các biến cố sẽ được dẫn tới
như các cấu trúc tệp tin ở trong các tệp tin nguồn và được nạp hay được sử dụng
trong thời gian vận hành hệ thống quản lý giao diện người sử dụng. Các tên (được
quy định ở các trình soạn thảo )của các đối tượng hình thành nên các chương trình
người sử dụng, nhằm áp dụng các đối tượng thích hợp có sự trợ giúp của giao diện
đồ họa người sử dụng.
✓ Tạo lập mã chương trình (programm code):
Song song với việc tạo lập về các tác động đồ họa (tương tác trực quan) và các
phản ứng với sự trợ giúp của một trình soạn thảo đồ hoạ, điều cần thiết là phải mô
tả một cách đầy đủ các gọi chương trình (program call) cho giao diện đồ họa
người sử dụng bằng một ngôn ngữ lập trình nào đó thành một tệp tin. Nếu tệp tin
được biên dịch, chúng ta sẽ nhận được một bức ảnh đồ họa trong hệ thống quản lý
giao diện người sử dụng. Một thí dụ đặc trưng cho hệ thống lập trình, lập trình
kiểu này là ngôn ngữ lập trình DELPHI của hãng Borland; hệ thống này được tạo
lập bởi mã chương trình trong lập trình hướng đối tượng PASCAL.
7.3. Hệ thống cửa sổ và hoạ tiết ở Unix
Giao diện người sử dụng trong Unix đã được tiêu chuẩn hoá trong môi trường
soạn thảo cơ sở (Common Desktop Envionment: CDE) như UNIX-98 và UNIX-
99. Việc thực thi có ý nghĩa nhất đối với các hệ thống Unix này liên quan đến một
hệ thống các cửa sổ đặc biệt, gọi là hệ thống X-Windows. Sau đây chúng ta sẽ
nghiên cứu hệ thống cửa sổ này tác dụng như thế nào (?)
Một trong các dự án quan trọng của những năm 80 là dự án ANTHENA của
viện công nghệ Bossten; tại đây, người ta bắt đầu thử nghiệm nhằm thiết đặc một
phạm vi công việc cho các máy tính nối mạng với nhau. Một phần quan trọng của
dự án đã nhận được sự tài trợ của hảng Intel; đó là việc thiết lập một giao diện
người sử dụng; giao diện này được tồn tại ở trong mạng một cách phân bổ và độc
lập với máy tính đang dùng. Người ta gọi phần này là sự kế tục của một hệ thống
cửa sổ trước đó (Window System) được phát triển một cách đơn giản để trở thành
một hệ thống mới có tên X-Window-System.
Trong các mục sau đây, chúng ta muốn xem xét hệ thống này một cách kỹ
càng hơn. Khi đó, chúng ta sẽ đạt được việc làm sáng tỏ các mô hình về một bản
phác thảo đồ họa cơ bản.
7.3.1. Phác thảo đồ họa kiểu client/ server với hệ thống X-Window
Hệ thống X-Window thì bao gồm một thư viện đồ hoạ Xlip; thư viện này được
trình tiện dụng các tiến trình server sử dụng; tiến trình server chứa đựng cửa sổ
quản lý và các công cụ thực thi xuất nhập trên giao diện người sử dụng.
Hình 7.9********************
Bản phác thảo đồ họa kiểu client/server được thực hiện một cách đơn giản
trong thư viện Xlib. Để tạo ra một sự kết nối với server cũng như để mở đầu cuộc
trao đổi, client phải thực hiện một gọi hệ thống XOpenDiskplay(); gọi hệ thống
này chứa đựng tên máy tính và số liệu màn hình như là một đối số; tất cả các
nhiệm vụ tiếp theo được tiến hành một cách tự động ở địa chỉ này. Nếu nhiều tiến
trình cùng được thực hiện gọi hệ thống này trên các máy tính khác nhau, do đó,
nhiệm vụ của các tiến trình này đều xảy ra trên một và chỉ một server mà thôi.
Những thông tin có lợi ở trong mạng có thể được chỉ rõ ở trên màn hình nói
chung, mà trước đó không cần phải tu chỉnh bởi chương trình người sử dụng.
Các thông tin về vị trí và kích cở của cửa sổ được người sử dụng sắp xếp một
cách tương tác trên màn hình, các thông tin này thì chỉ quen thuộc đối với server.
Một tiện dụng muốn cho thấy các dữ liệu và cửa sổ của nó, trước heet, nó phải bắt
đầu dò tìm với lệnh XGetWindow().
7.3.2. Phác thảo cửa sổ với hệ thống X-Window
Thư viện Xlip chỉ chứa đựng những chức năng đồ họa đơn giản với các hình
thức trình diễn khác nhau. Đối với một cửa sổ tổng hợp với thanh trượt, xem hình
7.10, người sử dụng một số lượng lớn các gọi hệ thống của các chức năng sơ cấp
này.
Bản phác thảo logic về việc tạo lập và đặt tên cửa sổ đối với hệ thống X-
Windows là rõ ràng và đơn giản. Xuất phát từ một cửa sổ cơ sở, tất cả các cửa sổ
(được định nghĩa theo đó) được biểu thị bằng một hình chữ nhật trong cửa sổ cơ
sở này; và như đã nói, cái đó trở nên như những mẫu bài báo tách biệt (clipping).
Dưới khái niệm cửa sổ, người ta hiểu đó là một hình chữ nhật sơ cấp. Hình chữ
nhật này chiếm một đường biên và mẫu nền, nó được định nghĩa trên bình diện
của thư viện Xlip. Hình 7.11 chỉ ra một hệ thống các cửa sổ khác nhau; ở đây, mỗi
cửa sổ được biểu thị bởi một chữ cái.
Mỗi cửa sổ có thể chứa đựng một hay nhiều cửa sổ con (subwindow), kiểu cấu
trúc này được biểu thị qua một cây, mà điểm gốc là cửa sổ cơ sở (root window).
Cửa sổ cơ sở là toàn bộ cửa sổ của màn hình.
7.3.3. Mở rộng kiểu dáng đồ họa
Trên cơ sở các chức năng đơn giản của thư viện Xlib, các lớp mới cao hơn phải
được thiết lập với các chức năng cao hơn nữa. Lớp trung gian giữa các gọi hệ
thống của chương trình người sử dụng và các chức năng được chi tiết hoá của thư
viện Xlib gọi là Xtoolkit (hộp công cụ) và nó có thể được thực hiện rất khác nhau.
Các đối tượng đồ họa của lớp này được gọi là Dialogobjects (các đối tượng hội
thoại), chúng được tạo lập rất khác nhau và tuỳ thuộc vào người lập trình. Để giữ
vững các ưu điểm của một giao diện người sử dụng thống nhất trên bình diện cao
hơn và để tiêu chuẩn hóa các họa tiết (motif) và các tính chất (look and feel) của
các đối tượng hội thoại, một giao diện người sử dụng thống nhất cho Unix được để
cập. Đó là cơ sở phần mềm đồ họa mở rộng (open software foundation), chúng
được dẫn giải theo một hiệp định của các nhà sản xuất. Bên cạnh bản hướng dẫn
tạo kiểu dáng (motif style guide), còn có một bản mô tả về việc quản lý cửa sổ cần
thiết (motif window manager), chúng bao gồm những đối tượng hội thoại nhằm
mở rộng kiểu dáng (motif widget) khi lập trình hay thiết kế đồ họa.
Tuy nhiên, các mô hình tạo màu và tạo ảnh mành đồ họa có khuynh hướng loại
bỏ một cách trực tiếp các chức năng của thư viện Xlib. Mành đồ họa này làm việc
với các bộ fonts điểm ánh (pixelfonts) chưa được xử lý. Từ lý do này, hãng máy
tính SUN đã thiết đặt một hệ thống cửa sổ mạng máy tính (network-window-
system: NEWS). Hệ thống này là cơ sở để mở rộng ngôn ngữ mô tả trang (post-
script) cũng như để sử dụng các fonts và các đối tượng đồ họa đã được xử lý.
Ở trong hệ thống X-Window, với các đối tượng hội thoại, người ta nhận được
các đặc điểm cơ bản sau đây:
+ Các nút bấm được mô phỏng có thể ấn lên xuống được (XmPushButton).
+ Các bài texts (cố định) có thể trình diễn được (XmText).
+ Các thanh trượt có thể làm dịch chuyển nội dùng trên cửa sổ (XmScrollBar).
+ Các trường nhập về đồ họa có thể di chuyển được (XmDrawingArea).
+ Các tồn tại một cửa sổ chọn tệp tin (XmFileSelectionBox).
Độc lập với các tác động họa tiết đồ họa, hảng máy tính SUN còn tạo thêm hộp
công cụ Xview, còn hảng máy tính AT&T tạo thêm hộp công cụ Xt+, cả hai đều
được biên soạn trong thư viện Xlib.
Giao diện dùng lập trình ứng dụng được mô tả bởi các họa tiết nhờ một ngôn
ngữ đã được chuẩn hoá, gọi là ngôn ngữ giao diện người sử dụng (user interface
language: UIL). Trong ngôn ngữ này, các yếu tố của giao diện người sử dụng cần
thiết có thể được tiếp nhận để mở rộng hàm số và hình học. Hình 7.13 chỉ ra sự
phân lớp của phần mềm đồ họa mở rộng
Hình 7.13*************************
Đối với những nhiệm vụ khác nhau, hộp công cụ có những công dụng sau đây:
+ Việc tạo ra hay xóa đi các họa tiết của bản thiết kế đồ họa mở rộng có thể
thực hiện một cách năng động.
+ Việc thay đổi các họa tiết mở rộng có thể thực hiện bất cứ khi nào trong thời
gian quản lý cửa sổ.
+ Việc xuất- nhập hay việc tạo lập một sự trình diễn quay hồi được quản lý tập
trung.
+ Các cơ chế trao đổi thông tin giữa các ứng dụng cũng như giữa các cửa sổ
của chúng luôn luôn được thiết đặc sẵn sàng. Điều này tạo ra một thiết bị của bộ
đệm tập trung, còn gọi là cơ cấu bảng kẹp để cắt và dán (clipboard- mechanismus
ò cut-and-paste).
Các nhiệm vụ này được giải quyết bởi hộp công cụ các họa tiết với các phương
tiện lập trình hướng đối tượng. Hộp công cụ chứa đựng các cơ cấu di truyền lại và
các kiểu sắp xếp tổng hợp, mà người lập trình có thể sử dụng một cách thuận lợi.
Người ta nhận thấy rằng, với các nhiệm vụ lập trình đồ họa thông thường, người ta
đạt được chức năng Xlib cho một ứng dụng một cách tiện lợi, không đòi hỏi nhiểu
công việc phức tạp.
Mỗi một sự mở rộng về họa tiết đồ họa thì biểu thị một số thuộc tính nào đó;
tức là, nó đặc trưng cho một tính năng nào đó; mà với tính năng này, một không
gian bộ nhớ được phân bổ. Người ta có thể đọc thấy sự che phủ bộ nhớ này khi
khởi xướng đối tượng từ một tệp tin nguồn.
Có hai kiểu mở rộng họa tiết đồ họa. Đó là kiểu đơn giản và kiểu kết hợp. Sau
đây, chúng ta sẽ lần lượt nói về hai kiểu này:
✓ Kiểu mở rộng đồ họa đơn giản: Đó là kiểu đồ họa nguyên sơ; chúng được
dẫn xuất từ cấp hạng XmPrimitives (nguyên sơ) và được biểu thị sát cạnh nhau
trên màn hình.
Người ta lưu ý rằng, mỗi lớp được dẫn ra có một ý nghĩa đặc biệt đối với lớp
phía trên nhờ các thuộc tính (với các biến) và các phương pháp (với các thủ tục).
✓ Kiểu mở rộng đồ họa kết hợp: Kiểu mở rộng này có tác dụng như một
thùng đựng đa năng (container), chúng chứa đựng nhiểu kiểu đồ họa mở rộng khác
nhau, gọi là các đồ họa khởi thuỷ (primitives).
Các thùng đựng đa năng xác định cách bố trí hình học của các kiểu đồ họa mở
rộng đang chứa đựng. Hình 7.15 là một thí dụ về dáng vẻ bên ngoài của một cửa
sổ; cửa sổ này làm nhiệm vụ xuất các thông tin tới người sử dụng. Kiểu mở rộng
đồ họa kết hợp với thùng đựng đa năng này còn được gọi là kiểu mở rộng hổn hợp
hay kiểu mở rộng sắp xếp.
Hình 7.15*********************
Bên phải hình 7.15 là cấu trúc các đối tượng của kiểu mở rộng kết hợp; cấu
trúc này có liên quan tới quan hệ đã chứa đựng. Kiểu đồ họa mở rộng hỗn hợp
được biểu thị là kiểu mở rộng cha (parent widget). Kiểu sắp xếp được kết nối một
cách trực tiếp với việc sắp xếp các cửa sổ. Bình thường, mỗi kiểu mở rộng có một
cửa sổ hình chữ nhật khép kín. Nhờ đó, một sự sắp xếp cửa sổ đều xuất hiện bởi
một quan hệ chứa đựng sự sắp xếp mở rộng. Cửa sổ cha thuộc kiểu mở rộng cha,
nó chứa đựng cửa sổ con; trong cửa sổ con cũng chứa đựng kiểu mở rộng con tiếp
theo…
Cửa sổ cao nhất (top- level-window) khi sắp xếp các kiểu mở rộng được định
nghĩa bởi công dụng được gọi là kiểu mở rộng vỏ (shell-widget). Nói một cách
chính xác, nó chứa đựng một kiểu mở rộng hỗn hợp, trong đó, tất cả các kiểu mở
rộng khác được chứa đựng, và nó dịch vụ cho việc trao đổi thông tin giữa cửa sổ
quản lý và sự sắp xếp các kiểu mở rộng hổn hợp. Nhưng, nó cũng có thể chứa
đựng kiểu mở rộng vỏ tiếp theo; đó chính là nút nẫy (pop-up). Nút nẫy sẽ mở ra
các cửa sổ (để hướng dẫn, quản lý hay thông báo lỗi…), các cửa sổ này có thể
thình lình xuất hiện và rồi lại biến mất…
7.3.4. Phương pháp diễn tả các sự kiện.
Tiến trình server của hệ thống X-Window bao gồm những vấn đề tương tự như
đã đề cập ở trong thư mục 7.2.3; tại mỗi vòng lặp với gọi hệ thống XtMainLoop(),
chúng ta kích chuột trên một đối tượng hội thoại, thì cái gì sẽ xảy ra ?
Cửa sổ điều hành của hệ thống X-Window sẽ phân bổ tất cả sự trình diễn cho
đối tượng hội thoại; khi đó con trỏ chuột đứng ngay trên đối tượng này và nó được
kích hoạt ( ở vị trí phía trên của danh sách trình diễn). Nếu cửa sổ không quan tâm
tới biến cố này, thì do đó, nó sẽ đạt được sự sắp xếp từ dưới lên trên, tới cửa sổ
cha và tiếp tục cho đến khi: hoặc là nó đạt tới cửa sổ gốc, hoặc là nó làm ngơ như
không hay biết gì cả.
Bổ sung thêm khả năng này, người ta có thể điểu chỉnh nhờ việc gắn chặt các
yếu tố muốn quan tâm (như việc thảo một mặt nạ chứa đựng các sự kiện –
eventsmask-của một cửa sổ). Điều cần thiết đối với một cửa sổ là phải dẫn tới các
yếu tố của các cửa sổ kế cạnh (sắp xếp theo phương ngang) nhờ sự che phủ
(grabbing) như đã nói. Điều này thì có lợi, nếu người ta muốn lôi một đường
thẳng vào trong phần che phủ của một cửa sổ; khi đó, chương trình để lôi các
đường thẳng cần dùng điểm thứ hai ở trong cửa sổ che phủ của nó để kết thúc việc
trình diễn.
Bây giờ chúng ta có thể định nghĩa như thế nào về phương pháp diễn tả biến cố
cho một ứng dụng cụ thể? Về điều này, một phản ứng mong muốn phải được lập
trình như một thủ tục tác động hay một lập thức gọi trở lại (callback-routine) và
được móc nối với một thủ tục đặc biệt XtCallBack() trong thời gian chạy
(runtime). Nếu một biến cố xuất hiện trong XtMainLoop(); do đó, biến cố được
kéo dài tiếp tục cho tới khi đạt được một biến cố đại diện của các cửa sổ. Một đại
diện biến cố như vậy có thể hoặc là nó tự biểu thị biến cố, hoặc là nó được nhìn lui
trong bảng chuyển đổi; khi đó, một thủ tục nào đó được gọi. Bấy giờ, ở vị trí này,
đầu tiên, lập thức gọi callback được gọi tới.
Vấn đề biểu thị sơ đồ là ở chỗ, tại một lỗi ở trong lập thức callback, một sự sửa
chữa lỗi bằng tay bởi người sử dụng là không thể được. Mỗi sự trình diễn có thể
được chỉ được xảy ra ở trong XtMainLoop(), nghĩa là có một cái gì đó hạn chế sự
tiếp diễn ở trong lập thức callback. Một khả năng nữa là phải ghi chép lỗi và phải
kết thúc lập thức callback. Ở vị trí thích hợp trong chương trình, người ta phải đọc
chọn trên các lỗi xuất hiện lần cuối.
7.4. Hệ thống cửa sổ trong Windows NT
Giao diện người sử dụng của Windows NT được phát triển từ giao diện cũ của
Windows 3.1. Điều đặc biệt là, giao diện 16 Bit cũ để lập trình về xuất/ nhập đồ
họa (application programming interface: API) được mở rộng thành 32 Bit, gọi là
Win 32 API và được trang bị thêm các chức năng của hệ điều hành. Thí dụ, người
lập trình có thể truy cập trên một hệ điều hành đa nhiệm, đa tiến trình, có ưu tiên
và an toàn. Hệ điều hành này sử dụng một hệ thống bộ nhớ 32 Bit tuyến tính.
Tuy nhiên, tất cả các tên (tên các tệp tin, tên các chức năng…) được giữ
nguyên theo hệ thống cũ, chỉ có các bộ chỉ thị và các thủ tục thì không có quan hệ
gì cả với mô hình bộ nhớ được dựa trên dãy tuần tự, mà chỉ có quan hệ với mô
hình bộ nhớ ảo tuyến tính. Các chức năng bổ sung cho việc đồng bộ, cho các cơ
chế an toàn đối tượng và cho việc quản lý bộ nhớ thì cho truy cập trên phần lớn
nhân hệ điều hành Windows-NT-Executive.
Hệ thống giao diện mở rộng Win32-API đã được tạo ra như một trong các hệ
thống con (xem hình 1.7). Do đó, tính chất look-and-feel của giao diện đã được
làm thích hợp một cách mạnh mẽ ở hình dáng bên ngoài của Windows 3.1 quen
thuộc, nhằm đơn giản hóa sự quá độ từ Windows NT tới người sử dụng. Ở version
4 of Windows NT, phương pháp hợp lý không chỉ làm thay đổi giao diện của hệ
thống Win32-API trong các nhân của hệ điều hành, mà còn làm thích hợp các đặc
trưng look-and-feel của Windows 95, nó là phần kế tục của Windows 3.1.
Tuy nhiên, Windows NT là một hệ thống đa nhiệm, chứ không phải là hệ thống
đa người sử dụng. Điều đó có nghĩa rằng, nhiều người sử dụng không có thể làm
việc đồng thời trên một máy tính. Với điều này, phương pháp hợp lý là, sự tồn tại
các tiến trình đại diện phải là của các người sử dụng xác định. Khác với hệ thống
X-Window, hiện nay trong Windows NT, không có giao diện người sử dụng phân
bổ được trợ giúp. Mỗi ứng dụng được dự kiến thực hiện một nhiệm vụ đồ họa, nó
phải thực hiện nhiệm vụ này trên một máy tính cục bộ, chứ không thể thực hiện
trên một máy tính khác, gọi là displaycomputer. Nhưng, nếu người ta muốn đạt
được nhiệm vụ thiết kế đồ họa với các tiến trình khác nhau trên các máy tính khác
nhau, do đó, trên máy tính này, một tiến trình phô diễn được người sử dụng lập
trình phải được khởi động; tiến trình này đón nhận các dữ liệu (dùng cho ứng
dụng) qua mạng máy tính (xem chương 6 về các cấu trúc trao đổi thông tin khác
nhau). Khi đó, nhiệm vụ sẽ được chuyển giao trên displaycomputer hệ thống đồ
họa.
7.4.1. Các cấu trúc cơ sở
Hệ thống con Win32 được phân thành 5 bộ phận, các bộ phận này thì phù hợp
với hệ thống giao diện của Win32-API.
Giao diện Win32-API bao gồm các thành phần riêng lẻ sau đây:
+ Cửa sổ quản lý (windows manager);
+ Giao diện thiết bị đồ họa (graphic device interface: GDI);
+ Bộ kích tạo thiết bị đồ họa (graphic device driver: GDD);
+ Các chức năng hệ điều hành (với tệp tin kernel 132.dll);
+ Các chức năng khuyên giải (console function) đối với việc xuất/ nhập text.
Các bộ phận này được chứa đựng trong các thư viện, gọi là thư viện kết nối
năng động (dynamic link library: DLL); khi khởi động, chúng được nạp như một
hệ thống.
Giao diện thiết bị đồ họa GDI cho phép vẽ phác thảo và thao tác các đối tượng
đồ họa tổng thể đơn giản, như điểm, đường (thẳng và cong), vòng tròn, cửa sổ, các
thanh trượt…Các chức năng đồ họa được soạn thảo trên các chức năng của bộ
kích tạo đồ họa; các bộ kích tạo này lại gọi tới bộ kích tạo của nhân hệ điều hành
và do đó, các phần cứng cũng được điều khiển thích ứng. Vì mỗi lần gọi các gọi
các chức năng đồ họa của chương trình người sử dụng sẽ thiết lập một chuỗi các
nhân hệ điều hành bao gồm giao diện thiết bị đồ họa GDI, bộ kích tạo thiết bị đồ
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
27/04/2022
6140
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hệ điều hành - Chương 7: Giao diện người sử dụng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_he_dieu_hanh_chuong_7_giao_dien_nguoi_su_dung.doc
btc7.htm- filelist.xml
image001.jpg
image002.gif- image003.gif
- image004.gif
