1Аппаратные средства ЭВМ. 4 (стр. 27 из 43)

Как известно, клавиатура является пока основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь.

Основным назначением клавиатуры любого компьютера является уведомление его о том, что одна или несколько из ее клавиш нажаты или отпущены. Сведения о том, что клавиша отпущена, не менее важно, чем сведения о том, что она нажата. Это особенно важно для клавиш <Shift> (которые изменяют регистр символов, соответствующих нажимаемым клавишам, если одна из этих кнопок находится в нажатом положении в момент нажатия на клавишу символа), а также для клавиш, одновременное нажатие которых образует определенную управляющую комбинацию (называемую аккордом или сочетанием клавиш).

Существуют различные способы реализации клавиатур, отличающиеся способом уведомления пользователя о том, что нужная клавиша была нажата или отпущена. В зависимости от назначения, существует множество разновидностей клавиатур. В настоящее время наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими и с мембранными переключателями. В первом случае, датчик представляет из себя традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то, что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы-производители постоянно работают над ее модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей имеют позолоченное покрытие, что существенно улучшает электрическую проводимость.

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ, вообще говоря, не дает. Переключатель в этом случае может представлять собой набор мембран: активная — верхняя, пассивная — нижняя, которые разделены третьей мембраной — прокладкой. Известны также модули, в которых тонкие посеребренные листки пластика разделены небольшим воздушным зазором и проводящей жидкостью.

Но наиболее распространенными являются клавиатуры, изготовленные с применением формованного эластичного полимера. В этих клавиатурах между клавишами и печатной платой располагается прослойка из эластичного полимера (искусственной резины). На прослойке под клавишами клавиатуры расположены бугорки, образованные за счет изгиба прослойки. При нажатии на клавишу бугорок продавливается, и его внутренняя сторона прижимается к печатной плате. При этом токопроводящая прокладка, расположенная с обратной стороны каждого бугорка, замыкает контакты, расположенные на печатной плате, и посылает компьютеру сигнал о нажатии клавиши. При правильном подборе параметров характеристики клавиатур данного типа приближаются к параметрам лучших клавиатур "со щелчком", но при этом имеют гораздо меньшую стоимость. Этим объясняется их широкое распространение.

Как правило, внутри корпуса любой клавиатуры помимо датчиков клавиш расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Обмен информацией между клавиатурой и системной платой осуществляется 11-битовыми блоками (8 разрядов данных плюс служебная информация). Несмотря на то, что физически связь осуществляется только по двум проводам (сигнал и "Земля") последовательно, сам интерфейс отличается от стандартного порта RS-232C. В качестве микроконтроллера клавиатуры обычно используются микросхемы 8048, 8049 (со встроенной ROM-памятью) или совместимые с ними.

Основной принцип работы клавиатуры вместе с микросхемой контроллера заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей (то есть нажатию или отпусканию клавиши) соответствует уникальный цифровой код — скэн-код (размером один байт). Скэн-код — это однобайтное число, младшие семь битов которого представляют собой идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. Для клавиатур компьютеров PC и PC/XT старший бит кода говорит о том, была клавиша нажата (1) или отпущена (0). Клавиатура для PC/AT работает немного по-другому. В обоих случаях посылается один и тот же скэн-код, который предваряется кодом FOh, когда клавиша отпускается.

Когда скэн-код попадает в контроллер клавиатуры (8042), тут же инициируется аппаратное прерывание IRQ1. Процессор моментально прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание обслуживается специальной подпрограммой, входящей в состав ROM BIOS. Кстати, эта подпрограмма может быть вызвана также через программное прерывание INT 9. Когда поступает код от клавиши сдвига (Shift) или переключателя (Caps Lock), изменение статуса записывается в специальную область памяти. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа при условии, что он подается при нажатии клавиши, в противном случае скэн-код отбрасывается. После этого введенный код помещается в буфер клавиатуры, который является областью памяти, способной запомнить до 15 вводимых символов, пока программа не может их обработать.

Трудно описать все многообразие клавиатур, выпускаемых в настоящее время. Даже Microsoft выпустила клавиатуру собственной разработки Microsoft Natural Keyboard, которая имеет 104 клавиши. Коротко перечислим другие интересные клавиатуры.

Существуют клавиатуры с дополнительными программируемыми клавишами. Выпускаются клавиатуры, которые умеют читать штриховые коды (bar code) и магнитные карточки, отвечающие стандарту ISO 3554. Для мультимедиа-приложений разработаны даже клавиатуры со встроенными микрофоном и акустическими системами.

В последнее время большой интерес проявляется к так называемым эргономичным клавиатурам, в конструкции которых учтено большинство рекомендаций медиков и специалистов. Такие клавиатуры обычно разбиты на две секции, причем каждая из них может подстраиваться по боковым и фронтальным разворотам индивидуально. Обе секции имеют площадки для отдыха кистей рук.

Отечественных пользователей IBM PC-совместимых компьютеров, видимо, могли бы заинтересовать клавиатуры, называемые обычно Coffee Proof. Дело в том, что конструкция их корпуса такова, что не позволяет жидкости (например, пролитому кофе) проникнуть в электронную "начинку" клавиатуры. При помощи специального устройства клавиши легко снимаются, а влага удаляется обыкновенной тряпкой.

1.16.2 Мыши и трекболы

Трекболы и мышки являются манипуляторными устройствами ввода информации в компьютер. Разумеется, полностью заменить клавиатуру они не могут. Первую компьютерную мышку создал молодой талантливый ученый Дуглас Энджелбарт. Произошло это событие в 1963 году в Стэндфордском исследовательском центре. Первый трекбол (trackball) появился значительно позже на фирме Logitech.

Не секрет, что своей популярностью мышка обязана главным образом громадному спросу на прикладные графические программные системы, а также широкому распространению графического интерфейса пользователя, чему в немалой степени способствует экспансия Windows.

Теперь немного о мышиной "анатомии". Как известно, первая мышка каталась на двух колесиках, которые были связаны с осями переменных резисторов. Перемещение такой мышки было прямо пропорционально изменению сопротивления переменных резисторов. В дальнейшем конструкция мышки претерпела значительные изменения. Колесики (ролики) были перенесены внутрь корпуса, а с поверхностью стал соприкасаться тяжелый обрезиненный или просто сделанный из твердой резины шарик сравнительно большого диаметра. Ось вращения одного из роликов вертикальна, а другого — горизонтальна. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на оси с датчиками, с помощью которых и определяются направление и скорость перемещения мыши. (рис. 17).

Рис.17 Вид роликов мыши.

Некоторое время в качестве датчиков использовались непроводящие диски с нанесенными печатным способом контактами, которые поочередно могли соприкасаться с одним неподвижным контактом. При таком внутреннем устройстве мышка была практически полностью механической. Но, как известно, механика — вещь не очень надежная, поэтому впоследствии (да и до сих пор) подавляющее число компьютерных мышек стали использовать оптико-механический принцип кодирования перемещения. На смену механическим шифраторам пришли оптопары: светодиод-фотодиод, или фоторезистор, а в некоторых случаях даже фототранзистор. Такая пара располагается по разные стороны диска с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов — скорость.

Сегодня не все мышки используют одинаковый способ перемещения. Например, мышка Honeywell имеет уникальный запатентованный дизайн: вместо обычного шара ей "приделаны" две "ножки". Эти "ножки" являются частью X-Y-механизма оптико-механического шифратора.

Но существуют и полностью оптические мышки. Полностью оптическая мышка является более сложным и дорогим устройством, однако она обладает и существенными достоинствами. Во-первых, в ней отсутствуют движущиеся части, что делает эту мышку практически безотказной, и, во-вторых, как правило, такая мышка обеспечивает более "тонкое" управление курсором на экране. Наиболее распространены мышки либо с двумя, либо с тремя кнопками.

В настоящее время можно выделить три основных способа подключения мышки: через последовательный порт (интерфейс RS-232C, EIA-232D), USB, PS/2. Связи между мышкой и компьютером обеспечивает уже упоминаемая микросхема контроллера 8042.

Беспроводные (cordless) мышки используют передачу данных в радио- или инфракрасном диапазоне волн на расстоянии 1,5—2 м. Во избежание интерференции каждая такая мышь может использовать не один (до четырех) частотный канал. Широкого распространения эти устройства пока не получили. Таким образом, наибольший интерес для массового пользователя представляют только те мышки, которые подключаются через последовательный порт компьютера.