Клавиатура, принципы работы. Клавиатура

Наряду с мышью или тачпадом, клавиатура основное устройство ввода информации от пользователя.

Современные клавиатуры, также называемые PC/AT клавиатурами, имеют 101 клавишу, хотя у некоторых моделей, в частности предназначенных для использования в ноутбуках, часть клавиш может отсутствовать.

Расположение клавиш на клавиатуре называется клавиатурной раскладкой. Для каждого языка раскладка клавиатуры немного отличается, но основные блоки клавиш всегда сохраняются неизменными.

Итак, любая клавиатура содержит в себе функциональные клавиши, алфавитно-цифровые клавиши, клавиши цифровой панели, клавиши управления курсором и различные служебные и управляющие клавиши. Рассмотрим их подробнее и заодно узнаем место их размещения на клавиатуре.

Функциональные клавиши - это клавиши от F1 до F12. Расположены они горизонтальным рядом в верхней части клавиатуры. Они используются для быстрого вызова определённых функций текущего приложения. В зависимости от приложения, их назначение может полностью меняться.

Алфавитно-цифровые клавиши размещены ниже функциональных и занимают 4 горизонтальных ряда в левой и центральной частях клавиатуры. Эти клавиши служат для ввода текста, текстовых символов и чисел. Именно этот блок меняется в зависимости от языка, на котором печатают. Обычно этот блок содержит клавиши английского и национального языков (для нашей страны - английскую и русскую раскладки, иногда ещё и украинскую).

Клавиши цифровой панели дублируют цифровые клавиши и некоторые управляющие. Это сделано для более удобной работы с вычислениями. Блок этих клавиш размещён в крайней правой части клавиатуры. У ряда ноутбуков этот блок отсутствует для экономии места.

Клавиши управления курсором предназначены для перемещения курсора в заданную позицию. Это клавиши Home, End, клавиши со стрелочками и прочие. Располагаются они между алфавитно-цифровым блоком и цифровой панелью.

Служебные и управляющие клавиши - это клавиши, управляющие режимами ввода текста и различными функциями операционной системы. Находятся они в нижних углах цифрового блока (клавиши Alt, Shift, Windows), в левом столбце цифрового блока (Caps Lock, Tab), около функциональных клавиш и клавиш управления курсором.

Устройство и принцип работы клавиатуры

Если представить клавиатуру в виде решётки, то клавиши будут располагаться на месте пересечения вертикального и горизонтального прутьев.

Работает она следующим образом. На горизонтальные линии подаётся ток. При отсутствии нажатия горизонтальные и вертикальные линии не замыкаются и на горизонтальных линиях будет сигнал логической единицы (на линиях присутствует напряжение). На вертикальных линиях будет поочерёдно подаваться логический ноль.

Горизонтальные линии поочерёдно опрашиваются. Если клавиша будет нажата, она замкнёт вертикальную и горизонтальную линию и на горизонтальной линии установится сигнал логического нуля, полученный от вертикальной линии.

Зная на какую вертикальную линию был подан ноль и какая горизонтальная линия вместо единицы подала нулевой сигнал, можно точно определить нажатую клавишу.

Этим занимается контроллер клавиатуры. Он присваивает полученному сигналу так называемый скан-код. После этого он даёт центральному процессору запрос на прерывание и передаёт ему скан-код нажатой клавиши.

У клавиатуры также есть свой буфер, для хранения скан кода нажатых клавиш. Он предназначен для тех случаев, когда нажато несколько клавиш одновременно. С буфером процессор обрабатывает одновременно эти нажатия или сочетания нажатых клавиш.

В коде клавиши есть небольшой нюанс. Скан-код, передаваемый на процессор, не является тем самым буквенным обозначением, что нанесено на клавишу. Это просто номер клавиши, которая нажата. Само же значение клавиши определяется ASCII кодом клавиши. Одной и той же клавише могут соответствовать несколько значений в этом коде. Преобразование скан-кода в ASCII код осуществляется программно средствами BIOSа и драйвера клавиатуры.

Клавиатура ноутбука

В ноутбуке, как и в персональном компьютере, имеется клавиатура, но в связи с тем, что ноутбук цельное изделие, клавиатура в нём представляет большую ценность, чем в обычном ПК.

Из-за небольших размеров ноутбука, его клавиатура имеет свои характерные особенности.
Чтобы не выступать выше клавиатурного блока и не царапать экран, клавиши ноутбука намного тоньше обычных и имеют специальное slim-устройство, для обеспечения короткого хода клавиш.

Для уменьшения площади самой клавиатуры, производители уменьшают размер клавиш. Также в некоторых моделях может отсутствовать цифровой блок клавиш с правой стороны клавиатуры. Некоторые клавиши располагают в одной компактной группе, особенно это относится к клавишам управления курсором и служебным клавишам.

Для обеспечения некоторых специфических действий, предназначенных для работы с компонентами ноутбука, вводятся дополнительные функции на клавиши и новые сочетания клавиш, характерные для определённой модели.
Эти особенности имеют свои плюсы и минусы.

Плюсом является мягкий ход клавиш, их практически бесшумная работа, приятные тактильные ощущения.
Минусом будет отсутствие цифрового блока в некоторых моделях, нестандартная раскладка, малый размер некоторых клавиш.

Также минусом по сравнению с компьютерной клавиатурой является проблематичность замены и . Компьютерная клавиатура стоит недорого и легко меняется. Её разборка, чистка и починка осуществляется намного проще и стоит намного дешевле аналогичных работ с клавиатурой ноутбука.
Итак, рассмотрим главные проблемы и поломки клавиатуры ноутбука и пути их устранения.

Неисправности и ремонт клавиатуры ноутбука

Как и в случае с любым устройством, существует два основных типа неисправностей - поломки по вине пользователя ноутбука и аппаратные поломки.

Поломки по вине пользователя наиболее часты для этого устройства.

Самой распространённой причиной является пролитая на клавиатуру жидкость. Чтобы этого не произошло, не ставьте жидкости около ноутбука и не пейте ничего, сидя за ним. Если проблема уже возникла, аккуратно ватой и салфетками соберите жидкость с клавиатуры и несите его в сервисный центр. Также рекомендуется вынуть аккумулятор из ноутбука. Следует помнить, что чем быстрее Вы обратитесь в сервисный центр - тем больше шансов, что жидкость не успеет попасть внутрь ноутбука. При самостоятельной или неквалифицированной разборке, жидкость может попасть внутрь корпуса и привести к намного более серьёзной и дорогостоящей поломке.

Также клавиатура может страдать от сильных ударов по клавишам. Как следствие, некоторые клавиши со временем ломаются или вылетают. Если у Вас есть подходящие клавиши, то замену можно осуществить самому, если же их нет или сломался сам механизм нажатия, то лучше отдать её в сервисный центр. Профилактикой этой неисправности является бережное обращение с клавишами.

Иногда клавиши плохо нажимаются, залипают или вообще перестают нажиматься. Это происходит из-за того, что при употреблении пищи за клавиатурой она со временем засоряется. Клавиши перестают нажиматься или плохо нажимаются из-за мусора, находящегося под ними. Иногда клавиатура засоряется от пыли. В случае с обычной клавиатурой, она легко чистится, но в клавиатуре ноутбука используются свои крепления клавиатуры. При разборке можно повредить шлейф, идущий к ней или сломать клавиши. Поэтому не помешало бы регулярно отдавать клавиатуру на чистку в сервисный центр, для профилактики этой проблемы. Можно совмещать эту процедуру очисткой ноутбука от пыли в сервисном центре.

К аппаратным поломкам относятся повреждения контактов шлейфа, повреждения самого шлейфа, выход из строя контроллера клавиатуры, клавиатурной платы и прочие. Все аппаратные неисправности рекомендуется проводить в сервисном центре. Это тонкий ремонт, который невозможно провести, не имея опыта и нужного оборудования.

Следует также учитывать, что в некоторых случаях ремонт аппаратной части может обойтись дороже замены клавиатуры на новую. После диагностики не лишним будет сравнить цену за ремонт и цену на новую клавиатуру. Замену лучше поручить специалистам, так как определённая модель ноутбука имеет свой тип крепления клавиатуры и свою модель, подобрать и установить которую могут только в .

© Александр Фролов, Григорий Фролов
Том 2, книга 1, М.: Диалог-МИФИ, 1992.

2.1. Принципы работы клавиатуры

Клавиатура выполнена, как правило, в виде отдельного устройства, подключаемого к компьютеру тонким кабелем. Малогабаритные компьютеры Lap-Top используют встроенную клавиатуру.

Что же находится внутри клавиатуры? Оказывается, там есть компьютер! Только этот компьютер состоит из одной микросхемы и выполняет специализированные функции. Он отслеживает нажатия на клавиши и посылает номер нажатой клавиши в центральный компьютер.

Если рассмотреть сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры, представленную на рисунке, можно заметить, что все клавиши находятся в узлах матрицы:

Рис.1. Упрощенная схема клавиатуры

Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный компьютер имеет два порта - выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной - к вертикальным (Y0-Y5).

Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный компьютер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (т.к. все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы).

Если оператор нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на этой вертикальной линии процессор установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0.

Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный процессор фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.

Номер клавиши, посылаемый клавиатурным процессором, однозначно связан с распайкой клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скан-кодом (Scan Code).

Слово scan ("сканирование"), подчеркивает тот факт, что клавиатурный компьютер сканирует клавиатуру для поиска нажатой клавиши.

Но программе нужен не порядковый номер нажатой клавиши, а соответствующий обозначению на этой клавише ASCII-код. Этот код не зависит однозначно от скан-кода, т.к. одной и той же клавише могут соответствовать несколько значений ASCII-кода. Это зависит от состояния других клавиш. Например, клавиша с обозначением "1" используется еще и для ввода символа "!" (если она нажата вместе с клавишей SHIFT).

Поэтому все преобразования скан-кода в ASCII-код выполняются программным обеспечением. Как правило, эти преобразования выполняют модули BIOS. Для использования символов кириллицы эти модули расширяются клавиатурными драйверами.

Если нажать на клавишу и не отпускать ее, клавиатура перейдет в режим автоповтора. В этом режиме в центральный компьютер автоматически через некоторый период времени, называемый периодом автоповтора, посылается код нажатой клавиши. Режим автоповтора облегчает ввод с клавиатуры большого количества одинаковых символов.

Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам.

Принцип действия клавиатуры:

1. Контролер процессора сканирует переключатели клавиш и при нажатии на любую клавишу по этим двум проводам передается уникальный скан-код размером один байт.

2. Когда скан-код попадает в процессор инициализируется аппаратное прерывание IRQ 9 .

3. Скан-код анализируется процессором и преобразуется в код символа

4. Полученный код символа помещается в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры .

5. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он и предназначался.

Клавиатуры бывают проводными, беспроводными, с механическими переключателями, с мембранными переключателями.

Плюсы и минусы проводной клавиатуры:

Отсутствие элементов питания

Низкая цена

Присутствие шнура

Ограниченный радиус действия

Плюсы и минусы беспроводной клавиатуры:

Отсутствие кабеля

Большой радиус действия

Необходимость периодической смены источников питания

Относительно высокая цена

Возможность присутствия радиопомех

Механический переключатель - обычный механический датчик, традиционное устройство известно уже несколько десятилетий. Он выдерживает многолетнюю эксплуатацию, надежны и поддается ремонту в случае необходимости.

Мембранный переключатель (пленочный) - набор мембран, при нажатии на клавишу верхняя мембрана прогибается и через специальное отверстие в изолирующей мембране замыкается на нижнюю мембрану.

Контрольные вопросы:

1) Что такое клавиатура?

2) Каково назначение клавиатуры?

3) Сколько клавиш имеет стандартная клавиатура?

4) На какие группы разделяются клавиши? Что это за группы?

5) Что такое мембранный переключатель?

6) Что такое механический переключатель?

7) Что инициализируется при попадании скан-кода в процессор?

Типы клавиатур, конструктивное исполнение и принцип действия. Виды манипуляторов, назначение и принцип действия

Устройства ввода информации: клавиатура, мышь и т.д.

Клавиатура, типы и принципы функционирования. Логическая. модель обработки нажатия клавиши. Скан-код и коды символов. Функции контроллера клавиатуры. Эргономические требования к клавиатурам.

Типы манипуляторов «мышь». Принципы функционирования и конструктивные особенности оптомеханических и оптических манипуляторов. Другие типы манипулято­ров: трэкболл, тачпад, джойстик.

Студент должен знать:

• о принципах функционирования клавиатуры;
• о принципах функционирования и видах манипуляторов;

Студент должен уметь:

• подключать и инсталлировать устройства ввода информации;

Цели занятия:

• – ознакомить студентов с основными типами и принципами функционирования клавиатуры, мыши.
• – изучить типы манипуляторов и их характеристики.
• – воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.
• – развитие познавательных интересов, навыков самоконтроля, умения конспектировать.

Ход занятия :

Теоретическая часть.

Клавиатура

Клавиатура - клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.

Принцип действия клавиатуры заключается в следующем:

Принцип действия клавиатуры

1. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, выдает так называемый скан-код.
2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функции порта клавиатуры. (Порты - специальные аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.) Данная микросхема находится на основной плате компьютера внутри системного блока.
3. Порт клавиатуры выдает процессору прерывание с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания - 9 (Interrupt 9, Int 9).
4. Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область оперативной памяти, в которой находится так называемый вектор прерываний. Вектор прерываний – это список адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпадающим с номером записи.
5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, но программисты могут «подставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.
6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, потом под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.
7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор.
8. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче.
9. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он и предназначался, например текстовый редактор или текстовый процессор. Если символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, наступает эффект переполнения буфера. В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Состав клавиатуры

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам.

Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом - это одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows 98 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.

Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы.

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общеприняты для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.

Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTE, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).

Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:

PRINT SCREEN - печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) и сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).

SCROLL LOCK – переключение режима работы в некоторых (как правило, устаревших) программах.

PAUSE/BREAK - приостановка/прерывание текущего процесса.

Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-цифровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.

Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указанном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.

PAGE UP/PAGE DOWN - перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых клавиш, в первую очередь SHIFT и CTRL Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы.

Клавиши HOME и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.

Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод новых знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода.

В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конкретную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, - это также зависит от свойств конкретной программы.

Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.

Сравните действие клавиши DELETE с действием служебной клавиши BACKSPACE. Последняя служит для удаления знаков, но при ее использовании позиция ввода смещается влево, и, соответственно, удаляются символы, находящиеся не справа, а слева от курсора.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).

Появление дополнительной панели клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первоначальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми (при выключенном переключателе NUM LOCK клавиши дополнительной панели могут использоваться в качестве клавиш управления курсором),

В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устройствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет. Тем не менее, за дополнительной клавиатурой сохраняется важная функция ввода символов, для которых известен расширенный код ASCII (см. выше), но неизвестно закрепление за клавишей клавиатуры. Так, например, известно, что символ <§> (параграф) имеет код 0167, а символ <°> (угловой градус) имеет код 0176, но соответствующих им клавиш на клавиатуре нет. В таких случаях для их ввода используют дополнительную панель.

Порядок ввода символов по известному ALT-коду

1. Нажать и удержать клавишу ALT.
2. Убедиться в том, что включен переключатель NUM LOCK.
3. Не отпуская клавиши ALT, набрать последовательно на дополнительной панели alt- код вводимого символа, например, 0167.
4. Отпустить клавишу ALT. Символ, имеющий код 0167, появится на экране в позиции ввода.

Настройка клавиатуры. Клавиатуры персональных компьютеров обладают свойством повтора знаков, которое используется для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при длительном удержании клавиши начинается автоматический ввод связанного с ней кода. При этом настраиваемыми параметрами являются:

• интервал времени после нажатия, по истечении которого начнется автоматический повтор кода;
• темп повтора (количество знаков в секунду).

Средства настройки клавиатуры относятся к системным и обычно входят в состав операционной системы. Кроме параметров режима повтора настройке подлежат также используемые раскладки и органы управления, используемые для переключения раскладок.

Итак, в чем же разница между всем этим многообразием представленных в магазинах клавиатур, ну кроме цены конечно)?

Устройство мембранной клавиатуры

Мембранная клавиатура является самой распространенной из всех, по причине низкой стоимости изготовления и относительно невысокого уровня шума, издаваемого клавишами при наборе. Принцип действия довольно прост, при нажатии одной из клавиш замыкаются контактные мембраны в форме диска, расположенные на пластиковой пленке, сложенной как бы в два слоя (по одной мембране на каждый слой).

Между этими слоями находится еще один – слой, изолирующий контакты верхнего и нижнего слоев. За возврат клавиш отвечает резиновый “купол”, вот откуда “бесшумность” клавиатур такого типа.

Кстати, использование резинового “купола” вместо классической пружины, позволяет еще и повысить надежность, такие клавиатуры достаточно герметичны, что возможно избавит вас от покупки новой, в том случае, если на нее случайно прольется кофе (само). Из недостатков такого типа клавиатур можно отметить относительно малый ресурс (в среднем 10 млн. нажатий – около 5 лет работы), а так же “эффект усталости”, когда нажимать клавиши становится все легче.

Механическая клавиатура

Главное отличие заключается в том, что за возврат клавиш отвечает пружина . Подобное решение призвано повысить долговечность работы и улучшить тактильные ощущения при наборе, особенно при быстром наборе, например все тем же десятипальцевым “слепым” методом печати. Соответственно про “усталость” клавиш говорить не приходится, здесь таковой эффект отсутствует полностью.

Все контакты в механических клавиатурах выполнены из металла, но существуют разновидности с позолоченными контактами.

Так как в конструкции таких клавиатур отсутствует резиновый купол, его роль выполняют специальные переключатели , которых существуют огромное множество.

По сравнению с мембранными, механические клавиатуры намного быстрее реагируют на нажатия, и за счет того, и не приходится нажимать клавишу до упора вниз.

Полумеханические клавиатуры

В полумеханических клавиатурах есть металлические контакты и прорезиненный купол, что позволяет мгновенно возвращать нажатую клавишу в прежнее положение. Специалисты отмечают высокий уровень долговечность таких устройств.

Особое внимание зачастую уделяется выбору клавиатуры. В обычной клавиатуре 105 клавиш, разделенных на несколько отдельных групп:

• Функциональные;
• Стандартные;
• Малая клавиатура;
• Клавиши управления.

Конечно, в продаже можно встретить и такие виды клавиатур, в которых предусмотрено наличие большего количества клавиш.

Востребованные виды клавиатуры для компьютера

Клавиатуру не всегда так просто выбрать, как может показаться на первых взгляд. Можно выделить огромное количество форм, типов, компаний-изготовителей.

Самые распространенные виды:

• Механические;
• Полумеханические;
• Мембранные.

Эти виды клавиатур имеют схожие принципы работы, но отличаются основные комплектующими, которые расположены внутри устройств. Выбор компьютера неразрывно связан с подбором клавиатуры, которая должна полностью соответствовать задачам, для которых покупается ПК.

Характеристики некоторых видов клавиатур

Интерфейс подключения

На сегодняшний день распространены беспроводной и проводной тип подключения. Подключение проводных клавиатур может осуществляться через два вида разъемов: USB и PS/2. При подключении через USB, необходимо отметить тот факт, что этот порт применяется также для работы других периферийных устройств, что зачастую приводит к ошибкам в работе системы. Порт PS/2 рассчитан только на работу клавиатуры, поэтому отмечается стабильность подключение и отсутствие ошибок. Как правило, этот порт имеет выраженный фиолетовый цвет.

Беспроводное подключение клавиатуры не так распространено, как проводное. Конечно, это очень удобно, но стабильность работы современных устройств такого типа оставляет желать лучшего (конечно, речь идет только о недорогих моделях).

Жесткость нажатия клавиш

Каждая клавиатура имеет свой уровень жесткости нажатия на клавиши. В тех случаях, когда уровень жесткости достаточно высокий, это вызывает определенные трудности при наборе текста, потому нужно прикладывать для этого определенные усилия. Одновременно с этим, чрезмерно мягкая клавиатура неудобная тем, что случайное касание будет проводить к нажатию клавиши.

Если вам необходимо набирать текст и делать это достаточно быстро, рекомендуется остановить свой выбор на клавиатуре с короткой длиной хода клавиши.

Компактность клавиатур

Небольшие габариты клавиатуры – очень удобное решение, но из-за уменьшения размеров зачастую производители отказываются от встраивания многих важных клавиш, что, конечно, затрудняет работу на компьютере. В этом случае многие будет зависеть от требований пользователя, которые предъявляются к эксплуатационным характеристикам клавиатуры.

Раскладка клавиатур

Для тех, кто использует русскоязычную клавиатуру, предусмотрено наличие двух видов раскладок:

1. Клавиша с буквой Ё расположена в верхнем левом углу.
2. Клавиша с буквой Ё распложена в нижнем правом углу.

Больше у этих раскладок никаких отличий нет.

В большей степени, конечно, распространены клавиатуры с первым типом раскладки, в то время как устройства со вторым типом используются в организациях, где клавиатуры стали заменой традиционным печатным машинкам. В процессе выбора клавиатуры необходимо принимать во внимание, чтобы обозначения букв на клавишах было красным и располагалось в нижнем правом углу. В подобных случаях пользователь не будет путь латиницу с кириллицей.

При выборе клавиатуры нужно уделять внимание следующим факторам: тип, жесткость, уровень хода клавиш, разъем для подключения, раскладка, компания-изготовитель. Также не последнюю роль играют дизайн и внешний вид устройства.

Мышь

Мышь - устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

Принцип действия. В отличие от рассмотренной ранее клавиатуры, мышь не является стандартным органом управления, и персональный компьютер не имеет для нее выделенного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода (BIOS) компьютера, размещенные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), не содержат программных средств для обработки прерываний мыши.

В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы - драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при установке операционной системы компьютера. Хотя мышь и не имеет выделенного порта на материнской плате, для работы с ней используют один из стандартных портов, средства для работы, с которыми имеются в составе BIOS. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам.

Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. (Эти нажатия называются щетками.) В отличие, от клавиатуры мышь не может напрямую использоваться для ввода знаковой информации- ее принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее исполнению.

Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик в графическом виде.

Стандартная мышь имеет только две кнопки, хотя существуют нестандартные мыши с тремя кнопками или с двумя кнопками и одним вращающимся регулятором. Функции нестандартных органов управления определяются тем программным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством.

К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции левой и правой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок). Программные средства, предназначенные для этих регулировок, обычно входят в системный комплект программного обеспечения - мы рассмотрим их при изучении операционной системы.Мышь (mouse) - манипуляторное устройство ввода информации.

Первая мышь создана в 1963 г.

Основные системы мышей - Microsoft Mouse, Logitech Mouse, Genius Mouse, Mouse System. Другие фирмы-производители обеспечивают совместимость устройств с Microsoft Mouse (2-клавишные) или Mouse System (3-клавишные), а чаще с обеими.

Мышь облегчает работу и обеспечивает удобство манипулирования в графическом пользовательском интерфейсе.

В корпусе мыши размещена печатная плата 1, на которой находятся микропроцессор 2 и механизм манипулятора 3.

Манипулятор состоит из тяжелого резинового шарика 1; прижимного ролика 2; двух дисков с прорезями 3, и роликов 4, закрепленных на осях X и Y; оптических пар светодиод 5 – фотоприемник 6.

При перемешении мыши по поверхности резиновый шарик начинает вращаться. Его вращение через контактирующие с его поверхностью ролики передается на диски с прорезями. Фотоэлементы оптопар, размещенных по обе стороны оси вращения, регистрируют периодические световые импульсы. Порядок, с которым освещаются фотоэлементы, определяет направление перемещения мыши, а частота импульсов - скорость.

Подключение мыши к компьютеру выполняется двумя способами: через порт COM1 (9-контактный разъем) или через порт PS/2 (6-контактный круглый разъем 6miniDIN).

Работа мыши поддерживается поддерживается специальной программой-драйвером.

Трекбол

Указательное устройство ввода информации об относительном перемещении для компьютера. Аналогично мыши по принципу действия и по функциям. Трекбол функционально представляет собой перевёрнутую механическую (шариковую) мышь. Шар находится сверху или сбоку, и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при этом не перемещая корпус устройства. Несмотря на внешние различия, трекбол и мышь конструктивно похожи - при движении шар приводит во вращение пару валиков или, в более современном варианте, его сканируют оптические датчики перемещения (как в оптической мыши).

Представленные на рынке модели трекболов существенно различаются. Прежде всего трекболы отличаются размещением шарика: на некоторых моделях он управляется большим пальцем руки, на других же расположен по центру или правее центра и управляется указательным, средним и безымянным пальцами. На большинстве моделей шарик достигает 3-6 см в диаметре, однако существуют и модели с шариком около 1 см в диаметре. Почти на всех моделях, кроме шара и кнопок, присутствует также колесо прокрутки.

В настоящее время трекболы достаточно редко применяются в домашних и офисных компьютерах, однако нашли применение в промышленных и военных компьютерах, аппаратах ультразвуковой диагностики, где пользователю приходится работать в условиях недостатка места и возможной вибрации.

Тачпад , сенсорная панель

Указательное (координатное) устройство ввода, предназначенное для управления курсором и отдачи различных команд компьютеру, телефону или другому электронному оборудованию. Ввод осуществляется путём прикосновения одним или несколькими пальцами руки к поверхности тачпада.

Тачпад, как и другие указательные устройства (англ. pointing device ), обычно используется для управления «курсором» меню (переносная электроника), «указателем» мыши (компьютеры) или для замены некоторых клавиш клавиатуры. Перемещения пальца по поверхности устройства преобразуются в движения «курсора»/«указателя» на экране. Прикосновения к поверхности имитируют нажатия кнопок мыши или клавиш клавиатуры.

Тачпады могут размещаться рядом с клавиатурами различных устройств: компьютеров, ноутбуков, электронных клавишных музыкальных инструментов, мобильных устройств.

Тачпады могут размещаться на приборных панелях бытового и промышленного оборудования, могут быть выносными (выполненными в виде отдельных устройств, подключаемых к компьютеру через интерфейс PS/2, USB или другой), могут выполняться прозрачными и размещаться поверх дисплея (см. сенсорный экран).

Чувствительные поверхности тачпадов чаще всего выполняются в виде прямоугольника со скруглёнными углами, но существуют и модели с поверхностями других форм (например, в виде круга). Обычно, площадь поверхности тачпада не превышает 50 см² .

Джойстик

Устройство ввода информации в персональный компьютер, которое представляет собой качающуюся в двух плоскостях вертикальную ручку.

Джойстик позволяет управлять виртуальным объектом в двух- или трёхмерном пространстве. Помимо координатных осей «X» и «Y», некоторые джойстики способны предоставлять координаты оси «Z», посредством вращения ручки джойстика вокруг её оси, либо с помощью дополнительного управляющего элемента на основании джойстика. Программное обеспечение, получив информацию о координатах «X-Y-Z», позволяет пользователю управлять неким виртуальным объектом, отображаемым на мониторе. На ручке джойстика и на его основании обычно располагаются кнопки, переключатели, слайдеры, крестовина и другие управляющие элементы различного назначения.

Широкое применение джойстик получил в компьютерных играх, мобильных телефонах. В английском языке словом «joystick » называют любую качающуюся ручку управления, в русском языке значение более узкое: помимо компьютерного контроллера, «джойстиком» называют в разговорной речи миниатюрную электрическую ручку - в отличие от традиционной механической.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие основные элементы входят в конструкцию оптико-механической мыши
2. На каких принципах действия работают известные типы клавиатур
3. Преимущество и недостатки оптической мыши по сравнению с оптико-механической.

Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации издательский дом «Академия»-Москва, 2007 /стр.149-156/

Мало кого из нас интересует понимание того, как работает компьютерная клавиатура, но дело в том, что ее работа достаточно занимательна, и об этом кратко написано в этой статье.

Знаете ли вы что?

Нынешняя раскладка клавиатуры, или макет QWERTY, которая основана на плане печатающей машинки, была разработана не для увеличения скорости набора текста, а, чтобы замедлить ее, и избежать заклинивания пишущей машинки.

Клавиатура компьютера является аппаратным устройством, которое функционирует в соответствии с указаниями пользователя. Она включает в себя схемы, коммутаторы и процессоры, которые помогают в передаче клавишами сообщений на компьютер. Мы все знаем, что клавиатура является устройством ввода, которое действует в соответствии с указаниями пользователя. Она используется для выполнения различных задач, таких как набор текста, доступа к меню, и для игр. В этой статье мы более подробно рассмотрим, как работает компьютерная клавиатура.

Типы клавиатур

Это устройство не претерпело значительной трансформации, с тех пор как было введено. Появились лишь дополнительные клавиши, доступные в специальных версиях в каждом из электронных устройств, в практически том же формате (за исключением всего нескольких клавиш), в ноутбуке, IPad, смартфоне и т.д. Тем не менее, вот некоторые из наиболее распространенных клавиатур:

• 82-клавишная стандартная клавиатура Apple,
• 108-клавишная расширенная клавиатура Apple
• 101-клавишная расширенная клавиатура
• 104-клавишная клавиатура для Windows

Типы клавиш

Клавиатура была смоделирована в 1940 на основе технологии пишущей машинки. В общем, большинство клавиатур содержат от 80 до 110 клавиш, в зависимости от ОС, производителя или приложения, для которого она сделана. Существуют четыре основных типа клавиш:

• Функциональные клавиши
• Клавиши набора текста
• Цифровые клавиши
• Клавиши управления

Их можно увидеть на приведенной ниже схеме.

На рисунке, верхний ряд (F1-F12) состоит из функциональных клавиш. Они выполняют определенные команды, назначенные операционной системой. Например, в Windows 8, в приложении Microsoft Power Point, клавиша F5 это ярлык для запуска "слайд-шоу", в то время как в Microsoft Word, клавиша F11 используется для форматирования данных.

Вторая строка содержит численные или цифровые клавиши. Эта строка была введена для быстрого ввода данных, особенно для программ, в которых содержится много числовых данных, математических операций и т.д.

3-я, 4-я и 5-я строки содержат клавиши, которые используются для фактического набора текста. Все виды алфавитных данных вводятся в текстовом редакторе с помощью этих клавиш.

Последняя строка содержит клавиши управления. Они обеспечивают управление курсором, а также помогают использовать ярлыки или связки с определенными внутренними приложениями по мере необходимости. Вот некоторые из общих клавиш управления:

• Контроль (Ctrl)
• Альтернативный (Alt)
• Удалить (Del)
• Вставка (Ins)
• Побег (Esc)
• Дом (Home)
• Конец (End)
• Вверх (PageUp)
• Вниз (Page Down)

В дополнение к ним, на клавиатуре также имеются другие клавиши-модификаторы, такие как Shift.

Внутренняя работа клавиатуры

Матрица

Клавиатура имеет свой собственный процессор и схему, которая называется матрицей. Матрица представляет собой набор схем под клавиатурой, которая разбивается под каждой клавишей, в результате чего делая цепь неполной. Нажатие на любую определенную клавишу, завершает эту схему, таким образом, позволяет процессору определить местоположение нажатой клавиши.

Работа клавиш

Под каждой клавишей, есть небольшое круглое отверстие. Вы могли наблюдать это, если разбирали клавиатуру. Когда вы нажимаете на клавишу, специальный бар толкает кнопку через отверстие, в результате чего контакт с цепи слоев замыкается. Внутри отверстия, есть маленький кусочек резины, что предотвращает клавишу от перемещения вниз и толкает ее обратно при отпускании.

Обнаружение нажатия клавиш

При нажатии на любую клавишу, замыкается цепь и по схеме проходит крошечное количество тока. Процессор анализирует положение нажатых клавиш и посылает эту информацию на компьютер, где она отправляется в «контроллер клавиатуры». Этот контроллер обрабатывает информацию, передаваемую процессором, и, в свою очередь, пересылает его операционной системе. Затем ОС проверяет и анализирует эти данные, на содержание команд операционной системы, такие, как и Ctrl + Shift + Esc, и т.д. Если такие команды присутствуют, компьютер выполняет их; если нет, то он пересылает информацию в текущее приложение. Затем приложение проверяет, если нажатия клавиш относятся к командам приложения, такие как Ctrl+ P, и т.д. Опять же, если есть такие команды, они выполняются в первую очередь, а если нет, то эти нажатия клавиш принимаются как содержание или данные. Все это происходит в доли секунды, так что даже если вы нажмете сразу несколько клавиш, система все их обработает.

Что на самом деле происходит за кулисами, внутри клавиатуры есть три отдельных слоя пластика. Два из них имеют электропроводные металлические дорожки, третий изолирующий слой между ними с отверстиями для замыкания контактов. Эти дорожки являются электрическими соединениями, позволяющими крошечному электрическому току течь, когда слои плотно прижимаются друг к другу при нажатии клавиши.

Характер нажатия клавиш

Матрица имеет соответствующую диаграмму в виде таблицы символов, которая хранится в памяти компьютера. Когда вы нажимаете на клавишу, процессор ищет положение цепи, которая была замкнута, и определяет, какая клавиша была нажата. Все клавиши отображаются и сохраняются в памяти. Проще говоря, клавиши используют переключатели и схемы для изменения нажатий клавиш в формат понятный компьютеру. Каждая клавиатура содержит процессор, который делает работу по переводу нажатия клавиш, к компьютеру.

Типы коммутаторов

Существуют два типа выключателей, которые используются для выполнения схем в клавиатурах. Некоторые из них используют емкостной процесс, вместо механического описанной выше. В этом процессе, схема не нарушена, и ток проходит через нее непрерывно. Тем не менее, каждая отдельная клавиша имеет пластину, прикрепленную к ней, которая перемещается ближе к цепи при нажатии клавиши. Это движение регистрируется матрицей, что приводит к изменению протекающего через цепь электрического тока. Это изменение затем сравнивается с таблицей символов, и определяется расположение нажатой клавиши.

Механические переключатели состоят из резинового купола, мембранных переключателей, металлических контактов и элементов переключателей. Каучук являются наиболее распространенным материалом для купольных переключателей, поскольку он имеют хороший отклик и довольно устойчив к разливу и коррозии, кроме того, он относительно недорог и прост в изготовлении.

Хотя есть различные типы клавиатур, такие как беспроводные, Bluetooth, и USB клавиатуры, все они используют тот же принцип завершения схемы, для определения, нажатия клавиши, и выполнения функции.