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?
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с квалификационными требованиями к выпускнику необходимо получить знания о клавиатуре.
Проблема: для того, чтобы соответствовать классификационным требованиям к выпускнику, необходимо необходимо получить знания о клавиатуре. Но у нас нет знаний, чтобы соответствовать классификационным требованиям. Отсюда вытекает противоречие между квалификационными требованиями к выпускнику и отсутствием знаний о клавиатуре.
Цель: изучить клавиатуру. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи.
Задачи: 1. Изучить принцип работы клавиатуры. 2. Познакомиться с назначением клавиатуры и назначением клавиш на ней, а также раскладкой. 3. Рассмотреть многие виды клавиатур.
Объект изучение: Устройства ввода.
Предмет изучения: Клавиатура.
ПРИНЦИП РАБОТЫ КЛАВИАТУРЫ
Принцип работы клавиатуры разделен на несколько нижеописанных шагов, а именно
Когда нажимаешь кнопку, контроллер выдает скэн-ко
Скэн-код поступает в контроллер на материнской плате
Порт клавиатуры выдает прерывание (Interrupt 9)
Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область ОЗУ, в которой находится сектор прерывания
Определив адрес начала программы процессор переходит к ее выполнению (она находится в ROM BIOS)
Программа обработчик прерываний считывает скэн-коди загружает его в свои регистры. Затем определяет какой код символа соответствует данному скэн-коду
Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной программе (FIFO)
Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет программа для которой он предназначен.
НАЗНАЧЕНИЕ КЛАВИАТУРЫ
Клавиатура IBM PC предназначена для ввода в компьютер информации от пользователя. Печать на клавиатуре - это пока что основной способ ввода алфавитно-цифровой информации от пользователя в компьютер. Каждая клавиша клавиатуры представляет собой крышку для миниатюрного переключателя (механического или мембранного). Содержащийся в клавиатуре небольшой микропроцессор отслеживает состояние этих переключателей, и при нажатии или отпускании каждой клавиши посылает в компьютер соответствующее сообщение (прерывание), а программы компьютера (операционной системы) обрабатывают эти сообщения
Условно можно выделить на клавиатуре четыре группы клавиш:
1. Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (пробел, цифры 0-9, латинские буквы A-Z, символа кириллицы А-Я, знаки пунктуации, служебные символы "+", "-", "/" и т.д.).
Функциональные клавиши: F1, F2, F3 .. F12.
Клавиши на компьютерной или терминальной клавиатуре, которые запрограммированы на вызов команд операционной системы или выполнение определённых действий различными программами и играми.
КЛАВИШИ:
· F1 – помощь
· CTRL-F1 – поиск вниз
· SHIFT-F1 – поиск вверх
· ALT-F1 – выбор шрифта
· F2 – вставка имени клавиши
· CTRL-F2 – замена
· SHIFT-F2 – глобальная замена
· ALT-F2 – подчеркивание
· F3 – выделение строчного фрагмента
· CTRL-F3 – забрать фрагмент в карман
· SHIFT-F3 – выделить прямоугольный фрагмент
· ALT-F3 – курсив
· F4 – отмена выделения
· CTRL-F4 – вставка строчного фрагмента
· SHIFT-F4 – вставка прямоугольного фрагмента
· ALT-F4 – жырный
· F5 – сдвиг окна влево
CTRL-F5 – сдвиг фрагмента влево
· SHIFT-F5 – смена направление показа
· ALT-F5 – прижать строку влево
· F6 – сдвиг окна вправо
· CTRL-F6 – сдвиг фрагмента вправо
· SHIFT-F6 – смена направления ввода
· ALT-F6 – прижать строку вправо
· F7 – левая граница абзаца
· CTRL-F7 – задать отступ абзаца
· SHIFT-F7 – границы абзаца по образцу
· ALT-F7 – правая граница абзаца
· F8 – центровка
· CTRL-F8 – форматировать абзац
· SHFT-F8 – жесткий раздел страниц
· F9 – рус/лат алфавит
· CTRL-F9 – рус/нац алфавит
· SHIFT-F9 – режим дисплея
· ALT-F9 – распахнуть окно
· F10 – вход в меню
· CTRL-F10 – форма, цвет окна
· SHIFT-F10 – режим текст/док
· ALT-цифра другое окно
· ALT = калькулятор
· ALT – рисовать рамки
УДАЛИТЬ:
SHIFT-DEL до конца строки
SHIFT-BACKSP до начала строки
ОТКАТ:
CTRL-MINUS назад
CTRL-PLUS вперед
ESC – выход из меню
ДВИЖЕНИЕ ПО ТЕКСТУ:
· слово влево CTRL-LEFT
· слово вправо CTRL-RIGHT
· конец слова CTRL-EMPTY
· нач./конец строки HOME, END
· лев.край окна SHIFT-LEFT
· пр.край окна SHIFT-RIGHT
· в окне ↓ CTRL-HOME,END
· на окно ↓ PGUP, PGDN
· след.страница CTRL-PGDN
· пред.страница CTRL-PGUP
· след. Раздел SHIFT-PGDN
· пред. Раздел SHIFT-PGUP
· начало текста SHIFT-UP
· конец текста SHIFT-DOWN
ОПЕРАЦИИ С ФРАГМЕНТАМИ (БЛОКАМИ):
· изменение размеров блока – как движение курсора
· отменить выделение {F4}
· забрать блок в карман {CTRL-F3}
· копировать блок в карман {CTRL-INS}
· копировать блок из кармана {SHIFT-INS}
· вставить, раздвинув строки вниз {CTRL-F4}
· вставить как прямоугольник {SHIFT-F4}
· сдвинуть блок влево/вправо {CTRL-F5/F6}
· прижать строки влево/вправо {ALT-F5/F6}
· сформатировать в единый абзац {CTRL-F8}
· изменить шрифты – соответствующими командами
Служебные клавиши: Enter, Esc, Tab, стрелки управления курсором Left, Up, Down и Right, PgUp, PgDn, Home, End и многие другие служат для выполнение основных команд компьютера.
Особые комбинации клавиш
Имеются комбинации клавиш, обрабатываемые специальным образом:
Ctrl+Alt+Del – (одновременное нажатие) перезагрузка DOS, завершение текущей программы в Windows (двойное нажатие этих клавиш вызывает перезагрузку Windows)
PrtScr (или Shift PrtScr) – печать на принтере копии содержимого экрана в DOS , помещение образа экрана или текущего окна в буфер обмена (Clipboard) Windows.
КЛАВИАТУРНАЯ РАСКЛАДКА
Клавиатурная раскладка - это как раз и есть совокупность всех 32 таблиц соответствия кодов клавиш и вводимых с их помощью символов. Когда мы говорим: «Надо переключиться на русскую клавиатуру, это означает, что мы должны активизировать 32 «русские» таблицы кириллического скрипта.
Клавиатурная раскладка Unicode Hex Input служит для ввода Unicode-символов с помощью набора численных значений кодов. Для этого надо дополнительно удерживать клавишу Option, чтобы «предупредить» систему о том, что далее будет вводиться один Unicode-символ в шестнадцатеричном представлении, а не четыре отдельных алфавитно-цифровых знака. Клавиатурные раскладки связаны с общей системой письма, с некоторым «базовым» алфавитом, определяемым скриптом. В рамках одного и того же скрипта может существовать несколько клавиатурных раскладок, каждая из которых учитывает специфику того или иного языка, то есть служит для ввода не только символов из общего базового алфавита, но и дополнительных символов, специфических для конкретного языка. Клавиатурная раскладка учитывает принятое для данного языка расположение клавиш на клавиатуре. Например, для романского скрипта существуют американская, французская, немецкая, испанская и другие раскладки. Аналогично для кириллического скрипта созданы русская, украинская, белорусская раскладки.
В «интернациональных» системах имеются средства, позволяющие легко переключаться между различными скриптами и клавиатурными раскладками, что даст возможность с помощью одной и той же клавиатуры вводить различные наборы символов в соответствии с национальными стандартами и особенностями.
С помощью клавиатуры мы вводим коды ASCII или Unicode нужных нам символов, но при этом хотим, чтобы на экране или на бумаге появлялись изображения самих символов, а исчисленные значения их кодов. Более того, нам бы хотелось менять начертание символов в зависимости от стиля документа или нашего настроения, например. Для этих целей используются шрифты.
ВИДЫ КЛАВИАТУР
Принцип действия мембранной клавиатуры заключается в том, что при нажатии клавиши происходит замыкание двух мембран, возврат же осуществляется при помощи резинового купола. Основным преимуществом такой клавиатуры является ее защищенность от проникновения внутрь посторонних веществ, например крошек или кофе, недостатком - недолговечность, контакты, нанесенные на мембрану, имеют свойство стираться.
Полумеханическая клавиатура более долговечна, так как использует нестирающиеся металлические контакты расположенные на печатной плате, хотя возврат клавиши в ней все еще осуществляется при помощи резинового купола.
Механические клавиатуры отличаются от полумеханических тем, что вместо резинового купола, для возврата клавиши используется пружинка, что значительно продлевает жизнь клавиатуры и увеличивает ее надежность. Недостатком механических и полумеханических клавиатур - незащищенность от попадания внешних предметов.
В последнее время все чаще стали встречаться герконовые клавиатуры, т.е. клавиатуры у которых под клавишами установлены герконы (контакты в вакуумном цилиндрике, реагирующие на магнитное поле) и магниты. Положительными моментами в таких клавиатурах является достаточно долгий срок службы (герконы практически не изнашиваются) и очень мягкая посадка, так что работать с ними легко и приятно. Главный недостаток - зависимость от внешних магнитных полей. Многие электронные приборы могут вырабатывать магнитные поля, влияющие на клавиатуру и вызывать ложные срабатывания клавиш. Если у Вас есть герконовая клавиатура, можете проделать простой опыт: положите рядом с ней сотовый телефон, подключенный к зарядному устройству, и понаблюдайте за поведением компьютера. Клавиатура ведет себя самым непредсказуемым образом от ложного срабатывания отдельных клавиш до полного "бешенства". Подобный опыт можно проводить и с другими электромагнитными устройствами, однако, не любое устройство и не в любой ситуации будет создавать столь значимые помехи.
Также клавиатуры различаются по длине хода. Естественно, чем она больше, тем больше времени займет нажатие клавиши. Но и маленькая длинна хода - это не хорошо, так как может привести к частым случайным нажатиям. Тут главное попробовать разные варианты и подобрать что-то наиболее удобное для себя. Кстати, некоторые клавиатуры имеют свойство громко стучать при нажатии на клавиши. Это называется клик. Чем хороша клавиатура с кликом? Только тем, что вы всегда будете точно знать, нажали клавишу или нет, что должно уберечь вас от случайных нажатий.
Еще один параметр, как уже говорилось выше - форма и расположение определяющих клавиш. В основном клавиатуры различаются по форме и расположению клавиши Enter. Она может быть прямой в виде знака "-" или в виде зеркальных отображений букв "L" и "Г".
"Эргономичной" является клавиатура, у которой профиль алфавитной части клавиатуры представляет собой дугу, само поле разбито на две половины, своя под каждую руку, и наделенная "подставкой для отдыха рук". Она, конечно, красивая, но, во-первых, эта эргономика с ее подставкой занимает довольно много места на столе, а во вторых, человеку, не владеющему способом слепой печати, приходится постоянно бегать глазами с одной половины поля на другую, постоянно изменяя фокусное расстояние хрусталика, что утомляет глаза.
Многие клавиатуры имеют дополнительные клавиши. Их обычно три: две со значком Microsoft"а и одна с изображением стрелочки выбирающей что-то в списке. Это так называемые Windows клавиши. Они довольно удобны при работе в одноименной "операционной системе". Так как с помощью их нажатия по отдельности или в сочетании с другими клавишами, можно быстро выполнять такие часто используемые операции, как вызов меню "Пуск", запуск "Проводника" или сворачивание всех окон. В других операционных системах эти клавиши остаются невостребованными.
Все чаще стали попадаться клавиатуры с еще тремя дополнительными клавишами. Как правило, на них нарисован значок включения/выключения, месяц и солнышко (или будильник) соответственно. Первая кнопка служит для отключения питания компьютера. Вторая клавиша посылает компьютер в режим сна, например, если нужно на некоторое время отойти, что значительно снижает потребление энергии, а третья клавиша соответственно возвращает компьютер в нормальный режим работы, будит его.
Реже, но все-таки встречаются уже клавиатуры с "интернет клавишами". Это клавиши призванные облегчить навигацию по всемирной компьютерной сети Internet. Они, как правило, позволяют подключиться/отключиться от сети
(в случае соединения DialUp"ом), принять/отправить почту, и нажатием одной кнопки выйти на заданный сайт.
Существуют также, так называемые, "мультимедийные клавиши". Они служат для управления мультимедийным проигрывателем компакт дисков. С их помощью можно менять громкость, переходить от песни к песне, начать/остановить проигрывание, открыть/закрыть CD-ROM или выключить звук.
Есть также беспроводные клавиатуры. Вариант эффектный, хотя клавиатура (в контексте настольного компьютера, а не, скажем, web-приставки) - кажется, устройство, которому провод мешает меньше всего.
Клавиатура Дворака
^ Клавиатура Дворака (Dvorak) - создана доктором Августом Двораком (August Dvorak) в 1936 году как развитие устаревшей клавиатуры QWERTY. Расположение клавиш на этой клавиатуре делает более легким и быстрым ввод информации по сравнению с другими типа клавиатур.
Клавиатура Luxeed Dynamic Pixel LED от thinkgeek делает работу за компьютером красочнее и веселее. Потому что каждая клавиша этой клавиатуры подсвечивается набором разноцветных светодиодов и по вашему желанию может менять цвет. Всего на постройку одной клавиатуры уходит 430 светодиодов, а с помощью прилагаемого программного обеспечения можно управлять поведением каждого. По клавиатуре можно запустить радугу или заставить каждую клавишу менять цвет после нажатия. Клавиатура имеет 4 специальных кнопки пресетов, которые находятся над клавишами курсора, с помощью которых вы можете оперативно менять заранее запрограммированные цветовые схемы. Устанавливайте различные цветовые сочетания для разных программ или выделяйте цветом клавиши управления в играх. Возможности световых эффектов этой клавиатуры ограничены только вашей фантазией.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, клавиатура – основной элемент компьютера, традиционно используемый для ввода текста в компьютер. Выделяют четыре группы клавиш: алфавитно-цифровые и знаковые, функциональные, служебные, вспомогательные.
ВВЕДЕНИЕ
Главная функция клавиатуры это ввод информации. Мы живем в век тотального засилья Windows, но даже эта операционная система, с ее графическим интерфейсом, не может полностью обойтись без клавиатуры. Ведь еще не придумали другого устройства ввода текста.
Актуальность темы: клавиатура очень важная часть компьютера. Нельзя представить себе ввод информации не используя клавиатуру, ведь одной мышкой обойтись невозможно.
Клавиатура (keyboard) - это основное устройство ввода информации в персональный компьютер. Она позволяет вводить числовую и текстовую информацию, а также различные команды и данные.Обычно вводимая с клавиатуры информация в целях контроля отображается на экране монитора. Место ввода информации на экране указывается специальным значком, который называется курсором. Вид курсора может быть различным в зависимости от используемой программы и режима работы. Это может быть мигающая черточка, прямоугольник и пр.
На клавиши алфавитноцифрового поля дополнительно наносится разметка букв национального (русского) алфавита. Если на компьютере установлена операционная система, не настроенная на работу в режиме национального алфавита, то необходима дополнительная специальная программа- драйвер клавиатуры. В операционных системах Windows драйвер клавиатуры входит в комплект поставки.
При всем разнообразии конструкций любая клавиатура имеет дующие группы клавиш:
1. Алфавитно-цифровое поле клавиш - для ввода прописных и строчных букв, цифр, различных знаков и других символом. Часто это поле называют полем печати. Клавиши этого поля выделены светло-серым цветом.
2. Поле управляющих клавиш - для ввода и выполнения команд, для редактирования данных. Клавиши этого поля имеют серый цвет. Назначение основных управляющих клавиш приведено в таблице. Клавиши
| Клавиша | Назначение |
| | Ввод набранной команды или текста |
| | Отмена текущего действия |
| | Установка курсора в определенную позицию |
| | Фиксация режима ввода прописных букв |
| | Самостоятельного действия не имеют, действуют только при совместном нажатии с буквенной или управляющей клавишей |
| | Удаление символа слева от курсора |
| | Удаление текущего символа |
| Включение режима вставки или замены символа | |
| | Переключение режимов работы малой (цифровой) клавиатуры |
| | Печать экрана |
3. Поле функциональных клавиш
4. Поле клавиш управления курсором - для перемещения курсора на экране монитора. На клавишах стрелками указано направление перемещения (вверх, вниз, вправо, влево).
5. Поле клавиш малой (цифровой) клавиатуры позволяет работать в двух режимах в зависимости от состояния индикатора Num Lock, расположенного над этим полем. Этот индикатор переключается клавишей
- при включенном индикаторе Num Lock обеспечивается быстрый и удобный ввод цифр;
- при выключенном индикаторе Num Lock дублируются функции поля управления курсором и поля управляющих клавиш.
Основные факторы клавиатуры.
Эргономика клавиатуры.
Тип клавиатуры.
Легкость нажатия на клавиши.
Интерфейс.
Дополнительные возможности.
Эргономика
Под эргономикой можно понимать все свойства клавиатуры, которые имеют отношение к удобству её использования. Обсудим наиболее важные из них (расположение клавиш на клавиатуре, форма клавиатуры, размеры клавиатуры и т.д.).
Расположение букв кириллицы соответствует российскому стандарту, а расположение букв латинского алфавита соответствует американскому стандарту. Поэтому расположение одних и тех же букв кириллицы и латинского алфавита на клавиатуре не совпадает.
Есть несколько клавиш, которые могут иметь на разных клавиатурах разную форму и размеры: BackSpase, Enter, Shift.
Встречаются клавиатуры с так называемой конфигурацией Eraze-Eaze, на которой пробел разделен на две половинки. Одна из них (по выбору) выполняет функцию пробела, а другая - клавиши Backspace.
Компания Microsoft в свое время затратила почти два года на разработку клавиатуры нового типа. Эта клавиатура была названа Natural Keyboard - естественная клавиатура (эргономичная). Эта клавиатура Natural Keyboard имеет развернутые в стороны вертикальные ряды клавиш, относящиеся к зоне каждой руки. Пользователь избавлен от напряжения держать кисти рук параллельно друг другу. Профиль алфавитной части клавиатуры представляет выпуклую дугу. Это избавляет от необходимости держать кисти рук параллельно плоскости стола. Есть подставка для отдыха рук. После взгляда на Natural Keyboard становится ясно, что прежние клавиатуры просто наследовали консервативный стиль пишущих машинок. Natural Keyboard послужила примером для подражания. В настоящее время производители иногда не стесняются называть свои клавиатуры эргономичными, если есть хотя бы одно из трех рассмотренных новшеств оригинальной майкрософтовской клавиатуры. Пожалуй, единственным недостатком таких клавиатур является занимаемое ими место. Если вы много работаете с текстом и вас не лимитирует место, то приобретайте именно эргономичную клавиатуру. Конечно, они стоят существенно дороже обычных.
В дальнейшем появились разломанные клавиатуры, позволяющие регулировать угол разворота двух половинок. Каждая половина имеет свои ножки, так что можно еще регулировать наклон в различных направлениях. Некоторые пошли ещё дальше и придумали клавиатуру, вообще состоящую из двух половинок. Это вообще то удобно, но большого применения они не находят.
Подставка для рук, появившаяся в MS Natural Keyboard, распространилась теперь и на обычные клавиатуры. Она предназначена для отдыха рук, а не рабочего их положения: согласно правилам кисти должны быть полусогнуты и нависать над клавишами. Поэтому и называется она Palm Rest (отдых кистей).
Подставка также улучшает внешний вид, особенно когда выполнена другим цветом. Подставки бывают отделяющиеся и литые. Понятно, что отделяющаяся подставки, более гибкое решение, позволяющее безболезненно перейти на клавиатуру без подставки. Если подставка отделяющаяся, то хорошо, чтобы она имела крепление, позволяющее некоторый поворот относительно линии крепления, чтобы при наклоне клавиатуры посредством ножек подставка не работала на излом. Выбирайте клавиатуры с отделяющимися подставками. Заметим, что подставка для рук продается отдельно как аксессуар, так что владельцы клавиатур без подставки могут обзавестись ею в любой момент.
Тип клавиатуры
Их существует всего три:
Мембранные (пленочные)
Полумеханические
Механические.
Название мембранных клавиатур происходит оттого, что при нажатии клавиши замыкаются две мембраны. Возврат клавиши осуществляется резиновым куполом (с шахтой в центре). Мембраны обычно выглядят как диски на пластиковой пленке, выполненной печатным способом. Для разделения мембран служит промежуточная пленка с отверстиями. Поэтому эту клавиатуру называют «пленка» или «пленочная клавиатура». Так как мембраны находятся на внутренних сторонах пленок, то конструкция хорошо защищена от пыли и жидкостей. В более защищенной реализации все выглядит как единый резиновый коврик с выступающими куполами, расположенными под клавишами. К плюсам таких клавиатур можно отнести низкий шум, легкость нажатия на клавиши, защищенность от мелких предметов и жидкостей, низкую цену. Единственным недостатком является меньшая по сравнению с другими типами клавиатур долговечность.
В полумеханических клавиатурах используются более долговечные (до 50-100 млн. нажатий) и не протирающиеся металлические контакты, в дорогих моделях они могут быть позолоченными. Все это размещается на печатной плате. Клавиша возвращается резиновым куполом. В остальном полумеханические клавиатуры похожи на мембранные. Стоят они несколько дороже мембранных.
В механических клавиатурах клавиша возвращается пружиной. Минусы такого механизма заключаются в отсутствии герметичности и дороговизне. Правда, есть модели с защитой, но они еще дороже. Плюсами являются долговечность и надежность, особенно когда контакты позолочены, а также отсутствие усталости (то есть сопротивление нажатию практически не зависит от количества нажатий, чего нельзя сказать о механических без защиты и полумеханических клавиатурах).
Однако механические клавиатуры имеют больше недостатков, чем преимуществ. Во-первых, они слабо защищены, во вторых, шумят сильнее, чем мембранные, да и стоят намного дороже. Правда, полумеханические долговечней, но дорогой мембранный также обеспечивает 20 - 30 млн. нажатий.
Клавиатуры бывают с кликом или без клика . В буквальном перевод клик (click) - щелчок. Реализуется дугообразной тонкой пластиной под клавишей, которая рывком прогибается. Клик позволяет точно чувствовать, что клавиша нажата, и не пропускать буквы при быстром наборе. Клик нравится многим пользователям. Обычно клик встречается у механических клавиатур (так как мало изменяет их стоимость), но встречается и у клавиатур других типов.
Есть еще одна разновидность клавиатур сенсорные клавиатуры. Принцип ее действия основан на усилении разности потенциалов, приложенном к одному элементу. Количество этих элементов соответствует числу клавиш. В качестве чувствительных элементов используются токопроводящие контакты, выполненные в виде двух пластин, разделенных небольшим зазором. В момент касания пальцем контактной площадки статический потенциал усиливается электронной схемой, на выходе которой формируется сигнал, аналогичный сигналу обычной клавиатуры. Сенсорные клавиатуры самые долговечные, потому что в них нет механических элементов, но за счет этого они заметно дороже, чем обычные. Так как электроника покрыта слоем полимерной пленки (на ней также нанесены символы), то сенсорная клавиатура почти полностью защищена от внешних воздействий. Правда широкого распространения подобные устройства не получили в связи с неудобством их использования и дороговизной, поэтому встретить их можно только что разве на крупных промышленных предприятиях в производственных цехах, да и то редко.
Клавиатура с микропереключателями.
Имеют аналогичные характеристики, что и механические клавиатуры. Но микропереключатели характеризуются большей прочностью и большим сроком службы.
Клавиатура с герконами.
Еще лучше функционируют клавиатуры с герконами. Геркон - это герметический контакт, который представляет собой переключатель с пружинными контактами (в виде пластин) из ферромагнитного материала. Этот переключатель помещается в герметизированный стеклянный баллон. Контакты замыкаются (или размыкаются) под действием магнитного поля электромагнита, который установлен снаружи баллона. Герконы иногда называют RET - переключателями. Они очень долговечны. Клавиатуры с использованием герконов самые дорогие.
Похожая информация.
Лекция 6
Клавиатура: периферийное устройство ввода информации
Виды клавиатур:
Простые клавиатуры со стандартным набором клавиш (буквенные, цифровые, функциональные и т.д.)
В мультимедийных клавиатурах кроме стандартных клавиш добавлены мультимедийные. Такие клавиатуры упрощают работу с мультимедиа
Игровые клавиатуры рассчитаны для применения в играх.
Так же при выборе клавиатуры можно обратить внимание на ее технические параметры. Среди таких параметров механизм клавиш клавиатуры.
Есть три основных типа: мембранный, механический и полумеханический.
В мембранная клавиатура - электронная клавиатура без отдельных механических движущихся частей, выполненная в виде плоской, обычно гибкой, поверхности с нанесённым на неё рисунком клавиш. Клавиатуры этого типа отличаются очень низкой стоимостью, исключительной компактностью (толщина составляет доли миллиметра), способностью к изгибанию, высокой надёжностью и практически идеальной защищённостью от грязи и влаги. Главным недостатком является почти полное отсутствие тактильной обратной связи, что существенно затрудняет безошибочный и слепой набор. Для компенсации этого недостатка устройства с мембранной клавиатурой обычно имеют звуковое подтверждение нажатия клавиши. Кроме этого, нагрузка на мембраны не «дозируется» системой «толкатель-колпачок» (см. ниже), а определяется исключительно пальцами оператора, что ощутимо снижает ресурс мембран.
В 1980-х годах мембранные клавиатуры использовались в некоторых домашних компьютерах нижнего ценового диапазона. В настоящее время они продолжают использоваться в бытовой технике (например в микроволновых печах), специализированном и промышленном оборудовании. Современные компьютерные клавиатуры используют комбинированную технологию мембранной, резиновой и механической клавиатур, где нажатие на пластиковую клавишу продавливает резиновый колпачок, обеспечивая тактильную обратную связь, и нажимает на мембрану. Принцип работы.
Мембранная клавиатура обычно состоит из трёх слоёв. На двух из них нанесены проводящие дорожки. Третий, изолирующий слой является разделяющим. В местах, где располагаются клавиши, он имеет вырезы, позволяющие дорожкам верхнего и нижнего слоёв соприкасаться при нажатии. Толщина слоёв клавиатуры обычно не больше толщины бумаги или картона.
В механических клавиатурах для возврата клавиш используются металлические пружины. Схемы клавиатур такого типа не очень защищены от пыли и влаги. Долговечность работы является основным преимуществом механических клавиатур.
Полумеханические клавиатуры это нечто среднее между мембранными и механическими, где вместо нижней мембраны используют печатную плату. Такая конструкция считается более долговечной. Клавиша возвращается в исходное положение также резиновым куполом. Иногда маленькой пружинкой. В этом случае обеспечивается более плавный ход на протяжении всего нажатия. Но у пружинной технологии присутствует один специфический эффект: срабатывание клавишы происходит даже при неполном нажатии, в то время как мембранная концепция позволяет вам передумать в процессе нажатия. Это важно при скоростной печати. Цена на такие устройства выше чем на мембранные, но кроме того, что они имеют некоторую защиту от загрязнения, эти клавиатуры прослужат вам дольше.
Лазерные клавиатуры
Состоит из маленького ящичка-проектора, который позволяет вывести изображение клавиатуры на любую ровную поверхность. Передача данных идёт по воздуху(беспроводная). Можно настроить яркость, звук печатания клавиш, чувствительность. Правда это не гарантирует стопроценнтную распознаваемость ваших движений и к тому же от яркого света болят глаза. Есть и еще один минус: клавиатуру не видно при ярком освещении. ну и стоимость этого гаджета отнюдь не маленькая.
В беспроводных клавиатурах используются три основных вида соединения, а именно соединение Bluetooth, инфракрасное соединение и радиочастотное соединение.
Клавиатуры, имеющие радиочастотное соединение, получают питание от аккумулятора или через кабель USB, который используется для подзарядки клавиатуры. Клавиатуры с инфракрасным соединением должны находиться в радиусе действия устройства принимающего сигнал. Клавиатуры с радиочастотным соединением имеют больший радиус действия, чем клавиатуры с инфракрасным соединением. В клавиатурах с соединением Bluetooth используется технология Bluetooth, обеспечивающая больший радиус действия, чем у клавиатур с радиочастотным и инфракрасным соединением. Клавиатуры с радиочастотным соединением обеспечивают большую мобильность, чем клавиатуры с соединением Bluetooth и с инфракрасным соединением.
Проводные клавиатуры
PS/2 и USB – две разновидности проводного соединения, соединяющие клавиатуры с компьютерами.
Порт PS/2 впервые появился в на компьютерах (до этого для подключения клавиатуры использовался . Скорость передачи данных - от 80 до 300 Кб/с и зависит от производительности подключенного устройства и программного .
Из шести контактов в разъёме используется четыре: частота, данные, питание, общий. При этом для клавиатуры используемые контакты шины данных и частоты могут отличаться от контактов для подключения мыши. Это позволяет использовать оба устройства сразу, но через разветвитель.
Некоторые могут правильно работать при «неправильном» подключении мыши и клавиатуры (то есть при подключении клавиатуры в разъём, предназначенный для мыши, и, наоборот, мыши в разъём для клавиатуры) - это обусловлено тем, что каждый разъём является универсальным. Большинство же материнских плат при неправильном подключении (или при отключении во время работы) потребуют от пользователя «правильного» подключения устройств и иногда .
В зависимости от типа корпуса клавиатуры делятся на:
Традиционные (стандартные) – обычные AT-клавиатуры;
Эргономичные. Конструкции клавиатур данного типа учитывают естественное положение рук во время набора (в таких конструкциях клавиатура преломлялась в центре, клавиши находились под прямым углом к естественному положению кистей рук при наборе). Эргономичная клавиатура дает возможность повысить производительность и избежать опасности некоторых хронических заболеваний.
Гибкие. - Клавиатура выполненная из нетоксичной высокоэластичной силиконовой резины и похожа на своеобразный коврик с выступами различной формы. Буквы и символы не стираются со временем так как нанесены на обратную сторону внешней плёнки. Внешняя плёнка может быть как матовой так и глянцевой. Главный плюс таких клавиатур в удобстве транспортировки - весят они всего около 350 грамм и легко сворачиваются в компактный рулон. Они хорошо защищены от загрязнений(водонепроницаема), легко чистятся и сравнительно легко переносят удары. Бесшумны и в некоторых реализациях имеют подсветку клавиш.
Но есть и минусы: для того чтобы нажать клавишу, нужно приложить несколько большее усилие, чем на обычной клавиатуре. Нажатие должно приходиться строго в центр.
Программа может использовать клавиатуру по-разному. Она может задержать свое выполнение до тех пор, пока оператор не введет какое-нибудь число или пока не нажмет какую-нибудь клавишу. Выполняя некоторую работу, программа может периодически проверять, не нажал ли оператор на клавишу, изменяющую режим работы программы. Резидентные программы могут контролировать все нажатия на клавиши, активизируясь при нажатии определенной заранее комбинации. Можно использовать прерывание, вырабатываемое клавиатурой, например, для завершения работы программы.
Принципы работы клавиатуры
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.
Клавиатура представляет собой совокупность датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определенную электрическую цепь. Длительное время выпускались клавиатуры с механическими датчиками. Современные клавиатуры - мембранного типа. Переключатель представляет собой набор мембран: активная – верхняя, пассивная – нижняя, разделяющая.
Внутри корпуса клавиатуры помимо датчиков расположены электронные платы дешифрации сигнала.
Обмен данными между клавиатурой и системной платой осуществляется 11-битовыми блоками (8 разрядов плюс служебная информация) по 2-проводному кабелю (сигнал и земля).
Принцип работы клавиатуры заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из переключателей соответствует уникальный цифровой код (scan code) размеров 1 байт.
Подключение клавиатуры к системной плате производится с помощью разъема DIN или mini-DIN.
На системной плате прием и обработку сигналов от клавиатуры выполняет специальная микросхема - контроллер клавиатуры.
Если рассмотреть сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры, можно заметить, что все клавиши находятся в узлах матрицы:
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.
Следует отметить, что клавиатура содержит внутренний 16-байтовый буфер, через который она осуществляет обмен данными с компьютером.
Стек драйверов для системных устройств ввода
Драйвера клавиатуры, независимо от схем физического подключения, используют системные драйвера класса клавиатуры для обработки не зависимых от аппаратной части операций. Данные драйвера называются драйверами класса , так как обеспечивают требуемые системой, но не зависимые от аппаратной реализации требования к конкретному классу устройств.
Соответствующий функциональный драйвер (драйвер порта) реализует зависимую от конкретного устройства поддержку выполнения операций ввода-вывода. В ОС Windows для x86-платформ реализован единый драйвер системной клавиатуры (i8042) и мыши.
Стек драйверов для Plug and Play PS/2-клавиатуры
Стек драйверов содержит (сверху вниз):
Kbdclass - верхнеуровневый фильтр-драйвер класса клавиатуры;
опциональный верхнеуровневый фильтр-драйвер класса клавиатуры;
i8042prt - функциональный драйвер клавиатуры;
корневой драйвер шины.
В ОС Windows 2000 и старше драйвером класса клавиатуры является драйвер Kbdclass , основными задачами которого являются:
обеспечение общих и аппаратно-независимых операций класса устройств;
поддержка Plug and Play,
одновременное выполнение операций более чем одного устройства;
реализация class service callback routine, которая вызывается функциональным драйвером для передачи данных из входного буфера устройства в буфер данных драйвера класса устройств.
В ОС Windows 2000 и старше функциональным драйвером для устройств ввода, использующих PS/2-порт (клавиатуры и мыши), является драйвер i8042prt , основные функции которого следующие:
обеспечение аппаратно-зависимых одновременных операций PS/2-устройств ввода (клавиатуры и мыши разделяют общие порты ввода вывода, но используют разные прерывания, процедуры обработки прерываний (ISR) и процедуры завершения обработки прерываний);
поддержка Plug and Play, поддержка управления питанием и Windows Management Instrumentation (WMI);
поддержка операций для legacy-устройств;
вызов class service callback routine для классов клавиатуры и мыши для передачи данных из входного буфера данных i8042prt в буфер данных драйвера класса;
вызов набора функций обратного вызова, которые могут реализовать драйвера-фильтры высокого уровня для гибкого управления устройством.
В целом стек устройств (правильнее говорить о стеке объектов устройств) PS/2-клавиатуры состоит из:
физического объекта устройства клавиатуры (PDO), созданного драйвером шины (в данном случае, шины PCI) – \Device\00000066;
функционального объекта устройства клавиатуры (FDO), созданного и присоединенного к PDO драйвером i8042prt - неименованный объект (unnamed);
опциональных фильтр-объектов устройства клавиатуры, создающихся фильтр-драйверами клавиатуры, разрабатываемыми сторонними разработчиками;
верхнеуровневого фильтр-объекта устройства класса клавиатуры, созданного драйвером класса Kbdclass – \Device\KeyboardClass0.
Обработка клавиатурного ввода приложениями
Подсистема Microsoft Win32 получает доступ к клавиатуре, используя поток необработанного ввода (Raw Input Thread, RIT), который является частью системного процесса csrss.exe. Операционная система при старте создает RIT и системную очередь аппаратного ввода (system hardware input queue, SHIQ).
RIT открывает объект «устройство» драйвера класса клавиатуры для эксклюзивного использования и с помощью функции ZwReadFile направляет ему запрос ввода-вывода (IRP) типа IRP_MJ_READ. Получив запрос, драйвер Kbdclass отмечает его как ожидающий завершения (pending), ставит в очередь и возвращает код возврата STATUS_PENDING. Потоку необработанного ввода приходится ждать завершения IRP, для чего используется вызов асинхронной процедуры (Asynchronous Procedure Call, APC).
Когда пользователь нажимает или отпускает одну из клавиш, системный контроллер клавиатуры вырабатывает аппаратное прерывание. Его обработчик вызывает специальную процедуру обработки прерывания IRQ 1 (interrupt service routine, ISR), зарегистрированную в системе драйвером i8042prt. Данная процедура считывает из внутренней очереди контроллера клавиатуры появившиеся данные. Обработка аппаратного прерывания должна быть максимально быстрой, поэтому ISR ставит в очередь вызов отложенной процедуры (Deferred Procedure Call, DPC) I8042KeyboardIsrDpc и завершает свою работу. Как только это станет возможно (IRQL понизится до DISPATCH_LEVEL), DPC будет вызвана системой. В этот момент будет вызвана процедура обратного вызова KeyboardClassServiceCallback, зарегистрированная драйвером Kbdclass у драйвера i8042prt. KeyboardClassServiceCallback извлечет из своей очереди ожидающий завершения запрос IRP, заполнит максимальное количество структур KEYBOARD_INPUT_DATA, несущих всю необходимую информацию о нажатиях/отпусканиях клавиш, и завершит IRP. Поток необработанного ввода пробуждается, обрабатывает полученную информацию и вновь посылает IRP типа IRP_MJ_READ драйверу класса, который опять ставится в очередь до следующего нажатия/отпускания клавиши. Таким образом, у стека клавиатуры всегда есть по крайней мере один ожидающий завершения IRP, и находится он в очереди драйвера Kbdclass.
С помощью утилиты IrpTracker, разработанной упоминавшейся ранее компанией Open Systems Resources, можно отследить последовательность вызовов, происходящих при обработке клавиатурного ввода.
Как же RIT обрабатывает поступившую информацию? Все пришедшие клавиатурные события помещаются в системную очередь аппаратного ввода, после чего они последовательно преобразуются в сообщения Windows (типа WM_KEY*, WM_?BUTTON* или WM_MOUSEMOVE) и ставятся в конец очереди виртуального ввода (virtualized input queue, VIQ) активного потока. В сообщениях Windows скан-коды клавиш заменяются на коды виртуальных клавиш, соответствующие не расположению клавиши на клавиатуре, а действию, которое выполняет эта клавиша. Механизм преобразования кодов зависит от активной раскладки клавиатуры, одновременных нажатий других клавиш (например, SHIFT) и других факторов.
Когда пользователь входит в систему, процесс Windows Explorer порождает поток, который создает панель задач и рабочий стол (WinSta0_RIT). Этот поток привязывается к RIT. Если пользователь запускает MS Word, то его поток, создавший окно, немедленно подключится к RIT. После этого поток, принадлежащий Explorer, отключается от RIT, так как единовременно с RIT может быть связан только один поток. При нажатии клавиши в SHIQ появится соответствующий элемент, что приведет к тому, что RIT пробудится, преобразует событие аппаратного ввода в сообщение от клавиатуры и поместит его в VIQ потока приложения MS Word.
Массивы состояния клавиш клавиатуры
Одной из задач при разработке модели аппаратного ввода Windows было обеспечение ее отказоустойчивости. Отказоустойчивость обеспечивается независимой обработкой ввода потоками, что предотвращает неблагоприятное воздействие одного потока на другой. Но этого недостаточно для надежной изоляции потоков друг от друга, поэтому система поддерживает дополнительную концепцию - локальное состояние ввода. Каждый поток обладает собственным состоянием ввода, сведения о котором хранятся в структуре THREADINFO. В информацию об этом состоянии включаются данные об очереди виртуального ввода потока, а также группа переменных. Последние содержат управляющую информацию о состоянии ввода. Относительно клавиатуры поддерживаются следующие сведения: какое окно находится в фокусе клавиатуры, какое окно активно в данный момент, какие клавиши нажаты, каково состояние курсора ввода.
Информация о том, какие клавиши нажаты, сохраняется в массиве синхронного состояния клавиш. Этот массив включается в переменные локального состояния ввода каждого потока. В то же время массив асинхронного состояния клавиш, в котором содержится аналогичная информация, - только один, и он разделяется всеми потоками. Массивы отражают состояние всех клавиш на данный момент, и функция GetAsyncKeyState позволяет определить, нажата ли сейчас заданная клавиша. GetAsyncKeyState всегда возвращает 0 (не нажата), если ее вызывает другой поток, а не тот, который создал окно, находящееся сейчас в фокусе ввода.
Функция GetKeyState отличается от GetAsyncKeyState тем, что возвращает состояние клавиатуры на тот момент, когда из очереди потока извлечено последнее сообщение от клавиатуры. Эту функцию можно вызвать в любой момент; для нее неважно, какое именно окно в фокусе.
Клавиатурные ловушки
В операционной системе Microsoft Windows ловушкой, или хуком (hook) называется механизм перехвата событий с использованием особой функции (таких как передача сообщений Windows, ввод с мыши или клавиатуры) до того, как они дойдут до приложения. Эта функция может затем реагировать на события и, в некоторых случаях, изменять или отменять их.
Функции, получающие уведомления о событиях, называются фильтрующими функциями и различаются по типам перехватываемых ими событий. Для того чтобы Windows смогла вызывать функцию-фильтр, эта функция должна быть прикреплена к хуку (например, к клавиатурному хуку). Прикрепление одной или нескольких фильтрующих функций к какому-нибудь хуку называется установкой хука. Для установки и удаления фильтрующих функций приложения используют функции Win32 API SetWindowsHookEx и UnhookWindowsHookEx. Некоторые хуки можно устанавливать как для всей системы, так и для одного конкретного потока.
Если к одному хуку прикреплено несколько фильтрующих функций, Windows реализует очередь функций, причем функция, прикрепленная последней, оказывается в начале очереди, а самая первая функция - в ее конце. Очередь функций-фильтров (см. рисунок 8) поддерживается самой Windows, что позволяет упростить написание фильтрующих функций и улучшить производительность операционной системы.
Система поддерживает отдельные цепочки для каждого типа хуков. Цепочка хуков - это список указателей на фильтрующие функции (специальные функции обратного вызова, определяемые приложением). Когда происходит некоторое событие, связанное с конкретным типом хука, система последовательно передает сообщение каждой фильтрующей функции в цепочке хуков. Действие, которое может выполнить фильтрующая функция, зависит от типа ловушки: некоторые функции могут только отслеживать возникновение событий, другие могут модифицировать параметры сообщений или даже остановить обработку сообщений, заблокировав вызов следующей фильтрующей функции в цепочке хуков или функции обработки сообщений окна-назначения.
Когда к хуку прикреплена одна или более функций-фильтров и происходит событие, приводящее к срабатыванию хука, ОС Windows вызывает первую функцию из очереди функций-фильтров, и на этом ее ответственность заканчивается. Далее функция ответственна за то, чтобы вызвать следующую функцию в цепочке, для чего используется функция Win32 API CallNextHookEx.
ОС поддерживает несколько типов хуков, каждый из которых предоставляет доступ к одному из аспектов механизма обработки сообщений Windows.
Общая схема обработки
Обобщим все полученные выше знания о процедуре клавиатурного ввода в едином алгоритме. Итак, алгоритм прохождения сигнала от нажатия пользователем клавиш на клавиатуре до появления символов на экране можно представить следующим образом:
Операционная система при старте создает в системной процессе csrss.exe поток необработанного ввода и системную очередь аппаратного ввода.
Поток необработанного ввода в цикле посылает запросы чтения драйверу класса клавиатуры, которые остаются в состоянии ожидания до появления событий от клавиатуры.
Когда пользователь нажимает или отпускает клавишу на клавиатуре, микроконтроллер клавиатуры фиксирует нажатие/отпускание клавиши и посылает в центральный компьютер скан-код нажатой клавиши и запрос на прерывание.
Системный контроллер клавиатуры получает скан-код, производит преобразование скан-кода, делает его доступным на порту ввода-вывода 60h и генерирует аппаратное прерывание центрального процессора.
Контроллер прерываний вызывает процедуру обработки прерывания IRQ 1, - ISR, зарегистрированную в системе функциональным драйвером клавиатуры i8042prt.
Процедура ISR считывает из внутренней очереди контроллера клавиатуры появившиеся данные, переводит скан-коды в коды виртуальных клавиш (независимые значения, определенные системой) и ставит в очередь вызов отложенной процедуры I8042KeyboardIsrDpc.
Как только это становится возможным, система вызывает DPC, которая в свою очередь вызывает процедуру обратного вызова KeyboardClassServiceCallback, зарегистрированную драйвером класса клавиатуры Kbdclass.
Процедура KeyboardClassServiceCallback извлекает из своей очереди ожидающий завершения запрос от потока необработанного ввода и возвращает в нем информацию о нажатой клавише.
Поток необработанного ввода сохраняет полученную информацию в системной очереди аппаратного ввода и формирует на ее основе базовые клавиатурные сообщения Windows WM_KEYDOWN, WM_KEYUP, которые ставятся в конец очереди виртуального ввода VIQ активного потока.
Цикл обработки сообщений потока удаляет сообщение из очереди и передает его соответствующей оконной процедуре для обработки. При этом может быть вызвана системная функция TranslateMessage, которая на основе базовых клавиатурных сообщений создает дополнительные «символьные» сообщения WM_CHAR, WM_SYSCHAR, WM_DEADCHAR и WM_SYSDEADCHAR.
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.