Устройство клавиатуры ноутбука, основные неисправности клавиатуры и как с ними бороться. Типы клавиатур, конструктивное исполнение и принцип действия. Виды манипуляторов, назначение и принцип действия Виды и типы клавиатур принцип действия
Лекция №9 Манипуляторные устройства ввода информации
1. Клавиатура. Типы и принципы работы.
2. Типы манипуляторов «мышь».
3. Трэкболл, тачпад, джойстик.
Клавиатура. Типы и принципы работы.
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:
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.
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 состава операционной системы. Кроме параметров режима повтора настройке подлежат также используемые раскладки и органы управления, используемые для переключения раскладок.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-30
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.
Существует три основных типа механизма клавиш: мембранный , полумеханический и механический . Мембранные клавиатуры обычно дешевле механических в несколько раз.
Мембранные клавиатуры
Название происходит оттого, что при нажатии клавиши замыкаются две мембраны. Возврат клавиши осуществляется резиновым куполом (с «шахтой» в центре). Для разделения мембран служит промежуточная пленка с отверстиями.
Так как мембраны находятся на внутренних сторонах пленок, то конструкция хорошо защищена, например, от пролитого кофе.
В более защищенной реализации все выглядит как единый резиновый коврик с выступающими куполами, расположенными под клавишами.
Плюсами мембранного типа клавиш являются защищенность , низкий шум ицена .
Минус данного типа - недолговечность .
Полумеханические клавиатуры
В этих клавиатурах используются более долговечные и не протирающиеся металлические контакты. Все это размещается на печатной плате. Клавиша возвращается резиновым куполом.
Механические клавиатуры
В механических клавиатурах клавиша возвращается пружиной .
Механические клавиатуры не требуют полного нажатия «до упора» чтобы зарегистрировать сигнал, потому сила для сдвижения клавиши с места является единственной силой, которую вам требуется приложить для регистрирования сигнала. Бить клавишу о каркас клавиатуры уже не обязательно.
Минусы такого механизма: отсутствие герметичности , стоимость.
Плюсом является долговечность и надежность , особенно когда контакты позолочены.
Долговечность (число нажатий, при котором обеспечивается надежный контакт):
для мембранных клавиатур: 10-30 млн;
для механических (полумеханических): 50 млн и даже 100 млн для позолоченных контактов.
Для обычного пользователя 20 млн при обычной работе хватит на 10 лет и более. За это время сменится минимум 2 поколения клавиатур.
Принцип действия.
Основные функции клавиатуры не нуждаются в поддержке драйверов.
Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ (Постоянное Запоминающие Устройство) в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.
Контролер процессора сканирует переключатели клавиш и при нажатии на любую клавишу, передается уникальный скан-код размером один байт. Когда скан-код попадает в процессор инициализируется аппаратное прерывание. Скан-код анализируется процессором и преобразуется в код символа. Далее полученный код символа помещается в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры. 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.
Каждой клавише присвоен уникальный цифровой код и существуют специальные таблицы кодировки клавиатуры, как правило, они записана в специальную микросхему – знакогенератор процессора. Для смены кодировки клавиатуры применяются специальные программы – клавиатурные драйверы. Современные клавиатуры способны не только передавать данные в процессор, но и воспринимать команды от него.
Состав клавиатуры.
АЛФАВИТНО - ЦИФРОВЫХ КЛАВИШИ
Предназначены 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.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КЛАВИШИ (F1 - F12)
Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.
СЛУЖЕБНЫЕ КЛАВИШИ
SHIFT; ENTER; ALT; CTRL; TAB; ESC; BACKSPACE;
PRINT SCREEN – печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или 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.
УПРАВЛЕНИЕ КУРСОРОМ
Курсор - экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации, используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.
UP / DOWN / LEFT / RIGHT
HOME и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.
INSERT переключает режим 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.
DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ
дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели.
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.
Некоторые люди понятие «клавиатура» ассоциируют исключительно с устройством ввода персональных компьютеров или ноутбуков. На самом деле, смысл этого термина намного шире.
Производители электронной техники, вычислительных машин и интеллектуальных систем всегда стремились сделать свою продукцию универсальной, подходящей как можно большему количеству потенциальных пользователей. Как следствие, возникла необходимость создания промежуточных устройств, с помощью которых компьютеру задаются команды.
Сейчас невозможно представить никакую технику без клавиатуры. Бытовые приборы, автомобильные устройства и промышленное оборудование – все многообразие существующих электронных приспособлений от сложнейших агрегатов до привычных пультов дистанционного управления домашней электроники снабжаются кнопочными системами управления того или иного типа.
Основным фактором, по которому различают клавиатуры разного типа, является принцип их действия. Можно выделить две основные категории:
- механические, в которых управление осуществляется физическим замыканием контакта;
- сенсорные, в работе которых используются различные электротехнические свойства материалов и полупроводников и их свойства.
Такое разграничение довольно условно, но для лучшего понимания можно классифицировать в рамках этих двух принятых групп.
Механические клавиатуры
В общем случае принцип действия механических клавиатур схож с работой обычной электрической кнопки. При нажатии на подвижную поверхность происходит замыкание двух контактов, через которые происходит передача логического сигнала к обрабатывающим узлам электронного устройства. Клавиши обычно имеют пружинящие части, возвращающие кнопку в исходное состояние после прекращения нажатия.
Яркий пример подобных систем управления – привычные компьютерные устройства ввода персональных компьютеров или ноутбуков.
Основные достоинства:
- чрезвычайная долговечность (до 50 миллионов нажатий и более);
- удобство работы в связи с высокой тактильностью;
- простота обслуживания.
Основные недостатки:
- высокая цена ввиду сложности производства;
- большие габариты, не позволяющие минимизировать размер общей рабочей поверхности;
- отсутствие герметичности, что приводит к возможному засорению внутренних областей.
Мембранные клавиатуры
Снизить рабочую площадь поверхности клавиатуры позволяют мембранные клавиатуры. Эти устройства взаимодействия с электронными аппаратами по принципу действия аналогичны простым механическим клавиатурам. Единственное — в них отсутствует кнопка как таковая, функции которой выполняют упругие мембраны. Нажатие на мембрану вызывает придавливание токопроводящего контакта, вмонтированного в один из ее слоев к стационарному контакту, расположенному непосредственно на плате электронного устройства.
В качестве примера оборудования, в которых используются клавиатуры мембранного типа, можно назвать пульты дистанционного управления теле- и аудиооборудования, панели программирования других бытовых приборов – микроволновых печей, стиральных машин и тому подобных.
В изготовлении компьютерных клавиатур мембранные технологии сейчас используют редко.
Плюсы мембранных клавиатур:
- невысокая стоимость;
- практически бесшумные;
- возможность полной герметизации;
- возможность минимализировать размер устройства управления.
Отрицательные стороны:
- самый небольшой ресурс из всех существующих видов, что обусловлено износом мембраны;
- низкая чувствительность, уменьшающаяся со временем эксплуатации;
- плохая тактильность работы.
Ножничные клавиатуры
По своей сути устройства ввода данных подобного типа – это гибрид обычной механической клавиатуры с мембранной. С одной стороны кнопки снабжены специальным приспособлением, напоминающим классический тип с небольшим отличием. Вместо упругой мембраны, контакт наносится на специальный шток.
Перемещение клавиш осуществляется нехитрым механизмом — скрещенные пластины, соединённые между собой посередине подвижным шарниром. В целом все устройство напоминает ножницы — отсюда и пошло название.
Основные достоинства:
- не самая высокая цена;
- отличная тактильная отдача, позволяющая проводить скоростной набор;
- высокая долговечность, мало уступающая механическим разновидностям;
- малошумная работа.
Отрицательные стороны:
- свойственная механическим клавиатурам проблема больших габаритов — не каждое оборудование возможно оснастить подобным устройством ввода информации;
- чувствительность от попадания влаги.
Емкостные сенсоры
Миниатюризация современных устройств вызвала необходимость создания нового типа клавиатур. Одним из решений явилось применение емкостных сенсоров, которые используются в большинстве гаджетов, планшетов и смартфонов.
Толщина таких сенсоров может быть всего несколько миллиметров.
Упрощенно принцип действия можно описать следующим образом. Вся рабочая поверхность разбита на множество (от 1000 до нескольких миллионов) сегментов. Каждый сегмент содержит микроконденсатор — радиоэлектронный прибор, имеющий определённую ёмкость. Нажатие на сегмент приводит к изменению ёмкости. Этот факт фиксируется микропроцессором, который обрабатывает это по заложенной программе.
В заключении
Необходимо отметить, что не всегда понятие «выбор типа клавиатуры» имеет место. Так, среди тонкоэкранных устройств разнообразия практически никакого не существует. Точно такая же ситуация и с бытовыми приборами, где преимущественно используются мембранные кнопочные панели. Однако, если говорить об устройствах взаимодействия с процессорами персональных компьютеров, тогда лучше останавливаться на ножничных. В них максимально сочетаются высокое качество конструктивного решения с приемлемой для большинства ценой.
Существуют два микроконтроллера, обеспечивающие процесс обработки клавиатурного ввода: один - на материнской плате ПК, второй - в самой клавиатуре. Микроконтроллер 8042 постоянно сканирует нажатия клавиш на клавиатуре - независимо от активности на центральном процессоре.
За каждой клавишей клавиатуры закреплен определенный номер, однозначно связанный с распайкой клавиатурной матрицы и не зависящий напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скан-кодом (название подчеркивает тот факт, что компьютер сканирует клавиатуру для поиска нажатой клавиши). Скан-код - это случайное значение, выбранное IBM еще тогда, когда она создавала первую клавиатуру для ПК. Скан-код не соответствует ASCII-коду клавиши, одной и той же клавише могут соответствовать несколько значений ASCII-кода.
На самом деле клавиатура генерирует два скан-кода для каждой клавиши - когда пользователь нажимает клавишу и когда отпускает. Наличие двух скан-кодов важно, так как некоторые клавиши имеют смысл только тогда, когда они нажаты (Shift, Control, Alt). На всех машинах старший бит кода говорит о том, была ли клавиша нажата (бит = 1, код нажатия) или освобождена (бит = 0, код освобождения). Например, 7-битный скан-код клавиши B - 48, или 110000 в двоичной системе. Когда эта клавиша нажимается, то в порт A посылается код 10110000, а когда ее отпустили - код 00110000. Поскольку такие коды для стандартных клавиатур восьмиразрядные, то возможное суммарное количество указанных кодов равняется 256. Коды отжатия отличаются от кодов нажатия прибавлением к ним десятичного значения 128. Таким образом, стандартные клавиатуры не могут содержать в себе более 128 клавиш. Клавиатура AT генерирует двухбайтный скан-код при отпускании клавиши, в котором первый байт – 0xF0, а второй совпадает со скан-кодом нажатия.
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, тогда 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. 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.
Принцип действия клавиатуры
Cигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры (например, 8049) и передается в виде так называемого скэн-кода на микросхему (данная микросхема находится на материнской плате) выполняющую функцию порта клавиатуры и записывается в собственную память (аппаратный буфер) клавиатуры. Затем, инициализируется аппаратное прерывание, сигнализирующее о появлении очередного скан-кода. 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 обслуживать прерывание с номером, совпадающим с номером записи. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит к исполнению процедуры, обработчика прерывания, в данном случае процедуре анализирующей скэн-код – специальная программа, входящей в состав ROМ BIOS Клавиатурный драйвер.
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. Клавиатурные драйверы преобразуют коды нажатий и отжатий в другие коды (так называемые коды ASCII или расширенные коды) - в коды таблицы символов или в служебные коды, затем, направлет их в буфер клавиатуры. Однако, при поступлении скэн-кода от клавиш А1t, Сtг1 или Shift, СарsLосk изменение статуса записывается в RAM. При этом Клавиатурный драйвер сначала определяет установку клавиш и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код ("а” или "А”). После передачи кодов в буфер клавиатуры клавиатурный драйвер прекращает свою работу, известив об это процессор. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задачи. Введённый символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберёт оттуда та программа, для которой он и предназначался, например текстовый редактор.
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.
Причем для таких кодов, как ASCII или Windows-1251 коды символов являются однобайтовыми, а коды многих служебных символов (например, для функциональных клавиш) - двухбайтовые. Коды из буфера клавиатуры уже воспринимаются другими модулями операционной системы и прикладными программами (блокнот и тп) и могут трактоваться ими по своему усмотрению в зависимости от целевого назначения этих модулей и программ.
Комбинации клавиш тоже отлавливаются и обрабатываются клавиатурным драйвером.
Контроллер на материнской плате может не только принимать, но и передавать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, например, частоту повтора нажатой клавиши, для выполнения функций самоконтроля и проверки нажатых клавиш в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля отображается однократным миганием трех индикаторов LED клавиатуры во время выполнения программы POST. Таким образом, неисправность клавиатуры выявляется уже на стадии загрузки РС.
Скан-код - код, присвоенный каждой клавише, с помощью которого драйвер клавиатуры распознает, какая клавиша была нажата. При нажатии любой клавиши контроллер клавиатуры распознаёт клавишу и посылает её скан-код в порт 60h. При отпускании клавиши контроллер клавиатуры устаревшего формата IBM PC/XTпосылает в тот же порт скан-код, увеличенный на 80h, а более нового формата IBM PC/AT - два байта: F0h и скан-код (скан-коды клавиатуры AT также отличаются от XT). Некоторые клавиши генерируют не один, а несколько скан-кодов (так, правые Shift, Alt, Ctrl, обе Win, а также Menu, Insert, Delete, Page Up, Page Down, Home, End, стрелки и мультимедиа-клавиши генерируют два скан-кода, первый из которых - E0, клавиша PrintScreen генерирует 4 скан-кода, а клавиш Pause - целых 6 скан-кодов). Каждый байт, записанный в порт 60h, генерирует аппаратное прерывание int 09h.
Скан-коды жёстко привязаны к каждой клавише на аппаратном уровне и не зависят ни от состояния индикаторов CapsLock, ScrolLock, ни от состояния управляющих клавиш Shift, Alt, Ctrl.
ASCII (American Standard Code for Information Interchange ) - американская стандартная кодировочная таблица для печатных символов и некоторых специальных кодов.
ASCII это код для представления символов в виде чисел, в котором каждому символу сопоставлено число от 0 до 127. В большинстве компьютеров код ASCII используется для представления текста, что позволяет передавать данные от одного компьютера на другой. Стандартный набор символов ASCII использует только 7 битов для каждого символа. Добавление 8-го разряда позволяет увеличить количество
1. кодов таблицы ASCII до 255. коды от 0 до 127 (символы управления внешними устройствами, арабские цифры, латинские буквы)
2. коды от 128 до 255. Эта таблица отличается для разного типа компьютеров, содержит символы национальных алфавитов, символы псевдографики, математические символы.
Эти коды используются для кодирования символов национальных алфавитов, а также символов псевдографики, которые можно использовать, например, для оформления в тексте различных рамок и текстовых таблиц.
Расширенный код ASCII
Расширенный код ASCII включает в себя:
1. Символы управления. Каждый управляющий символ имеет условное обозначение, но в устройствах отображения не отображается, а вызывает лишь действие. Обозначается управляющий символ: # и код символа (например символ DEL удаляет символ, а сам на экране не отображается).
2. Символы арифметических операций, знаки препинания, цифры.
3. Буквы латинского алфавита (прописные, строчные)
4. Буквы псевдографики (символы, применяемые для построения простейших фигур)
5. Буквы национальных алфавитов.
6. Математические символы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4
УСТРОЙСТВА ВВОДА ИНФОРМАЦИИ в ПК –клавиатура и мышь
Цель работы
Цель работы состоит в изучении принципов работы клавиатуры ПК, а также в управлении параметрами клавиатуры и мыши средствами Windows .
Основные сведения
Клавиатура – это устройство, предназначенное для ввода информации от пользователя в компьютер.
Обычная стандартная клавиатура для персонального компьютера имеет больше чем 100 клавиш, среди которых алфавитно-цифровые, функциональные, бухгалтерские и другие клавиши.
С помощью алфавитно-цифровых клавиш пользователь может вводить цифры, буквы и знаки препинания. В России чаще всего используются русская и английская раскладка. Однако пользователь в настройках системы компьютера может выбрать любую клавиатурную раскладку – от китайской до арабской. Если же на клавишах клавиатуры не нарисовано всех необходимых символов выбранной вами раскладки, ситуацию можно исправить, приобретя специальные клавишные наклейки.
Верхний ряд клавиатуры составляют функциональные клавиши – от F1 до F12. С помощью функциональных клавиш или их комбинаций с другими клавишами можно управлять компьютером, например, открывать окно помощи, окно проводника, включать и выключать компьютер.
В правой части клавиатуры размещены так называемые бухгалтерские клавиши – с изображением цифр и математических знаков, использование которых ускоряет набор числовой информации и работу с ней. Также бухгалтерские клавиши выполняют функцию управления курсором.
Основные параметры современных клавиатур
Механизм клавиш. Определяет в первую очередь стоимость клавиатуры, а также тактильность (осязательное ощущение).
Для механических клавиатур возможен выбор с кликом или без. Клик означает четкое осязание нажатия клавиши (сопровождаемое звуком), что многим нравится.
Тактильные параметры.
К тактильным параметрам относятся жесткость клавиш и длина хода.
Жесткость клавиш определяется силой нажатия на клавишу.
Средней длиной хода клавиши считается 3.5 мм. Для тех, кто бегло набивает текст, предпочтительнее более короткий ход.
Оба параметра определяются вкусом пользователя и осмысленно выбираются только после накопления личного опыта. В первый раз достаточно пробежаться по клавиатуре в магазине.
Еще один тактильный параметр - клик. Клавиатуры бывают с кликом пли без. В буквальном переводе click - щелчок. Точный перевод - тактильный (т. с. осязательный) барьер, появляющийся на середине нажатия и со щелчком преодолеваемый (откуда название). 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 иногда встречается и у клавиатур других типов.
Форм-фактор определяющих клавиш (обе Shift,. Backspace и Enter). Когда эти клавиши имеют удобные форму и расположение, то работа облегчается.
Клавиша Enter может иметь следующие формы: прямую, L-образную и Г-образную (надо сделать зеркальное отражение букв L и Г относительно вертикали, чтобы получить истинную форму клавиши. Enter). L-образная форма является самой удобной, потому что по большой Enter можно попадать, не глядя на нее.
Раскладка кириллицы. Есть две раскладки кириллицы, одна из которых более удобна.
Раскладка (т. е. расположение букв на клавишах) кириллицы бывает двух типов: Windows (распознается по расположению буквы Е в левом верхнем углу) и машинописная (распознается по расположению буквы Е в правом нижнем углу).
Машинописная раскладка, согласно названию, повторяет клавиши пишущей машинки. Windows-раскладка появилась в ОС Windows. По сравнению с машинописной в нее были внесены небольшие, но очень эффективные усовершенствования. Например, очень редко используемая буква Е была перенесена в далекий угол, а на ее место поместили клавишу с часто используемыми точкой и запятой. В машинописной раскладке они вынесены на верхний ряд и вводятся через верхний регистр. Странно то, что более совершенную раскладку разработала зарубежная компания.
Некоторые производители наносят только русскую раскладку, некоторые наносят обе, предоставляя пользователю выбор.
У кириллицы встречается два цвета (буквы находятся в правом нижнем углу клавиш): красный (у большинства производителей) и темный. Во втором случае кириллица путается с латиницей даже тогда, когда последняя нанесена светлым двойным контуром.
Эргономичностъ клавиатуры . Так называемые эргономичные клавиатуры существенно меньше утомляют пользователя, хотя занимают больше места и стоят дороже.
Наличие подставки для рук. Подставки снижает утомление и улучшает внешний вид.
Группы дополнительных клавиш . Это мо ут быть интернетовские, мультимедийные и другие группы клавиш. Ускоряют работу, позволяя меньше переключаться на мышь и обратно. Расположение клавиш сна должно быть таким, чтобы случайно их не зацепить.
Интерфейс. Связан с развитием системных плат. Говоря об интерфейсе, имеют в виду проводные клавиатуры. Используются следующие интерфейс:
PS/2.. Представляет собой тонкий круглый разъем - 6-контактный miniDIN. Такой же используется для PS/2 мыши, и,чтобы их не перепутать, в спецификации РС"99 для этих штекеров предусмотрена различная цветовая раскраска: фиолетовый - для клавиатуры и зеленый - для мыши.
USB. Может использоваться со всеми более-менее новыми системными платами, так как в последних есть USB порты и поддержка в BIOS. Разъем - плоской, прямоугольной
формы.USB-интерфейс является более современным и предоставляет больше возможностей, обладает большей пропускной способностью, чем порты старых типов.
Принцип действия клавиатуры
Принцип действия клавиатуры поясняется на рис. 1. Независимо от того, как механически реализован процесс нажатия клавиш, сигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры (например, 8049) и передается в виде так называемого скэн-кода на материнскую плату. Скэн-код - это однобайтовое число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. На материнской плате PC для подключения клавиатуры также используется специальный контроллер. Для PC типа AT обычно применяется микросхема универсального периферийного интерфейса (Universal Peripheral Interface, UPI) 8049.
Когда скэн-код поступает в микросхему (8049), то инициализируется аппаратное прерывание (IRQ 1), процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание обслуживается специальной программой, входящей в состав ROM BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш
Для работы с клавиатурой используются порты и прерывания. В ответ на прерывание служебная процедура системы BIOS в ПЗУ считывает скэн-код клавиши из порта клавиатуры (порт номер 96) и затем пересылает в порт клавиатуры команду очистить буфер процессора клавиатуры. Если системный блок не реагирует на прерывания клавиатуры, то коды сканирования накапливаются в буфере процессора клавиатуры, хотя при нормальной работе этого не должно происходить. Специальный код сканирования255, шестнадцатиричное значение FF, используется блокомклавиатуры, для сообщения, что его буфер заполнен.
Примечание
Каждая клавиша генерирует два типа скэн-кодов: код нажатия, когда клавиша нажимается, и код освобождения, когда клавиша отпускается. Для PC класса AT используется одна и та же цепочка битов для кодов нажатия и кодов освобождения, но коды освобождения состоят из двух байтов, первый из которых всегда равен 0F0H. Для PC XT-генерации код освобождения на 128 больше кода нажатия (седьмой бит 7 равен 1). Например, 7-битовый скэн-код клавиши <В> равен 48 или 110000 в двоичной системе счисления. Когда клавишу нажимают, на контроллер клавиатуры поступает код 10110000, а когда отпускают - код 00110000.
Контроллер 8049 отвечает не только за генерирование скэн-кодов, но и необходим для выполнения функций самоконтроля и проверки нажатых клавиш в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля отображается однократным миганием трех индикаторов LED клавиатуры во время выполнения программы POST. Таким образом, неисправность клавиатуры выявляется уже на стадии загрузки PC.
Контроллер на материнской плате может не только принимать, но и передавать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, например, частоту повтора нажатой клавиши и др.
В табл. 1-2 представлены примеры скэн-кодов, которые соответствуют наиболее распространенной в настоящее время клавиатуре со 102 клавишами.
Шестнадцатеричные скэн-коды функциональных клавиш
Таблица 1
Шестнадцатеричные скэн-коды клавиш ввода данных
Таблица 2
Таким образом, процесс обработки клавиатурного ввода (рис.2) обеспечивают два микроконтроллера: один находится на материнской плате компьютера, второй встроен в саму клавиатуру.
Как видно на схеме, все горизонтальные линии матрицы клавиш подключены через резисторы к источнику питания. Встроенный чип клавиатуры имеет два порта – выходной и входной. Первый подключен к вертикальным (Y0–Y5) линиям матрицы, а второй – к горизонтальным (X0–X4).
Клавиатурный контроллер работает по следующему алгоритму. Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому нулю, клавиатурный микрокомпьютер непрерывно оценивает состояние горизонтальных линий – независимо от активности на центральном процессоре.
Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической единице. Как только осуществляется нажатие, соответствующие клавише вертикальная и горизонтальная линии замкнутся. Когда процессор установит на вертикальной линии значение логического нуля, уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому нулю.
Если на одной из горизонтальных линий появится уровень логического нуля клавиатурный процессор зафиксирует нажатие на клавишу. Он отправит в компьютер (через внутренний 16-байтовый буфер) запрос на прерывание и номер клавиши в матрице (он называется скан-кодом – это случайное значение, выбранное компанией IBM еще тогда, когда она создавала первую клавиатуру для ПК). Обмен данными с компьютером повторится, когда ранее нажатая клавиша будет отпущена.
Скан-код однозначно связан с клавиатурной распайкой и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиши. Но программе нужен не порядковый номер нажатой клавиши, а соответствующий символу на этой клавише ASCII-код. Важно понимать, что этот код не полностью зависит от скан-кода, ведь одной и той же клавише может быть присвоено несколько значений. Это зависит в том числе и от состояния других клавиш (например, кнопка 0 используется и для ввода символа), когда она нажата вместе с кнопкой) и системных настроек. Именно это позволяет варьировать раскладку клавиатуры (то есть порядок расположения клавиш на ней).
Все преобразования скан-кода в ASCII-код выполняются программными средствами. Как правило, данные функции берут на себя соответствующие модули BIOS. Для кодирования символов кириллицы эти модули расширяются клавиатурными драйверами (сейчас они включены в состав операционных систем).
Схема (рис.3) поясняет работу котроллера клавиатуры.
Г-генератор тактовых импульсов; СЧ- счетчик; С – селектор.
Рис.3. Простейшая структура клавиатуры
Дешифратор последовательно опрашивает состояние ключей, расположенных в столбцах X матрицы клавиатуры. Если какая-либо клавиша нажата, то сигнал через замкнутый контакт поступает на соответствующую горизонтальную шину Y и через селектор (регистр) поступает на вход ПЛМ (ПЗУ). Сигналы с дешифратора и селектора образуют адресный вход ПЛМ (ПЗУ), в ячейках которой записаны коды символов (их младшие разряды). Код символа записывается в выходной регистр. Старшие разряды кода определяются содержимым специального регистра, изменяющего своё значение только при нажатии клавиши изменения регистров (Shift, Alt и др.).
Мышь
Мышью называется двухмерный аналоговый манипулятор, подключаемый к персональному компьютеру и снабженный одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке и, возможно, колесиком.
Мышь работает вместе с экраном, управляя перемещением по нему курсора (указателя). Самые популярные -двухкнопочные мыши. Например, одна кнопка может использоваться для запуска функции, а вторая для ее отмены. В графических системах одна может включать световой карандаш, а вторая - выключать его. Имеются мыши с дополнительными устройствами для скроллинга (скроллинг - это прокрутка вверх, вниз, влево или вправо большого изображения, например текста (или WEB-страницы), не умещающегося целиком на экране). Встречаются мыши и с двумя колесиками, каждое из них «заведует» скроллингом по одной из осей. Некоторые мыши снабжаются дополнительной кнопкой сбоку корпуса под большим пальцем. Эту кнопку можно перепрограммировать для выполнения различных действий. Первые мыши имели механическую конструкцию. В ней использовался маленький шар, который выступал через нижнюю поверхность устройства и вращался по мере его перемещения по поверхности. Механические перемещения (линейные или угловые) преобразуются в двоичные коды. Так например, механическая мышь (рис.4) содержит шарик, который вращается при перемещении устройства по плоской поверхности.
В этой схеме:
1. Шарик управления
2. Окно для размещения шарика
3. Контактирующий ролик, обеспечивающий перемещение курсора вдоль осей х и у на экране монитора.
4. Источник направленного света.
5. Шаговый диск
6. Фотоэлемент
7. Электрические импульсы на выходе фотоэлемента.
8. Кнопки управления
9. Блок управления манипуляторов и блок связей манипулятора с компьютером.
Принцип работы.
При перемещении мыши по горизонтальной поверхности, вращается шарик управления и передает вращение одному из контактирующих валиков оси х или у. Вместе с валиков вращается шаговый диск. При вращении он закрывает доступ световому потоку на фотоэлемент (фотодиод, фототранзисторили фоторезистор). Такой режим создает на выходе фотоэлемента группу электрических импульсов, которые поступают на блок управления манипулятора. Таким образом, вращение шарика преобразуется в углы поворота шагового диска по осям X и Y и фиксируются двумя счетчиками. Поскольку расстояние, пройденное мышью, пропорционально этим углам, то коды счетчиков определяют положение мыши на поверхности. Эти же коды, переданные в процессор, управляют положением маркера на экране монитора.
Кроме счетчиков мышь содержит кнопки, информация от которых также включается в состав кода, передаваемого в процессор.
К минусам механических мышей можно отнести тот факт, что для их работы требуется пространство (обычно места на рабочих столах всегда не хватает). Кроме того, механические части часто ломаются. Мыши имеют тенденцию к собиранию грязи, что приводит к уменьшению надежности их функционирования. Поэтому это устройство необходимо периодически чистить, хотя оно как будто работает на чистой поверхности стола. Дешевизна и простота механических мышей сделала их самыми распространенными устройствами.
Альтернативой механической мыши является оптическая мышь.
В современной оптической мыши используется совершенно иной принцип (рис.5).
В этой схеме:
1. Поверхность столы.
2. Корпус манипулятора.
3,4. Кнопки управления.
5. Источник направленного монохромного света.
6. Окно в корпусе манипулятора, для подсветки поверхности стола.
Принцип работы.
В оптической мыши для сканирования поверхности используется миниатюрная видеокамера, работающая со скоростью 1500 снимков в секунду. Для подсветки поверхности применяется светодиод. Преобразованный в двоичный код кадры поверхности стола записываются в память манипулятора.
Процессор последовательно выбирает кадры из памяти, сравнивают их между собой и на основе сравнения вычисляет маршрут перемещения курсора на экране монитора вдоль оси х и у. Процессор также отслеживает сигнал поступающий с кнопок управления. Через блок связи передается все данные в ПК.
Отсутствие движущихся частей и высокая точность – достоинства этого метода.
Качество мыши определяется ее разрешением, которое измеряется количеством точек или отсчетов на дюйм (1 дюйм = 25,4 мм). Если мышь имеет разрешение 1000 отсчетов/дюйм и передвигается на один дюйм, то электронная схема формирует 1000 импульсов (обычное разрешение оптической мыши – порядка 400 отсчетов/дюйм). Драйвер мыши, получив эту информацию, усредняет ее в зависимости от графического разрешения монитора и соответственно позиционирует курсор на его экране.
