Основные параметры мониторов. Клавиатура принципы работы клавиатуры Принцип действия клавиатуры компьютера кратко

Здравствуйте, уважаемые читатели блога сайт. В сегодняшней статье речь пойдет о клавиатурах. Поговорим о том, как устроена клавиатура компьютера , и собственно, какие типы клавиатур существуют. Это будет обзорная статья, каких-либо советов по выбору клавиатур вы здесь не увидите, но не спешите расстраиваться, для этого обязательно будет отдельная статья. Прочитав этот пост, вам будет намного легче вникнуть в тот материал, который будет написан в продолжение этой статьи, гарантирую)

Итак, мы все знаем для чего нужна клавиатура, трудно найти человека, который бы этого не знал. Задав подобный вопрос на улице какому-нибудь незнакомому человеку, мы скорее всего услышим подобный ответ: "Для ввода информации, для набора текста" и т.д. И с этим трудно поспорить. Но много ли людей знают какие типы клавиатур существуют и чем они отличаются?

Конечно, можно сказать, мол "а нафига мне это знать", а между тем, такая информация является ключевой при клавиатуры, если конечно выбор этот вы будете осуществлять, полагаясь преимущественно на свои знания. Естественно, чтобы было на что полагаться, нужно узнать как можно больше по теме, чем мы сейчас с вами и займемся.

Кстати говоря, клавиатура является одним из так называемых HID-устройств (Human Interface Devices), устройств с интерфейсом "компьютер-человек", или как-то так, поправьте меня пожалуйста если что. К этой категории еще можно отнести мышь и различные джойстики, рули.

Итак, в чем же разница между всем этим многообразием представленных в магазинах клавиатур, ну кроме цены конечно)? Не буду томить, просто скажу, что существует всего четыре типа клавиатур , которые различаются механизмом работы клавиш: механические клавиатуры, мембранные, полумеханические, клавиатуры с ножничным механизмом. И сейчас мы подробно поговорим про каждую из них, разберем плюсы, минусы таких клавиатур.

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

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

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

А что насчет полумеханических клавиатур? В клавиатурах этого типа вместо обычных контактов используются более долговечные металлические контакты, размещенные на печатной плате. Однако, как и прежде, здесь за возврат клавиш в начальное положение отвечает все тот же резиновый купол . Получается, что эффект "усталости" клавиш присутствует здесь во всей "красе". Но в целом, такие устройства более надежны, скажем так - они средние по надежности, но и цена на них тоже средняя, уже не такая низкая, как на клавиатуры мембранного типа. Таким образом, скрестив "ужа с ежом", получили хорошо сбалансированную по всех характеристикам клавиатуру, на нее и кофе пролить не так страшно, и шумит она не сильно. Правда, в яндекс маркете я нашел только одну! клавиатуру, устроенную подобным образом.

Как устроена механическая клавиатура

Ну а мы с вами незаметно подошли к следующему типу так называемых "механических" клавиатур. Главное отличие заключается в том, что за возврат клавиш отвечает пружина . Подобное решение призвано повысить долговечность работы и улучшить тактильные ощущения при наборе, особенно при быстром наборе, например все тем же десятипальцевым "слепым" методом печати. Соответственно про "усталость" клавиш говорить не приходится, здесь таковой эффект отсутствует полностью. Предлагаю остановиться на особенностях такого типа клавиатур поподробнее.

Все контакты в механических клавиатурах выполнены из металла, но существуют разновидности с позолоченными контактами. О надежности вы сможете судить по приблизительному сроку службы таких клавиатур, который составляет от 50 (для обычных) до 100 (для позолоченных контактов) млн. нажатий. Так как в конструкции таких клавиатур отсутствует резиновый купол, его роль выполняют специальные переключатели , коих существуют великое множество. Самые популярные из них - переключатели с прикольным названием "Cherry", которых, в свою очередь, тоже несколько типов, и все они отличаются тем, что по-разному замыкают контакты. Это "Cherry mx black, blue, red, white".

Кстати, по сравнению с мембранными, механические клавиатуры намного быстрее реагируют на нажатия, и за счет того, что вам не приходится нажимать клавишу до упора вниз, получается, что печатаете вы быстрее, а энергии на это все тратите меньше. Вот такой вот профит получается. Но и это еще далеко не все.

Очень часто клавиатуры имеют так называемую "тактильную отдачу ", это когда вы при нажатии ощущаете как кнопки нажимаются, не глядя чувствуете, на каком расстоянии от пальцев они находятся и с какой силой их надо нажимать - грубо говоря, просто "чувствуете" свою клавиатуру. Для "слепого" набора это очень важно. Так вот, в мембранной клавиатуре тактильная отдача со временем становится не такой же, как в начале, играет роль тот самый эффект "усталости" клавиш. А в механической - не изменится.

Многие механические переключатели издают громкий "щелкающий" звук. Это помогает регистрировать нажатия не только тактильным ощущением, но и звуком. Но многих это раздражает, поэтому в некоторых клавиатурах такого звука нет.

Ну а теперь немного "дегтя". Механические клавиатуры тяжелее мембранных, за счет того, что в конструкции используются тяжелые материалы. Например, все клавиши могут быть вмонтированы в металлическую пластину, что не только добавляет веса, но и увеличивает стоимость самой клавиатуры.

А отсутствие резиновых элементов в конструкции приводит к потере герметичности , хотя есть модели с защитой от жидкостей, но стоимость их откровенно говоря зашкаливает.

Разновидности мембранных клавиатур

Есть еще клавиатуры с ножничным механизмом клавиш, это те что используются в ноутбуках, но можно и приобрести такую для обычного ПК. Позиционируются они, как разновидность мембранных клавиатур, но при этом обеспечивают более ровный вертикальный ход клавиш и отсутствие заеданий.

Достигается это все за счет того, что клавиши закрепляются с помощью двух пластиковых деталей (креплений), образующих "ножницы". Благодаря такому механизму, достигается равномерность нажатия, то есть становится не так важно, в какую часть клавиши вы нажмете, в центр или ее край, четкость нажатия все равно останется на высоте. Вот как это выглядит "в живую".

Честно говоря, я сам являюсь ярым сторонником именно таких "ноутбучных"клавиатур, уж очень они мне нравятся (не сочтите за рекламу).

Ну и в завершении статьи, хотелось бы рассказать про "гибкие" клавиатуры . Все видели героев-хакеров в кино, которым в очередной раз, выполняя задание по спасению мира, приходилось что то обезвреживать или взламывать, при этом они доставали клавиатуру буквально из кармана, разворачивали ее и спокойно работали. Так вот, это никакая не выдумка режиссера, а такие клавиатуры действительно существуют. И как и в случае с ножничными клавиатурами, гибкие - это просто разновидность мембранных клавиатур. Такие клавиатуры, как правило, обтянуты в герметичный корпус, например из силикона, что позволяет мыть ее под краном, например, или сворачивать в трубочку.

Однако отсутствие жесткого корпуса не позволяет долго работать за такой клавиатурой, не испытывая при этом больших неудобств. Скорее всего, они сгодятся как "походный" вариант, либо для того, чтобы пошутить над кем-нибудь).

Ну вот, теперь вы знаете, какие бывают типы клавиатур и чем они друг от друга отличаются.!

Принцип работы клавиатуры. Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный компьютер имеет два порта – выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной – к вертикальным (Y0-Y5). Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный компьютер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (т.к. все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы). Если оператор нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на этой вертикальной линии процессор установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0. Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный процессор фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.

Слайд 41 из презентации «Клавиши на клавиатуре» . Размер архива с презентацией 2409 КБ.

Скачать презентацию

Устройства ввода

краткое содержание других презентаций

«История компьютерной мыши» - Механическая мышь. Подключение мыши к компьютеру. Управление перемещением курсора. Свойства. Мышь можно подключить в любой свободный порт. Принцип работы оптической мыши. Побочный эффект. Трекбол. Оптическая мышь. Устройство механической мыши. Виды компьютерных мышек. Имя Дугласа Карла Энгельбарта. Устройство оптической мыши. История создания компьютерной мыши. Две кнопки. Прибор. Разработчики.

«Цифровые фотокамеры» - Рабочие характеристики фотокамеры. История появления фотокамер. Фотоаппарат. Принцип действия фотокамер. Объектив цифровой зеркальной камеры. Классификация по назначению. Цифровые фотокамеры. Устройство цифрового фотоаппарата. Виды фотокамер. Что такое фотоаппарат. Элементы цифрового фотоаппарата.

«Сканер - устройство ввода» - Барабанный сканер. Выбор сканера. Классификация сканеров. Листовой сканер. Историческая справка. Устройство, выполняющее преобразование изображений в цифровой формат. Сканеры. Планшетный сканер. Ручной сканер. Основные характеристики.

«Виды и характеристики сканеров» - ПО сканирования больших объёмов документов. Программное обеспечение сканирования. Точность распознавания. Примеры применяемого ПО. Сканер. Планетарный или книжный сканер. Процессы анализа макета страницы. Планшетные. ПО для специальных задач сканирования. Что такое системы распознавания. Сканеры и программное обеспечение распознавания символов. Примеры ПО сканирования малых объемов. Причины ошибок при распознавании.

«Клавиши на клавиатуре» - Группа дополнительных цифровых клавиш. Курсор. Print screen. Вариант клавиатуры. AppsKey. Клавиатура. Дочернее окно. Клавиша с изображением меню. Компьютерные клавиатуры. Коды клавиш. Переключение. Ctrl. Backspace. Delete. Регистровые клавиши. Принцип работы клавиатуры. Pause/Break. Shift. Numlock. Обновление выделенных полей. Сочетания горячих клавиш. Home. Клавиша с эмблемой Windows. Capslock. End.

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.

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

Лекция 17

Клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики. Клавиатура содержит внутренний контроллер, выполненный обычно на микросхеме из семейства MCS-48 фирмы Intel, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом по линиям KB-Data и KB-Clock.

Основных типа клавиатур:

1. Клавиатура XT - 83 клавиши, в оригинале без индикаторов. Впоследствии к ним добавили индикаторы состояния NumLock и CapsLock, управляемые внутренним контроллером по нажатию соответствующих клавиш.

2. Клавиатура AT- 84 клавиши, которая отличалась от XT появлением дополнительной клавиши SYSREQ и индикаторов Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock.

3. Расширенная клавиатура (Enhanced) - 101/102 клавиши, применяемая в большинстве моделей AT и PS/2, ставшая современным стандартом. Некоторые расширенные клавиатуры (например, "Microsoft Natural") имеют 104 или 105 клавиш, появились и 122-клавишные модели.

Клавиши расширенной клавиатуры разделены на 4 группы:

Основная клавиатура;

Функциональная клавиатура;

Цифровая клавиатура (Numeric Keypad), при выключенном индикаторе NumLock (или включенном NUMLOCK и нажатии SHIFT) используемая для управления курсором и экраном;

Выделенные клавиши управления курсором и экраном, дублирующие эти функции цифровой клавиатуры.

Емкостные клавиатуры. Нижняя часть такой клавиатуры является одной большой обкладкой конденсатора. Клавиша нажимает на пружину, которая в свою очередь нажимает на толкатель. Толкатель передает усилие на емкостную ячейку. Емкостная ячейка посылает сигнал, который интерпретируется микропроцессом 8048, установленным в клавиатуре. Он пересылает идентификатор клавиши, называемый скан-кодом в ПК. ПК определяет, какая клавиша была нажата.

Клавиатура подключается к системному блоку одним из двух видов разъема: обычным 5-контактным (розеткой на системном блоке и вилкой на клавиатуре) DIN, применяемым и в бытовой радиоаппаратуре, или малогабаритным (розеткой на системном блоке) mini-DIN, появившимся в компьютерах семейства PS/2 и получившим аналогичное название. На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает и напряжение питания клавиатуры +5 В. Вид разъемов со стороны системного блока и назначение контактов приведены на рисунок 1.46.

а - ХТ, АТ;

Рисунок 1.46 – Разъем подключения клавиатуры

Питание от разъема клавиатуры (через специальные переходники) часто используется при подключении к параллельному порту внешних накопителей или адаптеров локальных сетей. Если при этом предохранитель не выдержит тока, потребляемого этими устройствами (особенно, при включении), то это вызовет, естественно, и отказ клавиатуры – ее индикаторы не будут мигать при включении.

Принципы работы клавиатуры. Клавиатура включает в себя матрицу быстродействующих кнопочных контактов и 8-ми разрядную однокристальную микроЭВМ 8048 со встроенным ПЗУ емкостью 2К.

Каждый раз при нажатии клавиши замыкается контакт, находящийся на пересечении строки Х и колонки У матрицы. Сигнал, который при этом вырабатывается, читается процессором 8048 и преобразуется в специальный код, называемый кодом сканирования, который посылается для интерпретации центральному процессору. Каждые 3-5 мс ИС 8048 сканирует матрицу клавиатуры, проверяя колонки по одной, проверяя, какая из линий имеет низкий уровень. Сначала сканируется первая колонка, и состояние контактов каждого ряда в этой колонке читается и сохраняется в памяти. Если замкнуть контакт, то эта точка /пересечение колонки и строки/ будет иметь потенциал 0 вольт. Сканирование продолжается, пока не будут прочитаны все четыре колонки. Каждый код сканирования запоминается в буфере ИС 8048. таким образом, этот буфер отражает состояние всей клавиатуры.

На этом сканирование не прекращается. Далее матрица проверяется на наличие "фантомного состояния контактов " /несколько контактов в прямоугольной области матрицы нажаты одновременно и закодированы неверно/. Если два замкнутых контакта находятся в одной колонке, и одна из двух строк, содержащих замкнутый контакт, имеет еще один замкнутый контакт, возникает "фантомное состояние контакта". Такое состояние распознается ИС 8048 и обычно игнорируется.

Принимаются только "законные" нажатия клавиш /включая двойные и тройные комбинации, когда одна или две клавиши замкнуты, а третья нажимается. Поскольку процесс сканирования выполняется за 3-5 мс, а интервал между нажатиями клавиш составляет 20-50 мс, то матрица сканируется по крайней мере однажды за это время, и неправильный ввод отбрасывается.

Во время сканирования, когда воспринимается замыкание контакта, процессор 8048 ждет несколько миллисекунд, чтобы дать возможность замыканию зафиксироваться. Одна из трудностей при работе с механическими переключателями /клавишами/ состоит в том, что они не замыкаются сразу. Электрически они "подпрыгивают" /переходные процессы/ несколько раз прежде, чем будет достигнут плотный контакт.

Этот "дребезг" дает шумовые выбросы, которые могут быть интерпретированы как значимые сигналы, вызывая такие эффекты, как появление четырех или пяти повторений символа от одного нажатия клавиши.

Чтобы учесть это, процессор 8048 дает небольшую (несколько миллисекунд) задержку, прежде, чем закодировать нажатие клавиши и послать прерывание.

Каждое нажатие клавиши вырабатывает свой код. Специальные функции и символы верхнего регистра можно получить нажатием клавиш Shift, Ctrl, Alt и одного или более символов. BIOS центрального процессора проверяет наличие сигнала специальной клавиши (Shift/Ctrl/Alt) при нажатии других клавиш. Этот сигнал и код сканирования символьной клавиши в результате порождают специальную функцию или символ верхнего регистра.

Процессор 8048 вырабатывает код сканирования при нажатии клавиши и при ее освобождении.

Если держать клавишу нажатой более половины секунды, то 8048 вырабатывает соответствующий код сканирования 10 раз за каждую секунду.

8048 сообщает схеме ввода с клавиатуры в компьютере о своей готовности послать код сканирования клавиши тем, что выдает логическую единицу на своей линии KBD DATA в течение 0,2 мс. Потом он выталкивает 8-ми битную последовательность кода сканирования, начиная с младшего бита, каждый бит через 0,1 мс.

Схема клавиатуры показана на рисунке 1.48.

Рисунок 1.48 – Структурная схема интерфейса клавиатуры

U2 - программируемый контроллер прерываний.

8259 (U2) - программируемый контроллер прерываний. Каждый раз, когда периферийному устройству необходимо связаться с центральным процессором (ЦП), оно требует прервать работу ЦП, посылая сигнал на контроллер прерывания 8259 (U2). Этот контроллер посылает сигнал прерывания INT на вход ЦП, заставляя ЦП прервать работу и обратиться по специальному адресу к подпрограмме обработки прерывания. ЦП также выдает специальный код на контроллер шины 8288 (U6), вызывая появление сигнала подтверждения прерывания (INTA). Программируемый контроллер прерываний U2 имеет восемь входов (IRQ0,IRQ1,...,IRQ7) линий запросов прерываний. Эти входы обрабатывается контроллером U2 в специальном приоритетном порядке. Вход с номером 0 имеет высший приоритет. Если два запроса прерываний приходит на U2 одновременно, то запрос на прерывание с номером входа ближним к нулю, получит приоритет и будет обработан первым. Когда запрос на прерывание воспринимается U2, устройство вырабатывает сигнал прерывания INT, который посылается на ЦП. Если прерывание принимается (прием можно запретить с помощью программной команды), ЦП посылает код на контроллер шины 8288 (U6), в результате чего сигнал подтверждения прерывания (INTA) возвращается на U2. После считывания INTA U2 выводит восьми - битовый вектор прерываний на шину данных. Это приводит к тому, что U2 посылает сигнал, отключающий системный буфер шины данных, и это приводит к тому, что U2 может управлять шиной данных.

Состав контроллера клавиатуры на базе процессора 8048:

U3 - центральный процессор;

U6 - контроллер шины;

U24 - восьмиразрядный последовательно-параллельный регистр;

U26 - D-триггер (делитель промежуточной частоты);

U36 - программируемый периферийный интерфейс (ППИ):

8255 ППИ (U36) - периферийное устройство с адресуемым интерфейсом шины данных, управляемый квитированными линиями (специальными коммуникационными сигналами);

U82 - сдвоенный D-триггер.

Сигнал от 8048 задерживается, а затем тактируется на ИС 74LS175 U26 (4 D-триггера), чтобы выработать синхронизированный входной сигнал на 74LS322 (U24), представляющий собой 8-разрядный последовательно-параллельный регистр.

Когда последний бит 8-разрядного кода сканирования последовательно сдвинется в U24, тот выработает сигнал на своей ON линии. Этот сигнал попадает на вход данных сдвоенного D-триггера 74LS74 (U82). Когда следующий входной тактовый сигнал с U26 попадает на U82, триггер выдаст сигнал запроса на прерывание IRQ1.

Запрос на прерывание IRQ1 посылает программируемому контроллеру прерываний 8259 (U2), который генерирует сигнал прерывания INT. Сигнал INT воспринимается центральным процессором. ЦП останавливается, выясняя, в чем дело, и дает подтверждение запроса на прерывание, посылая код на свои линии S0-S2 к контроллеру шины 8288. Контроллер шины 8288 отвечает генерацией сигнала подтверждения прерывания INTA, который возвращается на 8259 /U2/. Контроллер прерываний 8259 затем выставляет вектор прерывания (INT9) на шину данных, и процессор (ЦП) вызывает программу обработки прерывания INT9 из BIOS. INT9 приводит к считыванию кода сканирования в порт A ППИ 8255 (U36). Код сканирования преобразуется программой BIOS"а в ASCII-код для выбора символа. Код сканирования и код символа (ASCII) хранятся в 16-символьном буфере. INT9 также сбрасывает запрос на прерывание, так что становится возможным появление другого системного прерывания.

ASCII символ и код сканирования для одного нажатия клавиши считываются из буфера другим прерыванием (INT16)& сигнал INT16 вызывается программой или операционной системой. Когда программа, выполняемая на компьютере, или операционная система ждет ввода, который требует работы с клавиатурой, то вырабатывается сигнал INT16. Он заставляет BIOS выполнить программу ввода/вывода с клавиатуры. Программа ввода/вывода читает буфер клавиатуры, пока не найдет код символа. Тогда она помещает каждый код (ASCII и сканирования) в регистр ЦП. Затем подпрограмма считывает статус данных для определения, не нажаты ли специальные клавиши (Shift,Ctrl,Alt). Наконец, она посылает ASCII код символа вызывающей его программе. Эта программа использует символ как символьную строку или числовой ввод, смотря по назначению, и посылает символ на активное устройство вывода (экран или принтер), где можно видеть, какой символ нажат.