Компьютерная клавиатура

Содержание

Введение

Блок схема

Принципиальная схема

Достоинства

Недостатки

Примеры

Технические характеристики

Вывод

Литература

Введение

В наше время информационного века, наличие умения работы на электронных устройствах и компьютерах в частности очень важно. Совершенно очевидно, что компьютер служит для хранения и обработки информации, однако информация не может взяться из неоткуда, для внесения информации в компьютер или другое электронное устройство вроде коммуникатора, терминала, записной книжки используются различные устройства ввода (Input Devices). К таким устройствам относится, все возможные клавиатуры, мышки, джойстики, микрофоны, устройства чтения компакт дисков и многие другие устройства признанные служить внесению информации в компьютер. Каждому пользователю компьютеров, обязательно знакома клавиатура, это устройство ввода информации от пользователя в компьютер. Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой (поскольку она начала поставляться вместе с компьютерами серии IBM PC/AT), имеет 101 или 102 клавиши. Однако, не смотря на то, что все мы знаем что такое клавиатура, мы чаще всего не задумываемся о том, как она работает. Нет, конечно понятно что «теоретически», при нажатии клавиши происходит замыкание контактов, в результате чего в цепи образуется напряжение, которое передается контроллеру клавиатуры, там обрабатывается и посылается на контроллер материнской платы в виде двоичной команды, где обрабатывается по таблице символов UNICOD, и после этого уже выполняется действие привязанное на эту команду (в данном случая вывод буквы в программу), однако вышеуказанные слова всего лишь возможная теория того, как все это происходит, в данной работе мы разберем все наши предположения. Начнем с истории клавиатуры.

История клавиатуры берет свое начало как менеджерский ход изобретателя Кристофера Скоулза где клавиатура была создана для того что бы замедлить скорость набора текста стенографистками, для этого стандартную алфавитную клавиатуру заменили на раскладку «QWERTY». Ровно для того, что бы оборудование, не выходило из строя из-за слишком быстрого набора текста. Этот 1873 год можно считать началом для компьютерных клавиатур, появление стандарта QWERTY. 1943 год ознаменовался появлением компьютера ENIAC, который произвел фурор в мире науки. Этот компьютер использовался военными для баллистических расчетов. 1960 год является переломным моментом в истории развития компьютерных клавиатур - на рынок выходит электрическая печатная машинка. Она имела емкостную клавиатуру. Настал 1987, на конвейер была поставлена новая разработка. Ее стали называть расширенной клавиатурой. новая клавиатура приобрела уже привычный для наших дней вид - 101 клавиша. С этих пор, внешний вид клавиатур в стандартном её понимании не изменился. Однако клавиатуры продолжают меняться и обрастать все новыми и новыми функциональными клавишами, впрочем о них подробней в пункте примеров.

Блок схема

Следует понимать что данная блок схема весьма упрощена, и создана в первую очередь для того что б близко понять как работает клавиатура. Более подробное (техническое) описание клавиатуры можно прочитать чуть ниже:

1. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру. Выдаёт так называемый скан-код

2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функцию 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 выдаёт процессору прерывания с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания-9(Iinterrupt 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 обслуживать прерывание с номером, совпадающим с номером записи.

5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникновение прерываний, процессор переходит к её исполнению. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания "защита" в микросхему ПЗУ, но программисты могут "подставить" в место неё свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.

6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, потом под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.

7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об это процессор.

8. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задачи.

9. Введённый символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберёт 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.

Принципиальная схема

Принципиальная схема, принципиальная электрическая схема -- графическое изображение с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства. Ниже представлена принципиальная схема стандартной клавиатуры.

Если рассмотреть сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры, представленную на рисунке, 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.

Достоинства

Достоинства клавиатуры перед другими устройствами ввода данных весьма очевидны:

- удобство;

- быстрый отклик;

- аппаратная поддержка на большинстве систем;

- возможность гибкой настройки;

- стандарты.

Недостатки

К недостаткам клавиатуры можно отнести следующие пункты:

- отсутствие стандартов интерфейсов (PS/2, USB);

- необходимость обучения раскладки клавиатуры;

- громоздкие габариты.

Примеры

Примеров клавиатур огромное множество, хотя, прежде всего, следует продемонстрировать стандартные подходы к исполнению клавиатуры. Клавиатура стандартная выглядит так:

В настоящем исполнении компании HP, она выглядит, например, так:

Как видно из этого примера эта клавиатура, полностью отвечает стандарту QWERTY клавиатур. Однако, это лишь базовая клавиатура, в зависимости от производителя в стандартную схему частенько расширяют и делают дополнительные клавиши. Такие клавиатуры называются мультимедийными:

Технически, различий от стандартной клавиатуры не много, а именно наличие дополнительных клавиш отвечающих за ориентацию в браузере, громкость музыки, ориентацию в видео/аудио плеерах. Фантазия производителей клавиатур весьма широка, однако это не отменяет того, что все они выполненные по QWERTY стандарту, и радикально отличаются только интерфейсом подключения.

Технические характеристики

Основные:

- Производитель (имя производителя клавиатуры)

- Модель (имя модели клавиатуры)

- Тип оборудования (иногда тип оборудования, это не только клавиатура, но и дополнительные устройства, например связки клавиатура + мышка, когда речь идет о наборе).

- Цвета: Серебристый, черный

Тип клавиатуры: Проводная, так же есть разновидность беспроводной клавиатуры.

Интерфейс:

Различают такие интерфейсы клавиатур как:

АТ интерфейс PS/2 интерфейс USB тип А интерфейс.

АТ интерфейс является устаревшим аналогом PS/2, PS/2 же на текущий момент так же является стандартом выходящим из производства. Повсеместно используются клавиатуры с интерфейсом PS/2 или USB.

Клавиши:

Клавиши управления компьютером: Power, Sleep, Wake Up

Enter - Большой

Backspace - Узкий

Shift - Широкие

Цвет русских букв - Белые

Цвет латинских букв - Белые

Цвет клавиш - Черный

Совместимость:

Поддержка ОС Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows 7

Как видно из указанных выше технических характеристик, чаще всего в них входит лишь цветовая окраска клавиатуры, её форм фактор, а так же её интерфейс подключения. Во всем остальном же, клавиатуры являются одинаково стандартизованными.

Вывод

Клавиатура, уже многие годы является стандартным средство ввода информации в компьютер, из года в год практически ничего не меняется в её внешнем виде. Максимальные отличия, это получения новых функциональных или программируемых клавиш, а так же изменения интерфейсов. Создается впечатление, что клавиатуры являются не заменимым инструментом работы с компьютером, даже не смотря на то, что из года в год совершенствуются технологии сенсорного ввода, технологии распознавания речи, а так же другие инновационные технологии распознавания человеческих действий компьютером. Стандартная - привычная клавиатура ещё достаточно долгий срок будет, являться обязательным дополнением к компьютеру.

Не смотря на то, что в текущее время технологии развиваются в сторону сенсорного управления, даже там, в качестве ввода используется клавиатура, хоть и не как физический инструмент, а как средство виртуализации. В данной работе была рассмотрена работа стандартной клавиатуры, в общих чертах, некоторые дополнительные сведения, которые возможно помогут вам, так же расположены в приложении №1 и приложении №2, данного документа.

Литература

1. Ru.wikipedia.org

2. IBM PC для пользователя В.Э. Фигурнов.

3. Как работать с компьютером В.Т. Пикуль.

4. ferra.ru

5. 3dnews.ru