Глава 7. Устройства ввода

7.1. Клавиатура

В настоящее время клавиатура (Keyboard) является основным устройством ввода информации в компьютер, несмотря на сильную конкуренцию со стороны мыши. Ее главенствующее положение навряд ли изменится до тех пор, пока не будет создана надежная и недорогая система распознавания человеческой речи.

Принцип действия

Клавиатура является одним из важнейших устройств, определяющим условия комфортабельной работы на РС. Главным элементом в клавиатуре являются клавиши. При покупке клавиатуры следует тщательно опробовать их работу, чтобы определить, удовлетворяет ли "механика" клавиатуры вашим индивидуальным требованиям. 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 системной плате для подключения клавиатуры используется специальный контроллер. Для компьютеров типа AT обычно применяется микросхема универсального периферийного инферфейса (Universal Peripheral Interface, UPI) 8049.

Рис.7.1. Принцип действия клавиатуры

Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры (8049), то инициализируется аппаратное прерывание (IRQ1), процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание обслуживается специальной программой, входящей в состав ROМ BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш А1t, Сtг1 или Shift, СарsLосk изменение статуса записывается в RAM. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа (так называемые коды ASCII или расширенные коды). При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавиш и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код ("а" или "А"). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов, пока прикладная программа не может их обработать. Буфер организован по принципу FIFO (первый вошел - первый вышел). Контроллер на материнской плате может не только принимать, но и передавать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, например, частоту повтора нажатой клавиши и др. Контроллер 8049 отвечает не только за генерирование скэн-кодов, но 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 РС.

7.1.1. Конструктивные исполнения

Клавиатуры с пластмассовыми штырями

Для изготовления дешевых клавиатур используется пластмасса и резина. Под каждой клавишей находится пластмассовый штырь, направленный вертикально, нижний конец которого выполнен в виде штемпеля (клейма), изготовленного из смеси резины с металлом. Ниже этого резинового штемпеля находится пластина с направляющими и контактными площадками, которая стационарно привинчена к корпусу панели. При нажатии клавиши штемпель соприкасается с этими контактными площадками, благодаря чему замыкается цепь, что интерпретируется контроллером клавиатуры. Нажатие клавиши на такой клавиатуре часто вызывает ощущение исключительной мягкости. Если на смотреть на экран, то неизвестно, нажата ли клавиша или нет. Другой недостаток этих клавиатур - вибрация, которая вызывает эффект многократного размыкания контакта клавиши, если она нажимается неправильно. Таким образом, легко может получиться так, что при нажатии клавиши соответствующий символ отображается на экране несколько раз. Для устройства, на котором печатают "вслепую" или с высокой скоростью, это крайне нежелательный побочный эффект.

Клавиатура со щелчком

Описанные выше явления отсутствуют в клавиатуре со щелчком. При нажатии клавиши на такой клавиатуре механическое сопротивление клавиши тем больше, чем глубже она нажимается. Для преодоления этого сопротивления нужно затратить определенную силу, после чего клавиша идет очень легко. Таким образом обеспечивается однозначный контакт.

Нажатие и отпускание клавиши сопровождается щелчком, отсюда и название. Клавиатуры со щелчком предпочтительнее клавиатур без щелчка, потому что в этом случае можно быть уверенным в обеспечении относительно "чистого" нажатия на клавишу.

Микропереключатели и герконы

Клавиатуры с микропереключателями имеют характеристики, аналогичные клавиатурам со щелчком. Но микропереключатели характеризуются большей прочностью и большим сроком службы.

Еще лучше функционируют клавиатуры с герконами (герметическими контактами), которые представляют собой переключатели с пружинными контактами (в виде пластин) из ферромагнитного материала, помещенными в герметизированный стеклянный баллон. Контакты приходят в соприкосновение (или размыкаются) под действием магнитного поля электромагнита, установленного снаружи баллона. Герконы иногда называют RET-переключателями.

Сенсорная клавиатура

Принцип действия сенсорной клавиатуры основан на усилении разности потенциалов, приложенной к чувствительному элементу. Количество этих элементов соответствует количеству клавиш. В качестве чувствительных элементов используются токопроводящие контактные площадки в виде, например, одного или двух прямоугольников, разделенных небольшим зазором. В момент касания пальцем контактных площадок статический потенциал усиливается специальной схемой, на выходе которой формируется сигнал, аналогичный формируемому при нажатии клавиши обычной механической клавиатуры. Сенсорные клавиатуры самые долговечные, поскольку в них отсутствуют какие-либо механические элементы (вместо традиционных клавиш используются чувствительные элементы) и информация о нажатии той или иной "клавиши" (касании чувствительного элемента) формируется только электроникой. Однако за счет этого электронная схема сенсорных клавиатур сложнее. Практически неважно, какие материалы используются для корпуса клавиатуры и клавиш. Это может быть как пластмасса, так и металл. Цвет и другие аспекты с функциональной точки зрения не так важны, как используемая механика клавиатуры. При покупке клавиатуры попробуйте, как она печатает. Каждый челочек имеет свое собственное восприятие. Одни пользователи печатают быстро, другие медленно. Одни предпочитают клавиатуру со щелчком, а других щелчки нервируют. У одного клавиши нажимаются слишком туго, у другого наоборот. Полагайтесь только на собственное восприятие. При работе на РС все напитки держите подальше! Если не можете отказаться во время работы от кофе, то следите, чтобы при "аварии" жидкость не попала на клавиатуру. Сигаретный пепел также может туда попасть. Почти для всех клавиатур имеется пластмассовая съемная крышка, которая защищает клавиатуру при выключенном РС.

7.1.2. Подключение клавиатуры

Обычно для подключения клавиатуры используется спиралевидный кабель длиной около 1 м, имеющий DIN-разъем.

Рис.7.2 5-контактный DIN-разьемдля подключения клавиатуры

Кабель обычно заканчивается 5-контактным разъемом. Так как данные передаются последовательно от клавиатуры к РС и наоборот, то, естественно, необходимы канал передачи данных и тактовый канал. Рабочее напряжение питания клавиатуры +5 В. Канал RESET (сброс) предназначен для передачи сигнала на перезагрузку РС, но обычно он не используется. Обычно у компьютеров типа laptop и notebook (а также некоторых других моделей РС) на клавиатуре имеется 6-контактный разъем, а на материнской плате 6-полюсное гнездо. Эти разъемы называются разъемами Mini DIN или разъемами РS/2.

Рис.7.3. 6-контактный Mini DIN разъем для подключения клавиатуры

7.1.3. Драйвер клавиатуры

Для того чтобы на экране отображался символ, набранный на клавиатуре, и прежде всего, если вы вводите с помощью англоязычной клавиатуры русские буквы и специальные символы, необходим драйвер клавиатуры, который обычно является составной частью любой операционной системы. Драйвер клавиатуры операционной системы MS-DOS называется KEYB.COM. После установки операционной системы DOS он находится, как правило, в директории DOS. Вы можете инициализировать этот драйвер в любое время, набрав в ответ на приглашение DOS командную строку:

Keyb Ru

где дополнительный параметр RU означает русский язык и обозначает соответствующий набор символов, которые должна использовать операционная система. Целесообразнее поместить эту командную строку в файла АUTOEXEC.BAT. В этом случае драйвер каждый раз будет загружаться автоматически. Если загружать драйвер клавиатуры через стартовый файл CONFIG.SYS, нужно записать в этот файл следующую командную строку:

Iпstаll=Кеуb.com Ru

Для операционной системы неважно, какими буквами (прописными или строчными) набрана команда. драйвер клавиатуры загружается в память компьютера резидентно, т. е. в процессе работы компьютера он постоянно находится в памяти. О других возможностях драйвера, согласовании алфавитов стран и об изменении скорости повторения отдельных клавиш с помощью команд DOS можно узнать в документации по DOS или в соответствующем справочнике.