Принципы работы клавиатуры

Принцип работы клавиатуры

Независимо от прочих конструкционных особенностей, «мозгом» любой клавиатуры является специализированный контроллер. Чаще всего это Intel 8048 или его аналог. Это устройство постоянно сканирует состояние клавиатуры.

Обнаружив нажатие клавиши, процессор вычисляет ее скэн‐код. Если удерживать клавишу, срабатывает автоповтор, когда один и тот же сигнал может подаваться неограниченное число раз. Также у клавиатуры есть собственный буфер, который может запомнить до 15 вводимых символов.Это то, что касается принципиальной схемы. Конструкционно же клавиатура представляет собой набор контактов, каждый из которых соответствует определенной клавише. При нажатии клавиши, цепь замыкается и контроллер определяет, что пользователь вводит этот символ.

На этом же принципе базируется работа клавиатуры ноутбука (а также любого другого устройства ввода – например, игрового руля).

2.4 Эргономичность клавиатуры

Компания
Microsoft затратила почти два года на разработку клавиатуры нового
типа, предназначенную для ОС Windows 95. Эта клавиатура была названа Natural
Keyboard (рисунок 13.3). В
буквальном переводе — естественная клавиатура, в литературном — эргономичная.
В последствие это название стало нарицательным.

Отличительные черты
той оригинальной Natural Keyboard:

·Развернутые
в стороны вертикальные ряды клавиш, относящиеся к зоне каждой руки.
Пользователь избавлен от напряжения держать кисти рук параллельно друг другу.

·Профиль
алфавитной части клавиатуры представляет выпуклую дугу. Пользователь избавлен
от напряжения держать кисти рук параллельно плоскости стола.

·Есть
подставка для отдыха рук.

Рисунок 13.3Эргономичная
клавиатура Microsoft

Недостатком таких клавиатур является занимаемое
ими место.

Если вы много работаете с
текстом и вас не лимитирует место, то приобретайте эргономичную клавиатуру

В
дальнейшем появились «разломанные» клавиатуры (рисунок 13.4), позволяющие
регулировать угол разворота двух половинок. Каждая половина имеет свои ножки,
так что можно еще регулировать наклон в различных направлениях.

Рисунок 13.4«Разломанная»
клавиатура

Скрытые функции клавиатуры

Так вот. Это незапротоколированные возможности, а «наследие домышевой эпохи». Эти комбинации использовались еще тогда, когда инженеры при работе за компьютером обходились без мышек.

Расписывать все известные комбинации здесь я не буду, так как получится слишком обширная публикация, а речь сегодня не об этом. Кто заинтересовался этой темой, гуглите «комбинации клавиш Виндовс».

И раз мы затронули полезные функции, следует также упомянуть об Альт‐кодах. Это – сочетания клавиш, с помощью которых можно напечатать любой специальный символ. Например, удерживая кнопку Alt и набрав на цифровой клавиатуре 0169, вы получите значок копирайта .Все эти комбинации кнопок работают независимо от версии Виндовс. Кроме того, некоторые используются и в Unix‐системах. Но так как архитектура ОС там несколько отличается, есть и собственные уникальные комбинации.

Также стоит упомянуть о весьма полезной кнопке F1. В большинстве программ, а также некоторых играх, она используется для вызова справки.

И в завершении хочу, вскользь, затронуть тему «стандартизации» и «унификации» в компьютерных играх.

Хотя каждая значимая игра является уникальной (я имею в виду действительно новинки в самом широком понимании, а не мыльные YOBA‐однодневки), в играх одинакового жанра, часто используются одни и те же клавиши для доступа к основным функциям.

Почему большинство? Потому что не все геймеры играют в многопользовательские шутеры, танковые симуляторы или «Доту» на ПК. Я имею в виду детей, которым до определенного момента с головой хватает сольных игр.

Правда, удержаться от высокого онлайна в последнее время все сложнее: разработчики игр, в том числе для планшетов, пихают многопользовательский режим везде, где только можно.

2.7 Интерфейс клавиатуры

Возможные интерфейсы

Клавиатуры
бывают проводные и беспроводные (wireless, cordless и т.д.). Последние, как
следует из названия, не требуют кабельного подключения. Они используются редко,
так как имеют очень высокую цену. Поэтому, говоря об интерфейсе, имеются в виду
проводные клавиатуры. Используются следующие интерфейсы:

·АТ, он же DIN. Используется
для системных плат с питанием AT. Представляет собой толстый круглый разъем —
5-контактный DIN (знаком еще по старой электронике, где использовался для
передачи низкочастотных аудио и видео сигналов).

·PS/2. Используется для системных плат с питанием
ATX. Представляет собой тонкий круглый разъем — 6-контактный miniDIN. Такой же
используется для PS/2 мыши и, чтобы их не перепутать, в спецификации PC’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.

В настоящий момент
интерфейсы АТ и PS/2 одинаково представлены, т.е. одна и та же модель доступна с
обоими интерфейсами. Предпочтение нужно отдать PS/2, как более современному,
даже если у вас АТ системная плата. Потому что порты АТ и PS/2 полностью
совместимы и существуют переходники в оба направления, позволяющие подключать
клавиатуру к порту другого типа.

USB интерфейс является
более современным и предоставляет больше возможностей:

·USB-порт
обладает большей пропускной способностью, чем указанные порты старых типов.

·USB
позволяет цеплять шлейфом другие устройства, например, подключить к клавиатуре
мышь.

13.2.8
Другие параметры

Низкое излучение

Одним
из требований на периферию является их низкое излучение. Это обеспечивает,
охрану здоровья и должно соответствовать американскому стандарту FCC (части
part 15, subpart B, class B), что отражается в документации, а также наносится
на заднюю стенку клавиатуры.

Темная окраска служебных
клавиш

Такие
клавиши могут быть или окрашены в более темный цвет (рисунок 13.10), или не
отличаться от алфавитных. В первом случае клавиатура выглядит немного наряднее
(ведь при слепом методе раскраска безразлична). Выбор определяется вкусом
пользователя.

Рисунок 13.10Окраска
служебных клавиш

Исполнение надписей

Надпись
символов может быть выполнена краской, а может быть выжжена лазером. В первом
случае она совершенно гладкая, во втором — немного шершавая.

Лазерная считается не
стираемой.

13.3
Поиск неисправностей и ремонт клавиатуры

Самыми
распространенными неполадками в клавиатурах являются дефекты в кабеле и
«залипание» клавиш.

Обнаружить
дефект в кабеле просто. Если клавиатура перестала работать или каждое нажатие
на клавишу приводит к ошибке или вводу неправильного символа, то скорее всего,
проблемы связаны с кабелем. Воспользуйтесь кабелем от исправной клавиатуры и
посмотрите, не исчезла ли неисправность. Если в кабеле есть разрыв проводника ,
замените кабель или всю клавиатуру.

Часто
первое сообщение о неисправности клавиатуры появляется во время выполнения
процедуры POST.
Код ошибки при неисправности клавиатуры обычно начинается с цифры 3. В
некоторых BIOS
выводится не код ошибки а сообщение Keyboardstuckkeyfailure.

13.4
Чистка клавиатуры.

Со
временем клавиатура аккумулирует пыль, крошки и прочие мелкие частицы, которые
могут вызвать залипание клавиш или затруднять их нажатие. В таких случаях
желательно произвести чистку клавиатуры с помощью пылесоса или миниатюрного
компрессора для выдувания пыли и грязи. Клавиатуру при этом нужно держать
клавишами вниз.

Если
на клавиатуру была пролита жидкость, желательно промыть клавиатуру
дистиллированной водой, затем частично разобрать ее и ополоснуть дистиллированной
водой все детали. Если пролитая жидкость высохла, дайте частям клавиатуры
отмокнуть. После этого промойте все детали снова чистой водой.

После
промывки деталей их нужно полностью высушить, прежде чем подключать к
компьютеру. Остатки влаги могут привести к коротким замыканиям в схеме.

Не
используйте химические чистящие средства для мытья клавиатуры, поскольку они
могут повредить токопроводящие дорожки на пленке клавиатуры.

Если
с течением времени у вас загрязнились клавиши клавиатуры, то лучше всего разобрать
клавиатуру (современные клавиатуры очень просты в изготовлении и сборке) и
поместить все клавиши в тазик с мыльной водой, а затем протереть каждую клавишу
мягкой тряпочкой. Просушите клавиши и соберите клавиатуру. Во избежание
путаницы с расположением клавиш перед разборкой клавиатуры зарисуйте
расположение всех клавиш на листе бумаги.

Клавиатуры для работы

Как выбрать клавиатуру, которая ускорит скорость работы? Здесь возможны два варианта: классическая или эргономичная модель. Выбор в данном случае прост — если предстоит работа с текстом, лучше подойдет эргономичный вариант, в других случаях можно сэкономить, отдав предпочтение классическим моделям, которые обычно стоят меньше.

Главное отличие эргономичных клавиатур — разделение символьных клавиш на две части. Сделано это для облегчения слепой печати. Кроме того, многие модели из этой категории дополняются программируемыми клавишами и кнопками управления мультимедиа.

Microsoft Natural Ergonomic Keyboard 4000 является типичным представителем класса эргономичных клавиатур. Эта USB-клавиатура имеет 14 программируемых клавиш и интерфейс для управления звуком.

Многофункциональность эргономичных клавиатур делает их популярными и у геймеров.

Для работы с цифрами обязательным требованием к клавиатуре является наличие NumPad’а — этот блок цифр и математических знаков располагается справа, но есть миниатюрные модели, где эта секция отсутствует.

Мембранная клавиатура

Конструктивно клавиатура состоит из трех слоев (нижний, средний и верхний) Внутри коробки проходит мягкая мембрана, пропускающая через себя нажатия на проводящие дорожки. Из очевидных преимуществ – это низкая стоимость.

Минусы: у клавиатуры небольшой эксплуатационный срок, всего 5 млн. нажатий. При высокой интенсивности использования быстро теряется эластичность, что приводит к ухудшению качеств устройства. Клавиатура банально «глючит», не срабатывают кнопки.

Вывод о мембранных (или плёночных) моделях один: ни в коем случае нельзя тратить большие деньги и покупать дорогие устройства из данной категории, так как эти расходы не оправданы.

2.1 Механизм клавиш

Существует
3 основных типа механизма клавиш:

·мембранный

·полумеханический

·механический,
с кликом или без

Этот параметр в
значительной степени определяет цену модели. Так, мембранные клавиатуры дешевле
механических в несколько раз. Это определяет также 2 стратегии для
пользователей:

1.покупать дорогую клавиатуру «на
века»

2.покупать дешевую клавиатуру и периодически
менять ее

Большинство
пользователей выбирают вторую стратегию, тем более, что клавиатуры продолжают
развиваться.

Мембранные клавиатуры

Название
происходит оттого, что при нажатии клавиши замыкаются две мембраны (рисунок
13.1). Возврат клавиши осуществляется резиновым куполом (с «шахтой» в
центре).

Мембраны
обычно выглядят как диски на пластиковой пленке, выполненной печатным способом.
Для разделения мембран служит промежуточная пленка с отверстиями. Поэтому в
предложениях часто пишут пленка. Так как мембраны находятся на
внутренних сторонах пленок, то конструкция хорошо защищена.

В
более защищенной реализации все выглядит как единый резиновый коврик с выступающими
куполами, расположенными под клавишами.

Плюсы
мембранного типа клавиш:

·защищенность

·низкий
шум

·низкая
цена

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. Минусы такого
механизма: отсутствие герметичности и дороговизна. Например, очистка от
пролитого кофе займет немало времени. Правда есть модели с защитой, но они еще
дороже. Плюсом является долговечность и надежность, особенно когда контакты
позолочены.

Сравнение

*Под усталостью
понимается ослабление усилия нажатия на клавиши со временем.

Под долговечностью
понимается число нажатий, при которой обеспечивается надежный контакт. У
мембранных клавиатур это число может быть 10-30 млн., у (полу)механических — 50
млн. и даже 100 млн. для позолоченных контактов. Однако для обычного
пользователя (в отличие от операторов пейджинговой связи) эти числа
несущественны — 20 млн. при обычной работе хватит на 10 лет и более. За это
время сменятся минимум 2 поколения клавиатур.

Тактильные параметры

К
тактильным параметрам относятся жесткость клавиш и длина хода.

Жесткость клавиш
определяется силой нажатия на клавишу. Нормальной считается величина 55g.
Жесткaя клавиатура не дает возможность быстро и легко набирать текст. Слишком
мягкая, наоборот, ставит лишние символы при случайном легком касании.

Средней длиной хода (Travel
distance) клавиши считается 3.5 мм.

Оба
параметра определяются вкусом пользователя и выбираются только после накопления
личного опыта. В первый раз достаточно пробежаться по клавиатуре в магазине.

Клик

Еще
один тактильный параметр. Клавиатуры бывают с кликом или без. В
буквальном переводе клик (click) — щелчок. Точный перевод — тактильный (т.е.
осязательный) барьер, появляющийся на середине нажатия и со щелчком
преодолеваемый. 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.

Заметим,
что клик не спасет от невольной перестановки букв, возникающей при быстром
наборе.

Обычно
клик встречается у механических клавиатур, но изредка встречается и у клавиатур
других типов.

На что обращать внимание при выборе клавиатуры

1. Цвет клавиатуры. Наиболее охотно покупают черные. Они выглядят стильно и смотрятся гармонично в любом интерьере. Кнопки у таких клавиатур, как правило, тоже черные, с белыми буквами. Но если вам приходится много печатать и вы не владеете слепым методом набора текста, следует купить клавиатуру для компьютера белого цвета. Стандарт любого текстового редактора – черные буквы на белом фоне. Если же постоянно переводить взгляд с такой страницы на черную клавиатуру с белыми буквами, из-за контраста глаза быстро устают.

3. Механизм клавиш. Они разделяются на мембранные, полумеханические и механические. От конструкции зависит жесткость и глубина хода клавиш, а также наличие щелчка при нажатии. Эти параметры выбираются в зависимости от предпочтений пользователя. Определяются они первичным беглым осмотром товара в магазине.

4. Эгрономичность, или удобство расположения клавиш. С устройством, клавиши которого расположены стандартным способом, работать несколько неудобно. При этом руки быстро устают, а также существует большой риск развития туннельного синдрома. Эргономичная клавиатура сконструирована с учетом анатомии человеческой кисти, поэтому печатать на ней намного удобнее.

5. Наличие боковых цифровых клавиш. Используются они, в основном, для экономических расчетов. Обычным пользователям достаточно цифровых кнопок в верхнем ряду. Клавиатуры без дополнительного цифрового блока гораздо компактнее, что может стать решающим фактором в вопросе, какую клавиатуру выбрать.

6. Дополнительных мультимедийные кнопки. Они предназначены для запуска и управления аудиоплеером, браузером, клиентом электронной почты, а также прочих наиболее востребованных программ. Без таких «наворотов» вполне можно обойтись, но они делают использование компьютера более удобным.

7. Подсветка клавиш. Дело вкуса, но если вы любите сидеть за компьютером в темноте, лучше купить клавиатуру с подсветкой, что существенно облегчит поиск нужной кнопки.

8. Интерфейс подключения. Их всего два: уходящий в прошлое PS/2 (круглый штекер, обычно зеленого цвета) и широко распространенный USB. Предпочтительнее все-таки USB, который позволяет подключить клавиатуру к работающему компьютеру, а также использовать несколько устройств ввода. При покупке такой клавиатуры следует уточнить, будет она работать при подключении через хаб или концентратор.

9. Технология передачи данных. Беспроводные клавиатуры в последнее время стали весьма популярны. Кроме компьютера, их можно использовать с таким устройством, как смарт-телевизор. При выборе модели следует учитывать радиус действия клавиатуры

Также обратите внимание на то, есть ли режим автоматического отключения, или же вам придется делать это самостоятельно при помощи переключателя

10. Устойчивость ко внешним воздействиям, таким как попадание жидкости и механические повреждения. Пролитые на клавиатуру кофе или пиво способны вывести из строя даже самую навороченную из них. Поэтому, чтобы обезопасить себя от лишних трат, следует выбирать герметичную модель. Удары кулаком по клавишам после неприятной переписки и интернете или неудачного сражения в игре также являются весьма распространенной причиной поломки устройства. Ударопрочная клавиатура в таком случае – оптимальный вариант.

Вот, собственно, основные параметры, на которые следует обратить внимание перед тем, как купить клавиатуру для компьютера. Надеемся, эта статья оказалась полезной и помогла вам разобраться, как выбрать клавиатуру

2.2 Форм-фактор клавиш

Форм фактором (ФФ) клавиш
клавиатуры назовем форму и расположение клавиш. Различные клавиатуры имеют
различные ФФ.

Определяющие клавиши

В
первом приближении можно считать, что ФФ определяется следующими клавишами:

·Backspace

·Enter

·Обе Shift (LShift — леваяи RShift — правая).

Backspace
активно используется для забоя при редактировании текста, а также для
возврата к предыдущей Web-странице в браузере. Ctrl+Backspace
во многих приложениях стирает целое слово.

Enter
по-прежнему нажимается часто, несмотря на то, что время текстовых редакторов
прошло (текстовым называется файл, у которого каждая строка заканчивается
нажатием Enter). Например, для нажатия экранной кнопки OK или
в визардах.

Обе
Shift («шифты») используются для набора текстов, как
шоткаты, а также для переключения языков (особенно для тех, кто пишет русские
тексты с вкраплениями английского или использует американскую версию ОС).

Назовем
эти клавиши определяющими, так как они определяют
классы клавиатур с различными ФФ, сокращенно О-клавишами.

Что
касается также часто используемых клавиш Alt и Ctrl,
то они практически всегда примерно в 1.5-раза больше алфавитных.

Формы клавиши Enter

Клавиша Enter
может иметь следующие формы (рисунок 13.2):

ПрямаяL-образная Г-образная

Рисунок 13.2 формы клавиш Enter

Заметим, что при этом
надо сделать зеркальное отражение букв L и Г
относительно вертикали, чтобы получить истинную форму клавиши Enter.

Очевидно,
L-образная форма является наиболее удобной: по большой Enter
можно попадать не глядя на нее.

Меньшее
удобство Г-образной клавиши объясняется тем, что перед ней размещается редко
используемая клавиша «обратный слеш» \, и поэтому дотягиваться до Enter
дольше.

Для
тех, кто освоил слепой метод нажимать на прямую Enter так же
удобно, как и на L-образную.

13.2.3. Раскладка кириллицы

Раскладка (т.е.
расположение букв на клавишах) кириллицы бывает двух типов.

·Windows (Russian, Русская в свойствах).
Распознается по расположению буквы Ё в левом верхнем углу. Будем называть ее
для краткости Р-раскладкой.

·Машинописная (Russian Typewriter, Русская
машинописная в свойствах). Распознается по расположению буквы Ё в правом
нижнем углу. Будем называть ее для краткости М-раскладкой.

Машинописная
раскладка, согласно названию, повторяет клавиши пишущей машинки.

Русская
раскладка появилась в ОС Windows. По сравнению с Машинописной в нее
были внесены небольшие, но эффективные усовершенствования. Например, почти не
используемая буква Ё 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. Несколько неловко,
что более совершенную раскладку нам разработала зарубежная компания.

1. Принципы работы клавиатуры

Клавиатура выполнена, как правило, в виде
отдельного устройства, подключаемого к
компьютеру тонким кабелем. Малогабаритные
компьютеры Lap-Top используют встроенную
клавиатуру.

Что же находится внутри клавиатуры?
Оказывается, там есть компьютер! Только этот
компьютер состоит из одной микросхемы и
выполняет специализированные функции. Он
отслеживает нажатия на клавиши и посылает номер
нажатой клавиши в центральный компьютер.

Если рассмотреть сильно упрощенную
принципиальную схему клавиатуры, представленную
на рисунке, можно заметить, что все клавиши
находятся в узлах матрицы:

Рис.1. Упрощенная схема 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.

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.

В настоящее время существует три различных
типа клавиатуры. Это клавиатура для компьютеров
IBM PC/XT, 84-клавишная клавиатура для IBM AT и
101-клавишная (расширенная) клавиатура для IBM AT.
Некоторые клавиатуры имеют переключатель режима
работы (XT/AT), расположенный на нижней крышке. Он
должен быть установлен в правильное положение.