В чем заключается принцип работы клавиатуры

Как это работает? | Клавиатура

История компьютерной клавиатуры насчитывает уже более 150 лет. Прообразом современной клавиатуры были пишущие машинки, которые появились в середине XIX века. Сначала клавиши с буквами располагались по алфавиту. Однако со временем стало понятно, что такое расположение неудобно, так как буквы находятся далеко от центра. Спустя 20 лет была изобретена «QWERTY»-раскладка клавиатуры, которая используется до сих пор. Как же работает клавиатура — об этом в сегодняшнем выпуске!

Современная клавиатура имеет кнопки, микроконтроллер и светодиоды режимов работы — Num Lock, Caps Lock и другие. Клавиши передают компьютеру так называемые скан-коды, а BIOS или операционная система в соответствии с раскладкой клавиатуры преобразует скан-коды в коды клавиш.

Затем операционная система проверяет и анализирует полученные данные на содержание команд операционной системы. Если такие команды присутствуют, компьютер выполняет их. Если же нет, то отправляет информацию в запущенное приложение.

Современная клавиатура понимает одновременное нажатия двух клавиш с любой комбинацией кнопок-модификаторов наподобие Shift. Однако существуют продвинутые клавиатуры, способные регистрировать до шести одновременных нажатий, а некоторые из них и вовсе выдают себя за три-четыре клавиатуры. В этом случае количество нажатых клавиш, соответственно, увеличивается до 18 или 24.

Говоря про клавиатуру, нельзя не упомянуть и эффект антидребезг. При нажатии-отпускании клавиши выключатель некоторое время замыкается-размыкается. Хотя дребезг длится сотые доли секунды, этого достаточно, чтобы компьютер зарегистрировал несколько нажатий.

Источник

Анатомия клавиатуры

Устройства ввода играют важнейшую роль в работе с компьютером и играх, поэтому довольно любопытно будет изучить их внутренности. Диапазон цен на клавиатуры сегодня просто огромен, однако их можно отнести к одной из двух широких категорий: мембранным или механическим. Эти понятия описывают систему, используемую для распознавания нажатия клавиш, и начнём мы с первой категории.

Щёлкать иль не щёлкать, вот в чём вопрос

На представленной ниже фотографии показана бюджетная клавиатура, похожая на бесчисленное множество других, используемых сегодня в школах, офисах и дома. Схема расположения её клавиш является почти полной копией классической IBM Model M 102, но это справедливо для большинства современных клавиатур.

И корпус, и отдельные клавиши изготовлены литьём под давлением из АБС-пластика, потому что этот процесс изготовления недорог, а материал слабо подвержен износу.

Работа с клавиатурой даёт полную информацию о том, к какой категории она относится. Полное отсутствие щёлканья и треска при нажатии на клавиши сообщает нам, что это мембранная клавиатура. Ещё одна подсказка — ощущения при нажатии клавиши; несмотря на бюджетность клавиатуры, нажатие ощущается мягким и слабым.

Вскрытие корпуса это подтверждает — первым делом мы видим мягкий слой силикона.

Недостаток такой схемы заключается в отсутствии чёткого указания того, успешным ли было нажатие на клавишу — чтобы понять, нажалась ли клавиша, нужно смотреть на монитор. Для некоторых пользователей притупленность обратной связи становится причиной не пользоваться мембранными клавиатурами.

Благодаря мягкости нажатий клавиатура довольно тиха, поэтому если вы работаете в одном пространстве со множеством людей, клавиатуры такого типа могут оказаться спасением от шума.

Сняв слой силикона, мы увидим набор из трёх пластиковых листов: два создают «контакты переключателей», а третий способствует их разделению, предотвращая ошибочные считывания.

При нажатии клавиши мембраны сдвигаются друг к другу, после чего соединяются и «точки» под клавишей, в результате чего цепь замыкается, и это считывает соответствующий чип.

Если мы пройдём по дорожкам от мембран к небольшой печатной плате, то увидим, что всего есть 26 дорожек. Они выстроены таким образом, что несколько точек находятся на одной дорожке, допустим, у верхней мембраны, но соответствующие точки нижней мембраны расположены на отдельных дорожках.

Это может показаться чересчур сложным, но на самом деле такая система намного проще, чем создание отдельных дорожек для каждой клавиши. В этой модели соединения не прикреплены несъёмно к плате (что позволяет снизить стоимость), поэтому её нужно надёжно прикрепить прижать к мембране, чтобы обеспечить надёжное соединение.

Плата также содержит пару светодиодов, сообщающих о нажатии определённых клавиш, а именно Caps Lock, Num Lock и Scroll Lock.

Перевернув печатную плату, мы увидим чип контроллера. К сожалению, он залит твёрдым пластиком (для герметизации от жидкостей), который невозможно снять, не повредив остальную часть платы.

Чип может быть стандартным микроконтроллером USB HID (human interface device), которых на рынке есть тысячи разновидностей (например, такая).

Подобные типы клавиатур могут работать годами, не вызывая при этом никаких проблем. Когда же они всё-таки возникают, это часто связано с соединяющимися точками — постоянное нажатие и отпускание приводит к их постепенному стиранию, пока, наконец, они не протрутся до такой степени, что не смогут обеспечивать контакт.

После этого остаётся или заменить мембраны, или, как поступает большинство людей, отправить клавиатуру в рай для электроники и купить новую. Но, разумеется, не каждую клавиатуру можно купить за пару долларов и не в каждой используются мембраны.

Механические клавиатуры относятся к другой категории, обычно находящейся на другом крае спектра цен, и на то есть уважительная причина.

На фотографии выше показана механическая клавиатура Corsair K100 RGB, продающаяся по довольно неожиданной цене в 210 долларов. Не все модели такого типа настолько дороги, однако подобный дизайн и набор функций сегодня очень популярен.

Под каждой клавишей расположена отдельная система микропереключателя. В рассматриваемой K100 используются системы, изготовленные знаменитой немецкой компанией Cherry. Переключатели Cherry MX уже приобрели почти легендарную репутацию, но в конечном итоге это всего лишь качественно изготовленные устройства.

Cherry производит широкий ассортимент переключателей, каждый тип имеет свою силу и размер пружин, что обеспечивает разные уровни тактильных ощущений. Также конструкции разнятся в зависимости от того, насколько глубоко нужно нажать клавишу для активации контакта и необходимости создания аудиальной обратной связи.

Из-за наличия подвижных деталей механические клавиатуры обладают отчётливым «стуком». Благодаря использованию переключателей клавиатура становится более надёжной и тактильной по сравнению с мембранными моделями.

Какими бывают механические переключатели?

Современная мода на светодиодную RGB-подсветку в комплектующих PC нравится не всем, однако когда дело касается клавиатур, она обладает определёнными преимуществами: настраиваемая подсветка позволяет выбрать наиболее подходящий пользователю цвет и можно задать комбинацию цветных клавиш (если есть возможность RGB-подсветки каждой клавиши), что бывает полезным в приложениях или играх.

Некоторые клавиатуры можно назвать гибридами, сочетающими в себе механику и мембраны, особенно это относится к ноутбукам. В этих устройствах нет места для полностью механических переключателей, но производители создали конструкции, придающие мембранным клавишам более жёсткую и предсказуемую обратную связь.

Внутри клавиатуры-бабочки Apple

Естественно, это повышает стоимость изготовления, а в случае показанной выше системы Apple могут возникать проблемы, но для многих пользователей добавление механических систем для улучшения ощущений и обратной связи в ноутбучных клавиатурах — желанный результат.

Я не буду подробно рассказывать об эргономических клавиатурах просто потому, что внутри они устроены точно так же, как описанные выше типы. Они отличаются только расположением клавиш на корпусе, а также снижением нагрузки на запястья и предплечья при длительном использовании.

У всех нас есть любимые модели мышей и клавиатур, и наш выбор всегда определяется тем, как продукт ощущается в работе. В основном это относится к внешнему виду, но и внутренности тоже играют свою роль.

На правах рекламы

Виртуальные серверы с новейшим железом, защитой от DDoS-атак и огромным выбором операционных систем. Максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe.

Источник

Клавиатура: характеристики устройства ввода

Клавиатура — периферийное устройство для ввода алфавитно-цифровой информации, а также управления операционной системой путем применения специальных комбинаций «горячих» клавиш.

Основные характеристики клавиатуры

Комфортная работа за компьютером напрямую зависит от удобной и практичной клавиатуры. Для выбора подходящего устройства ввода, нужно иметь представление об основных характеристиках клавиатуры, таких как: тип устройства, особенность конструкции, интерфейс подключения, число основных и вспомогательных клавиш.

Тип клавиатуры

По типу, устройства ввода подразделяются на: мембранные, механические и полумеханические.

Мембранная клавиатура

Принцип работы мембранной клавиатуры заключается в следующем: при нажатии клавиши происходит замыкание контактной группы — расположенной на пластиковой основе, а возврат кнопки, в исходное положение, осуществляется резиновым куполом. Клавиатуры мембранного типа широко распространены и имеют низкий уровень шума, и рассчитаны, в среднем, на 20 млн. нажатий.

Механическая клавиатура

Клавиши механической клавиатуры функционируют аналогично мембранной, за одним исключением – возврат в исходное положение осуществляется за счет пружин. Такие клавиатуры надежны и долговечны — рассчитаны на 50 — 100 млн. нажатий. Недостатком же является наличие шума, при активном использовании клавиатуры, и отсутствие герметичности.

Полумеханическая клавиатура

Клавиатуры полумеханического типа, как правило, оснащены контактными группами с увеличенным запасом прочности, однако возврат кнопок в исходное положение осуществляется по принципу мембранной клавиатуры, то есть за счет резинового купола. Поэтому у полумеханических клавиатур со временем возникает «эффект усталости», как и у мембранных.

Конструкция клавиатуры

Исходя из конструктивного типа, клавиатуры делят на: классические, эргономические, раздельные и ромбические.

Классическая

Конструктивная особенность классической клавиатуры: клавиши имеют прямоугольную форму, расположены горизонтальными рядами параллельно друг другу. Плюс такой клавиатуры в том, что она занимает мало места на рабочем столе, минусом же является то, что руки при работе располагаются под неестественным углом.

Эргономическая

В эргономической клавиатуре, основной блок клавиш разделен на две части, которые располагаются под углом 120 градусов друг относительно друга, профиль алфавитной части имеет форму выпуклой дуги. Плюс — нет необходимости держать руки параллельно плоскости стола. Минус — занимает больше места.

Раздельная

Раздельная клавиатура состоит из двух независимых блоков, которые можно расположить под любым удобным углом. Плюс – можно выбрать удобную позицию для кистей рук. Минус — такая клавиатура может располагаться только на ровной поверхности.

Ромбическая

Клавиши имеют форму ромба и расположены под углом к вертикали. Плюс — комфорт при длительной работе.

Количество клавиш клавиатуры

Классические клавиатуры обычно имеют 105 клавиш. В недавнем прошлом, классические клавиатуры имели 102 клавиши, сейчас к ним добавились три дополнительные клавиши: две для быстрого доступа в меню «Пуск» и одна для вызова выпадающего контекстного меню (аналог клика правой кнопки мыши).

Дополнительные клавиши

Дополнительные клавиши используются для управления мультимедиа программами, для навигации в интернет-браузерах, запуска приложений и так далее. Наличие дополнительных клавиш делает работу более комфортной, так как позволяет уменьшить количество переходов с клавиатуры на мышь и обратно. Однако, чем больше дополнительных клавиш имеет клавиатура, тем внушительнее ее размеры и, как правило, выше стоимость.

Интерфейс подключения

PS/2. Используется в системных платах с питанием ATX. Минус такого интерфейса заключается в том, что после подключения оборудования требуется перезагрузка компьютера.

USB. Интерфейс поддерживается всеми современными материнскими платами. Плюс такого способа в возможности подключения к работающему компьютеру.

Беспроводной. Используется специальный адаптер, встроенный или подключенный через USB-порт. Плюс — отсутствие соединительных кабелей. Минус — частая замена элементов питания.

Источник

Принцип работы клавиатуры, история QWERTY и принцип расположения клавиш

Какой принцип работы клавиатуры компьютера или ноутбука. Так же необходимо узнать историю компьютерной клавиатуры от и до.

Для начала поговорим о раскладке и появлении QWERTY клавиатуры, далее о принципе работы.

История клавиатуры – появление раскладки QWERTY

Появление компьютеров навсегда изменило жизнь нашего общества. Мы пользуемся этими машинами постоянно и уже не представляем своей деятельности без этого помощника. Сам внешний вид настольного компьютера или ноутбука для нас настолько привычен, что невозможно представить его другим. Хотя все его комплектующие прошли долгий путь к объединению в персональный компьютер.

Например, первая клавиатура QWERTY была использована в 1873 году для электрической печатной машинки Кристофера Скоулза. Разработанная им раскладка была призвана замедлить работу машинисток. Если бы буквы на клавиатуре располагались в алфавитном порядке, соседние клавиши слишком часто задевали бы друг друга, и от этого машины могло заклинить. Хотя такой проблемы уже давно не существует, и были разработаны более эргономичные раскладки, QWERTY остаётся самой популярной раскладкой мира.

В ту же эпоху люди впервые задумались об объединении механической печатной машинки с другим, электронным устройством. В результате их усилий была создана машина Бодо, которая позволяла подключить печатную машинку к системе телеграфа. Это новое устройство зашифровывало напечатанный текст с помощью пятибитного кода и передавало его по телеграфной линии.

В это же время телеграфист на другой стороне должен был включать устройство приёма, которое фиксировало передаваемый текст. Со временем техника позволила отказаться от синхронной работы устройств ввода и вывода. Так появился телетайп.

К началу 20-х годов ХХ века имел широкое применение в сферах финансов и политики. Со временем исчезла необходимость выводить текст на бумагу – его стали хранить в электронном виде и распечатывать только при необходимости.

В 1943 году была введена в эксплуатацию машина ЭНИАК, которую принято считать одним из первых компьютеров. Её разработали для разнообразных расчётов, связанных с военной техникой. Но в принципе ЭНИАК мог решать широчайший круг задач.

Ввод информации в ЭНИАК производился не через привычную для нас клавиатуру, а с помощью переключения специальных штекеров и наборных панелей.

Появление функциональных клавиш на клавиатуре

После Второй мировой войны началась разработка вычислительных машин для ещё более широкого применения. К коммерческим электронно-вычислительным машинам УНИВАК и БИВАК можно было подключить электронную пишущую машинку, но она не была основным устройством ввода. В 1960 году была создана ёмкостная клавиатура. Это позволило более эффективно использовать печатные Enter машинки в сфере ЭВМ и ускорить работу машинисток.

1980 год стал ключевым в истории персонального компьютера. Именно тогда к раскладке печатной машинки были добавлены клавиши Control, Alt и Enter, позволяющие не только вводить текст, но и давать компьютеру функциональные команды. Так компьютерная клавиатура стала многофункциональной. Клавиша тогда ещё означала конец ввода и находилась в углу клавиатуры, а сама клавиатура была намертво вмонтирована в тело ПК. Всего на ней было 83 клавиши: буквенные, цифровые и служебные.

Клавиатуры новейшего образца

Первая клавиатура для ПК была неудобной в использовании. В 80-х годах предпринималось немало попыток её усовершенствовать. Некоторые предложения, например, расположение клавиши в алфавитном порядке, не нашли отклика, а вот увеличение и перемещение клавиши Enter быстро прижилось. К 1987 году на клавиатуре появились функциональные клавиши, а их общее число составило 101. Так она обрела вид, известный нам сегодня.

В наши дни наряду с классической проводной PS/2 клавиатурой используют устройства с разъёмами под USB. Также есть беспроводные клавиатуры на аккумуляторах, работающие через Bluetooth или инфракрасный порт. Важным показателем для последних является расстояние, на котором устройство может поддерживать связь с персональным компьютером.

Определённую нишу на рынке заняли также эргономичные клавиатуры. Клавиши на них расположены нелинейно, что позволяет предотвратить появление туннельного синдрома. Это уменьшает нагрузку на руки и позвоночник оператора ПК. Размер таких устройств чуть больше стандартного. Другие видоизменённые формы: мультимедийные и интернет-клавиатуры позволяют регулировать уровень звука в колонках компьютера, перезагружать ПК или переводить его в ждущий и спящий режим.

С появлением ноутбуков распространились и новые клавиатуры – плоские и без отдельной цифровой панели. Сегодня рынок заполнили КПК и коммуникаторы. Подключать к ним классическую клавиатуру бессмысленно: она в несколько раз больше и тяжелее самого компьютера. В этих устройствах нового поколения есть лишь виртуальная клавиатура, которая появляется на сенсорном экране по требованию оператора. Поразительно, но английская раскладка на ней та же самая, что и на первой печатной машинке – QWERTY.

Вот такая небольшая история раскладки клавиатуры здесь приведена. Далее мы рассмотрим принцип ее работы.

Общий принцип работы клавиатуры

Если кому неизвестно, но внутри корпуса клавиатуры также имеется процессор для обработки данных. Эта микросхема называется контроллер и способна отслеживать, какие клавиши были нажаты, а затем отправить эти данные основному процессору.

В клавиатуре имеются датчики, которые определяют давление на клавиши. В свою очередь замыкается электрическая цепь. Ранее клавиатуры создавались с датчиками механического типа, сейчас же – мембранного типа. В верхней части переключатель активный, а в нижней – пассивный.

Также внутри корпуса имеются и электронные микросхемы дешифрации сигнала.

Данные между процессором и клавиатурой происходит в виде 11-битовых блоков (служебные данные и 8 плюсовых разрядов) по 2-х проводному кабелю.

Принцип действия клавиатуры в том, что при нажатии происходит сканирование и преобразование введенного символа в двоичный код, затем он передается процессору для последующей обработки. Вот и все.

Для вывода данных код преобразуется в специальную кодировку, чтобы мы могли видеть символ таким, как он изображен на клавише. Сейчас самая известная и популярная кодировка ASCII (American Standart Code for Information Interchange – американский стандарт кодов для обмена информацией).

Кодировка ASCII представляет собой таблицу из 128 символов, разделенных на группы:

Когда клавиша нажата, создается сигнал прерывания, передающийся центральному процессору. Данный сигнал как бы приостанавливает деятельность CPU, заставляя его переключиться на обработку сигналов с клавиатуры.

В это же время, когда клавиша нажата, сведения о нажатии передаются в буфер обмена самой клавиатуры. Когда сигнал нажатия будет передан уже непосредственно процессору, то буфер очищается.

Существует так называемый 7-ми разрядный скан-код, который имеется на каждой клавише. Он анализируется CPU и преобразуется в символ. Кстати говоря, когда клавиша отпускается, то процессору посылается еще один сигнал прерывания. В двух случаях – нажатие и отпускание генерируется однобайтный код. Это нужно, чтобы процессора знал, нажата ли клавиша или отпущена.

Из чего состоит клавиатура – типы клавиши

Можно ли изменить раскладку клавиатуры? Да, почти любую клавишу можно изменить на любую другую с помощью программ. Ссылку на более подробную информацию скоро предоставлю.

По какому принципу буквы расположены на клавиатуре

Мы узнали историю появления клавиатуры раскладки QWERTY. Многие думают, что расположение букв таким образом, как видим мы их сейчас на клавиатуре – нерациональное. Существует много других раскладок, более удобных.

Одной из таких наработок было представлено Артуром Двораком – профессором Вашингтонского университета. Он разработал вариант раскладки, где часто употребляемые символы расположены в верхних и средних рядах. Рядом с левой рукой среднего ряда находятся клавиши с гласными. Рядом с правой рукой находятся согласные.

Статистика показала, что руки при работе за такой клавиатурой гораздо меньше подвержены нагрузкам. Получается так, что на клавиатуре Дворака мы свершаем почти в три раза меньше телодвижений, чем на стандартной клавиатуре QWERTY. На раскладке Дворака выходит около двух километров перемещений пальцев, за 8 часов работы, а на QWERTY – около семи километров.

В русской раскладке тоже немало недостатков. Например, есть запятая. Чтобы ввести этот символ нужно нажать две клавиши, хотя можно было бы придумать для нее отдельную кнопку.

Таким вот образом мы выяснили, историю и предназначение, а самое главное – принцип работы клавиатуры. А также почему клавиши расположены так, как видим мы их на современных клавиатурах.

Источник