Принцип работы клавиш клавиатуры

Клавиатура

2.1. Принципы работы клавиатуры

2.2. Порты для работы с клавиатурой

2.3. Аппаратное прерывание клавиатуры

2.4. Средства BIOS для работы с клавиатурой

2.5. Средства MS-DOS для работы с клавиатурой

2.6. Клавиатурные функции библиотеки Microsoft C

Программа может использовать клавиатуру по-разному. Она может задержать свое выполнение до тех пор, пока оператор не введет какое-нибудь число или пока не нажмет какую-нибудь клавишу. Выполняя некоторую работу, программа может периодически проверять, не нажал ли оператор на клавишу, изменяющую режим работы программы. Резидентные программы могут контролировать все нажатия на клавиши, активизируясь при нажатии определенной заранее комбинации. Можно использовать прерывание, вырабатываемое клавиатурой, например, для завершения работы программы.

Мы расскажем о работе с клавиатурой на разных уровнях — от использования клавиатурных портов ввода/вывода до средств, предоставляемых стандартными библиотеками трансляторов Microsoft QC 2.5 и C 6.0. Какой уровень вам следует выбрать, зависит от решаемой задачи. Единственное, что можно порекомендовать — это использовать по возможности средства высокого уровня. Если ваша программа работает с клавиатурой на уровне портов ввода/вывода, ее работа может оказаться зависимой от типа клавиатуры и от типа компьютера.

2.1. Принципы работы клавиатуры

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.

Клавиатура представляет собой совокупность датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определенную электрическую цепь. Длительное время выпускались клавиатуры с механическими датчиками. Современные клавиатуры — мембранного типа. Переключатель представляет собой набор мембран: активная – верхняя, пассивная – нижняя, разделяющая.

Внутри корпуса клавиатуры помимо датчиков расположены электронные платы дешифрации сигнала.

Обмен данными между клавиатурой и системной платой осуществляется 11-битовыми блоками (8 разрядов плюс служебная информация) по 2-проводному кабелю (сигнал и земля).

Принцип работы клавиатуры заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из переключателей соответствует уникальный цифровой код (scan code) размеров 1 байт.

Подключение клавиатуры к системной плате производится с помощью разъема DIN или mini-DIN.

На системной плате прием и обработку сигналов от клавиатуры выполняет специальная микросхема — контроллер клавиатуры.

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.

Источник

Урок 5. Клавиатура, назначение клавиш и описание

Тема нашего урока: клавиатура назначение клавиш и описание. Работать с компьютерной мышкой мы с вами уже научились. Теперь пришло время изучить клавиатуру. Для того, чтобы написать письмо, или запрос в поисковой системе интернета, без клавиатуры нам никак не обойтись. К тому же, если у вас не работает мышь, то можно использовать клавиатуру. Достаточно знать несколько простых команд. Настоящие программисты и хакеры вообще не работают мышкой. Для них главный инструмент – клавиатура. Возможно, вы тоже когда-то будете так работать, а пока мы с вами изучим основы работы на клавиатуре.

Клавиатура назначение клавиш и описание

Расположение клавиш

Всю клавиатуру, в зависимости от функций, можно визуально разбить на несколько групп:

• Функциональные клавиши (F1-F12) — используются для выполнения специальных задач. Если повторно нажать на ту же клавишу, то действие отменяется. Клавиша F1 — вызывает справку той программы, в которой вы находитесь в данный момент;
• Алфавитно-цифровые – это клавиши с буквами, цифрами, знаками препинания и символами.
• Управляющие клавиши — К ним относятся клавиши HOME,END,PAGEUP,PAGEDOWN,DELETE и INSERT.
• Клавиши управления курсором – используются для перемещения курсора по документам, веб-страницам, редактирования текста и т.п. Клавиши управления (модификаторы) (Ctrl,Alt,CapsLock,Win,Fn) – используются в различных комбинациях и по отдельности.
• Цифровые клавиши – для быстрого ввода чисел.
• Клавиши редактирования – Backspace, Delete.

Раскладки клавиатур могут немного отличаться. Часто на современных клавиатурах есть еще мультимедийные клавиши. Такие, как включение/отключение звука, регулятор громкости, переход в почтовый ящик и т.д.

Назначение клавиш клавиатуры

Каждая клавиша выполняет определенное действие:

• Клавиша «пробел»— самая длинная клавиша на клавиатуре. Находится в самом низу по середине. Помимо своей основной функции, делать
  пробел между словами, она ещё и удаляет «выделенный» объект.
• Esc— отменяет последнее действие (закрывает ненужные окна).
• Print Screen—делает «снимок» экрана. Этот снимок экрана можно вставить в Word или Paint. Такая фотография экрана называется «скриншот». А так же эта клавиша выводит на печать содержимое экрана.
• Scroll Lock— служит, для прокрутки информации вверх-вниз, но не на всех компьютерах эта кнопка работает.
• Pause/Break—приостанавливает действующий компьютерный процесс, но тоже – работает не на всех компьютерах.
• Insert— служит для того, чтобы печатать текст поверх уже напечатанного. Если нажмете на эту клавишу, то новый текст будет печататься стирая старый. Чтобы отменить это действие, необходимо снова нажать на клавишу Insert.
• Delete(на клавиатуре часто обозначена сокращенно Del)— удаление. Удаляет знаки, находящиеся с правой стороны мигающего курсора. Удаляет «выделенные» объекты (строки текста, папки, файлы).
• Home— переход на начало заполненной строки.
• End— переход на конец заполненной строки.
• Page Up — перелистывает страницу вперёд.
• Page Down— перелистывает страницу назад.
• Backspase— удаляет знаки, находящиеся слева от мигающего курсора во время печатания текста. И возвращает на предыдущую страницу в браузерах и в окнах «Проводника», заменяя стрелочку «назад», в верхнем левом углу.
• Tab— табуляция фиксирует курсор в определённом месте строки.
• Caps Lock— переключатель заглавных и прописных букв.
• Shift— кратковременное нажатие этой клавиши – даёт заглавную букву. Для того, чтобы напечатать заглавную, надо сначала нажать клавишу Shift и удерживая её нажать нужную букву. Клавишу Shift можно нажимать и справа, и слева, как вам удобнее.
• Alt— чтобы перейти на противоположный язык (с английского на русский и наоборот) – надо нажать клавишу Alt и не отпуская её клавишу Shift. Нажатие и удержание клавиши AltGr (правый Alt) используется для перехода на второй уровень клавиатуры.
• Ctrl— справа и слева. Открывает дополнительные возможности программ.
• Nut Look– включает дополнительную цифровую клавиатуру.
• Enter— клавиша ввода информации, подтверждает команду «да», или переход на следующую строку.
  • Клавиши управления курсором — (вверх), (вниз), (вправо),
  (влево). С помощью этих стрелок можно передвигаться не только по тексту, который вы печатаете, но и по открытым страницам сайтов и программ.

«Горячие» клавиши

Вы наверняка слышали такое выражение. «Горячими» они называются потому, что при нажатии на комбинацию этих клавиш можно быстро вызвать какую-то программу или меню.

У каждой программы есть свой набор таких клавиш. Заучивать их не надо. Если вы постоянно работаете в какой-то программе, то тогда есть смысл их запоминать. Постепенно мы с вами многие из этих комбинаций изучим.

Во многих окнах программ, при открытии любого меню, напротив той или иной команды указываются сочетания клавиш для вызова этой же команды.

Источник

1.6.4.Клавиатура (Назначение, устройство и принцип работы, типы, основные характеристики)

Назначение. Клавиатура предназначена для ввода в компьютер информации от пользователя.

Принцип действия. Каждая клавиша клавиатуры представляет собой крышку для миниатюрного переключателя (механического или мембранного). Держащийся в клавиатуре небольшой микропроцессор отслеживает состояние этих переключателей, и при нажатии или отпускании каждой клавиши — ссылает в компьютер соответствующее сообщение (прерывание), а программы компьютера (операционной системы) обрабатывают эти сообщения..

Каждая клавиша имеет свой порядковый номер. При нажатии и отпускании

клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или

отпускания (соответственно 0 или 1). При поступлении любой информации в буферную

память посылается запрос на аппаратное прерывание, инициируемое клавиатурой. При

выполнении прерывания скан-код преобразуется в код ASCII с помощью хранящихся в

ПЗУ программируемых системных таблиц драйвера клавиатуры. Скан-код и ASCII-код

пересылаются в соответствующее поле (буфер клавиатуры) ОЗУ машины. При этом по

наличию кода отпускания проверяется, все ли клавиши отпущены в момент нажатия

следующей клавиши (это необходимо для организации совместной работы с клавишами

Все горизонтальные линии матрицы подключены к источнику питания 5В. Устанавливая по очереди на каждой из верт. линий уровень напр., соотв. логическому 0,контроллер опрашивает состояние горизонт. линий. если ни одна из клавиш не нажата, то уровень напр. на них 5В=1.Контроллер фиксирует нажатие и посылает номер клавиши в матрицу. Номер клавиши(scancode) CPU преобразует в ASCII.В клавиатуре обязательна буферная память, через кот. идет обмен данными.

Использование клавиш клавиатуры

Алфавитно -цифровые клавиши. На стандартной 101-клавишной клавиатуре в левом нижнем большом блоке клавиш белым цветом выделены так называемые алфавитно-цифровые клавиши.,

Функциональные клавиши; Клавиши управления курсором; Цифровая клавиатура; Клавиши Ins и Del; Клавиша Ввод;

Другие специальные клавиши; Клавиши Ctrl, Alt, Shift, Tab, Esc Комбинации клавиш; Индикаторы режимов.

Ins — клавиша вставки, Home -переход в начало экрана.

Использование клавиатуры в программах

1. Задержка выполнения до нажатия определенных клавиш;

2. Периодическая проверка, не нажал ли пользователь клавишу, изменяющую режим работы;

3. Резидентные программы: контролируют все нажатия клавиш, активизируясь при нажатии определенной комбинации;

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.

Каждая клавиша опирается на выпирающую часть слоя силикона, которая, в свою очередь, обеспечивает необходимое сопротивление движению клавиши (благодаря чему мы получаем тактильный отклик при вводе) и смягчает удар клавиши (чтобы нажатие ощущалось плавным).

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