Клавиатура Трудно сказать, может ли существовать более важное и универсальное устройство ввода текстовой информации в компьютер, чем клавиатура. Вполне возможно, в скором будущем, когда человек будет общаться со своим компьютером посредством жестов, мимики, графических образов, видеоизображений и речи, клавиатуру потеснят другие средства ввода информации. Однако сегодня, когда текст и символы как носители ценной информации еще столь важны, клавиатура обязательно входит в конфигурацию поставляемых персональных компьютеров.
Компьютер без клавиатуры – это неполноценный компьютер! По расположению клавиш настольные клавиатуры делятся на два основных типа, функционально ничуть не уступающие друг другу. В первом варианте функциональные клавиши располагаются в двух вертикальных рядах, а отдельных группы клавиш управления курсором нет. Всего в такой клавиатуре 84 клавиши. Этот стандарт используется в
ПК типа IBM PC, XT и AT до конца 80-х годов. Поэтому некоторые считают этот стандарт устаревшим. Однако многие профессионалы все еще предпочитают именно такую клавиатуру. Второй вариант клавиатуры, которую называют усовершенствованной, имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатурой такого типа снабжаются сегодня почти все настольные персональные компьютеры. Профессионалы не любят эту клавиатуру из-за того, что к функциональным клавишам приходиться далеко
тянуться, в самый верхний ряд клавиш через всю буквенную клавиатуру. Однако количество функциональных клавиш в усовершенствованной клавиатуре не 10, а все 12. Да и другие дополнительные удобства и усовершенствования нравятся многим пользователям. Логично выделены группы клавиш для работы с текстами и управления курсором, продублированы некоторые специальные клавиши, позволяющие более эргономично работать обеими руками. Размещение клавиш на такой клавиатуре (зоны клавиатуры) показано на рис. 1 и 2. Зона 1 содержит клавиши букв, цифр и разделительных знаков. Самым распространенным стандартом размещения клавиш является QWERTY (ЙЦУКЕН) – по первым пяти буквам первого ряда буквенных клавиш. Зона 2 содержит клавиши управления курсором: ←, ↑, ↓, →,
Home, End, Page Up, Page Down; удаления предыдущего символа Backspace (←) или последующего символа Delete (Del), клавишу ввода (Enter или Return), клавишу регистра букв Shift, клавишу фиксации регистра букв Caps Lock, клавишу табуляции Tab, две управляющие клавиши Ctrl (от Control), две клавиши выбора Alt (от Alternate), клавишу перехода
Esc (от Escape), клавишу вывода содержимого экрана Print Screen, клавишу блокировки прокрутки Scroll Lock и клавишу прерывания Break. Зону 3 можно использовать в двух режимах с помощью клавиши Num Lock: нажиманием – вводить данные, содержащие только цифры и знаки арифметических действий, отпусканием – дублировать клавишами зоны управление курсором. Зона 4 (функциональные клавиши) содержит клавиши
F1 – F12, действие которых определяется выполняемой программой. Зона 5 содержит индикаторы состояния клавиш Caps Lock, Num Lock и Scroll Lock. Зона 6 содержит клавиши, кнопки и индикаторы, состав которых зависит от модели клавиатуры (эта зона во многих моделях клавиатуры отсутствует (рис. 1)). Рис. 1. Рис. 2 Ввод данных с клавиатуры в компьютер выполняют так.
Под компьютерной клавиатурой находится решетка (матрица) из проводников. Каждая клавиша размещена на пересечении двух проводников и в случае нажимания замыкает электрическую цепь. Поскольку ток при этом проходит как по вертикальному, так и по горизонтальному проводнику решетки, контроллер клавиатуры следит только за строками решетки, которых меньше, чем столбцов. Схема декодирования контроллера, который содержит микропроцессор, проверяет, не нажата ли какая-нибудь клавиша, постоянно опрашивая строку независимо от того, работает пользователь с клавиатурой или нет. Если нажата какая-нибудь клавиша, замкнувшая цепь, схема декодирования, запомнив номер строки, начинает опрашивать столбцы, причем состояние нажатия этой клавиши фиксируется до тех пор, пока клавишу не отпустят, а опрос клавиатуры будет продолжаться, то есть в этом случае можно зафиксировать одновременное нажатие двух или больше клавиш. В памяти ROM контроллера клавиатуры (обыкновенно емкостью 8 кбайт) хранится
таблица соответствия номера строки и столбца нажатой клавиши ее коду. Так, например, если нажата вторая клавиша в третьем столбце, то будет найден код буквы q. Если нажато больше одной клавиши, то также ищется соответствие клавиш определенному коду. Свои коды имеют правые и левые клавиши – Shift, Alt или Ctrl, а также комбинация этих клавиш с какой-нибудь другой клавишей.
Так, если одновременно с клавишей, соответствующей букве q , будет нажата клавиша Shift (первая клавиша в пятом ряду), то будет найден код буквы Q. Однобайтовые или двухбайтовые коды отдельных клавиш и комбинацию клавиш называют скан-кодами. Для первых 128 символов скан-код совпадает с кодом ASCII (American Standart Code for Information Interchange) – американским стандартом кодов для обмена
информацией. Каждая клавиша генерирует два типа скан-кодов: код нажатия, когда клавиша нажимается, и код освобождения, когда клавиша отпускается. Если клавиша остается нажатой какое-то время, то через определенные промежутки времени контроллер повторно генерирует скан-код клавиши. Генерирующие скан-коды накапливаются в буферной памяти контроллера клавиатуры (обыкновенно емкость этой памяти 15 байт), а потом передаются в контроллер клавиатуры на материнской плате, который в современных материнских платах реализуется в микросхеме Super I/O. Контроллер может переопределить код некоторых клавиш, например, если активен русский или украинский язык ввода, вместо символа q сгенерируется символ й. Потом контроллер посылает данные операционной системе, которая или обрабатывает их сама, или передает прикладной программе. Если клавиатура поддерживает технологию
Plug&Play, контроллер материнской платы может запросить сведения, которые хранятся в памяти ROM клавиатуры. Контроллер на материнской плате может не только принимать, но и передавать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, которые может настроить пользователь, например, частоту повторения скан-кода нажатой клавиши. Для фиксации нажатия и отпускания клавиши существуют такие технологии клавиатур: с резиновым колпачком; мембранная; с пенопластовым элементом; с металлическими контактами; емкостная.
В клавиатурах с резиновыми колпачками каждая клавиша расположена над маленьким гибким резиновым колпачком (теперь вместо резины используют гибкую пластмассу) с твердым угольным стержнем в центре. С нажатием клавиши стержень в ее нижней части давит на колпачок. В результате угольный элемент опускается вниз, нажимает на твердую плоскую поверхность под матрицей и замыкает цепь для этой клавиши. Если отпустить клавишу, резиновый колпачок, играя роль пружины, возвращает
клавишу в нормальное состояние. Клавиатуры с мембранными переключателями подобны клавиатурам с резиновыми колпачками. Однако в них используется не отдельный колпачок для каждой клавиши, а полоса резины или гибкого пластика с выпуклостями (мембранами) для каждой клавиши, покрывающая всю матрицу проводников с двух сторон. С нажатием клавиши она замыкает расположенные под ней контакты в матрице проводников, а с отпусканием – мембрана играет роль пружины. Механические клавиатуры – это первые клавиатуры, используемы в ПК. В случае нажатия клавиши она замыкает контакты в матрице проводников, а с отпусканием пружина заставляет клавишу подниматься. Клавиатуры с пенопластовыми элементами имеют клавиши, стержень которых заканчивается пенопластовым кубиком. К нижней части кубика прикреплен контакт, а к верхней – пружина. Если клавишу нажать, пружина растягивается и замыкает контакт, а если отпустить – сжимается. Пенопластовый кубик служит для обеспечения мягкого нажатия клавиш.
Все приведенные выше технологии контактные. Согласно емкостной технологии контакты на нижней части клавиши и матрицы проводников представляют собой стенки конденсатора и содержат заряд. В случае нажатия клавиши пружина растягивается, и расстояние между стенками уменьшается, что изменяет значение тока, проходящего через провода матрицы. Поскольку физического контакта между стенками конденсатора нет, такие клавиатуры называют бесконтактными. Если отпустить клавиши, пружина сожмется и вернется в
нормальное состояние. Основные характеристики клавиатуры: технология фиксации клавиш; интерфейс подключения; соблюдение требований к эргономике, излучению, безопасности и экологии; наличие дополнительных клавиш и устройств. Каждая технология фиксации клавиш имеет свои преимущества и недостатки. Так, клавиатуры с резиновыми колпачками недорогие и стойкие к попаданию жидкости и коррозии благодаря каучуковому слою, который покрывает матрицу клавиш.
Клавиатуры с мембранными переключателями используют в промышленных цехах и других средах с экстремальными условиями. Механические клавиатуры и клавиатуры с пенопластовыми элементами теперь почти не используются, поскольку контакты быстро изнашиваются и жидкости и пыль свободно проникают внутрь клавиатуры. Емкостные клавиатуры дорогие, но они коррозионностойкие и обладают почти неограниченным сроком эксплуатации. Современные клавиатуры подключают к материнской плате по интерфейсу PS/2, однако этот интерфейс все более вытесняется интерфейсом USB. Существуют также и беспроводные клавиатуры, подключенные к компьютеру с использованием инфракрасного излучения или технологии Bluetooth. К клавиатуре, так же, как и к монитору, спецификацией TCO’99 Keyboards предусмотрены требования к эргономике, излучению, безопасности и экологии. К клавиатуре относятся такие эргономические требования: к упругости клавиш во время нажатия; к размещению
клавиш; к дизайну клавиш (размеру и форме клавиш); к отражательной способности клавиатуры (клавиатура должна отражать как можно меньше света); к стабильности клавиатуры (клавиатура должна быть достаточно массивной и сбалансированной, чтобы не перемещаться по столу во время нажатия клавиш). Требованиями к излучению обозначены допустимые значения переменных магнитных и электрических полей, а требованиями к безопасности – условия, которые должны удовлетворять клавиатуры для их электрической
безопасности. Экологические требования содержат требования к содержанию вредных веществ в металлических и пластмассовых деталях клавиатуры, а также требования к утилизации и повторному использованию материалов в конструкции клавиатуры. Клавиатура может быть оснащена дополнительными клавишами и устройствами. Так, клавиатуры, предназначенные для работы с операционной системой Windows, содержат управляющие клавиши вызова главного и контекстного меню.
Такие клавиатуры иногда называют клавиатурами Windows 95. Клавиатура с маркировкой (клавиатура Windows 98) дополнена клавишами выключения электропитания, перехода в «спящий» режим и перехода компьютера в активные состояния («пробуждение»). Мультимедийные клавиатуры дополнены клавишами регулировки (увеличения или уменьшения громкости звука), а также клавишами управления Web-браузером. В качестве дополнительных устройств в клавиатурах используют встроенные микрофоны, трекболы, динамики и некоторые другие устройства. Сканер Еще одним устройством ввода текстовой информации в компьютер является оптическое сканирующее устройство, которое обычно называют сканером. Сканер – это глаза компьютера. Первоначально они создавались для ввода графических образов, рисунков, фотоснимков, чертежей, схем, графиков, диаграмм. Однако, помимо ввода графики, в настоящее время они все шире используются в довольно
сложных интеллектуальных системах OCD или Optical Character Recognition, то есть оптического распознания символов. Эти «умные» системы позволяют вводить в компьютер и читать текст. Сперва текст вводится в компьютер с бумаги как графическое изображение. Затем компьютерная программа обрабатывает это изображение по сложным алгоритмам и превращает в обычный
текстовый файл, состоящий из символов ASCII. А это значит, что текст книги или газетной статьи можно быстро вводить в компьютер, вовсе не пользуясь клавиатурой! А если система распознавания OCR соединяется еще и с программой перевода, в компьютер можно вводить страницы текста на иностранном языке и почти мгновенно получать готовый перевод. Конечно литературные качества электронного перевода обычно не слишком высокие, но в научно-технических
текстах литературные достоинства – не самое главное, зато готовый перевод формально достаточно точен и его можно получить фантастически быстро. Сканеры бывают различных конструкций. Ручной сканер (рис. 3). Это самый простой и дешевый сканер. Ручной сканер, словно мышка, соединяется кабелем с компьютером. При прокатывании сканера по странице книги или журнала, необходимое изображение считывается и в цифровом
коде вводиться в память компьютера. В ручном сканере роль привода считывающего механизма выполняет рука. Понятно, что равномерность перемещения сканера существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения. Ширина вводимого изображения для ручных сканеров обычно не превышает 4 дюймов (10 см). Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую «склейку» изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей. К основным достоинствам этих сканеров относятся небольшие габаритные размеры и сравнительно низкая цена, однако добиться высокого качества изображения с их помощью очень трубно, поэтому ручные сканеры можно использовать для ограниченного круга задач. Кроме того, они совершенно лишены «интеллектуальности», свойственной другим типам сканеров. Рис. 3. Планшетный сканер (рис. 4). Это наиболее распространенный тип сканеров. Первоначально он использовался для сканирования непрозрачных
оригиналов. Почти все модули имеют съемную крышку, что позволяет сканировать «толстые» оригиналы (журналы, книги). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов – OCR (Optical Character Recognition). В последние время многие фирмы-лидеры в производстве плоскостных сканеров стали дополнительно предлагать 1 слайд-модуль (для сканирования прозрачных оригиналов).
Слайд-модуль имеет свой, расположенный сверху, источник света. Такой слайд-модуль устанавливается на плоскостной сканер вместо простой крышки и превращает сканер в универсальный (плоскостной сканер с установленным слайд-модулем). Рис. 4. Барабанный сканер (рис. 5). Основное его отличие состоит в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с большой скоростью.
Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная конструкция обеспечивает наибольшее качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают три фотоумножителя, и сканирование осуществляется за один проход. «Младшие» модели у некоторых фирм с целью удешевления используют вместо фотоумножителя фотодиод в качестве считывающего элемента. Барабанные сканеры способны сканировать любые типы оригиналов. В отличие от плоскостных сканеров со слайд-модулем, барабанные могут сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы одновременно. Рис. 5. Проекционный сканер (рис. 6). Этот тип сканеров применяется для сканирования с высоким разрешением и качеством слайдов небольшого формата (как правило, размером не более 4×5 дюймов). Существует две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси считывания.
Наиболее популярным в России, как, впрочем, и на Западе, является вертикальный проекционный сканер. Рис. 6. Список литературы 1.Кравчук С.А Шонин В.А Основы компьютерной техники. 2.Петроченков А.В Hardware – компьютер и периферия. 3.Гасов В.М Технические средства ввода-вывода графической информации.