Клавиатура - как устройство

Клавиатура - это одно из основных устройств ввода используемых на компьютере. Она очень похожа на клавиатуру электрических пишущих машинок, с некоторыми дополнительными клавишами. Компьютерная клавиатура позволяет осуществлять ввод букв, цифр и других символов в компьютер. Ниже приведен пример клавиатуры, с подписанными основными частями.

Клавиатура является основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте компьютерная клавиатура представляет совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь. В настоящее время распространены два типа клавиатур: с механическими переключателями; с мембранными переключателями.

В первом случае датчик представляет традиционный механизм с контактами с драгоценного металла, а во втором -- тонкие посеребренные листки пластика, между которыми с небольшим воздушным зазором находится, например, проводящая жидкость. Неудивительно, что менее дорогие клавиатуры с мембранными переключателями получили большее распространение. Но и их клавиши рассчитаны на несколько миллионов нажатий.

Внутри корпуса клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации. Контроллер клавиатуры, с помощью которого организуется взаимодействие клавиатуры с другими узлами компьютера, расположен непосредственно на системной плате (за исключением старых моделей компьютеров XT и AT 286, у которых контроллер выполнялся в виде отдельной микросхемы). Основной принцип работы клавиатуры с контроллером заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей (т.е. нажатию или отпусканию любой из 101 или 104 клавиш) соответствует уникальный цифровой код -- скан-код размером один байт.

Привлекательность той или иной клавиатуры в основном зависит от расположения клавиш, тактильных ощущений и усилия при нажатии клавиши. Независимо от используемой технологии сила, требуемая для нажатия клавиши, составляет около 200…500 Н, а рабочий ход -- около 4 мм.

Наиболее распространенным расположением клавиш (раскладкой клавиатуры) является QWERTY (ЙЦУКЕН). Есть около 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами, и еще около 40 клавиш, предназначенных для управления компьютером и исполнения программ. Продублированы клавиши управления курсором, а также клавиши Ctrl, Alt, я (Win). Функциональные клавиши F1…F12 вынесены в верхний ряд.

На некоторых современных клавиатурах есть специальные клавиши, служащие для выполнения условий стандартов энергосбережения (Sleep -- «спящий режим» и др.), а также функциональная клавиша «Fn/Key+», позволяющая использовать функциональные клавиши F1…F12 в среде мультимедиа-программ. В последнее время стали появляться клавиатуры, которые наряду с мультимедиа-клавишами имеют и клавиши быстрого управления в среде Интернет-приложений. Улучшается также и дизайн оформления клавиатур.

Клавиатуры имеют по 101-104 клавише, размещенных по стандарту QWERTY (в верхнем левом углу алфавитной части клавиатуры находятся клавиши Q, W, E, R, T, Y). Отличаются они лишь незначительными вариантами расположения и формой служебных клавиш, а также особенностями, обусловленными используемым языком.

Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп: алфавитно-цифровые; функциональные; управления курсором; служебные; клавиши дополнительной панели.

Основное назначение алфавитно-цифровых клавиш - ввод знаковой информации и команд, которые набираются по буквам. Каждая клавиша может работать в двух режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов.

Переключение между нижним регистром (ввод маленьких символов) и верхним регистром (ввод больших символов) осуществляется при нажатии клавиши <SHIFT> (нефиксированное переключение) или с помощью клавиши <CAPS LOCK> (фиксированное переключение).

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш, обозначенных от F1 к F12, и расположена в верхней части клавиатуры. Функции этих клавиш зависят от конкретной, работающей в данный момент времени программы, а в некоторых случаях и от операционной системы. Жесткого закрепленного значения клавиш нет.

Клавиши управления курсором подают команды на передвижение курсора по экрану монитора относительно текущего изображения. Курсором называется экранный элемент, указывающий на место ввода знаковой информации. Эти клавиши разрешают руководить позицией ввода данных. Конкретное значение клавиш управления курсором может зависеть от программы. Тем не менее, чаще всего клавиши с стрелками служат для перемещения курсора в направлении указанном стрелкой или прокручивании текста по экрану, клавиши <Page Up> и <Page Down> прокручивают текст сразу на страницу вверх или вниз, соответственно, клавиша <Home> устанавливает курсор на начало строки, а клавиша <End> - на конец.

Служебные клавиши используются для разных вспомогательных целей, таких как, изменение регистра, режимов вставки, образование комбинаций "горячих" клавиш и т.д. К этой группе относятся такие клавиши, как <SHIFT>, <CAPS LOCK>, <Enter>, <Ctrl>, <Alt>, <Esc>, <Del>, <Insert>, <Tab>, <BackSpace> и прочие.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых клавиш, клавиш управления курсором и некоторых служебных клавиш. Основное назначение - ввод чисел, поэтому клавиши размещены в порядке, удобном для такой работы. Переход в режим дублирования клавиш управления курсором и, наоборот, осуществляется нажатием на клавишу <Num Lock>. Кроме этого, клавиши дополнительной панели используются для ввода символов, имеющих расширенный код ASCII, но не имеющих соответствующей клавиши на клавиатуре.

Клавиатура ПК имеет свойство повторения знаков, что используется для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при продолжительном нажатии клавиши начинается автоматический ввод символа, связанного с этой клавишей. При этом, настраиваемыми параметрами являются: интервал времени после нажатия, с завершением которого начинается автоматическое повторение символа и темп повторения (количество знаков за секунду).

Кроме клавиш, в клавиатуре IBM PC имеются три светодиода, индицирующие режимы ее работы. Но, как и в случае, с кодами клавиш, контроллер клавиатуры "не знает" назначения светодиодов и зажигает или гасит их, только получая соответствующие команды от системного блока компьютера.

Клавиатура связана с ним последовательным интерфейсом, позволяющим обойтись минимальным числом проводов в соединительном кабеле. От хорошо известного RS-232 он отличается, прежде всего, тем, что для повышения надежности каждый бит передаваемых данных сопровождается (по отдельному проводу) импульсом синхронизации. Есть и другие особенности, в частности, отличаются длительность и уровни стартовых и стоповых битов.