Клавиатура

Клавиатура — важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы латинского и национального алфавитов, десятичные цифры, математические, графические и специальные служебные символы, знаки препинания, наименования некоторых команд, функций и т. д. В зависимости от типа ПК, назначение клавиш, их обозначение и размещение может варьироваться. Чаще всего клавиатураОшибка! Закладка не определена. содержит 101 клавишу, но встречаются еще и старые клавиатуры с 84-мя клавишами и новые, удобные для использования в системе Windows клавиатуры с 104 клавишами. Имеются клавиатуры с встроенными манипуляторами типа трекбол (trackball) и другие.

Появилось сообщение фирмы Data Hand Systems о разработке эргономичной, сокращающей движения руки пятиклавишной клавиатуры: четыре клавиши для ввода букв и цифр и одна клавиша манипулятора. Каждая клавиша имеет пять направлений движения: влево, вправо, вперед, назад и вниз. При работе кисть руки удобно лежит в специальном углублении, а клавишами управляют лишь кончики пальцев.

Типичная адаптированная под русский алфавит клавиатура ПК IBM PC, содержащая 104 клавиши, показана на рис.14.1.

Рис. 14.1. Типовая клавиатура IBM PC с русским алфавитом

Все клавиши можно разбить на следующие группы:

• буквенно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода текстов и чисел;

• клавиши управления курсором; эта группа клавиш может быть использована также для ввода числовых данных, просмотра и редактирования текста на экране;

• специальные управляющие клавиши: переключение регистров, прерывание работы программы, вывод содержимого экрана на печать, перезагрузка ПК и другие;

• функциональные клавиши, широко используемые в сервисных программах в качестве управляющих клавиш.

Буквенно-цифровые клавиши занимают центральную часть клавиатуры. Расположение букв и цифр на клавишах соответствует расположению их на клавиатуре пишущей машинки. Латинские буквы на клавиатуре расположены по стандарту QWERTY, названному так по последовательности первых шести букв в верхнем ряду буквенной клавиатуры. Для русского алфавита размещение буквенно-цифровых клавиш соответствует расположению клавиш на пишущих машинках с русским шрифтом — стандарт ЙЦУКЕН (первые шесть букв в верхнем ряду буквенной клавиатуры). Для обеспечения ввода с клавиатуры русских букв необходим соответствующий драйвер, который должен быть предварительно загружен в оперативную память и оставаться в ней резидентно. Для буквенных клавиш существует понятие регистра, то есть режима их использования. Имеются две пары регистров: верхний/нижний и латиница/кириллица. В верхнем регистре вводятся прописные (заглавные) буквы, а в нижнем — строчные (маленькие); а также специальные символы и цифры, помещенные соответственно на верхней и нижней части клавиши. Регистры могут использоваться в различных сочетаниях, например, верхний латинский, нижний русский и т. п.

Выбор режима нижний/верхний производится при помощи клавиши Caps Lock (Capitals Lock — фиксация прописных букв) и Shift (сдвиг, замена). Клавиша Caps Lock закрепляет режим ввода прописных или строчных букв. В режиме прописных букв («верхний») светится индикатор Caps Lock в верхней правой части клавишной панели. Клавиша Shift изменяет режим клавиатуры на противоположный, пока она нажата. Переключение клавиатуры в режим ввода русских букв (символов кириллицы) и обратный переход на ввод латинских букв осуществляется нажатием одной или двух специальных клавиш, чаще всего Alt, Ctrl или Shift, хотя большинство операционных систем позволяют назначить для переключения языка ввода любую комбинацию клавиш. Клавиши управления курсором расположены в правой части панели клавиатуры. Для удобства работы они продублированы и состоят из трех групп:

• малая цифровая клавиатура;

• клавиши просмотра текста на экране и его редактирования;

• клавиши управления курсором.

Клавиши малой цифровой клавиатуры могут быть использованы в двух режимах:

• в режиме управления курсором;

• в режиме ввода цифр, знаков математических операций и точки.

Выбор режима производится при помощи клавиши Num Lock (Number Lock — фиксация цифр) и Shift. Клавиша Num Lock закрепляет режим ввода цифр, а Shift изменяет режим клавиатуры на противоположный, пока она нажата. В режиме ввода цифр, математических знаков и точки светится индикатор Num Lock в верхней правой части клавишной панели, и клавиши имеют назначение, показанное в табл. 14.1.

Таблица 14.1. Назначение клавиш в режиме ввода цифр

Назначение клавиш в режиме управления курсором²⁷ показано в табл. 14.2.

Таблица 14.2. Назначение клавиш в режиме управления курсором

Специальные управляющие клавиши (их называют также служебными) расположены вокруг группы алфавитно-цифровых клавиш (табл. 14.3).

Таблица 14.3. Специальные управляющие клавиши

Некоторые важные специальные комбинации клавиш (клавиши нажимаются одновременно) приведены в табл. 14.4.

Таблица 14.4. Специальные комбинации клавиш

Функциональные клавиши F1–F12 размещены в верхней части клавиатуры. Эти клавиши предназначены для различных специальных действий; для каждого программного продукта имеют свое назначение. В большинстве программ принято, что клавиша F1 (клавиша Help — помощь) связана с вызовом справки. При входе в программу по F1 выдается общая подсказка с кратким описанием вариантов функционирования программы и назначением функциональных клавиш в ней. При работе с программой по нажатии F1 предоставляется контекстно-зависимая помощь, то есть подсказка по тому режиму, по той функции, которая программой реализуется в данный момент. Блок клавиатуры в настольных ПК конструктивно выполнен автономно от основной платы компьютера и, кроме клавиатуры, содержит контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления. Он подключается к объединительной плате с помощью 4-проводного интерфейса (линии интерфейса используются для передачи, соответственно, тактовых импульсов, данных, напряжения питания +5 В, последний — «земля»). Для клавиатур существует несколько вариантов интерфейсов: стандартный разъем DIN, разъем PS/2, интерфейс USB.

Из «экзотических» клавиатур следует отметить:

• беспроводную клавиатуру, позволяющую свободно перемещаться по комнате, для передачи сигналов используются инфракрасные интерфейсы IrDA и радиоинтерфейсы Bluetooth, информация от которых принимается специальным устройством, непосредственно подключенным к компьютеру (в 2006 году представлен интерфейс WiUSB);

• гибкую клавиатуру, изготовленную из специальной ткани с внедренными в нее проводничками: при нажиме пальцем изменяется электрическая проводимость сетки этих проводничков. Гибкая клавиатура, созданная, например, компанией Electro Textiles имеет красивую разноцветную поверхность, на которую нанесены символы клавиш. Клавиатура бесшумна, надежна (успешно сопротивляется различным механическим и химическим воздействиям); очень тонкая, может быть свернута в виде цилиндра;

• клавиатуры с идентификацией пользователя по «отпечаткам пальцев» и силе нажатия; биометрические клавиатуры имеют либо встроенный сканер отпечатков пальцев, либо внешний дактилоскопический сенсор, избавляющие пользователей от необходимости ввода пароля при включении компьютера и при доступе к конфиденциальной информации;

• многофункциональные клавиатуры с элементами телекоммуникационных систем;

• виртуальные проекционные клавиатуры, весьма перспективные для портативных компьютеров (например, для КПК): миниатюрный блок ставится на стол и проецирует перед собой полноразмерный рисунок клавиатуры, а затем распознает, каких отображенных на столе клавиш касается пальцами пользователь. Подобную виртуальную клавиатуру выпускает компания Canesta (она же выпускает блок-чипсет, встраиваемый в КПК).

Контроллер клавиатуры осуществляет:

• сканирование (опрос) состояния клавиш;

• буферизацию (временное запоминание) до 20 отдельных кодов клавиш на время между двумя соседними опросами клавиатуры со стороны МП;

• преобразование с помощью программируемых системных таблиц (драйвера клавиатуры) кодов нажатия клавиш (SCAN-кодов) в коды ASCII;

• тестирование (проверку работоспособности) клавиатуры при включении ПК.

При нажатии и отпускании клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или отпускания (соответственно, 0 или 1) в седьмой бит байта и номер клавиши или ее SCAN-код в остальные 7 битов. При поступлении любой информации в буферную память посылается запрос на аппаратное прерывание, инициируемое клавиатурой. При выполнении прерывания SCAN-код преобразуется в код ASCII, и и пересылается в соответствующее поле 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 Shift, Ctrl, Alt и другие.

Контроллер клавиатуры организует и автоматическое повторение клавишной операции: если клавиша нажата более 0,5 с, то генерируются повторные коды нажатия клавиши через регулярные интервалы так, как если бы вы клавишу нажимали повторно.

Любой ASCII-код может быть введен с клавиатуры путем набора на малой цифровой клавиатуре (справа на рисунке) десятичного кода, равного шестнадцатеричному ASCII-коду, с одновременным нажатием (и удержанием на время набора) клавиши Alt. Таким образом можно ввести любой управляющий символ и символ псевдографики, показанный в таблице ASCII-кодов.