IBM PC-Hardware. Arten von Tastaturen, Design und Funktionsprinzip
LABOR 4
PC-EINGABEGERÄTE - Tastatur und Maus
Ziel der Arbeit
Ziel der Arbeit ist es, die Prinzipien der PC-Tastatur zu studieren sowie die Parameter von Tastatur und Maus zu steuern. Windows-Tools.
Grundinformation
Eine Tastatur ist ein Gerät zum Eingeben von Informationen von einem Benutzer in einen Computer.
Eine typische Standard-PC-Tastatur hat mehr als 100 Tasten, einschließlich alphanumerischer, Funktions-, Abrechnungs- und anderer Tasten.
Die alphanumerischen Tasten ermöglichen dem Benutzer die Eingabe von Zahlen, Buchstaben und Satzzeichen. In Russland werden am häufigsten die russischen und englischen Layouts verwendet. Der Benutzer kann jedoch in den Systemeinstellungen des Computers ein beliebiges Tastaturlayout auswählen - von Chinesisch bis Arabisch. Wenn nicht alle erforderlichen Symbole des von Ihnen gewählten Layouts auf den Tastaturtasten gezeichnet sind, kann die Situation durch den Kauf spezieller Tastaturaufkleber korrigiert werden.
Die oberste Reihe der Tastatur besteht aus Funktionstasten - von F1 bis F12. Mit den Funktionstasten oder deren Kombinationen mit anderen Tasten können Sie den Computer steuern, z. B. das Hilfefenster, das Explorer-Fenster öffnen, den Computer ein- und ausschalten.
Auf der rechten Seite der Tastatur befinden sich die sogenannten Buchhaltungstasten - mit dem Bild von Zahlen und mathematischen Symbolen, deren Verwendung das Eingeben numerischer Informationen und das Arbeiten damit beschleunigt. Auch Abrechnungstasten übernehmen die Funktion der Cursorsteuerung.
Die wichtigsten Parameter moderner Keyboards
Schlüsselmechanismus. Bestimmt in erster Linie die Kosten der Tastatur sowie die Taktilität (taktile Empfindung).
Bei mechanischen Tastaturen können Sie mit oder ohne Klick auswählen. Ein Klick bedeutet eine deutliche Berührung eines Tastenanschlags (begleitet von einem Ton), was vielen Menschen gefällt.
taktile Möglichkeiten.
Taktile Parameter umfassen Tastenhärte und Hublänge.
Die Härte der Tasten wird dadurch bestimmt, wie stark die Taste gedrückt wird.
Der durchschnittliche Tastenhub beträgt 3,5 mm. Für diejenigen, die flüssig tippen, ist ein kürzerer Hub vorzuziehen.
Beide Parameter werden vom Geschmack des Benutzers bestimmt und erst nach der Akkumulation sinnvoll gewählt persönliche Erfahrung. Erstmals reicht es, im Laden über die Tastatur zu laufen.
Ein weiterer taktiler Parameter ist der Klick. Tastaturen kommen mit einem Klick oder ohne. Wörtlich übersetzt ist Klick ein Klick. Eine exakte Übersetzung ist eine taktile (d. h. taktile) Barriere, die mitten im Drücken auftaucht und mit einem Klick (daher der Name) überwunden wird. Es wird durch eine bogenförmige dünne Platte unter der Taste realisiert, die sich mit einem „Ruck“ biegt.
Click ermöglicht Ihnen, genau zu fühlen, dass die Taste gedrückt wird, und überspringt bei der Kurzwahl keine Buchstaben. Der Klick wird von vielen Benutzern gemocht.
Normalerweise ist ein Klick auf mechanischen Tastaturen zu finden, da es ihre Kosten nicht wesentlich ändert, aber manchmal ist es auch auf anderen Arten von Tastaturen zu finden.
Formfaktor Definieren von Tasten (sowohl Shift, Backspace und Enter). Wenn diese Tasten eine bequeme Form und Position haben, wird die Arbeit erleichtert.
Die Eingabetaste kann die folgenden Formen haben: gerade, L-förmig und L-förmig (Sie müssen die Buchstaben L und G relativ zur Vertikalen spiegeln, um die wahre Form der Eingabetaste zu erhalten). Die L-Form ist am bequemsten, da die große Enter-Taste getroffen werden kann, ohne darauf zu schauen.
Kyrillisches Layout. Es gibt zwei kyrillische Layouts, von denen eines bequemer ist.
Das Layout (d. h. die Anordnung der Buchstaben auf den Tasten) des kyrillischen Alphabets ist zweierlei: Windows (erkennbar an der Position des Buchstabens E in der oberen linken Ecke) und Schreibmaschine (erkennbar an der Position des Buchstabens E in die untere rechte Ecke).
Das maschinengeschriebene Layout ähnelt, wie der Name schon sagt, den Tasten einer Schreibmaschine. Das Windows-Layout erschien im Windows-Betriebssystem. Gegenüber der Schreibmaschinenschrift wurden kleine, aber sehr wirkungsvolle Verbesserungen vorgenommen. Beispielsweise wurde der sehr selten verwendete Buchstabe E in eine hintere Ecke verschoben und an seiner Stelle eine Taste mit einem häufig verwendeten Punkt und Komma platziert. Im maschinengeschriebenen Layout stehen sie in der obersten Reihe und werden in Großbuchstaben eingegeben. Es ist seltsam, dass ein ausländisches Unternehmen ein perfekteres Layout entwickelt hat.
Einige Hersteller wenden nur das russische Layout an, andere wenden beide an, sodass der Benutzer die Wahl hat.
Das kyrillische Alphabet hat zwei Farben (die Buchstaben befinden sich in der unteren rechten Ecke der Tasten): rot (für die meisten Hersteller) und dunkel. Im zweiten Fall wird das kyrillische Alphabet mit dem lateinischen Alphabet verwechselt, selbst wenn letzteres mit einer leichten Doppelkontur aufgetragen wird.
Ergonomische Tastatur. Sogenannte ergonomische Tastaturen ermüden den Benutzer deutlich weniger, nehmen jedoch mehr Platz ein und sind teurer.
Handauflage vorhanden. Ständer reduzieren Ermüdung und verbessern das Aussehen.
Zusätzliche Schlüsselgruppen. Dies können Internet, Multimedia und andere Schlüsselgruppen sein. Beschleunigen Sie Ihre Arbeit, indem Sie weniger zur und von der Maus wechseln müssen. Die Position der Sleep-Tasten sollte so sein, dass sie nicht versehentlich hängen bleiben.
Schnittstelle. Verbunden mit der Entwicklung von Motherboards. Apropos Schnittstelle, sie meinen kabelgebundene Tastaturen. Folgende Schnittstellen werden verwendet:
PS/2.. Es ist ein dünner runder Stecker - 6-poliger miniDIN. Derselbe wird für PS/2-Mäuse verwendet, und um sie nicht zu verwechseln, sieht die PC "99-Spezifikation unterschiedliche Farben für diese Stecker vor: Lila für die Tastatur und Grün für die Maus.
USB. Verwendbar mit allen mehr oder weniger neuen Mainboards, da letztere schon vorhanden sind USB-Anschlüsse und Unterstützung im BIOS. Stecker - flach, rechteckig
Die USB-Schnittstelle ist moderner und bietet mehr Funktionen, mehr Bandbreite als ältere Arten von Anschlüssen.
Wie die Tastatur funktioniert
Das Funktionsprinzip der Tastatur ist in Abb. 1 dargestellt. 1. Unabhängig von der mechanischen Umsetzung des Tastendruckvorgangs wird das Tastendrucksignal vom Tastaturcontroller (z. B. 8049) registriert und in Form eines sog Scan-Code zum Mainboard. Der Scancode ist eine Ein-Byte-Zahl, deren untere 7 Bits die jedem Schlüssel zugeordnete Identifikationsnummer darstellen. Auf der PC-Hauptplatine wird auch ein spezieller Controller zum Anschluss der Tastatur verwendet. Für PCs vom AT-Typ wird üblicherweise ein universeller Peripherie-Schnittstellenchip verwendet. (Universelle Peripherieschnittstelle, UPI) 8049.
Wenn der Scancode in den Chip (8049) eintritt, wird der Hardware-Interrupt (IRQ 1) initialisiert, der Prozessor stoppt seine Arbeit und führt die Prozedur aus, die den Scancode analysiert. Dieser Interrupt wird von einem speziellen Programm bedient, das Teil des ROM-BIOS ist. Wenn ein Scancode von den Tasten empfangen wird
Um mit der Tastatur zu arbeiten, werden Ports und Interrupts verwendet. Als Reaktion auf die Unterbrechung liest die BIOS-Systemdienstroutine im ROM den Schlüsselabfragecode vom Tastaturport (Portnummer 96) und sendet dann einen Befehl zum Löschen des Tastaturprozessorpuffers an den Tastaturport. Wenn Systemeinheit nicht auf Tastaturunterbrechungen reagiert, werden Scancodes im Puffer des Tastaturprozessors akkumuliert, obwohl wenn normale Operation das sollte nicht passieren. Der spezielle Scancode 255, Hexadezimalwert FF, wird von der Tastatur verwendet, um anzuzeigen, dass ihr Puffer voll ist.
Notiz
Jeder Schlüssel generiert zwei Arten von Scancodes: Klickcode, wenn eine Taste gedrückt wird, und Freigabecode, wenn die Taste losgelassen wird. Für einen PC der AT-Klasse wird dieselbe Bitfolge für Push-Codes und Freigabecodes verwendet, aber Freigabecodes bestehen aus zwei Bytes, von denen das erste immer 0F0H ist. Für die PC XT-Generierung ist der Freigabecode um 128 größer als der Push-Code (das siebte Bit von 7 ist 1). Beispielsweise ein 7-Bit-Schlüsselscancode<В>ist 48 oder 110000 im Binärformat. Beim Drücken einer Taste erhält der Tastaturcontroller den Code 10110000, beim Loslassen den Code 00110000.
Der 8049-Controller ist nicht nur für die Generierung von Scancodes verantwortlich, sondern auch für die Durchführung von Selbstkontrollfunktionen und die Überprüfung der während des Systemstarts gedrückten Tasten. Der Prozess des Selbsttests wird während des POST-Programms durch ein einzelnes Blinken der drei Tastatur-LEDs angezeigt. So wird bereits beim Hochfahren des PCs eine Fehlfunktion der Tastatur erkannt.
Der Controller auf der Hauptplatine kann Daten nicht nur empfangen, sondern auch senden, um der Tastatur verschiedene Parameter mitzuteilen, zum Beispiel die Wiederholfrequenz der gedrückten Taste usw.
Im Tisch. Die Abbildungen 1-2 zeigen Beispiele von Scancodes, die der derzeit gängigsten Tastatur mit 102 Tasten entsprechen.
Hexadezimale Funktionstasten-Scancodes
Tabelle 1
Hexadezimale Scancodes für Dateneingabetasten
Tabelle 2
Die Verarbeitung der Tastatureingaben (Abb. 2) wird also von zwei Mikrocontrollern übernommen: Einer befindet sich auf der Hauptplatine des Computers, der zweite ist in die Tastatur selbst eingebaut.
Wie Sie im Diagramm sehen können, sind alle horizontalen Linien der Tastenmatrix über Widerstände mit der Stromquelle verbunden. Der eingebaute Tastaturchip hat zwei Ports - Ausgang und Eingang. Die erste ist mit den vertikalen (Y0–Y5) Linien der Matrix verbunden, die zweite mit den horizontalen (X0–X4).
Der Tastaturcontroller arbeitet nach folgendem Algorithmus. Indem der Reihe nach auf jeder der vertikalen Leitungen der Spannungspegel gesetzt wird, der der logischen Null entspricht, wertet der Tastaturmikrocomputer kontinuierlich den Zustand der horizontalen Leitungen aus – unabhängig von der Aktivität auf dem zentralen Prozessor.
Wenn keine Taste gedrückt wird, entspricht der Spannungspegel auf allen horizontalen Linien einer logischen Einheit. Sobald gedrückt wird, schließen sich die der Taste entsprechenden vertikalen und horizontalen Linien. Wenn der Prozessor die vertikale Leitung auf logisch Null setzt, entspricht der Spannungspegel auf der horizontalen Leitung ebenfalls einer logischen Null.
Wenn auf einer der horizontalen Linien ein logischer Nullpegel erscheint, zeichnet der Tastaturprozessor einen Tastendruck auf. Es sendet (über einen internen 16-Byte-Puffer) eine Interrupt-Anforderung und eine Schlüsselnummer in der Matrix (als Scan-Code bezeichnet - dies ist ein zufälliger Wert, der von IBM ausgewählt wurde, als es die erste Tastatur für einen PC erstellte) an den Computer. . Die Kommunikation mit dem Computer wird wiederholt, wenn die zuvor gedrückte Taste losgelassen wird.
Der Scancode ist eindeutig auf die Tastaturverdrahtung bezogen und hängt nicht direkt von den auf der Tastenoberfläche aufgedruckten Bezeichnungen ab. Das Programm benötigt aber nicht die Seriennummer der gedrückten Taste, sondern den ASCII-Code, der dem Zeichen auf dieser Taste entspricht. Es ist wichtig zu verstehen, dass dieser Code nicht vollständig vom Scancode abhängig ist, da dem gleichen Schlüssel mehrere Werte zugewiesen werden können. Sie hängt unter anderem vom Zustand anderer Tasten (z. B. dient die 0-Taste auch zur Eingabe eines Zeichens), wenn sie zusammen mit der Taste gedrückt wird, und Systemeinstellungen ab. Auf diese Weise können Sie das Tastaturlayout (dh die Reihenfolge der Tasten darauf) variieren.
Alle Umwandlungen des Scancodes in den ASCII-Code werden per Software durchgeführt. Diese Funktionen werden in der Regel von den entsprechenden BIOS-Modulen übernommen. Um kyrillische Zeichen zu codieren, werden diese Module um Tastaturtreiber erweitert (sie sind jetzt in Betriebssystemen enthalten).
Das Diagramm (Fig. 3) erläutert die Funktionsweise des Tastaturcontrollers.
G-Taktgenerator; MF-Zähler; C ist ein Selektor.
Abb. 3. Die einfachste Tastaturstruktur
Der Decoder fragt sequentiell den Zustand der Tasten ab, die sich in den X-Spalten der Tastaturmatrix befinden. Wenn eine Taste gedrückt wird, geht das Signal über einen geschlossenen Kontakt zum entsprechenden horizontalen Bus Y und über den Selektor (Register) zum Eingang des PLA (ROM). Die Signale von Decoder und Selektor bilden den Adresseingang des PLM (ROM), in dessen Zellen die Zeichencodes (ihre niedrigstwertigen Ziffern) aufgezeichnet sind. Der Zeichencode wird in das Ausgangsregister geschrieben. Die oberen Ziffern des Codes werden durch den Inhalt eines speziellen Registers bestimmt, das seinen Wert nur ändert, wenn die Registerwechseltaste gedrückt wird (Shift, Alt usw.).
Maus
Eine Maus ist ein zweidimensionaler analoger Manipulator, der mit einem Personalcomputer verbunden und mit einer, zwei oder drei Tasten auf der oberen Abdeckung und möglicherweise einem Rad ausgestattet ist.
Die Maus arbeitet mit dem Bildschirm zusammen und steuert die Bewegung des Cursors (Zeigers) darauf. Am beliebtesten sind Mäuse mit zwei Tasten. Beispielsweise kann mit einer Taste eine Funktion gestartet und mit der anderen abgebrochen werden. Bei Grafiksystemen kann einer den Textmarker ein- und der andere ausschalten. Es gibt Mäuse mit zusätzliche Geräte zum Scrollen (Scrollen ist das Scrollen nach oben, unten, links oder rechts von einem großen Bild, wie z. B. Text (oder einer WEB-Seite), das nicht vollständig auf den Bildschirm passt). Es gibt Mäuse mit zwei Rädern, von denen jedes das Scrollen entlang einer der Achsen "bewältigt". Einige Mäuse sind mit einem zusätzlichen Knopf an der Seite des Gehäuses unter dem Daumen ausgestattet. Diese Taste kann neu programmiert werden, um verschiedene Aktionen auszuführen. Die ersten Mäuse hatten ein mechanisches Design. Es verwendete eine kleine Kugel, die durch die Unterseite des Geräts ragte und sich drehte, als sie sich über die Oberfläche bewegte. Mechanische Bewegungen (linear oder winklig) werden in Binärcodes umgewandelt. Zum Beispiel mechanisch Maus(Abb.4) enthält eine Kugel, die sich dreht, wenn das Gerät auf einer ebenen Fläche bewegt wird.
In diesem Schema:
1. Ballkontrolle
2. Fenster zum Platzieren der Kugel
3. Eine Kontaktrolle, die den Cursor entlang der x- und y-Achse auf dem Bildschirm bewegt.
4. Gerichtete Lichtquelle.
5. Trittscheibe
6. Fotozelle
7. Elektrische Impulse am Ausgang der Fotozelle.
8. Steuertasten
9. Steuereinheit der Manipulatoren und Verbindungsblock zwischen dem Manipulator und dem Computer.
Arbeitsprinzip.
Beim Bewegen der Maus auf einer horizontalen Fläche dreht sich die Steuerkugel und überträgt die Drehung auf eine der Kontaktrollen der x- oder y-Achse. Zusammen mit den Rollen dreht sich die Stufenscheibe. Wenn es gedreht wird, blockiert es den Zugang des Lichtstroms zur Fotozelle (Fotodiode, Fototransistor oder Fotowiderstand). Dieser Modus erzeugt am Ausgang der Fotozelle eine Gruppe elektrischer Impulse, die der Steuereinheit des Manipulators zugeführt werden. Somit wird die Drehung der Kugel in die Drehwinkel der Stufenscheibe entlang der Achsen umgewandelt X Und Y und von zwei Zählern erfasst. Da der von der Maus zurückgelegte Weg proportional zu diesen Winkeln ist, bestimmen die Zählercodes die Position der Maus auf der Oberfläche. Dieselben Codes, die an den Prozessor übertragen werden, steuern die Position der Markierung auf dem Monitorbildschirm.
Neben Zählern enthält die Maus Schaltflächen, deren Informationen auch in dem an den Prozessor übermittelten Code enthalten sind.
Zu den Nachteilen mechanischer Mäuse gehört der Platzbedarf für ihre Arbeit (auf Schreibtischen ist meist immer zu wenig Platz). Außerdem gehen oft mechanische Teile kaputt. Mäuse neigen dazu, Schmutz aufzunehmen, was zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit ihrer Funktion führt. Daher muss dieses Gerät regelmäßig gereinigt werden, obwohl es auf einer sauberen Tischoberfläche zu funktionieren scheint. Die Billigkeit und Einfachheit mechanischer Mäuse machte sie zu den am häufigsten verwendeten Geräten.
Eine Alternative zu einer mechanischen Maus ist eine optische Maus.
Im modernen optische Maus ein völlig anderes Prinzip wird verwendet (Abb. 5).
In diesem Schema:
1. Oberflächentabellen.
2. Körper des Manipulators.
3.4. Steuertasten.
5. Gerichtete monochrome Lichtquelle.
6. Fenster im Körper des Manipulators zur Beleuchtung der Tischoberfläche.
Arbeitsprinzip.
Eine optische Maus verwendet eine Miniatur-Videokamera, um die Oberfläche mit 1500 Aufnahmen pro Sekunde abzutasten. Zur Beleuchtung der Oberfläche wird eine LED verwendet. Die in Binärcode umgewandelten Rahmen der Tischoberfläche werden im Speicher des Manipulators aufgezeichnet.
Der Prozessor wählt sequentiell Rahmen aus dem Speicher aus, vergleicht sie miteinander und berechnet auf der Grundlage des Vergleichs die Route zum Bewegen des Cursors auf dem Monitorbildschirm entlang der x- und y-Achse. Der Prozessor überwacht auch das von den Steuertasten kommende Signal. Alle Daten werden über die Kommunikationseinheit zum PC übertragen.
Der Verzicht auf bewegliche Teile und die hohe Genauigkeit sind die Vorteile dieses Verfahrens.
Die Qualität einer Maus wird durch ihre Auflösung bestimmt, die durch die Anzahl der Punkte oder Messwerte pro Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) gemessen wird. Wenn die Maus eine Auflösung von 1000 Abtastungen/Zoll hat und sich einen Zoll bewegt, erzeugt die elektronische Schaltung 1000 Impulse (die übliche Auflösung einer optischen Maus beträgt etwa 400 Abtastungen/Zoll). Der Maustreiber, der diese Informationen erhalten hat, mittelt sie in Abhängigkeit von der Grafikauflösung des Monitors und positioniert dementsprechend den Cursor auf seinem Bildschirm.
Klaviatur- Tastatursteuergerät für einen Personalcomputer. Wird verwendet, um alphanumerische (Zeichen-)Daten sowie Steuerbefehle einzugeben. Am einfachsten ist die Kombination aus Monitor und Tastatur Benutzeroberfläche. Die Tastatur steuert das Computersystem, und der Monitor erhält davon Feedback.
Existiert drei Haupttypen Schlüsselmechanismus: Membran, halbmechanisch Und mechanisch. Folientastaturen sind in der Regel um ein Vielfaches günstiger als mechanische Tastaturen.
Folientastaturen
Der Name rührt daher, dass beim Drücken einer Taste zwei Membranen geschlossen werden. Die Rückgabe des Schlüssels erfolgt durch eine Gummikuppel (mit einer "Mine" in der Mitte). Eine Zwischenfolie mit Löchern dient der Trennung der Membranen.
Da sich die Membranen auf den Innenseiten der Folien befinden, ist das Design beispielsweise vor verschüttetem Kaffee gut geschützt.
In einer sichereren Implementierung sieht alles aus wie eine einzelne Gummimatte mit hervorstehenden Kuppeln, die sich unter den Tasten befinden.
Pluspunkte Folientasten sind Sicherheit, wenig Lärm Und Preis.
Minus dieser Art - Zerbrechlichkeit.
Halbmechanische Tastaturen
Diese Tastaturen verwenden haltbarere und nicht scheuernde Metallkontakte. All dies wird auf der Leiterplatte platziert. Der Schlüssel wird von einer Gummikuppel zurückgegeben.
Mechanische Tastaturen
Im mechanischen Bei Tastaturen wird die Taste durch eine Feder zurückgestellt.
Mechanische Tastaturen müssen nicht ganz nach unten gedrückt werden, um ein Signal zu registrieren, daher ist die Kraft, mit der die Taste verschoben wird, die einzige Kraft, die Sie aufbringen müssen, um das Signal zu registrieren. Das Anschlagen einer Taste am Tastaturrahmen ist nicht mehr notwendig.
Minuspunkte so ein Mechanismus: Mangel an Dichtigkeit, Preis.
Plus Ist Haltbarkeit Und Zuverlässigkeit, besonders wenn die Kontakte vergoldet sind.
Haltbarkeit (Anzahl der Klicks, bei denen ein zuverlässiger Kontakt gewährleistet ist):
für Folientastaturen: 10-30 Millionen;
für mechanisch (semi-mechanisch): 50 Millionen und sogar 100 Millionen für vergoldete Kontakte.
Für einen durchschnittlichen Benutzer halten 20 Millionen bei normalem Betrieb 10 Jahre oder länger. In dieser Zeit werden sich mindestens 2 Tastaturgenerationen ändern.
Funktionsprinzip.
Die Grundfunktionen der Tastatur benötigen keine Treiberunterstützung.
Die für den Einstieg in den Computer erforderliche Software befindet sich bereits auf dem ROM-Chip (Read Only Memory) im BIOS (Basic Input/Output System), sodass der Computer sofort nach dem Einschalten auf Tastenanschläge reagiert.
Der Prozessor-Controller scannt die Schlüsselschalter und wenn Sie eine beliebige Taste drücken, wird ein eindeutiger Ein-Byte-Scan-Code übertragen. Wenn der Scancode in den Prozessor eintritt, wird ein Hardware-Interrupt initiiert. Der Scancode wird vom Prozessor analysiert und in einen Zeichencode umgewandelt. Der resultierende Zeichencode wird dann in einem kleinen Speicherbereich abgelegt, der als Tastaturpuffer bekannt ist. Das eingegebene Zeichen wird im Tastaturpuffer gespeichert, bis es von dem Programm, für das es bestimmt war, beispielsweise einem Texteditor oder einer Textverarbeitung, von dort genommen wird. Wenn Zeichen häufiger in den Puffer gelangen als herausgenommen werden, tritt der Pufferüberlaufeffekt auf. In diesem Fall stoppt die Eingabe neuer Zeichen für eine Weile. In der Praxis hören wir an diesem Punkt, wenn wir eine Taste drücken, einen Warnton und beobachten die Dateneingabe nicht.
Jeder Taste ist ein eindeutiger Zahlencode zugeordnet, und es gibt spezielle Tastaturcodierungstabellen, die in der Regel in einem speziellen Chip gespeichert sind - dem Zeichengenerator des Prozessors. Um die Tastaturcodierung zu ändern, verwenden Sie spezielle Programme- Tastaturtreiber. Moderne Tastaturen können nicht nur Daten an den Prozessor senden, sondern auch Befehle von ihm empfangen.
Keyboard-Komposition.
ALPHANUMERISCHE TASTEN
Entwickelt für die Eingabe symbolischer Informationen und per Buchstaben eingegebener Befehle. Jede Taste kann in mehreren Modi (Registern) arbeiten und dementsprechend zur Eingabe mehrerer Zeichen verwendet werden.
FUNKTIONSTASTEN (F1- F12)
Die diesen Tasten zugewiesenen Funktionen hängen von den Eigenschaften des jeweils laufenden Programms und in einigen Fällen von den Eigenschaften des Betriebssystems ab. F1 ruft das Hilfesystem auf, in dem Sie Hilfe zur Bedienung anderer Tasten finden.
SERVICESCHLÜSSEL
SCHICHT; EINGEBEN; ALT; STRG; TAB; ESC; RÜCKTASTE;
BILDSCHIRM DRUCKEN- Drucken des aktuellen Bildschirmzustands auf dem Drucker (für MS-DOS) oder Speichern in einem speziellen Bereich des RAM, der als Zwischenablage bezeichnet wird (für Windows).
SCROLL-SPERRE- Umschalten des Betriebsmodus in einigen (meist veralteten) Programmen.
PAUSE/UNTERBRECHUNG– Aussetzung/Unterbrechung des laufenden Prozesses.
CURSORSTEUERUNG
Mauszeiger- ein Bildschirmelement, das den Ort für die Eingabe von Zeicheninformationen angibt, das bei der Arbeit mit Programmen verwendet wird, die Daten und Befehle über die Tastatur eingeben. Mit den Cursortasten können Sie die Eingabeposition steuern.
RAUF RUNTER LINKS RECHTS
HEIM Und ENDE bewegt den Cursor an den Anfang bzw. das Ende der aktuellen Zeile. Ihre Aktion wird auch durch Registertasten modifiziert.
EINFÜGUNG schaltet den Dateneingabemodus um (Umschalten zwischen Einfüge- und Überschreibmodus). Wenn sich der Textcursor innerhalb des bestehenden Textes befindet, werden im Einfügemodus neue Zeichen eingegeben, ohne vorhandene Zeichen zu ersetzen (der Text scheint auseinander geschoben zu werden). Im Ersetzungsmodus ersetzen neue Zeichen den Text, der zuvor an der Eingabeposition war.
LÖSCHEN dient zum Löschen von Zeichen, die sich rechts von der aktuellen Cursorposition befinden. Die Position der Eingabeposition bleibt unverändert.
ZUSÄTZLICHE PLATTE
dupliziert die Aktion der numerischen und einiger symbolischer Tasten des Hauptpanels.
Tastatur-Setup.
PC-Tastaturen haben eine Zeichenwiederholungsfunktion, die verwendet wird, um den Eingabeprozess zu automatisieren. Es besteht darin, dass bei längerem Halten des Schlüssels die automatische Eingabe des damit verbundenen Codes beginnt.
Tastatur - eine Tastatursteuervorrichtung für einen Personalcomputer. Dient zur Eingabe alphanumerisch (Zeichen) Daten und Steuerbefehle. Am einfachsten ist die Kombination aus Monitor und Tastatur Benutzeroberfläche. MIT mit der Tastatur das Computersystem steuern und mit Hilfe des Monitors eine Antwort von ihm erhalten.
Funktionsprinzip. Die Tastatur gehört dazu Standard bedeutet persönlicher Computer. Seine Hauptfunktionen müssen nicht durch spezielle Systemprogramme (Treiber) unterstützt werden. Die notwendige Software, um mit einem Computer zu arbeiten, ist bereits im ROM-Chip als Teil des Basis-E / A-Systems verfügbar (BIOS) und daher reagiert der Computer sofort nach dem Einschalten auf Tastenanschläge. Das Funktionsprinzip der Tastatur ist wie folgt.
10) Wenn Sie eine Taste (oder Tastenkombination) drücken, gibt ein spezieller Mikroschaltkreis, der in die Tastatur eingebaut ist, das sogenannte aus Scan-Code.
11) Der Scancode tritt in die Mikroschaltung ein, die die Funktionen ausführt Hafen Tastaturen. (Ports sind spezielle hardwarelogische Geräte, die für die Kommunikation des Prozessors mit anderen Geräten verantwortlich sind.) Dieser Mikroschaltkreis befindet sich auf der Hauptplatine des Computers innerhalb der Systemeinheit.
12) Der Tastaturport gibt einen Interrupt an den Prozessor aus ( Unterbrechen- zeitweiliger Stopp der Ausführung eines Programms, um umgehend ein anderes, im Moment wichtigeres (Prioritäts-)Programm) mit einer festen Nummer auszuführen. Für Tastatur-Interrupt-Nummer - 9 (Unterbrechung 9, Int9).
13) Nach Erhalt eines Interrupts verschiebt der Prozessor die aktuelle Arbeit und greift entsprechend der Interrupt-Nummer auf einen speziellen Bereich des RAM zu, in dem die sog Vektor unterbrechen. Der Interrupt-Vektor ist eine Liste von Adressdaten mit fester Satzlänge. Jeder Eintrag enthält die Adresse des Programms, das die Unterbrechungsnummer bedienen muss, die mit der Eintragsnummer übereinstimmt.
14) Nachdem die Adresse des Beginns des Programms bestimmt wurde, das die Unterbrechung verarbeitet, fährt der Prozessor mit seiner Ausführung fort. Das einfachste Programm Die Tastatur-Interrupt-Verarbeitung ist im ROM-Chip "fest verdrahtet", aber Programmierer können ihr Programm stattdessen "ersetzen", wenn sie die Daten im Interrupt-Vektor ändern.
15) Das Interrupt-Handler-Programm leitet den Prozessor zum Tastaturport, wo es den Abtastcode findet, ihn in seine Register lädt und dann unter der Steuerung des Handlers bestimmt, welcher Zeichencode diesem Abtastcode entspricht.
17) Der Prozessor stoppt die Verarbeitung des Interrupts und kehrt zu der anhängigen Aufgabe zurück.
Das eingegebene Zeichen wird im Tastaturpuffer gespeichert, bis es von dem Programm, für das es bestimmt war, beispielsweise einem Texteditor oder einer Textverarbeitung, von dort genommen wird. Wenn Zeichen häufiger in den Puffer gelangen als herausgenommen werden, tritt der Pufferüberlaufeffekt auf. In diesem Fall stoppt die Eingabe neuer Zeichen für eine Weile. In der Praxis hören wir an diesem Punkt, wenn wir eine Taste drücken, einen Warnton und beobachten die Dateneingabe nicht.
Neben der Maus oder dem Touchpad ist die Tastatur das primäre Eingabegerät für den Benutzer.
Moderne Tastaturen, auch PC/AT-Tastaturen genannt, haben 101 Tasten, obwohl bei einigen Modellen, insbesondere solchen, die für die Verwendung in Laptops entwickelt wurden, möglicherweise einige Tasten fehlen.
Die Anordnung der Tasten auf der Tastatur wird Tastaturlayout genannt. Für jede Sprache ist das Tastaturlayout etwas anders, aber die Haupttastenblöcke bleiben immer gleich.
Jede Tastatur enthält also Funktionstasten, alphanumerische Tasten, Ziffernblocktasten, Cursortasten und verschiedene Service- und Steuertasten. Betrachten wir sie genauer und finden Sie gleichzeitig heraus, wo sie auf der Tastatur platziert sind.
Die Funktionstasten sind die Tasten F1 bis F12. Sie befinden sich in einer horizontalen Reihe oben auf der Tastatur. Sie dienen dem schnellen Aufruf bestimmter Funktionen der aktuellen Anwendung. Je nach Anwendung kann sich ihr Einsatzzweck komplett ändern.
Alphanumerische Tasten befinden sich unter den Funktionstasten und nehmen 4 horizontale Reihen im linken und mittleren Teil der Tastatur ein. Diese Tasten werden verwendet, um Text, Textzeichen und Zahlen einzugeben. Dieser Block ändert sich je nach Sprache, in der sie gedruckt werden. Normalerweise enthält dieser Block die Schlüssel der englischen und nationalen Sprachen (für unser Land - englische und russische Layouts, manchmal auch Ukrainisch).
Numerische Tasten duplizieren numerische Tasten und einige Steuerelemente. Dies dient der bequemeren Arbeit mit Berechnungen. Der Block dieser Tasten befindet sich ganz rechts auf der Tastatur. Eine Reihe von Laptops haben diesen Block nicht, um Platz zu sparen.
Cursortasten werden verwendet, um den Cursor an eine bestimmte Position zu bewegen. Dies sind die Home-, End-, Pfeiltasten und andere. Sie befinden sich zwischen dem alphanumerischen Block und dem Ziffernblock.
Service- und Steuertasten sind Tasten, die Texteingabemodi und verschiedene Betriebssystemfunktionen steuern. Sie befinden sich in den unteren Ecken des Nummernblocks (Alt, Umschalt, Windows-Tasten), in der linken Spalte des Nummernblocks (Feststelltaste, Tab), neben den Funktionstasten und den Cursortasten.
Das Gerät und Funktionsprinzip der Tastatur
Wenn wir uns die Tastatur als Gitter vorstellen, befinden sich die Tasten am Schnittpunkt der vertikalen und horizontalen Balken.
Es funktioniert wie folgt. Die horizontalen Linien sind erregt. Wenn kein Druck ausgeübt wird, schließen sich die horizontalen und vertikalen Leitungen nicht und auf den horizontalen Leitungen liegt ein logisches Einheitssignal an (es liegt Spannung an den Leitungen an). An den vertikalen Linien wird abwechselnd eine logische Null angelegt.
Die horizontalen Linien werden nacheinander abgefragt. Wenn die Taste gedrückt wird, werden die vertikalen und horizontalen Linien geschlossen, und die horizontale Linie wird auf das logische Nullsignal gesetzt, das von der vertikalen Linie empfangen wird.
Wenn Sie wissen, an welcher vertikalen Linie Null angelegt wurde und welche horizontale Linie anstelle von Eins ein Nullsignal lieferte, können Sie die gedrückte Taste genau bestimmen.
Dies ist der Tastaturcontroller. Er ordnet dem empfangenen Signal einen sogenannten Scan-Code zu. Danach gibt er dem zentralen Prozessor eine Unterbrechungsanforderung und sendet ihm den Scancode der gedrückten Taste.
Die Tastatur hat auch einen eigenen Puffer zum Speichern des Scancodes der gedrückten Tasten. Es ist für Fälle gedacht, in denen mehrere Tasten gleichzeitig gedrückt werden. Mit einem Puffer verarbeitet der Prozessor diese Tastenanschläge oder gleichzeitig gedrückten Tastenkombinationen.
Es gibt eine kleine Nuance im Schlüsselcode. Der an den Prozessor übermittelte Scancode ist nicht dieselbe Buchstabenbezeichnung, die auf dem Schlüssel aufgedruckt ist. Es ist nur die Nummer der Taste, die gedrückt wurde. Der Wert des Schlüssels selbst wird durch den ASCII-Code des Schlüssels bestimmt. Derselbe Schlüssel kann mehreren Werten in diesem Code entsprechen. Die Konvertierung des Scan-Codes in den ASCII-Code erfolgt durch das Software-BIOS und den Tastaturtreiber.
Laptop-Tastatur
In einem Laptop, wie in persönlicher Computer, gibt es eine Tastatur, aber aufgrund der Tatsache, dass der Laptop ein einteiliges Produkt ist, ist die darin enthaltene Tastatur von größerem Wert als in einem normalen PC.
Aufgrund der geringen Größe des Laptops hat seine Tastatur ihre eigenen charakteristischen Merkmale.
Um nicht über den Tastaturblock hinauszuragen und den Bildschirm nicht zu zerkratzen, sind die Laptop-Tasten deutlich dünner als üblich und mit einer speziellen Slim-Vorrichtung versehen, um einen kurzen Tastenhub zu gewährleisten.
Um die Fläche der Tastatur selbst zu verkleinern, reduzieren die Hersteller die Größe der Tasten. Einige Modelle verfügen möglicherweise auch nicht über einen Ziffernblock auf der rechten Seite der Tastatur. Einige Tasten sind in einer kompakten Gruppe angeordnet, insbesondere die Cursortasten und die Servicetasten.
Um einige spezifische Aktionen bereitzustellen, die für die Arbeit mit Laptop-Komponenten ausgelegt sind, werden zusätzliche Funktionen auf den Tasten und neue Tastenkombinationen eingeführt, die für ein bestimmtes Modell spezifisch sind.
Diese Funktionen haben ihre Vor- und Nachteile.
Plus ist der weiche Tastenhub, ihr nahezu geräuschloser Betrieb, angenehme taktile Empfindungen.
Der Nachteil ist das Fehlen eines digitalen Blocks bei einigen Modellen, ein nicht standardmäßiges Layout und eine geringe Größe einiger Tasten.
Ein weiterer Nachteil im Vergleich zu einer Computertastatur ist das Problem des Austauschs und der Tastatur. Eine Computertastatur ist kostengünstig und einfach zu wechseln. Seine Demontage, Reinigung und Reparatur ist viel einfacher und viel billiger als ähnliche Arbeiten mit einer Laptop-Tastatur.
Betrachten Sie also die Hauptprobleme und Pannen der Laptop-Tastatur und wie Sie sie beheben können.
Defekte und Reparaturen von Laptop-Tastaturen
Wie bei jedem Gerät gibt es zwei Haupttypen von Ausfällen – Ausfälle aufgrund des Verschuldens des Laptop-Benutzers und Hardwareausfälle.
Ausfälle durch Verschulden des Benutzers sind bei diesem Gerät am häufigsten.
Die häufigste Ursache ist verschüttete Flüssigkeit auf der Tastatur. Um dies zu verhindern, stellen Sie keine Flüssigkeiten in die Nähe des Laptops und trinken Sie nichts, während Sie daran sitzen. Wenn das Problem bereits aufgetreten ist, sammeln Sie die Flüssigkeit vorsichtig mit Watte und Servietten von der Tastatur und bringen Sie sie zum Servicecenter. Es wird auch empfohlen, den Akku aus dem Laptop zu entfernen. Es ist zu beachten, dass je früher Sie sich an das Servicecenter wenden, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Flüssigkeit keine Zeit hat, in den Laptop einzudringen. Beim Zerlegen selbst oder durch Ungeübte kann Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses gelangen und zu weitaus schwerwiegenderen und kostspieligeren Schäden führen.
Außerdem kann die Tastatur unter starken Schlägen auf die Tasten leiden. Dadurch gehen mit der Zeit einige Tasten kaputt oder fliegen heraus. Wenn Sie über geeignete Schlüssel verfügen, können Sie diese selbst ersetzen. Wenn diese jedoch nicht vorhanden sind oder der Druckmechanismus selbst defekt ist, geben Sie ihn besser an ein Servicecenter weiter. Um dieser Fehlfunktion vorzubeugen, ist ein sorgsamer Umgang mit den Schlüsseln erforderlich.
Manchmal sind die Tasten schlecht gedrückt, klebrig oder werden sogar nicht mehr gedrückt. Das liegt daran, dass beim Essen an der Tastatur diese mit der Zeit verstopft. Die Tasten lassen sich nicht mehr drücken oder sind aufgrund von Schmutz darunter schwer zu drücken. Manchmal wird die Tastatur mit Staub verstopft. Im Falle einer normalen Tastatur ist sie leicht zu reinigen, aber die Laptop-Tastatur verwendet ihre eigenen Tastaturhalterungen. Bei der Demontage können Sie das Kabel beschädigen oder die Tasten brechen. Daher würde es nicht schaden, die Tastatur regelmäßig zur Reinigung in ein Servicecenter zu geben, um diesem Problem vorzubeugen. Sie können dieses Verfahren mit der Reinigung des Laptops von Staub in einem Servicecenter kombinieren.
Hardwarefehler umfassen Schäden an den Schleifenkontakten, Schäden an der Schleife selbst, Fehler des Tastaturcontrollers, der Tastaturplatine und andere. Es wird empfohlen, alle Hardwarestörungen in einem Servicecenter durchführen zu lassen. Dies ist eine subtile Reparatur, die ohne Erfahrung und die richtige Ausrüstung nicht durchgeführt werden kann.
Außerdem sollte bedacht werden, dass die Reparatur der Hardware in manchen Fällen teurer sein kann, als die Tastatur durch eine neue zu ersetzen. Nach der Diagnose ist es nicht überflüssig, den Preis für Reparaturen und den Preis einer neuen Tastatur zu vergleichen. Den Austausch sollte man lieber Spezialisten anvertrauen, da ein bestimmtes Laptop-Modell eine eigene Art der Tastaturbefestigung und ein eigenes Modell hat, das nur ausgewählt und eingebaut werden kann.
Vortrag 6
Tastatur: Peripheres Eingabegerät
Tastaturtypen:
Einfache Tastaturen mit einem Standard-Tastensatz (alphabetisch, numerisch, Funktion usw.)
INMultimedia-Tastaturen Zusätzlich zu den Standardtasten wurden Multimediatasten hinzugefügt. Diese Tastaturen erleichtern die Arbeit mit Multimedia
Gaming-Tastaturen für den Einsatz in Spielen konzipiert.
Bei der Auswahl einer Tastatur können Sie auch auf deren technische Parameter achten. Zu diesen Parametern gehört der Tastenmechanismus der Tastatur.
Es gibt drei Haupttypen: Membran, mechanisch und halbmechanisch.
IN Folientastatur - eine elektronische Tastatur ohne separate mechanische bewegliche Teile, die in Form einer flachen, normalerweise flexiblen Oberfläche mit einem darauf gedruckten Tastenmuster hergestellt ist. Tastaturen dieses Typs zeichnen sich durch sehr niedrige Kosten, außergewöhnliche Kompaktheit (Dicke beträgt Bruchteile eines Millimeters), Biegefähigkeit, hohe Zuverlässigkeit und nahezu perfekten Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit aus. Der Hauptnachteil ist das fast vollständige Fehlen von taktiler Rückmeldung, was ein genaues und blindes Tippen erschwert. Um diesen Mangel auszugleichen, verfügen Folientastaturgeräte in der Regel über eine akustische Bestätigung des Tastendrucks. Außerdem wird die Belastung der Membranen nicht durch das „Pusher-Cap“-System (siehe unten) „dosiert“, sondern allein durch die Finger des Bedieners bestimmt, was die Lebensdauer der Membranen erheblich verkürzt.
In den 1980er Jahren wurden Folientastaturen in einigen Heimcomputern der unteren Preisklasse verwendet. Derzeit werden sie weiterhin in Haushaltsgeräten verwendet (z. B. in Mikrowellen), Spezial- und Industrieausrüstung. Moderne Computertastaturen verwenden eine kombinierte Technologie aus Membran-, Gummi- und mechanischen Tastaturen, bei denen das Drücken einer Kunststofftaste durch die Gummikappe drückt, ein taktiles Feedback liefert und auf die Membran drückt. Arbeitsprinzip.
Die Folientastatur besteht in der Regel aus drei Schichten. Auf zwei davon sind Leiterbahnen aufgebracht. Die dritte, isolierende Schicht trennt. An den Stellen, an denen sich die Tasten befinden, hat es Aussparungen, so dass sich die Spuren der oberen und unteren Ebene berühren, wenn sie gedrückt werden. Die Dicke der Schichten der Tastatur beträgt normalerweise nicht mehr als die Dicke von Papier oder Karton.
INmechanische Tastaturen Metallfedern werden verwendet, um die Schlüssel zurückzubringen. Tastaturschaltkreise dieser Art sind nicht sehr staub- und feuchtigkeitsgeschützt. Langlebigkeit ist ein großer Vorteil mechanischer Tastaturen.
Halbmechanische Tastaturen Dies ist eine Kreuzung zwischen Membran und Mechanik, bei der anstelle der unteren Membran eine Leiterplatte verwendet wird. Dieses Design gilt als langlebiger. Der Schlüssel kehrt auch mit einer Gummikuppel in seine ursprüngliche Position zurück. Manchmal mit einer kleinen Feder. In diesem Fall wird während des gesamten Pressens ein gleichmäßigerer Hub bereitgestellt. Die Federtechnologie hat aber einen besonderen Effekt: Die Taste wird auch bei nur teilweisem Drücken betätigt, während das Membrankonzept es Ihnen ermöglicht, Ihre Meinung während des Drückens zu ändern. Dies ist wichtig für Hochgeschwindigkeitsdruck. Der Preis für solche Geräte ist höher als für Membrantastaturen, aber abgesehen davon, dass sie einen gewissen Schutz vor Verschmutzung haben, halten diese Tastaturen länger.
Laser Tastaturen
Es besteht aus einer kleinen Projektorbox, mit der Sie das Tastaturbild auf jeder ebenen Fläche anzeigen können. Die Datenübertragung erfolgt drahtlos (over the air). Sie können die Helligkeit, den Klang der Tasten und die Empfindlichkeit einstellen. Dies garantiert zwar keine 100% ige Erkennung Ihrer Bewegungen, und außerdem schmerzen die Augen durch helles Licht. Es gibt noch ein Minus: Die Tastatur ist bei hellem Licht nicht sichtbar. Nun, die Kosten für dieses Gadget sind keineswegs gering.
IN drahtlose Tastaturen Es gibt drei Hauptverbindungsarten, nämlich Bluetooth-Verbindung, Infrarotverbindung und HF-Verbindung.
Tastaturen mit einer HF-Verbindung werden von einer Batterie oder über ein USB-Kabel mit Strom versorgt, das zum Aufladen der Tastatur verwendet wird. Tastaturen mit Infrarotverbindung müssen sich in Reichweite des Empfangsgeräts befinden. Tastaturen mit Funkverbindung haben eine größere Reichweite als Tastaturen mit Infrarotverbindung. Bluetooth-Tastaturen verwenden die Bluetooth-Technologie, um eine größere Reichweite als RF- und Infrarot-Tastaturen bereitzustellen. Tastaturen mit Funkverbindung bieten mehr Mobilität als Tastaturen mit Bluetooth- und Infrarotverbindung.
Kabelgebundene Tastaturen
PS/2 und USB sind zwei Arten von kabelgebundenen Verbindungen, die Tastaturen mit Computern verbinden.
Der PS/2-Anschluss erschien zuerst in auf Computern (Davor wurde es verwendet, um die Tastatur anzuschließen . Datenübertragungsrate - von 80 bis 300 Kb / s und hängt von der Leistung des angeschlossenen Geräts und der Software ab .
Von den sechs Pins im Stecker werden vier verwendet: Frequenz, Daten, Leistung, Masse. Dabei können sich die verwendeten Kontakte für den Datenbus und die Frequenz für die Tastatur von den Kontakten für den Anschluss der Maus unterscheiden. Auf diese Weise können Sie beide Geräte gleichzeitig verwenden, jedoch über einen Splitter.
Manche kann korrekt funktionieren, wenn Maus und Tastatur „falsch“ angeschlossen sind (d. h. wenn die Tastatur an den für die Maus vorgesehenen Anschluss angeschlossen ist und umgekehrt die Maus an den Tastaturanschluss angeschlossen ist) - dies liegt an der Tatsache dass jeder Stecker universell ist. Die Mehrheit Motherboards Bei falschem Anschluss (oder Trennung während des Betriebs) muss der Benutzer Geräte „richtig“ anschließen und manchmal .
Je nach Art der Tastaturhülle werden sie unterteilt in:
Traditionell (Standard)– herkömmliche AT-Tastaturen;
Ergonomisch. Tastaturdesigns dieser Art berücksichtigen die natürliche Position der Hände während des Tippens (bei solchen Designs wurde die Tastatur in der Mitte gebrochen, die Tasten standen im rechten Winkel zur natürlichen Position der Hände beim Tippen). Eine ergonomische Tastatur kann die Produktivität verbessern und die Gefahren bestimmter chronischer Krankheiten vermeiden.
Flexibel.- Die Tastatur besteht aus ungiftigem, hochelastischem Silikonkautschuk und sieht aus wie eine Art Teppich mit Vorsprüngen in verschiedenen Formen. Buchstaben und Symbole werden im Laufe der Zeit nicht gelöscht, da sie auf der Rückseite der Außenfolie aufgebracht sind. Die Außenfolie kann entweder matt oder glänzend sein. Der Hauptvorteil solcher Tastaturen ist der einfache Transport - sie wiegen nur etwa 350 Gramm und lassen sich leicht zu einer kompakten Rolle zusammenfalten. Sie sind gut vor Schmutz geschützt (wasserdicht), leicht zu reinigen und relativ leicht stoßfest. Sie sind geräuschlos und haben in einigen Implementierungen hintergrundbeleuchtete Tasten.
Aber es gibt auch Nachteile: Um eine Taste zu drücken, muss man etwas mehr Kraft aufwenden als auf einer herkömmlichen Tastatur. Das Drücken sollte streng in die Mitte fallen.
Das Programm kann die Tastatur auf verschiedene Arten verwenden. Es kann seine Ausführung verzögern, bis der Bediener eine Zahl eingibt oder bis eine Taste gedrückt wird. Während einige Arbeiten ausgeführt werden, kann das Programm periodisch überprüfen, ob der Bediener eine Taste gedrückt hat, die den Modus des Programms ändert. Residente Programme können alle Tastenanschläge steuern und werden aktiviert, wenn eine vorbestimmte Kombination gedrückt wird. Sie können zum Beispiel den von der Tastatur erzeugten Interrupt verwenden, um das Programm zu beenden.
Wie die Tastatur funktioniert
Was befindet sich in der Tastatur? Es stellt sich heraus, dass dort ein Computer steht! Nur dieser Computer besteht aus einem einzigen Mikroschaltkreis und führt spezielle Funktionen aus. Es verfolgt Tastenanschläge und sendet die Nummer der gedrückten Taste an den Zentralcomputer.
Die Tastatur besteht aus einer Reihe von Sensoren, die den Druck auf die Tasten wahrnehmen und einen bestimmten Stromkreis schließen. Lange Zeit wurden Tastaturen mit mechanischen Sensoren hergestellt. Moderne Tastaturen sind Membrantypen. Der Schalter ist eine Reihe von Membranen: aktiv - oben, passiv - unten, trennend.
Im Inneren des Tastaturgehäuses befinden sich neben Sensoren auch elektronische Signaldecodierungsplatinen.
Der Datenaustausch zwischen Tastatur und Systemboard erfolgt in 11-Bit-Blöcken (8 Bit plus Serviceinformationen) über eine 2-adrige Leitung (Signal und Masse).
Das Prinzip der Tastatur besteht darin, die Tastenschalter abzutasten. Das Schließen und Öffnen eines der Schalter entspricht einem eindeutigen digitalen Code (Scancode) von 1 Byte.
Die Tastatur wird über einen DIN- oder Mini-DIN-Anschluss mit der Systemplatine verbunden.
Auf der Systemplatine übernimmt eine spezielle Mikroschaltung den Empfang und die Verarbeitung von Signalen von der Tastatur -Tastatur-Controller.
Wenn wir ein stark vereinfachtes schematisches Diagramm der Tastatur betrachten, können wir sehen, dass sich alle Tasten in den Knoten der Matrix befinden:
Alle horizontalen Leitungen der Matrix sind über Widerstände mit einer Stromversorgung von +5 V verbunden.Der Tastaturcomputer hat zwei Anschlüsse - Ausgang und Eingang. Der Eingangsport ist mit den horizontalen Linien der Matrix (X0-X4) verbunden, und der Ausgangsport ist mit den vertikalen Linien (Y0-Y5) verbunden.
Indem der Reihe nach auf jeder der vertikalen Leitungen der Spannungspegel eingestellt wird, der einer logischen 0 entspricht, fragt der Tastaturcomputer den Zustand der horizontalen Leitungen ab. Wenn keine Taste gedrückt wird, entspricht der Spannungspegel auf allen horizontalen Leitungen einer logischen 1 (weil alle diese Leitungen über Widerstände mit der +5 V-Stromversorgung verbunden sind).
Wenn der Bediener eine beliebige Taste drückt, werden die entsprechenden vertikalen und horizontalen Linien geschlossen. Wenn der Prozessor den Wert einer logischen 0 auf dieser vertikalen Linie einstellt, entspricht der Spannungspegel auf der horizontalen Linie ebenfalls einer logischen 0.
Sobald der Pegel der logischen 0 auf einer der horizontalen Linien erscheint, fixiert der Tastaturprozessor den Tastenanschlag. Er sendet eine Unterbrechungsanforderung und eine Schlüsselnummer in der Matrix an den Zentralcomputer. Ähnliche Aktionen werden ausgeführt, wenn der Bediener die zuvor gedrückte Taste loslässt.
Die vom Tastaturprozessor gesendete Tastennummer steht in eindeutigem Zusammenhang mit dem Layout der Tastaturmatrix und hängt nicht direkt von den auf der Oberfläche der Tasten aufgedruckten Bezeichnungen ab. Diese Nummer wird als Scan-Code bezeichnet.
Das Wort "scannen" bezieht sich auf die Tatsache, dass der Tastaturcomputer die Tastatur scannt, um die gedrückte Taste zu finden.
Das Programm benötigt aber nicht die Seriennummer der gedrückten Taste, sondern den ASCII-Code, der der Bezeichnung auf dieser Taste entspricht. Dieser Code hängt nicht eindeutig vom Scancode ab, da Derselbe Schlüssel kann mehrere ASCII-Codewerte haben. Es hängt vom Zustand anderer Schlüssel ab. Beispielsweise wird die mit "1" beschriftete Taste auch zur Eingabe des Zeichens "!" (wenn sie zusammen mit der SHIFT-Taste gedrückt wird).
Daher werden alle Umwandlungen des Scancodes in den ASCII-Code durchgeführt Software. Typischerweise werden diese Konvertierungen von BIOS-Modulen durchgeführt. Um kyrillische Zeichen verwenden zu können, werden diese Module um Tastaturtreiber erweitert.
Wenn Sie die Taste drücken und nicht loslassen, wechselt die Tastatur in den automatischen Wiederholungsmodus. In diesem Modus wird der Code der gedrückten Taste nach einer bestimmten Zeitspanne, der so genannten Auto-Repeat-Periode, automatisch an den Zentralcomputer gesendet. Der Auto-Repeat-Modus erleichtert die Eingabe einer großen Anzahl identischer Zeichen über die Tastatur.
Es ist zu beachten, dass die Tastatur einen internen 16-Byte-Puffer enthält, über den sie mit dem Computer kommuniziert.
Treiberstack für Systemeingabegeräte
Tastaturtreiber verwenden unabhängig von physikalischen Verdrahtungsschemata Systemtastaturklassentreiber, um hardwareunabhängige Operationen zu handhaben. Fahrerdaten werden aufgerufenKlasse Fahrer , da sie die Anforderungen für eine bestimmte Klasse von Geräten bereitstellen, die vom System benötigt werden, aber nicht von der Hardwareimplementierung abhängen.
Dazugehörigenfunktionsfähiger Treiber (Port-Treiber) implementiert gerätespezifische E/A-Unterstützung. Das Windows-Betriebssystem für x86-Plattformen implementiert einen Tastatur- (i8042) und Maustreiber für ein einzelnes System.
Plug-and-Play-PS/2-Tastaturtreiber-Stack
Der Treiberstapel enthält (von oben nach unten):
Kbdclass - Tastaturklassenfiltertreiber der obersten Ebene;
optionaler Tastaturklassen-Filtertreiber der obersten Ebene;
i8042prt - funktionsfähiger Tastaturtreiber;
Bus-Root-Treiber.
Unter Windows 2000 und älter ist der Tastaturklassentreiber diekbdklasse , deren Hauptaufgaben sind:
Bereitstellung allgemeiner und geräteunabhängiger Geräteklassenoperationen;
Unterstützung Plug-and-Play,
gleichzeitige Ausführung von Operationen durch mehr als ein Gerät;
eine Implementierung der Callback-Routine des Klassendienstes, die vom Funktionstreiber aufgerufen wird, um Daten aus dem Eingabepuffer des Geräts an den Datenpuffer des Geräteklassentreibers zu übergeben.
In Windows 2000 und höher ist der funktionale Treiber für Eingabegeräte, die den PS/2-Anschluss verwenden (Tastaturen und Mäuse), deri8042prt , dessen Hauptfunktionen wie folgt sind:
Bereitstellen hardwareabhängiger simultaner Operationen von PS/2-Eingabegeräten (Tastaturen und Mäuse teilen sich gemeinsame Eingabe-Ausgabe-Ports, verwenden aber unterschiedliche Interrupts, Interrupt-Handling-Routinen (ISR) und Interrupt-Handling-Completion-Routinen);
Unterstützung Plug-and-Play, Power-Management-Unterstützung und Windows-Verwaltungsinstrumentation (WMI);
Unterstützung für den Betrieb von Legacy-Geräten;
Rufen Sie die Klassendienst-Rückrufroutine für die Tastatur- und Mausklassen auf, um Daten von dem i8042prt-Eingabedatenpuffer zu dem Klassentreiber-Datenpuffer zu übertragen;
Aufrufen einer Reihe von Rückruffunktionen, die High-Level-Filtertreiber für eine flexible Gerätesteuerung implementieren können.
Im Allgemeinen besteht der Gerätestapel (es ist richtiger, über den Stapel von Geräteobjekten zu sprechen) einer PS / 2-Tastatur aus:
Physical Keyboard Device Object (PDO), das vom Bustreiber erstellt wurde (in diesem Fall PCI-Bus) – \Gerät\00000066;
Keyboard Device Functional Object (FDO), das vom i8042prt-Treiber erstellt und an PDO angehängt wurde – unbenanntes Objekt;
optionale Filterobjekte für Tastaturgeräte, die von Tastaturfiltertreibern von Drittanbietern erstellt wurden;
Gerätefilterobjekt der obersten Ebene der Tastaturklasse, die vom Kbdclass-Klassentreiber erstellt wurde - \Device\KeyboardClass0.
Umgang mit Tastatureingaben durch Anwendungen
Das Microsoft Win32-Subsystem greift über den Raw Input Thread (RIT) auf die Tastatur zu, der Teil des csrss.exe-Systemprozesses ist. Operationssystem erstellt beim Start eine RIT- und Systemhardware-Eingabewarteschlange (SHIQ).
Die RIT öffnet das Geräteobjekt des Tastaturklassentreibers zur exklusiven Verwendung und sendet unter Verwendung der ZwReadFile-Funktion eine E/A-Anforderung (IRP) des Typs IRP_MJ_READ an sie. Beim Empfang einer Anforderung markiert der Kbdclass-Treiber sie als anstehend, stellt sie in eine Warteschlange und gibt einen STATUS_PENDING-Rückkehrcode zurück. Der unformatierte Eingabestrom muss mithilfe eines asynchronen Prozeduraufrufs (APC) auf den Abschluss des IRP warten.
Wenn der Benutzer eine der Tasten drückt oder loslässt, erzeugt der Systemtastaturcontroller einen Hardware-Interrupt. Dessen Handler ruft die spezielle Interrupt Service Routine IRQ 1 (Interrupt Service Routine, ISR) auf, die vom Treiber i8042prt im System registriert wird. Diese Prozedur liest die Daten, die aus der internen Warteschlange des Tastaturcontrollers erschienen sind. Die Hardware-Interrupt-Verarbeitung muss so schnell wie möglich sein, sodass die ISR den Deferred Procedure Call (DPC) I8042KeyboardIsrDpc in die Warteschlange stellt und beendet wird. Sobald dies möglich ist (IRQL sinkt auf DISPATCH_LEVEL), wird DPC vom System aufgerufen. An diesem Punkt wird die vom Kbdclass-Treiber im i8042prt-Treiber registrierte Rückrufprozedur KeyboardClassServiceCallback aufgerufen. Der KeyboardClassServiceCallback ruft die anhängige IRP-Anforderung aus seiner Warteschlange ab, füllt die maximale Anzahl von KEYBOARD_INPUT_DATA-Strukturen, die alle erforderlichen Informationen zum Drücken/Loslassen der Taste enthalten, und beendet das IRP. Der Roheingabestrom wacht auf, verarbeitet die empfangenen Informationen und sendet erneut ein IRP des Typs IRP_MJ_READ an den Klassentreiber, der erneut bis zum nächsten Drücken/Loslassen der Taste in die Warteschlange gestellt wird. Daher hat der Tastaturstapel immer mindestens ein ausstehendes IRP und befindet sich in der Kbdclass-Warteschlange des Treibers.
Mit dem Dienstprogramm IrpTracker, das von der zuvor erwähnten Firma Open Systems Resources entwickelt wurde, können Sie die Abfolge von Aufrufen verfolgen, die bei der Verarbeitung von Tastatureingaben auftreten.
Wie verarbeitet RIT eingehende Informationen? Alle eingehenden Tastaturereignisse werden in die Eingabewarteschlange der Systemhardware gestellt, wonach sie nacheinander konvertiert werden Windows-Meldungen(vom Typ WM_KEY*, WM_?BUTTON* oder WM_MOUSEMOVE) und am Ende der virtualisierten Eingabewarteschlange (VIQ) des aktiven Threads platziert. In Windows-Nachrichten werden Tastenscancodes durch virtuelle Tastencodes ersetzt, die nicht der Position der Taste auf der Tastatur entsprechen, sondern der Aktion, die die Taste ausführt. Der Codekonvertierungsmechanismus hängt vom aktiven Tastaturlayout, gleichzeitigen Tastendrücken (z. B. SHIFT) und anderen Faktoren ab.
Wenn sich ein Benutzer anmeldet, erzeugt der Windows Explorer-Prozess einen Thread, der die Taskleiste und den Desktop (WinSta0_RIT) erstellt. Dieser Thread ist mit dem RIT verbunden. Wenn der Benutzer MS Word startet, stellt der Thread, der das Fenster erstellt hat, sofort eine Verbindung zum RIT her. Danach wird der Thread, der Explorer gehört, von der RIT getrennt, da immer nur ein Thread mit der RIT verknüpft werden kann. Wenn eine Taste gedrückt wird, erscheint das entsprechende Element in SHIQ, was dazu führt, dass das RIT aufwacht, das Hardware-Eingabeereignis in eine Tastaturnachricht umwandelt und es im VIQ des MS Word-Anwendungsthreads platziert.
Arrays für Tastaturtastenzustände
Eine der Herausforderungen beim Entwerfen des Windows-Hardwareeingabemodells bestand darin, es fehlertolerant zu machen. Fehlertoleranz wird durch die unabhängige Verarbeitung von Eingaben durch Threads bereitgestellt, wodurch verhindert wird, dass ein Thread einen anderen negativ beeinflusst. Dies reicht jedoch nicht aus, um Threads zuverlässig voneinander zu isolieren, daher unterstützt das System ein zusätzliches Konzept – den lokalen Eingabezustand. Jeder Thread hat seinen eigenen Eingangszustand, dessen Informationen in der THREADINFO-Struktur gespeichert sind. Informationen zu diesem Zustand umfassen Daten über die virtuelle Eingabewarteschlange des Threads sowie eine Gruppe von Variablen. Letztere enthalten Steuerinformationen über den Zustand des Eingangs. Bezüglich der Tastatur werden folgende Informationen unterstützt: Welches Fenster hat den Tastaturfokus, welches Fenster ist gerade aktiv, welche Tasten sind gedrückt, wie ist der Zustand des Eingabecursors.
Die Information darüber, welche Tasten gedrückt werden, wird im synchronen Zustand des Schlüsselarrays gespeichert. Dieses Array ist in den lokalen Eingangszustandsvariablen jedes Threads enthalten. Gleichzeitig gibt es nur ein Array mit asynchronen Schlüsselzuständen, das ähnliche Informationen enthält und von allen Threads gemeinsam genutzt wird. Die Arrays spiegeln den aktuellen Zustand aller Tasten wider, und mit der GetAsyncKeyState-Funktion können Sie feststellen, ob die angegebene Taste derzeit gedrückt ist. GetAsyncKeyState gibt immer 0 (nicht gedrückt) zurück, wenn es von einem anderen Thread als dem aufgerufen wird, der das Fenster erstellt hat, das derzeit den Eingabefokus hat.
Die GetKeyState-Funktion unterscheidet sich von GetAsyncKeyState dadurch, dass sie den Status der Tastatur zu dem Zeitpunkt zurückgibt, zu dem die letzte Tastaturnachricht aus der Warteschlange des Threads abgerufen wurde. Diese Funktion kann jederzeit aufgerufen werden; es spielt für sie keine Rolle, welches Fenster den Fokus hat.
Tastaturfallen
Im Betriebssystem Microsoft Windows ist ein Trap oder Hook ein Mechanismus zum Abfangen von Ereignissen mit einer speziellen Funktion (z. B. Windows Message Passing, Maus- oder Tastatureingabe), bevor sie die Anwendung erreichen. Diese Funktion kann dann auf Ereignisse reagieren und diese gegebenenfalls ändern oder stornieren.
Funktionen, die Ereignisbenachrichtigungen erhalten, werden aufgerufenFilterfunktionen und unterscheiden sich in der Art der Ereignisse, die sie abfangen. Damit Windows eine Filterfunktion aufrufen kann, muss diese Funktion an einen Hook (z. B. einen Tastatur-Hook) angehängt werden. Das Anhängen einer oder mehrerer Filterfunktionen an einen Hook wird als Setzen des Hooks bezeichnet. Anwendungen verwenden die Win32-API-Funktionen SetWindowsHookEx und UnhookWindowsHookEx, um Filterfunktionen zu installieren und zu entfernen. Einige Haken können sowohl für das gesamte System als auch für einen bestimmten Thread gesetzt werden.
Wenn mehrere Filterfunktionen an denselben Hook angehängt werden, implementiert Windows eine Funktionswarteschlange, wobei die letzte angefügte Funktion am Anfang der Warteschlange und die allererste Funktion am Ende der Warteschlange steht. Die Filterfunktionswarteschlange (siehe Abbildung 8) wird von Windows selbst unterstützt, was das Schreiben von Filterfunktionen erleichtert und die Leistung des Betriebssystems verbessert.
Das System unterhält separate Ketten für jeden Hakentyp. Die Hook-Kette ist eine Liste von Zeigern auf Filterfunktionen (spezielle anwendungsdefinierte Callback-Funktionen). Wenn ein Ereignis auftritt, das einem bestimmten Hook-Typ zugeordnet ist, leitet das System eine Nachricht nacheinander an jede Filterfunktion in der Hook-Kette weiter. Die Aktion, die eine Filterfunktion ausführen kann, hängt von der Art des Hooks ab: Einige Funktionen können nur das Auftreten von Ereignissen überwachen, andere können Nachrichtenparameter ändern oder sogar die Nachrichtenverarbeitung stoppen, indem sie den Aufruf der nächsten Filterfunktion in der Hook-Kette blockieren oder die Nachrichtenverarbeitungsfunktion des Zielfensters.
Wenn eine oder mehrere Filterfunktionen an einen Hook angehängt sind und ein Ereignis eintritt, das den Hook auslöst, ruft Windows die erste Funktion in der Filterfunktionswarteschlange auf, und dafür ist es verantwortlich. Die Funktion ist dann für den Aufruf der nächsten Funktion in der Kette verantwortlich, was mit der Win32-API-Funktion CallNextHookEx erfolgt.
Das Betriebssystem unterstützt mehrere Arten von Hooks, von denen jeder Zugriff auf einen Aspekt des Windows-Messaging-Mechanismus bietet.
Allgemeines Verarbeitungsschema
Lassen Sie uns alle oben gewonnenen Erkenntnisse über das Tastatureingabeverfahren in einem einzigen Algorithmus verallgemeinern. Der Signalflussalgorithmus vom Drücken der Tasten auf der Tastatur durch den Benutzer bis zum Erscheinen von Zeichen auf dem Bildschirm kann also wie folgt dargestellt werden:
Das Betriebssystem erstellt beim Start einen unformatierten Eingabestrom und eine Eingabewarteschlange für die Systemhardware im Systemprozess csrss.exe.
Der Roheingabestrom sendet in einer Schleife Leseanforderungen an den Tastaturklassentreiber, die anstehen, bis Tastaturereignisse auftreten.
Wenn der Benutzer eine Taste auf der Tastatur drückt oder loslässt, erkennt der Tastaturmikrocontroller, dass die Taste gedrückt/losgelassen wird, und sendet den Scancode der gedrückten Taste und eine Unterbrechungsanforderung an den Zentralcomputer.
Die Systemtastatursteuerung empfängt den Scancode, wandelt den Scancode um, stellt ihn am I/O-Port 60h zur Verfügung und erzeugt einen CPU-Hardware-Interrupt.
Der Interrupt-Controller ruft die Interrupt-Routine IRQ 1, die ISR, auf, die vom Tastaturfunktionstreiber i8042prt im System registriert wird.
Die ISR-Prozedur liest die Daten, die aus der internen Warteschlange des Tastaturcontrollers erschienen sind, übersetzt die Scancodes in virtuelle Tastencodes (vom System definierte unabhängige Werte) und reiht den Aufruf in die verzögerte Prozedur I8042KeyboardIsrDpc ein.
So schnell wie möglich ruft das System das DPC auf, das wiederum die vom Kbdclass-Tastaturklassentreiber registrierte KeyboardClassServiceCallback-Rückrufprozedur aufruft.
Die KeyboardClassServiceCallback-Prozedur ruft eine ausstehende Anforderung aus dem Roheingabestrom aus seiner Warteschlange ab und gibt Informationen über die darin gedrückte Taste zurück.
Der Roheingabestrom speichert die empfangenen Informationen in der Eingabewarteschlange der Systemhardware und generiert darauf basierend grundlegende Windows-Tastaturnachrichten WM_KEYDOWN, WM_KEYUP, die am Ende der virtuellen Eingabewarteschlange VIQ des aktiven Threads platziert werden.
Die Nachrichtenschleife des Threads entfernt die Nachricht aus der Warteschlange und leitet sie zur Verarbeitung an die entsprechende Fensterprozedur weiter. In diesem Fall kann die Systemfunktion TranslateMessage aufgerufen werden, die basierend auf grundlegenden Tastaturnachrichten zusätzliche "Zeichen"-Nachrichten WM_CHAR, WM_SYSCHAR, WM_DEADCHAR und WM_SYSDEADCHAR erstellt.
