sprzęt komputerowy IBM. Rodzaje klawiatur, budowa i zasada działania
LABORATORIUM 4
URZĄDZENIA WEJŚCIOWE PC - klawiatura i mysz
Cel pracy
Celem pracy jest poznanie zasad działania klawiatury komputera PC, a także kontrola parametrów pracy klawiatury i myszy. Narzędzia Windowsa.
Podstawowe informacje
Klawiatura to urządzenie służące do wprowadzania informacji od użytkownika do komputera.
Typowa standardowa klawiatura komputera osobistego ma ponad 100 klawiszy, w tym klawisze alfanumeryczne, funkcyjne, księgowe i inne.
Klawisze alfanumeryczne umożliwiają użytkownikowi wprowadzanie cyfr, liter i znaków interpunkcyjnych. W Rosji najczęściej używane są układy rosyjski i angielski. Jednak użytkownik w ustawieniach systemowych komputera może wybrać dowolny układ klawiatury - od chińskiego po arabski. Jeśli wszystkie niezbędne symbole wybranego układu nie są narysowane na klawiszach klawiatury, sytuację można poprawić, kupując specjalne naklejki na klawiaturę.
Górny rząd klawiatury tworzą klawisze funkcyjne - od F1 do F12. Za pomocą klawiszy funkcyjnych lub ich kombinacji z innymi klawiszami można sterować komputerem, na przykład otwierać okno pomocy, okno eksploratora, włączać i wyłączać komputer.
Po prawej stronie klawiatury znajdują się tzw. klawisze rozliczeniowe – z obrazem liczb i symboli matematycznych, których użycie przyspiesza wpisywanie informacji liczbowych i pracę z nimi. Funkcję sterowania kursorem pełnią również klawisze rozliczeniowe.
Główne parametry nowoczesnych klawiatur
Kluczowy mechanizm. Decyduje przede wszystkim koszt klawiatury, a także wyczucie dotykowe (doznania dotykowe).
W przypadku klawiatur mechanicznych możesz wybierać z kliknięciem lub bez. Kliknięcie oznacza wyraźne dotknięcie naciśnięcia klawisza (wraz z dźwiękiem), co wielu ludziom się podoba.
opcje dotykowe.
Parametry dotykowe obejmują twardość klucza i długość skoku.
Twardość klawiszy zależy od tego, jak mocno jest wciśnięty.
Średni skok klawiszy wynosi 3,5 mm. Dla tych, którzy płynnie piszą na klawiaturze, preferowane jest krótsze pociągnięcie.
Oba parametry są określane przez gust użytkownika i sensownie dobierane dopiero po skumulowaniu osobiste doświadczenie. Po raz pierwszy wystarczy przejechać klawiaturę w sklepie.
Kolejnym parametrem dotykowym jest kliknięcie. Klawiatury są dostępne z kliknięciem lub bez. W dosłownym tłumaczeniu kliknięcie to kliknięcie. Dokładne tłumaczenie to dotykowa (tj. dotykowa) bariera, która pojawia się w trakcie naciskania i jest pokonywana kliknięciem (stąd nazwa). Realizuje to łukowata cienka płytka pod kluczem, która wygina się „szarpnięciem”.
Kliknięcie pozwala dokładnie wyczuć, że klawisz jest wciśnięty i nie pomijać liter podczas szybkiego wybierania. Kliknięcie podoba się wielu użytkownikom.
Zwykle kliknięcie występuje na klawiaturach mechanicznych, ponieważ nie zmienia to znacznie ich kosztu, ale czasami występuje również na innych typach klawiatur.
Współczynnik kształtu definiowanie klawiszy (zarówno Shift, Backspace, jak i Enter). Kiedy te klucze mają dogodny kształt i położenie, praca jest ułatwiona.
Klawisz Enter może mieć następujące kształty: prosty, w kształcie litery L i w kształcie litery L (należy odbić litery L i G względem pionu, aby uzyskać prawdziwy kształt klawisza Enter). Kształt litery L jest najwygodniejszy, ponieważ duży klawisz Enter można nacisnąć bez patrzenia na niego.
Układ cyrylicy. Istnieją dwa układy cyrylicy, z których jeden jest wygodniejszy.
Układ (tj. układ liter na klawiszach) cyrylicy jest dwojakiego rodzaju: Windows (rozpoznawany po położeniu litery E w lewym górnym rogu) i maszynopis (rozpoznawany po położeniu litery E w prawym dolnym rogu).
Układ maszynopisu, jak sama nazwa wskazuje, jest podobny do klawiszy na maszynie do pisania. Układ Windows pojawił się w systemie operacyjnym Windows. W porównaniu z maszynopisem wprowadzono do niego niewielkie, ale bardzo skuteczne ulepszenia. Na przykład bardzo rzadko używaną literę E przeniesiono w odległy kąt, a w jej miejsce umieszczono klawisz z często używaną kropką i przecinkiem. W układzie maszynopisu są one umieszczane w górnym rzędzie i pisane dużymi literami. Dziwne, że zagraniczna firma opracowała doskonalszy układ.
Niektórzy producenci stosują tylko rosyjski układ, niektórzy stosują oba, dając użytkownikowi wybór.
Cyrylica ma dwa kolory (litery znajdują się w prawym dolnym rogu klawiszy): czerwony (u większości producentów) i ciemny. W drugim przypadku cyrylica jest mylona z alfabetem łacińskim, nawet jeśli ten ostatni jest nałożony lekkim podwójnym konturem.
Ergonomiczna klawiatura. Tak zwane klawiatury ergonomiczne są znacznie mniej męczące dla użytkownika, choć zajmują więcej miejsca i są droższe.
Dostępna podpórka pod ręce. Stojaki redukują zmęczenie i poprawiają wygląd.
Dodatkowe grupy kluczy. Mogą to być Internet, multimedia i inne kluczowe grupy. Przyspiesz swoją pracę, umożliwiając mniej przełączania się do iz myszy. Lokalizacja klawiszy uśpienia powinna być taka, aby przypadkowo się nie zaczepiły.
Interfejs. Związany z rozwojem płyt głównych. Mówiąc o interfejsie, mają na myśli przewodowe klawiatury. Stosowane są następujące interfejsy:
PS/2.. Jest to cienkie okrągłe złącze - 6-pin miniDIN. Ten sam stosuje się do myszy PS/2 i żeby ich nie pomylić, specyfikacja PC”99 przewiduje różne kolory tych wtyczek: fioletowy dla klawiatury i zielony dla myszy.
USB. Może być używany ze wszystkimi mniej lub bardziej nowymi płytami głównymi, ponieważ te ostatnie mają porty USB i wsparcie w systemie BIOS. Złącze - płaskie, prostokątne
kształt Interfejs USB jest bardziej nowoczesny i zapewnia więcej funkcji, większą przepustowość niż starsze typy portów.
Jak działa klawiatura
Zasada działania klawiatury została przedstawiona na rys. 1. Niezależnie od mechanicznej realizacji procesu naciśnięcia klawisza, sygnał naciśnięcia klawisza jest rejestrowany przez kontroler klawiatury (np. 8049) i przesyłany w postaci tzw. zeskanuj kod do płyty głównej. Kod skanowania to liczba jednobajtowa, której 7 niższych bitów reprezentuje numer identyfikacyjny przypisany do każdego klawisza. Na płycie głównej PC do podłączenia klawiatury służy również specjalny kontroler. W przypadku komputerów typu AT zwykle używany jest uniwersalny układ interfejsu peryferyjnego. (Uniwersalny interfejs urządzeń peryferyjnych, UPI) 8049.
Kiedy kod skanu wchodzi do układu scalonego (8049), wówczas inicjowane jest przerwanie sprzętowe (IRQ 1), procesor zatrzymuje swoją pracę i wykonuje procedurę analizującą kod skanu. To przerwanie jest obsługiwane przez specjalny program, który jest częścią ROM-u BIOS. Gdy kod zeskanowany zostanie odebrany z klawiszy
Do pracy z klawiaturą używane są porty i przerwania. W odpowiedzi na przerwanie procedura serwisowa systemu BIOS w pamięci ROM odczytuje kod skanowania klawiszy z portu klawiatury (numer portu 96), a następnie wysyła do portu klawiatury polecenie wyczyszczenia bufora procesora klawiatury. Jeśli Jednostka systemowa nie reaguje na przerwania klawiatury, kody skanowania gromadzą się w buforze procesora klawiatury, chociaż kiedy normalna operacja to nie powinno się zdarzyć. Specjalny kod skanowania 255, wartość szesnastkowa FF, jest używany przez klawiaturę do wskazania, że jej bufor jest pełny.
Notatka
Każdy klucz generuje dwa rodzaje kodów skanowania: kliknij kod, po naciśnięciu klawisza i uwolnić kod, gdy klucz zostanie zwolniony. W przypadku komputerów PC klasy AT ten sam ciąg bitów jest używany dla kodów wypychania i kodów zwalniających, ale kody zwalniające składają się z dwóch bajtów, z których pierwszy to zawsze 0F0H. W przypadku generacji PC XT kod zwolnienia jest o 128 większy niż kod wypychania (siódmy bit z 7 to 1). Na przykład 7-bitowy kod skanowania klucza<В>wynosi 48 lub 110000 w systemie binarnym. Po naciśnięciu klawisza kontroler klawiatury otrzymuje kod 10110000, a po zwolnieniu kod 00110000.
Kontroler 8049 odpowiada nie tylko za generowanie skanowanych kodów, ale jest również niezbędny do wykonywania funkcji samokontroli oraz sprawdzania klawiszy naciskanych podczas uruchamiania systemu. Przebieg autotestu sygnalizowany jest pojedynczym mignięciem trzech diod manipulatora podczas wykonywania programu POST. W ten sposób awaria klawiatury jest wykrywana już na etapie uruchamiania komputera.
Kontroler na płycie głównej może nie tylko odbierać, ale także przesyłać dane, aby przekazać klawiaturze różne parametry, na przykład częstotliwość powtarzania wciśniętego klawisza itp.
w tabeli. Na rysunkach 1-2 przedstawiono przykładowe skany kodów, które odpowiadają najpowszechniejszej obecnie klawiaturze ze 102 klawiszami.
Szesnastkowe kody skanowania klawiszy funkcyjnych
Tabela 1
Szesnastkowe kody skanowania dla kluczy do wprowadzania danych
Tabela 2
Tak więc przetwarzanie danych wejściowych z klawiatury (ryc. 2) zapewniają dwa mikrokontrolery: jeden znajduje się na płycie głównej komputera, drugi jest wbudowany w samą klawiaturę.
Jak widać na schemacie, wszystkie poziome linie matrycy klawiszy są połączone przez rezystory ze źródłem zasilania. Wbudowany układ klawiatury ma dwa porty - wyjściowy i wejściowy. Pierwszy jest połączony z pionowymi (Y0–Y5) liniami matrycy, a drugi z poziomymi (X0–X4).
Kontroler klawiatury działa według następującego algorytmu. Ustawiając kolejno na każdej z linii pionowych poziom napięcia odpowiadający logicznemu zeru, mikrokomputer klawiatury na bieżąco ocenia stan linii poziomych - niezależnie od aktywności na centralnym procesorze.
Jeśli nie zostanie naciśnięty żaden klawisz, poziom napięcia na wszystkich liniach poziomych odpowiada jednostce logicznej. Gdy tylko zostanie naciśnięte, pionowe i poziome linie odpowiadające klawiszowi zamkną się. Gdy procesor ustawi linię pionową na logiczne zero, poziom napięcia na linii poziomej będzie również odpowiadał logicznemu zeru.
Jeśli na jednej z poziomych linii pojawi się logiczny poziom zero, procesor klawiatury zarejestruje naciśnięcie klawisza. Wyśle do komputera (poprzez wewnętrzny 16-bajtowy bufor) żądanie przerwania i numer klucza w macierzy (nazywany kodem skanowania - jest to losowa wartość wybrana przez IBM podczas tworzenia pierwszej klawiatury dla komputera PC) . Komunikacja z komputerem zostanie powtórzona po zwolnieniu wciśniętego wcześniej klawisza.
Kod skanowania jest jednoznacznie powiązany z okablowaniem klawiatury i nie zależy bezpośrednio od oznaczeń wydrukowanych na powierzchni klawiszy. Ale program nie potrzebuje numeru seryjnego wciśniętego klawisza, ale kodu ASCII odpowiadającego znakowi na tym klawiszu. Ważne jest, aby zrozumieć, że ten kod nie jest całkowicie zależny od kodu skanowania, ponieważ do tego samego klucza można przypisać kilka wartości. Zależy to między innymi od stanu innych klawiszy (np. przycisk 0 służy również do wpisania znaku), gdy jest wciśnięty razem z przyciskiem) oraz ustawień systemowych. To właśnie pozwala zmieniać układ klawiatury (czyli kolejność klawiszy na niej).
Wszystkie konwersje zeskanowanego kodu na kod ASCII są wykonywane przez oprogramowanie. Z reguły funkcje te przejmują odpowiednie moduły BIOS-u. Aby zakodować znaki cyrylicy, moduły te są rozszerzane o sterowniki klawiatury (obecnie są one zawarte w systemach operacyjnych).
Schemat (rys. 3) objaśnia działanie sterownika klawiatury.
Generator zegara G; licznik MF; C jest selektorem.
Ryc.3. Najprostsza struktura klawiatury
Dekoder sekwencyjnie sprawdza stan klawiszy znajdujących się w kolumnach X matrycy klawiatury. Jeśli dowolny klawisz zostanie naciśnięty, wówczas sygnał przez zwarty styk trafia do odpowiedniej szyny poziomej Y i przez selektor (rejestr) trafia na wejście PLA (ROM). Sygnały z dekodera i selektora tworzą wejście adresowe PLM (ROM), w którego komórkach zapisywane są kody znaków (ich najmniej znaczące cyfry). Kod znaku jest zapisywany do rejestru wyjściowego. Górne cyfry kodu są określone przez zawartość specjalnego rejestru, który zmienia swoją wartość tylko po naciśnięciu klawisza zmiany rejestru (Shift, Alt itp.).
Mysz
Mysz to dwuwymiarowy analogowy manipulator podłączony do komputera osobistego i wyposażony w jeden, dwa lub trzy przyciski na górnej pokrywie i ewentualnie kółko.
Mysz współpracuje z ekranem, kontrolując ruch kursora (wskaźnika) na nim. Najpopularniejsze są myszy dwuprzyciskowe. Na przykład jednym przyciskiem można uruchomić funkcję, a drugim ją anulować. W systemach graficznych jeden może włączyć zakreślacz, a drugi go wyłączyć. Są myszy z dodatkowe urządzenia do przewijania (przewijanie to przewijanie w górę, w dół, w lewo lub w prawo dużego obrazu, takiego jak tekst (lub strona internetowa), który nie mieści się w całości na ekranie). Są myszki z dwoma kółkami, z których każda „zarządza” przewijaniem wzdłuż jednej z osi. Niektóre myszy wyposażone są w dodatkowy przycisk z boku obudowy pod kciukiem. Przycisk ten można przeprogramować do wykonywania różnych czynności. Pierwsze myszy miały konstrukcję mechaniczną. Używał małej kulki, która wystawała przez dolną powierzchnię urządzenia i obracała się, gdy poruszała się po powierzchni. Ruchy mechaniczne (liniowe lub kątowe) są konwertowane na kody binarne. Na przykład mechaniczne mysz(rys.4) zawiera kulkę, która obraca się, gdy urządzenie porusza się po płaskiej powierzchni.
W tym schemacie:
1. Kontrola piłki
2. Okienko do umieszczenia piłki
3. Rolka kontaktowa, która przesuwa kursor wzdłuż osi x i y na ekranie monitora.
4. Kierunkowe źródło światła.
5. Dysk transferowy
6. Fotokomórka
7. Impulsy elektryczne na wyjściu fotokomórki.
8. Przyciski sterujące
9. Jednostka sterująca manipulatorów i blok połączeń między manipulatorem a komputerem.
Zasada działania.
Podczas poruszania myszką po poziomej powierzchni kulka sterująca obraca się i przenosi obrót na jedną z rolek kontaktowych osi x lub y. Wraz z rolkami obraca się dysk schodkowy. Po obróceniu blokuje dostęp strumienia światła do fotokomórki (fotodiody, fototranzystora lub fotorezystora). Tryb ten wytwarza grupę impulsów elektrycznych na wyjściu fotokomórki, które są podawane do jednostki sterującej manipulatora. W ten sposób obrót kuli jest przekształcany w kąty obrotu tarczy schodkowej wzdłuż osi X I Y i rejestrowane przez dwa liczniki. Ponieważ odległość przebyta przez mysz jest proporcjonalna do tych kątów, kody liczników określają położenie myszy na powierzchni. Te same kody, przekazywane do procesora, sterują położeniem znacznika na ekranie monitora.
Oprócz liczników mysz zawiera przyciski, z których informacje są również zawarte w kodzie przesyłanym do procesora.
Do wad myszy mechanicznych należy zaliczyć to, że ich praca wymaga miejsca (zwykle zawsze brakuje miejsca na komputerach stacjonarnych). Ponadto części mechaniczne często pękają. Myszy mają tendencję do zbierania brudu, co prowadzi do obniżenia niezawodności ich funkcjonowania. Dlatego to urządzenie należy okresowo czyścić, chociaż wydaje się, że działa na czystej powierzchni stołu. Taniość i prostota mechanicznych myszy sprawiły, że stały się one najpopularniejszymi urządzeniami.
Alternatywą dla myszy mechanicznej jest mysz optyczna.
W nowoczesnym mysz optyczna stosuje się zupełnie inną zasadę (ryc. 5).
W tym schemacie:
1. Stoły powierzchniowe.
2. Korpus manipulatora.
3.4. Przyciski sterujące.
5. Kierunkowe monochromatyczne źródło światła.
6. Okienko w korpusie manipulatora do oświetlania powierzchni stołu.
Zasada działania.
Mysz optyczna wykorzystuje miniaturową kamerę wideo do skanowania powierzchni z szybkością 1500 ujęć na sekundę. Do oświetlania powierzchni służy dioda LED. Ramki powierzchni stołu przekonwertowane na kod binarny zapisywane są w pamięci manipulatora.
Procesor sekwencyjnie wybiera klatki z pamięci, porównuje je ze sobą i na podstawie porównania oblicza trasę ruchu kursora na ekranie monitora wzdłuż osi x i y. Procesor monitoruje również sygnał pochodzący z przycisków sterujących. Wszystkie dane są przesyłane do komputera za pośrednictwem jednostki komunikacyjnej.
Brak ruchomych części i wysoka dokładność to zalety tej metody.
Jakość myszy zależy od jej rozdzielczości, która jest mierzona liczbą kropek lub odczytów na cal (1 cal = 25,4 mm). Jeśli mysz ma rozdzielczość 1000 próbek/cal i porusza się o jeden cal, wówczas obwód elektroniczny generuje 1000 impulsów (zwykła rozdzielczość myszy optycznej to około 400 próbek/cal). Sterownik myszy po otrzymaniu tych informacji uśrednia je w zależności od rozdzielczości graficznej monitora i odpowiednio ustawia kursor na jego ekranie.
Klawiatura- urządzenie sterujące klawiaturą do komputera osobistego. Służy do wprowadzania danych alfanumerycznych (znakowych), a także poleceń sterujących. Połączenie monitora i klawiatury zapewnia najprostsze interfejs użytkownika. Klawiatura steruje systemem komputerowym, a monitor otrzymuje od niej informacje zwrotne.
istnieje trzy główne typy kluczowy mechanizm: membrana, półmechaniczny I mechaniczny. Klawiatury membranowe są zazwyczaj kilkukrotnie tańsze od klawiatur mechanicznych.
Klawiatury membranowe
Nazwa wzięła się stąd, że po naciśnięciu klawisza zamykają się dwie membrany. Zwrot klucza odbywa się za pomocą gumowej kopuły (z „kopalnią” pośrodku). Folia pośrednia z otworami służy do oddzielania membran.
Ponieważ membrany znajdują się po wewnętrznej stronie folii, konstrukcja jest dobrze chroniona np. przed rozlaną kawą.
W bezpieczniejszej realizacji wszystko wygląda jak pojedyncza gumowa mata z wystającymi kopułkami umieszczonymi pod klawiszami.
Plusy są klawisze typu membranowego bezpieczeństwo, niski dźwięk I cena.
Minus tego typu - kruchość.
Klawiatury półmechaniczne
W tych klawiaturach zastosowano trwalsze i nieocierające się metalowe styki. Wszystko to umieszczono na płytce drukowanej. Klucz jest zwracany przez gumową kopułę.
Klawiatury mechaniczne
W mechanicznym klawiatury, klawisz jest zwracany przez sprężynę.
Klawiatury mechaniczne nie wymagają pełnego „do końca”, aby zarejestrować sygnał, więc siła potrzebna do przesunięcia klawisza z miejsca jest jedyną siłą potrzebną do zarejestrowania sygnału. Uderzanie klawisza w ramkę klawiatury nie jest już konieczne.
Minusy taki mechanizm: brak szczelności, cena.
plus Jest trwałość I niezawodność, zwłaszcza gdy styki są pozłacane.
Trwałość (liczba kliknięć, przy której zapewniony jest niezawodny kontakt):
dla klawiatur membranowych: 10-30 mln;
za mechaniczne (półmechaniczne): 50 mln, a nawet 100 mln za pozłacane styki.
Dla przeciętnego użytkownika 20 milionów wystarczy na 10 lat lub więcej podczas normalnej pracy. W tym czasie zmienią się przynajmniej 2 generacje klawiatur.
Zasada działania.
Podstawowe funkcje klawiatury nie wymagają obsługi sterownika.
Oprogramowanie niezbędne do rozpoczęcia pracy z komputerem znajduje się już w układzie ROM (pamięć tylko do odczytu) w systemie BIOS (Basic Input/Output System), więc komputer reaguje na naciśnięcia klawiszy natychmiast po włączeniu.
Kontroler procesora skanuje przełączniki klawiszy i po naciśnięciu dowolnego klawisza przesyłany jest unikalny jednobajtowy kod skanowania. Kiedy kod skanowania wchodzi do procesora, inicjowane jest przerwanie sprzętowe. Zeskanowany kod jest analizowany przez procesor i konwertowany na kod znakowy. Wynikowy kod znaku jest następnie umieszczany w małym obszarze pamięci zwanym buforem klawiatury. Wpisany znak jest przechowywany w buforze klawiatury do momentu pobrania go przez program, dla którego został przeznaczony, na przykład edytor tekstu lub edytor tekstu. Jeśli postacie częściej wchodzą do bufora niż są usuwane, występuje efekt przepełnienia bufora. W takim przypadku wprowadzanie nowych znaków zatrzymuje się na chwilę. W praktyce w tym momencie, gdy naciskamy klawisz, słyszymy dźwięk ostrzegawczy i nie obserwujemy wprowadzania danych.
Każdy klawisz ma przypisany unikalny kod numeryczny i istnieją specjalne tablice kodowania klawiatury, z reguły są one zapisywane w specjalnym chipie - generatorze znaków procesora. Aby zmienić kodowanie klawiatury, użyj specjalne programy- sterowniki klawiatury. Nowoczesne klawiatury są w stanie nie tylko przesyłać dane do procesora, ale także odbierać z niego polecenia.
Skład klawiatury.
KLAWISZE ALFA-NUMERYCZNE
Przeznaczony do wprowadzania informacji symbolicznych i poleceń wpisywanych literami. Każdy klawisz może pracować w kilku trybach (rejestrach) i odpowiednio może być użyty do wprowadzenia kilku znaków.
KLAWISZE FUNKCYJNE (F1- F12)
Funkcje przypisane do tych klawiszy zależą od właściwości aktualnie uruchomionego programu, aw niektórych przypadkach od właściwości systemu operacyjnego. F1 wywołuje system pomocy, w którym można znaleźć pomoc dotyczącą działania innych klawiszy.
KLUCZE SERWISOWE
ZMIANA; WCHODZIĆ; ALT; KLAWISZ KONTROLNY; PATKA; WYJŚCIE; COFNIJ;
ZRZUT EKRANU- drukowanie aktualnego stanu ekranu na drukarce (dla MS-DOS) lub zapisywanie go w specjalnym obszarze pamięci RAM zwanym schowkiem (dla Windows).
BLOKADA PRZEWIJANIA- przełączanie trybu pracy w niektórych (zwykle przestarzałych) programach.
PRZERWA– zawieszenie/przerwanie bieżącego procesu.
KONTROLA KURSORA
Kursor- element ekranowy wskazujący miejsce do wpisania informacji o znaku, wykorzystywany podczas pracy z programami wprowadzającymi dane i polecenia z klawiatury. Klawisze kursora umożliwiają sterowanie pozycją wprowadzania.
GÓRA DÓŁ LEWO PRAWO
DOM I KONIEC przesuń kursor odpowiednio na początek lub koniec bieżącej linii. Ich działanie jest również modyfikowane przez klucze rejestru.
WSTAWIĆ przełącza tryb wprowadzania danych (przełączanie między trybami wstawiania i nadpisywania). Jeśli kursor tekstowy znajduje się wewnątrz istniejącego tekstu, to w trybie wstawiania nowe znaki są wprowadzane bez zastępowania istniejących (tekst wydaje się rozsuwany). W trybie zastępowania nowe znaki zastępują tekst, który znajdował się wcześniej na pozycji wprowadzania.
USUWAĆ służy do usuwania znaków znajdujących się na prawo od bieżącej pozycji kursora. Pozycja pozycji wejściowej pozostaje niezmieniona.
DODATKOWY PANEL
powiela działanie klawiszy numerycznych i niektórych klawiszy symbolicznych panelu głównego.
Konfiguracja klawiatury.
Klawiatury komputerów osobistych mają funkcję powtarzania znaków, która służy do automatyzacji procesu wprowadzania. Polega ona na tym, że po dłuższym przytrzymaniu klawisza rozpoczyna się automatyczne wprowadzanie związanego z nim kodu.
Klawiatura - urządzenie sterujące klawiaturą komputera osobistego. Służy do wprowadzania alfanumeryczny (znak) dane i polecenia sterujące. Połączenie monitora i klawiatury zapewnia najprostsze interfejs użytkownika. Z za pomocą klawiatury do sterowania systemem komputerowym i przy pomocy monitora odbierać z niego odpowiedź.
Zasada działania. Klawiatura należy do standardowe środki komputer osobisty. Jego główne funkcje nie muszą być wspierane przez specjalne programy systemowe (sterowniki). Oprogramowanie niezbędne do rozpoczęcia pracy z komputerem jest już dostępne w chipie ROM w ramach podstawowego układu I/O (BIOS) dlatego komputer reaguje na naciśnięcia klawiszy natychmiast po włączeniu. Zasada działania klawiatury jest następująca.
10) Po naciśnięciu klawisza (lub kombinacji klawiszy) specjalny mikroukład wbudowany w klawiaturę wydaje tzw. zeskanuj kod.
11) Kod skanowania wchodzi do mikroukładu, który wykonuje funkcje Port Klawiatury. (Porty to specjalne sprzętowo-logiczne urządzenia odpowiedzialne za komunikację procesora z innymi urządzeniami.) Ten mikroukład znajduje się na płycie głównej komputera wewnątrz jednostki systemowej.
12) Port klawiatury wysyła przerwanie do procesora ( Przerywać- czasowe zatrzymanie wykonywania jednego programu w celu szybkiego wykonania innego, w danej chwili ważniejszego (priorytetowego) programu) o ustalonym numerze. Dla numeru przerwania klawiatury - 9 (Przerwanie 9, Int9).
13) Po otrzymaniu przerwania procesor odkłada bieżącą pracę i zgodnie z numerem przerwania uzyskuje dostęp do specjalnego obszaru pamięci RAM, w którym znajduje się tzw. wektor przerwań. Wektor przerwań to lista danych adresowych o stałej długości rekordu. Każdy wpis zawiera adres programu, który musi obsłużyć numer przerwania zgodny z numerem wpisu.
14) Po ustaleniu adresu początku programu obsługującego przerwanie, procesor przystępuje do jego wykonania. Najprostszy program przetwarzanie przerwań klawiaturowych jest „wbudowane na stałe” w układ ROM, ale programiści mogą „zastąpić” swój program zamiast niego, jeśli zmienią dane w wektorze przerwań.
15) Program obsługi przerwań kieruje procesor do portu klawiatury, gdzie znajduje kod skanowania, ładuje go do swoich rejestrów, a następnie pod kontrolą programu obsługi określa, który kod znaku odpowiada temu kodowi skanowania.
17) Procesor przestaje przetwarzać przerwanie i powraca do oczekującego zadania.
Wpisany znak jest przechowywany w buforze klawiatury do momentu pobrania go przez program, dla którego został przeznaczony, na przykład edytor tekstu lub edytor tekstu. Jeśli postacie częściej wchodzą do bufora niż są usuwane, występuje efekt przepełnienia bufora. W takim przypadku wprowadzanie nowych znaków zatrzymuje się na chwilę. W praktyce w tym momencie, gdy naciskamy klawisz, słyszymy dźwięk ostrzegawczy i nie obserwujemy wprowadzania danych.
Wraz z myszą lub touchpadem klawiatura jest podstawowym urządzeniem wejściowym dla użytkownika.
Nowoczesne klawiatury, zwane również klawiaturami PC/AT, mają 101 klawiszy, chociaż w niektórych modelach, szczególnie tych przeznaczonych do użytku w laptopach, niektórych klawiszy może brakować.
Układ klawiszy na klawiaturze nazywany jest układem klawiatury. Dla każdego języka układ klawiatury jest nieco inny, ale główne bloki klawiszy są zawsze takie same.
Tak więc każda klawiatura zawiera klawisze funkcyjne, klawisze alfanumeryczne, klawisze klawiatury numerycznej, klawisze kursora oraz różne klawisze serwisowe i kontrolne. Rozważmy je bardziej szczegółowo i jednocześnie dowiedzmy się, gdzie są umieszczone na klawiaturze.
Klawisze funkcyjne to klawisze od F1 do F12. Znajdują się one w poziomym rzędzie u góry klawiatury. Służą do szybkiego wywoływania niektórych funkcji bieżącej aplikacji. W zależności od zastosowania ich przeznaczenie może się całkowicie zmienić.
Klawisze alfanumeryczne znajdują się poniżej klawiszy funkcyjnych i zajmują 4 poziome rzędy w lewej i centralnej części klawiatury. Klawisze te służą do wprowadzania tekstu, znaków tekstowych i cyfr. To właśnie ten blok zmienia się w zależności od języka, w jakim są drukowane. Zwykle ten blok zawiera klucze języka angielskiego i języków narodowych (dla naszego kraju - układy angielski i rosyjski, czasem także ukraiński).
Klawisze numeryczne powielają klawisze numeryczne i niektóre elementy sterujące. Odbywa się to w celu wygodniejszej pracy z obliczeniami. Blok tych klawiszy znajduje się po prawej stronie klawiatury. Wiele laptopów nie ma tego bloku, aby zaoszczędzić miejsce.
Klawisze kursora służą do przesuwania kursora w wybrane miejsce. Są to klawisze Home, End, strzałki i inne. Znajdują się one między blokiem alfanumerycznym a klawiaturą numeryczną.
Klawisze serwisowe i sterujące to klawisze sterujące trybami wprowadzania tekstu i różnymi funkcjami systemu operacyjnego. Znajdują się one w dolnych rogach bloku numerycznego (klawisze Alt, Shift, Windows), w lewej kolumnie bloku numerycznego (Caps Lock, Tab), w pobliżu klawiszy funkcyjnych i klawiszy kursora.
Urządzenie i zasada działania klawiatury
Jeśli wyobrazimy sobie klawiaturę jako kratę, to klawisze będą znajdować się na przecięciu pionowych i poziomych pasków.
Działa to w następujący sposób. Linie poziome są pod napięciem. Jeśli nie ma naciśnięcia, linie pozioma i pionowa nie zamykają się i na liniach poziomych pojawi się sygnał jednostki logicznej (na liniach jest napięcie). Na liniach pionowych będzie naprzemiennie stosowane zero logiczne.
Linie poziome są sprawdzane jedna po drugiej. Naciśnięcie klawisza spowoduje zamknięcie linii pionowej i poziomej, a linia pozioma zostanie ustawiona na logiczny sygnał zerowy odebrany z linii pionowej.
Wiedząc, do której linii pionowej przyłożono zero, a która linia pozioma zamiast jedynki dała sygnał zerowy, możesz dokładnie określić wciśnięty klawisz.
To jest kontroler klawiatury. Przypisuje on tak zwany kod skanowania do odbieranego sygnału. Następnie wysyła do centralnego procesora żądanie przerwania i wysyła mu kod skanowania naciśniętego klawisza.
Klawiatura posiada również własny bufor do przechowywania kodu skanowania naciskanych klawiszy. Jest przeznaczony do przypadków, w których jednocześnie naciskanych jest kilka klawiszy. Za pomocą bufora procesor obsługuje te naciśnięcia klawiszy lub kombinacje klawiszy naciskanych jednocześnie.
W kodzie klucza jest mały niuans. Kod skanowania przesłany do procesora nie jest tym samym oznaczeniem literowym, które jest wydrukowane na kluczu. To tylko numer naciśniętego klawisza. Wartość samego klucza jest określona przez kod ASCII klucza. Ten sam klucz może odpowiadać kilku wartościom w tym kodzie. Konwersja skanowanego kodu na kod ASCII jest przeprowadzana przez oprogramowanie BIOS i sterownik klawiatury.
klawiatura laptopa
W laptopie np komputer osobisty, jest klawiatura, ale z uwagi na to, że laptop jest produktem jednoczęściowym, klawiatura w nim jest o wiele bardziej wartościowa niż w zwykłym pececie.
Ze względu na niewielkie rozmiary laptopa, jego klawiatura ma swoje charakterystyczne cechy.
Aby nie wystawać ponad blok klawiatury i nie porysować ekranu, klawisze laptopa są znacznie cieńsze niż zwykle i mają specjalne smukłe urządzenie zapewniające krótki skok klawisza.
Aby zmniejszyć obszar samej klawiatury, producenci zmniejszają rozmiar klawiszy. Ponadto niektóre modele mogą nie mieć klawiatury numerycznej po prawej stronie klawiatury. Niektóre klawisze umieszczone są w jednej zwartej grupie, zwłaszcza klawisze kursora i klawisze serwisowe.
Aby zapewnić określone działania przeznaczone do współpracy z komponentami laptopa, na klawiszach wprowadzono dodatkowe funkcje i nowe kombinacje klawiszy specyficzne dla konkretnego modelu.
Te cechy mają swoje wady i zalety.
Plusem jest skok miękkiego klawisza, ich niemal bezgłośna praca, przyjemne doznania dotykowe.
Minusem jest brak bloku cyfrowego w niektórych modelach, niestandardowy układ, mały rozmiar niektórych klawiszy.
Również wadą w porównaniu z klawiaturą komputerową jest problem z wymianą i. Klawiatura komputerowa jest niedroga i łatwa do wymiany. Jego demontaż, czyszczenie i naprawa jest dużo łatwiejsza i dużo tańsza niż podobna praca z klawiaturą laptopa.
Zastanów się więc nad głównymi problemami i awariami klawiatury laptopa oraz sposobami ich naprawy.
Usterki i naprawy klawiatury laptopa
Jak w przypadku każdego urządzenia, istnieją dwa główne rodzaje awarii - awarie z winy użytkownika laptopa oraz awarie sprzętowe.
W przypadku tego urządzenia najczęściej występują awarie z winy użytkownika.
Najczęstszą przyczyną jest rozlany płyn na klawiaturę. Aby temu zapobiec, nie stawiaj płynów w pobliżu laptopa i nie pij niczego siedząc przy nim. Jeśli problem już się pojawił, ostrożnie zbierz płyn z klawiatury za pomocą waty i serwetek i zanieś do centrum serwisowego. Zaleca się również wyjęcie baterii z laptopa. Należy pamiętać, że im szybciej skontaktujesz się z centrum serwisowym, tym bardziej prawdopodobne jest, że płyn nie zdąży dostać się do wnętrza laptopa. Podczas samodzielnego lub niewykwalifikowanego demontażu płyn może dostać się do wnętrza obudowy i doprowadzić do znacznie poważniejszych i kosztowniejszych uszkodzeń.
Ponadto klawiatura może ucierpieć z powodu silnych uderzeń w klawisze. W rezultacie niektóre klawisze z czasem pękają lub wylatują. Jeśli masz odpowiednie klucze, możesz je wymienić samodzielnie, ale jeśli ich tam nie ma lub sam mechanizm dociskowy jest zepsuty, lepiej oddać go do centrum serwisowego. Zapobieganie tej awarii polega na ostrożnym obchodzeniu się z kluczami.
Czasami klawisze są słabo wciśnięte, lepkie, a nawet przestają być naciskane. Wynika to z faktu, że podczas jedzenia przy klawiaturze z czasem ulega ona zatkaniu. Klawisze przestają naciskać lub są trudne do naciśnięcia z powodu zanieczyszczeń pod nimi. Czasami klawiatura zapycha się kurzem. W przypadku zwykłej klawiatury łatwo ją wyczyścić, ale klawiatura laptopa korzysta z własnych mocowań klawiatury. Podczas demontażu możesz uszkodzić dochodzący do niego kabel lub złamać klucze. Dlatego nie zaszkodzi regularnie oddawać klawiaturę do czyszczenia do centrum serwisowego, aby zapobiec temu problemowi. Możesz połączyć tę procedurę z czyszczeniem laptopa z kurzu w centrum serwisowym.
Awarie sprzętu obejmują uszkodzenie styków pętli, uszkodzenie samej pętli, awarię kontrolera klawiatury, płyty klawiatury i inne. Zaleca się, aby wszystkie awarie sprzętu były przeprowadzane w centrum serwisowym. To subtelna naprawa, której nie da się przeprowadzić bez doświadczenia i odpowiedniego sprzętu.
Należy również pamiętać, że w niektórych przypadkach naprawa sprzętu może być droższa niż wymiana klawiatury na nową. Po diagnozie porównanie ceny naprawy i ceny nowej klawiatury nie będzie zbyteczne. Lepiej powierzyć wymianę specjalistom, ponieważ określony model laptopa ma swój własny typ mocowania klawiatury i własny model, który można tylko wybrać i zainstalować.
Wykład 6
Klawiatura: peryferyjne urządzenie wejściowe
Typy klawiatury:
Proste klawiatury ze standardowym zestawem klawiszy (alfabetycznych, numerycznych, funkcyjnych itp.)
Wklawiatury multimedialne oprócz standardowych klawiszy dodano klawisze multimedialne. Te klawiatury ułatwiają pracę z multimediami
Klawiatury do gier przeznaczony do użytku w grach.
Również przy wyborze klawiatury można zwrócić uwagę na jej parametry techniczne. Wśród tych parametrów jest mechanizm klawiszy klawiatury.
Istnieją trzy główne typy: membranowe, mechaniczne i półmechaniczne.
W klawiatura membranowa - klawiatura elektroniczna bez oddzielnych ruchomych części mechanicznych, wykonana w postaci płaskiej, zwykle elastycznej powierzchni z nadrukowanym wzorem klawiszy. Klawiatury tego typu charakteryzują się bardzo niską ceną, wyjątkową kompaktowością (grubość to ułamki milimetra), możliwością wyginania, dużą niezawodnością i niemal idealną ochroną przed zabrudzeniami i wilgocią. Główną wadą jest prawie całkowity brak sprzężenia dotykowego, co utrudnia dokładne i ślepe pisanie. Aby zrekompensować tę wadę, urządzenia z klawiaturą membranową zwykle mają dźwiękowe potwierdzenie naciśnięcia klawisza. Ponadto obciążenie membran nie jest „odmierzane” przez system „pusher-cap” (patrz poniżej), ale jest określane wyłącznie przez palce operatora, co znacznie skraca żywotność membran.
W latach 80. klawiatury membranowe były używane w niektórych komputerach domowych z niższej półki cenowej. Obecnie nadal znajdują zastosowanie w sprzęcie AGD (np kuchenka mikrofalowa), sprzęt specjalistyczny i przemysłowy. Nowoczesne klawiatury komputerowe wykorzystują połączoną technologię klawiatur membranowych, gumowych i mechanicznych, w których naciśnięcie plastikowego klawisza przepycha gumową nasadkę, zapewniając dotykowe sprzężenie zwrotne i naciska na membranę. Zasada działania.
Klawiatura membranowa zazwyczaj składa się z trzech warstw. Na dwóch z nich nałożono ścieżki przewodzące. Trzecia, izolująca warstwa oddziela się. W miejscach, w których znajdują się klawisze, posiada wycięcia, dzięki którym po naciśnięciu ścieżki górnej i dolnej warstwy stykają się. Grubość warstw klawiatury jest zwykle nie większa niż grubość papieru lub tektury.
Wklawiatury mechaniczne metalowe sprężyny służą do powrotu kluczy. Obwody klawiatury tego typu nie są bardzo chronione przed kurzem i wilgocią. Długowieczność to główna zaleta klawiatur mechanicznych.
Klawiatury półmechaniczne jest to skrzyżowanie membrany i mechanicznej, gdzie zamiast dolnej membrany zastosowano płytkę drukowaną. Ten projekt jest uważany za bardziej trwały. Klawisz powraca do swojej pierwotnej pozycji również z gumową kopułką. Czasami z małą sprężyną. W takim przypadku podczas całego prasowania zapewniony jest płynniejszy skok. Ale technologia sprężynowa ma jeden szczególny efekt: klucz jest uruchamiany nawet przy częściowym naciśnięciu, a koncepcja membrany pozwala zmienić zdanie w trakcie naciskania. Jest to ważne w przypadku drukowania z dużą szybkością. Cena takich urządzeń jest wyższa niż membranowych, ale oprócz tego, że mają one pewną ochronę przed zanieczyszczeniami, te klawiatury będą Ci służyć dłużej.
Laser Klawiatury
Składa się z małego pudełka projektora, które umożliwia wyświetlanie obrazu klawiatury na dowolnej płaskiej powierzchni. Dane są przesyłane bezprzewodowo (bezprzewodowo). Możesz dostosować jasność, dźwięk klawiszy pisania, czułość. To prawda, że nie gwarantuje to 100% rozpoznania twoich ruchów, a poza tym oczy bolą od jasnego światła. Jest jeszcze jeden minus: klawiatura nie jest widoczna w jasnym świetle. Cóż, koszt tego gadżetu wcale nie jest mały.
W klawiatury bezprzewodowe Istnieją trzy główne typy połączeń, a mianowicie połączenie Bluetooth, połączenie na podczerwień i połączenie RF.
Klawiatury z połączeniem RF są zasilane baterią lub kablem USB służącym do ładowania klawiatury. Klawiatury z połączeniem na podczerwień muszą znajdować się w zasięgu urządzenia odbierającego. Klawiatury z połączeniem RF mają większy zasięg niż klawiatury z połączeniem na podczerwień. Klawiatury Bluetooth wykorzystują technologię Bluetooth, aby zapewnić większy zasięg niż klawiatury radiowe i na podczerwień. Klawiatury z połączeniem RF zapewniają większą mobilność niż klawiatury z połączeniem Bluetooth i podczerwienią.
Klawiatury przewodowe
PS/2 i USB to dwa rodzaje połączeń przewodowych łączących klawiatury z komputerami.
Port PS/2 pojawił się po raz pierwszy w na komputerach (wcześniej służył do podłączenia klawiatury . Szybkość przesyłania danych - od 80 do 300 Kb/s i zależy od wydajności podłączonego urządzenia i oprogramowania .
Z sześciu pinów w złączu używane są cztery: częstotliwość, dane, moc, wspólny. Jednocześnie styki używane do magistrali danych i częstotliwości dla klawiatury mogą różnić się od styków do podłączenia myszy. Pozwala to na korzystanie z obu urządzeń jednocześnie, ale przez rozgałęźnik.
Niektóre może działać poprawnie, jeśli mysz i klawiatura są podłączone „nieprawidłowo” (to znaczy, gdy klawiatura jest podłączona do złącza przeznaczonego dla myszy i odwrotnie, mysz jest podłączona do złącza klawiatury) - wynika to z faktu, że że każde złącze jest uniwersalne. Większość płyty główne w przypadku nieprawidłowego podłączenia (lub odłączenia podczas pracy) będzie wymagać od użytkownika „poprawnego” podłączenia urządzeń, a czasem .
W zależności od rodzaju obudowy klawiatury dzielą się one na:
Tradycyjny (standardowy)– konwencjonalne klawiatury AT;
Ergonomiczny. Konstrukcje klawiatur tego typu uwzględniają naturalne ułożenie dłoni podczas pisania (w takich konstrukcjach klawiatura była załamana w środku, klawisze były ustawione pod kątem prostym do naturalnego ułożenia dłoni podczas pisania). Ergonomiczna klawiatura może poprawić produktywność i uniknąć niebezpieczeństw związanych z niektórymi chorobami przewlekłymi.
Elastyczny.- Klawiatura jest wykonana z nietoksycznego, bardzo elastycznego silikonu i wygląda jak dywan z wypustkami o różnych kształtach. Litery i symbole nie są usuwane z upływem czasu, gdy są stosowane na odwrotnej stronie folii zewnętrznej. Folia zewnętrzna może być matowa lub błyszcząca. Główną zaletą takich klawiatur jest łatwość transportu - ważą tylko około 350 gramów i łatwo można je złożyć w kompaktową rolkę. Są dobrze zabezpieczone przed zabrudzeniami (wodoodporne), łatwe w czyszczeniu i stosunkowo odporne na wstrząsy. Są ciche iw niektórych realizacjach mają podświetlane klawisze.
Ale są też wady: aby nacisnąć klawisz, trzeba włożyć trochę więcej wysiłku niż na konwencjonalnej klawiaturze. Naciśnięcie powinno spaść dokładnie na środek.
Program może używać klawiatury na różne sposoby. Może opóźnić jego wykonanie do momentu wpisania numeru przez operatora lub naciśnięcia klawisza. Podczas wykonywania jakiejś pracy program może okresowo sprawdzać, czy operator nie nacisnął klawisza zmieniającego tryb pracy programu. Programy rezydentne mogą kontrolować wszystkie naciśnięcia klawiszy, aktywując się po naciśnięciu określonej kombinacji. Możesz użyć przerwania generowanego przez klawiaturę, na przykład, do zakończenia programu.
Jak działa klawiatura
Co kryje się w klawiaturze? Okazuje się, że jest tam komputer! Tylko ten komputer składa się z jednego mikroukładu i wykonuje wyspecjalizowane funkcje. Śledzi naciśnięcia klawiszy i wysyła numer naciśniętego klawisza do komputera centralnego.
Klawiatura to zestaw czujników, które wyczuwają nacisk na klawisze i zamykają określony obwód elektryczny. Przez długi czas produkowano klawiatury z czujnikami mechanicznymi. Nowoczesne klawiatury są typu membranowego. Przełącznik to zestaw membran: aktywna - górna, pasywna - dolna, separująca.
Wewnątrz obudowy klawiatury, oprócz czujników, znajdują się płytki do dekodowania sygnałów elektronicznych.
Wymiana danych między klawiaturą a płytą systemową odbywa się w 11-bitowych blokach (8 bitów plus informacje serwisowe) za pomocą 2-żyłowego kabla (sygnał i masa).
Zasada działania klawiatury polega na skanowaniu przełączników klawiszy. Zamykanie i otwieranie któregokolwiek z przełączników odpowiada unikalnemu kodowi cyfrowemu (skanowaniu kodu) o wielkości 1 bajta.
Klawiatura jest podłączona do płyty systemowej za pomocą złącza DIN lub mini-DIN.
Na płycie systemowej specjalny mikroukład odbiera i przetwarza sygnały z klawiatury -kontroler klawiatury.
Jeśli weźmiemy pod uwagę bardzo uproszczony schemat klawiatury, zobaczymy, że wszystkie klawisze znajdują się w węzłach macierzy:
Wszystkie linie poziome matrycy są podłączone poprzez rezystory do zasilania +5 V. Klawiatura komputerowa posiada dwa porty - wyjściowy i wejściowy. Port wejściowy jest połączony z poziomymi liniami matrycy (X0-X4), a port wyjściowy jest połączony z liniami pionowymi (Y0-Y5).
Ustawiając kolejno na każdej z linii pionowych poziom napięcia odpowiadający logicznemu 0, klawiatura komputerowa odpytuje stan linii poziomych. Jeśli żaden klawisz nie zostanie wciśnięty, poziom napięcia na wszystkich liniach poziomych odpowiada logicznej 1 (ponieważ wszystkie te linie są podłączone do zasilania +5 V poprzez rezystory).
Jeśli operator naciśnie dowolny klawisz, wówczas odpowiednie pionowe i poziome linie zostaną zamknięte. Gdy procesor ustawi wartość logicznego 0 na tej linii pionowej, poziom napięcia na linii poziomej będzie również odpowiadał logicznemu 0.
Gdy tylko poziom logicznego 0 pojawi się na jednej z poziomych linii, procesor klawiatury ustala naciśnięcie klawisza. Wysyła żądanie przerwania i numer klucza w macierzy do komputera centralnego. Podobne czynności wykonywane są po zwolnieniu przez operatora wciśniętego wcześniej klawisza.
Numer klawisza wysyłany przez procesor klawiatury jest jednoznacznie związany z układem matrycy klawiatury i nie zależy bezpośrednio od oznaczeń wydrukowanych na powierzchni klawiszy. Numer ten nazywany jest kodem skanowania.
Słowo „skanuj” odnosi się do faktu, że komputer z klawiaturą skanuje klawiaturę, aby znaleźć naciśnięty klawisz.
Ale program nie potrzebuje numeru seryjnego wciśniętego klawisza, ale kodu ASCII odpowiadającego oznaczeniu na tym klawiszu. Ten kod nie jest jednoznacznie zależny od kodu skanowania, ponieważ Ten sam klucz może mieć wiele wartości kodu ASCII. To zależy od stanu innych kluczy. Na przykład klawisz oznaczony „1” służy również do wprowadzania znaku „!” (jeśli jest wciśnięty razem z klawiszem SHIFT).
W związku z tym wykonywane są wszystkie konwersje zeskanowanego kodu na kod ASCII oprogramowanie. Zazwyczaj te konwersje są wykonywane przez moduły systemu BIOS. Aby używać znaków cyrylicy, moduły te są rozszerzane o sterowniki klawiatury.
Jeśli naciśniesz klawisz i go nie zwolnisz, klawiatura przejdzie w tryb automatycznego powtarzania. W tym trybie kod wciśniętego klawisza jest automatycznie wysyłany do komputera centralnego po upływie określonego czasu, zwanego okresem autopowtórzenia. Tryb automatycznego powtarzania ułatwia wprowadzanie dużej liczby identycznych znaków z klawiatury.
Należy zaznaczyć, że klawiatura zawiera wewnętrzny 16-bajtowy bufor, za pomocą którego komunikuje się z komputerem.
Stos sterowników dla systemowych urządzeń wejściowych
Sterowniki klawiatury, niezależnie od fizycznych schematów okablowania, używają sterowników klasy klawiatury systemowej do obsługi operacji niezależnych od sprzętu. Dane kierowcy są nazywanekierowcy klasy , ponieważ dostarczają wymagań dla określonej klasy urządzeń wymaganych przez system, ale niezależnych od implementacji sprzętowej.
Odpowiednisterownik funkcjonalny (sterownik portu) implementuje obsługę we/wy specyficzną dla urządzenia. System operacyjny Windows dla platform x86 implementuje jedną klawiaturę systemową (i8042) i sterownik myszy.
Stos sterowników klawiatury PS/2 typu Plug and Play
Stos sterowników zawiera (od góry do dołu):
Kbdclass - sterownik filtra klasy klawiatury najwyższego poziomu;
opcjonalny sterownik filtra klasy klawiatury najwyższego poziomu;
i8042prt - funkcjonalny sterownik klawiatury;
główny sterownik magistrali.
W systemie Windows 2000 i starszych sterownik klasy klawiatury toklasa kbd , której głównymi zadaniami są:
zapewnianie ogólnych i niezależnych od urządzeń operacji na klasach urządzeń;
wsparcie podłącz i graj,
jednoczesne wykonywanie operacji przez więcej niż jedno urządzenie;
implementacja procedury wywołania zwrotnego usługi klasy, która jest wywoływana przez sterownik funkcji w celu przekazania danych z bufora wejściowego urządzenia do bufora danych sterownika klasy urządzenia.
W systemie Windows 2000 i nowszych funkcjonalnym sterownikiem urządzeń wejściowych korzystających z portu PS/2 (klawiatury i myszy) jesti8042prt , którego główne funkcje są następujące:
zapewnienie zależnych od sprzętu równoczesnych operacji urządzeń wejściowych PS/2 (klawiatury i myszy mają wspólne porty wejściowe i wyjściowe, ale używają różnych przerwań, procedur obsługi przerwań (ISR) i procedur zakończenia obsługi przerwań);
wsparcie podłącz i graj, wsparcie zarządzania energią i Instrumentacja zarządzania Windows (WMI);
wsparcie operacji dla starszych urządzeń;
wywołać procedurę wywołania zwrotnego usługi klasy dla klas klawiatury i myszy, aby przesłać dane z bufora danych wejściowych i8042prt do bufora danych sterownika klasy;
wywoływanie zestawu funkcji wywołania zwrotnego, które mogą implementować sterowniki filtrów wysokiego poziomu w celu elastycznej kontroli urządzeń.
Ogólnie rzecz biorąc, stos urządzeń (bardziej poprawne jest mówienie o stosie obiektów urządzeń) klawiatury PS / 2 składa się z:
fizyczny obiekt klawiatury urządzenia (PDO) utworzony przez sterownik magistrali (w tym przypadku magistrala PCI) – \Urządzenie\00000066;
obiekt funkcjonalny urządzenia klawiatury (FDO) utworzony i dołączony do PDO przez sterownik i8042prt - obiekt bez nazwy;
opcjonalne obiekty filtrów urządzeń klawiatury utworzone przez sterowniki filtrów klawiatury innych firm;
obiekt filtra urządzenia najwyższego poziomu klasy klawiatury utworzony przez sterownik klasy Kbdclass - \Device\KeyboardClass0.
Obsługa wprowadzania danych z klawiatury przez aplikacje
Podsystem Microsoft Win32 uzyskuje dostęp do klawiatury za pomocą Raw Input Thread (RIT), który jest częścią procesu systemowego csrss.exe. system operacyjny tworzy RIT i sprzętową kolejkę wejściową (SHIQ) podczas uruchamiania.
RIT otwiera obiekt urządzenia sterownika klasy klawiatury do wyłącznego użytku i wysyła do niego żądanie we/wy (IRP) typu IRP_MJ_READ za pomocą funkcji ZwReadFile. Po otrzymaniu żądania sterownik Kbdclass oznacza je jako oczekujące, umieszcza w kolejce i zwraca kod powrotu STATUS_PENDING. Surowy strumień wejściowy musi czekać na zakończenie IRP, używając asynchronicznego wywołania procedury (APC).
Gdy użytkownik naciśnie lub zwolni jeden z klawiszy, kontroler klawiatury systemowej generuje przerwanie sprzętowe. Jego program obsługi wywołuje specjalną procedurę obsługi przerwań IRQ 1 (interrupt service rutyn, ISR), zarejestrowaną w systemie przez sterownik i8042prt. Ta procedura odczytuje dane, które pojawiły się w wewnętrznej kolejce kontrolera klawiatury. Przetwarzanie przerwań sprzętowych musi być tak szybkie, jak to możliwe, więc ISR umieszcza w kolejce odroczone wywołanie procedury (DPC) I8042KeyboardIsrDpc i kończy działanie. Gdy tylko będzie to możliwe (IRQL spadnie do DISPATCH_LEVEL), system wywoła DPC. W tym momencie zostanie wywołana procedura wywołania zwrotnego KeyboardClassServiceCallback zarejestrowana przez sterownik Kbdclass w sterowniku i8042prt. Funkcja KeyboardClassServiceCallback pobierze oczekujące żądanie IRP ze swojej kolejki, wypełni maksymalną liczbę struktur KEYBOARD_INPUT_DATA zawierających wszystkie niezbędne informacje dotyczące naciśnięcia/zwolnienia klawiszy i zakończy IRP. Surowy strumień wejściowy budzi się, przetwarza odebrane informacje i ponownie wysyła IRP typu IRP_MJ_READ do sterownika klasy, który jest ponownie umieszczany w kolejce do następnego naciśnięcia/zwolnienia klawisza. Tak więc stos klawiatury ma zawsze co najmniej jeden oczekujący IRP i znajduje się on w kolejce Kbdclass sterownika.
Korzystając z narzędzia IrpTracker, opracowanego przez wspomnianą wcześniej firmę Open Systems Resources, można śledzić sekwencję wywołań, które występują podczas przetwarzania danych wprowadzanych z klawiatury.
W jaki sposób RIT przetwarza przychodzące informacje? Wszystkie przychodzące zdarzenia z klawiatury są umieszczane w systemowej kolejce wejściowej sprzętu, po czym są sekwencyjnie konwertowane komunikaty windowsa(typu WM_KEY*, WM_?BUTTON* lub WM_MOUSEMOVE) i umieszczony na końcu zwirtualizowanej kolejki wejściowej (VIQ) aktywnego wątku. W komunikatach systemu Windows kody skanowania klawiszy są zastępowane kodami kluczy wirtualnych, które odpowiadają nie położeniu klawisza na klawiaturze, ale akcji, którą klawisz wykonuje. Mechanizm konwersji kodu zależy od aktywnego układu klawiatury, jednoczesnych naciśnięć klawiszy (takich jak SHIFT) i innych czynników.
Gdy użytkownik się loguje, proces Eksploratora Windows tworzy wątek, który tworzy pasek zadań i pulpit (WinSta0_RIT). Ten wątek jest powiązany z RIT. Jeśli użytkownik uruchomi MS Word, wątek, który utworzył okno, natychmiast połączy się z RIT. Następnie wątek należący do Eksploratora jest odłączany od RIT, ponieważ tylko jeden wątek może być powiązany z RIT na raz. Po naciśnięciu klawisza odpowiedni element pojawi się w SHIQ, co spowoduje wybudzenie RIT, przekształcenie sprzętowego zdarzenia wejściowego w wiadomość klawiaturową i umieszczenie go w VIQ wątku aplikacji MS Word.
Tablice stanów klawiszy klawiatury
Jednym z wyzwań podczas projektowania sprzętowego modelu wejściowego systemu Windows było uczynienie go odpornym na błędy. Tolerancja błędów jest zapewniana przez niezależne przetwarzanie danych wejściowych przez wątki, co zapobiega niekorzystnemu wpływowi jednego wątku na inny. Ale to nie wystarczy, aby niezawodnie odizolować wątki od siebie, dlatego system obsługuje dodatkową koncepcję - lokalny stan wejściowy. Każdy wątek ma swój własny stan wejściowy, o którym informacja jest przechowywana w strukturze THREADINFO. Informacje o tym stanie zawierają dane o wirtualnej kolejce wejściowej wątku, a także grupę zmiennych. Te ostatnie zawierają informacje sterujące o stanie wejścia. W odniesieniu do klawiatury obsługiwane są następujące informacje: które okno ma fokus klawiatury, które okno jest aktualnie aktywne, które klawisze są wciśnięte, jaki jest stan kursora wejściowego.
Informacje o tym, które klawisze są wciśnięte, są przechowywane w stanie synchronicznym tablicy kluczy. Ta tablica jest zawarta w lokalnych zmiennych stanu wejściowego każdego wątku. Jednocześnie istnieje tylko jedna tablica stanu klucza asynchronicznego, która zawiera podobne informacje i jest wspólna dla wszystkich wątków. Tablice odzwierciedlają stan wszystkich klawiszy w danym momencie, a funkcja GetAsyncKeyState pozwala określić, czy określony klawisz jest aktualnie wciśnięty. GetAsyncKeyState zawsze zwraca 0 (nie wciśnięty), jeśli jest wywoływany przez wątek inny niż ten, który utworzył okno, które aktualnie ma fokus wejściowy.
Funkcja GetKeyState różni się od GetAsyncKeyState tym, że zwraca stan klawiatury w momencie pobrania ostatniego komunikatu klawiatury z kolejki wątku. Funkcję tę można wywołać w dowolnym momencie; nie ma dla niej znaczenia, które okno ma fokus.
Pułapki na klawiaturę
W systemie operacyjnym Microsoft Windows pułapka lub hak to mechanizm przechwytywania zdarzeń przy użyciu specjalnej funkcji (takiej jak przekazywanie komunikatów systemu Windows, wprowadzanie danych za pomocą myszy lub klawiatury), zanim dotrą one do aplikacji. Ta funkcja może następnie reagować na zdarzenia, aw niektórych przypadkach je zmieniać lub anulować.
Funkcje, które otrzymują powiadomienia o zdarzeniach, są wywoływanefunkcje filtrów i różnią się typami zdarzeń, które przechwytują. Aby system Windows mógł wywołać funkcję filtra, ta funkcja musi być dołączona do zaczepu (takiego jak zaczep klawiatury). Dołączenie jednej lub więcej funkcji filtra do haka nazywa się ustawianiem haka. Aplikacje używają funkcji API Win32 SetWindowsHookEx i UnhookWindowsHookEx do instalowania i usuwania funkcji filtrowania. Niektóre haki można ustawić zarówno dla całego systemu, jak i dla jednego konkretnego wątku.
Jeśli wiele funkcji filtrujących jest dołączonych do tego samego haka, Windows implementuje kolejkę funkcji, z ostatnią dołączoną funkcją na początku kolejki i pierwszą funkcją na końcu kolejki. Kolejka funkcji filtrów (patrz rysunek 8) jest obsługiwana przez sam system Windows, co ułatwia pisanie funkcji filtrów i poprawia wydajność systemu operacyjnego.
System utrzymuje oddzielne łańcuchy dla każdego typu haka. Łańcuch haków to lista wskaźników do funkcji filtrujących (specjalne funkcje wywołania zwrotnego zdefiniowane przez aplikację). Gdy wystąpi zdarzenie związane z określonym typem haka, system przekazuje komunikat do każdej funkcji filtra w łańcuchu haków w sekwencji. Działanie, jakie może wykonać funkcja filtrująca, zależy od rodzaju przechwycenia: niektóre funkcje mogą jedynie monitorować występowanie zdarzeń, inne mogą modyfikować parametry komunikatu lub nawet zatrzymać przetwarzanie komunikatu, blokując wywołanie następnej funkcji filtrującej w łańcuchu przechwytującym lub funkcja obsługi komunikatów okna docelowego.
Kiedy jedna lub więcej funkcji filtrujących jest podłączonych do haka i występuje zdarzenie, które wyzwala hak, Windows wywołuje pierwszą funkcję w kolejce funkcji filtrującej i to jest odpowiedzialność. Funkcja jest wówczas odpowiedzialna za wywołanie kolejnej funkcji w łańcuchu, co odbywa się za pomocą funkcji API CallNextHookEx Win32.
System operacyjny obsługuje kilka typów haków, z których każdy zapewnia dostęp do jednego aspektu mechanizmu przesyłania wiadomości systemu Windows.
Ogólny schemat przetwarzania
Uogólnijmy całą wiedzę uzyskaną powyżej na temat procedury wprowadzania z klawiatury w jednym algorytmie. Tak więc algorytm przepływu sygnału od naciśnięcia przez użytkownika klawiszy na klawiaturze do pojawienia się znaków na ekranie można przedstawić w następujący sposób:
System operacyjny podczas uruchamiania tworzy nieprzetworzony strumień wejściowy i sprzętową kolejkę wejściową w procesie systemowym csrss.exe.
Surowy strumień wejściowy w pętli wysyła żądania odczytu do sterownika klasy klawiatury, które pozostają w toku, dopóki nie wystąpią zdarzenia związane z klawiaturą.
Gdy użytkownik naciska lub zwalnia klawisz na klawiaturze, mikrokontroler klawiatury wykrywa naciskanie/zwalnianie klawisza i wysyła kod skanu wciśniętego klawisza oraz żądanie przerwania do komputera centralnego.
Kontroler klawiatury systemowej odbiera kod skanowania, konwertuje kod skanowania, udostępnia go na porcie I/O 60h i generuje przerwanie sprzętowe procesora.
Kontroler przerwań wywołuje procedurę przerwania IRQ 1, ISR, zarejestrowaną w systemie przez sterownik funkcji klawiatury i8042prt.
Procedura ISR odczytuje dane, które pojawiły się z wewnętrznej kolejki kontrolera klawiatury, tłumaczy skanowane kody na wirtualne kody klawiszy (niezależne wartości zdefiniowane przez system) i kolejkuje wywołanie do odroczonej procedury I8042KeyboardIsrDpc.
Tak szybko, jak to możliwe, system wywołuje DPC, który z kolei wywołuje procedurę wywołania zwrotnego KeyboardClassServiceCallback zarejestrowaną przez sterownik klasy klawiatury Kbdclass.
Procedura KeyboardClassServiceCallback pobiera oczekujące żądanie z surowego strumienia wejściowego ze swojej kolejki i zwraca informacje o wciśniętym w nim klawiszu.
Surowy strumień wejściowy przechowuje odebrane informacje w systemowej sprzętowej kolejce wejściowej i generuje na ich podstawie podstawowe komunikaty klawiatury Windows WM_KEYDOWN, WM_KEYUP, które umieszczane są na końcu wirtualnej kolejki wejściowej VIQ aktywnego wątku.
Pętla komunikatów wątku usuwa komunikat z kolejki i przekazuje go do odpowiedniej procedury okna w celu przetworzenia. W takim przypadku można wywołać funkcję systemową TranslateMessage, która na podstawie podstawowych komunikatów klawiatury tworzy dodatkowe komunikaty „znakowe” WM_CHAR, WM_SYSCHAR, WM_DEADCHAR i WM_SYSDEADCHAR.
