- Устройства ввода ЭВМ. Клавиатура
· Лекция 18. Устройства ввода ЭВМ. Клавиатура.
Введение
Единственным основным устройством ввода информации в ЭВМ и управления ее работой была, есть и в обозримом будущем останется клавиатура. Трудно сказать, может ли существовать более важное и универсальное устройство ввода информации в компьютер, чем клавиатура. Вполне возможно, в скором будущем, когда человек будет общаться со своим компьютером посредством жестов, мимики, графических образов, видеоизображений и речи, клавиатуру потеснят другие средства ввода информации.
Однако сегодня, когда текст и символы как носители ценной информации еще столь важны, клавиатура обязательно входит в конфигурацию поставляемых персональных компьютеров.
Клавиатура представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатия клавиши в двоичный код.
В клавиатурах ЭВМ используются клавиши различных типов, из которых наиболее широкое распространение получили емкостные и контактные.
Емкостные клавиши состоят из подвижной металлической пластины (подвижного электрода), прикрепленного к кнопке, и двух металлических выступов на печатной плате, образующих неподвижные электроды конденсатора переменной емкости. При нажатии на клавишу подвижная пластина приближается к этим выступам, что приводит к изменению емкости конденсатора, а этого достаточно для фиксации нажатия электронной схемой. Помимо простоты устройства емкостные клавиши имеют высокую надежность.
Контактные клавиши могут изготавливаться в различных вариантах, но всегда в основе их работы лежит принцип непосредственного механического контакта между двумя гибкими металлическими пластинами при нажатии клавиши. В местах соприкосновения пластины обычно имеют специальное покрытие, обеспечивающее малое сопротивление контакта. Срок службы контактных клавиш меньше чем у емкостных.
К основным показателям клавиатуры относят:
- Необходимое усилие для нажатия клавиши и ее свободный ход
- Схему расположения клавиш, их цвет форму и размеры
- Легкость чтения надписей на клавишах.
- Коэффициент отражения света клавишами и всей поверхностью
- Толщину клавиатуры и угол ее наклона относительно горизонтали
Рекомендуемые материалы
Существуют два основных стандарта клавиатур для ЭВМ, предложенные фирмой IBM – это 83 (84) и 101 (102) клавишные пульты.
В первом варианте функциональные клавиши располагаются в двух вертикальных рядах, а отдельных группы клавиш управления курсором нет. Всего в такой клавиатуре 83 (84) клавиши. Этот стандарт использовался в персональных компьютерах типа IBM PC XT и AT до конца 80-х годов, в настоящее время считается устаревшим и почти не используется.
Второй вариант клавиатуры, которую принято называть усовершенствованной, имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатурой такого типа снабжаются сегодня почти все настольные персональные компьютеры. Количество функциональных клавиш в усовершенствованной клавиатуре увеличено до 12. Логично выделены группы клавиш для работы с текстами и управления курсором, продублированы некоторые специальные клавиши, позволяющие более эргономично работать обеими руками. Впрочем, какая клавиатура удобнее – каждый должен решать сам. Ведь поменять клавиатуру в настольном компьютере совсем нетрудно.
В портативных компьютерах используется другой тип клавиатур, которые обычно являются встроенной частью конструкции. Клавиатуры портативных компьютеров в той или иной степени похожи на оба типа клавиатур настольных компьютеров, хотя из-за недостатка места в самих компактных моделях компьютеров типа subnotebook и palmtop конструкторы вынуждены идти на сокращения количества и размеров клавиш.
1. Основные части клавиатуры
Рассмотрим усовершенствованную 101-клавишную клавиатуру, которая имеет следующие четыре группы клавиш:
1. Клавиши пишущей машинки (алфавитно-цифровая клавиатура) для ввода букв, цифр и специальных знаков.
2. Служебные клавиши, меняющие смысл нажатия остальных клавиш и осуществляющие другие действия по управлению вводом с клавиатуры.
3. Функциональные клавиши, смысл нажатия которых зависит от используемого программного продукта
4. Клавиши двухрежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.
1.1. Клавиши пишущей машинки (алфавитно-цифровая клавиатура)
Клавиши пишущей машинки расположены в левой нижней части стандартной 101-клавишной клавиатуры и служат для ввода букв (прописных и строчных), цифр, а также различных специальных знаков.
Полный список этих символов в режиме латиницы следующий:
Алфавитно-цифровые символы (через пробелы):
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Специальные знаки (через пробелы):
~ ! @ # $ % ^ & * ( ) – + _ = [ ] ; : ‘ “ , . / < > ? |
Нижняя длинная, никак не помеченная клавиша, называется Space, соответствует пробелу пишущей машинки и применяется для ввода пустого символа.
Расположение буквенных клавиш на компьютерных клавиатурах стандартно. Сегодня повсеместно применяется стандарт QWERTY - по первым шести латинским буквенным клавишам верхнего ряда. Ему соответствует отечественный стандарт расположения клавиш кириллицы, практически аналогичный расположению клавиш на пишущей машинке.
Режимы ввода символов
В режиме ввода латинских букв при нажатии на любую алфавитно-цифровую клавишу вводится латинская буква или символ, изображенный в левой части клавиши (обычно эти буквы и символы нарисованы на клавишах черным цветом в левой части клавиш). А в режиме ввода русских букв при этом вводиться русская буква или символ, изображенный в правой части клавиши (обычно эти буквы и символы нарисованы на клавишах красным цветом в правой части клавиш).
Переключение этих режимов выполняется при помощи комбинации клавиш, которая определяется используемым драйвером клавиатуры (внешней программой, осуществляющей ввод с клавиатуры). Комбинация клавиш задается при установке драйвера. Чаще всего для этого используется нажатие на правую клавишу CTRL , иногда на обе клавиши SHIFT, встречаются и другие способы переключения (двойным нажатием клавиш ALT +SHIFT).
Чтобы понять, как действуют клавиши пишущей машинки на различных регистрах, условно делят каждую клавишу на 4 части, проведя линию по горизонтали и по вертикали. Обозначение на левой верхней четвертинке соответствует верхнему латинскому регистру, на левой нижней четвертинке – нижнему латинскому регистру, на верхней правой четвертинке – верхнему русскому регистру, а на нижней правой четвертинке – нижнему русскому регистру. Если нижняя правая четвертинка пуста, то берут для нее обозначение из нижней левой четвертинки; когда пустой является верхняя правая четвертинка, то используют обозначение из нижней правой четвертинки; если же последняя тоже пуста, то для верхней правой четвертинки берут обозначение с верхней левой четвертинки. При этом, на нижнем регистре всегда вводятся строчные буквы, а на верхнем – прописные.
Действие клавиш, в конечном счете, определяется драйвером клавиатуры, поэтому обозначения клавиш на русском регистре могут и не совпадать с вводимыми путем их нажатия символами.
Названия специальных знаков
Специальные знаки, которые рассматривались выше, имеют свои собственные названия.
Далее даются их общепринятые названия (для некоторых символов – с англо-американским вариантом):
‘ - апостроф;
& - амперсенд;
$ - знак доллара;
~ - тильда;
@ - коммерческое ‘эт’ (или собачка);
( ) - открывающая и закрывающая скобки;
[ ] - открывающая и закрывающая квадратные скобки;
{} - открывающая и закрывающая фигурные скобки
< > - знаки ‘меньше’ ‘больше’;
_ - подчеркивание;
/ - косая черта (слэш);
- обратная косая черта (бэкслэш);
# - решетка;
“ - кавычки;
^ - крышка;
* -звездочка;
1.2. Служебные клавиши
К служебным относятся клавиши Esc, Backspace, Tab, Enter, Shift, PrtScr, Ctrl, Alt, CapsLock, Num Lock, Scroll Lock, и Pause (Break). Они расположены в разных частях клавиатуры и в общем случае имеют следующее назначение:
Esc – (от Escape – «покинуть» ) – служит для отмены каких-либо действий и/или выхода из программы, подменю и т.п.;
Backspace – клавиша возврата; при ее нажатии курсор перемещается по экрану влево на одну позицию – тем самым удаляется предыдущий символ;
Tab – клавиша табуляции; действует только на нижнем регистре и обеспечивает перемещение курсора вправо до очередной позиции табуляции, интервал между которыми равен восьми символам; эту клавишу удобно использовать, например, при формировании таблиц и набора текста с отступами; на верхнем регистре возможно перемещение курсора до очередной позиции табуляции влево;
Enter – клавиша ввода (возврата каретки); при вводе текста служит для завершения ввода очередной строки информации; курсор при нажатии клавиши перемещается в крайнее левое положение следующей строки; при работе в DOS служит для ввода команд на выполнение процессором; на некоторых клавиатурах может также обозначаться: Return, CR;
Ctrl – (от Control – управляющая) – самостоятельного значения не имеет, но при нажатии совместно с другой клавишей изменяет ее действие;
Shift – (от англ. смена) клавиша смены регистра; если клавиатура находится на нижнем регистре, то при нажатии этой клавиши осуществляется переход на верхний регистр (можно будет вводить прописные буквы и специальные знаки, изображенные в верхних частях клавиш); на нижнем регистре возможен ввод строчных букв, цифр и специальных знаков, изображения которых нанесены в нижних частях клавиш; если клавиатура находится на верхнем регистре, то нажатие клавиши Shift переводит ее на нижний регистр; эта клавиша логически не фиксируется, в результате чего ее требуется удерживать; может также изменять действие других клавиш (обычно - функциональных);
PrtScr – (от Print Screen – печать экрана); ее нажатие приводит к распечатке на принтере информации, видимой на экране;
Alt – (от Alternate – изменяющая) – так же, как и Ctrl, самостоятельного значения не имеет но при нажатии совместно с другой клавишей изменяет действие последней;
Caps Lock – (от Capitals Lock – фиксация прописных букв) – служит для фиксирования режима прописных букв, это удобно при вводе текста, состоящего из одних прописных букв; при ее нажатии фиксируется верхний регистр клавиатуры; при повторном нажатии - нижний регистр и т.д.; эту клавишу удерживать не надо;
Num Lock – (от Number Lock – фиксация цифр) – обеспечивает переключение (с фиксацией) режимов работы малой цифровой клавиатуры (см. ниже);
Scroll Lock – клавиша блокировки прокрутки; самостоятельно используется для переключения режима вывода на экран дисплея, если при нажатии клавиш управления курсором сдвигается не курсор, а экран; может применяться аналогично клавишам Ctrl, Shift и Alt, но пока для этих целей не задействована;
Pause – клавиша прерывания; самостоятельного значения не имеет, но на фоне клавиш Ctrl может привести к принудительному завершению выполнения текущей программы или команды.
Индикаторы режимов
Клавиши CapsLock, Num Lock, Scroll Lock также называются индикаторами режимов. При включении соответствующих режимов эти индикаторы зажигаются, а при выключении этих режимов гаснут
При описании назначения служебных клавиш употреблялся термин «курсор». Курсором называется значок в виде прямоугольника или контрастной черты, указывающий знакоместо на экране, где будет отображаться очередной выведенный на экран символ.
Клавиши управления курсором
К служебным также относятся клавиши Left (стрелка влево), Right (стрелка вправо), Up (стрелка вверх), Down (стрелка вниз), Home, End, PgUp, PgDn, Ins и Del, которые называют клавишами управления курсором.
Рассмотрим традиционное назначение этих клавиш
Left, Right, Up, Down – служат для перемещения курсора соответственно влево вправо вверх вниз на одну позицию или строку и называются стрелками.
Home – обеспечивает перемещение курсора в первую позицию строки.
End – служит для перемещения курсора в последнюю позицию строки.
PgUp (от Page Up - страница вверх) – обеспечивает перемещение по тексту в направлении его начала на одну страницу, т.е. возврат на одну страницу.
PgDown (от Page Down - страница вниз) – обеспечивает перемещение по тексту в направлении его конца на одну страницу, т.е. продвижение вперед на одну страницу; иными словами клавиши PgUp, PgDown обеспечивают листание назад и вперед соответственно.
Ins (от Insert - вставить) – служит для переключения клавиатуры из режима замены в режим вставки и обратно; в режиме замены каждый введенный символ заменяет на экране символ в позиции курсора; в режиме вставки вводимый символ помещается перед символом в позиции курсора, при этом оставшаяся часть строки правее курсора сдвигается на одну позицию вправо.
Del (от Delete - удалить) – обеспечивает удаление на экране символа в позиции курсора, при этом оставшаяся часть строки правее курсора сдвигается на одну позицию влево; состояние клавиши Insert на действие этой клавиши влияния не оказывает.
1.3. Функциональные клавиши
На верхней части клавиатуры располагается так называемые функциональные клавиши F1-F12. Порядок использования этих клавиш определяется программой и операционной системой, с которой мы в данный момент работаем. Они обычно программируются и для каждого программного продукта имеют свое назначение. Тем не менее, уже стало традицией в программах задействовать клавишу F1 для получения подсказки или вывода интерактивного справочника.
Рассмотрим использование функциональных клавиш на примере распространенных текстовых редакторов Word Perfect, Microsoft Word WordStar, Xiwrite, LEXICON:
Быстрые клавиши текстовых редакторов и их комбинации:
F1 – помощь
CTRL+F1 – поиск вниз
SHIFT+F1 – поиск вверх
ALT+F1 – выбор шрифта
F2 – вставка имени клавиши
CTRL+F2 – замена
SHIFT+F2 – глобальная замена
ALT+F2 – подчеркивание
F3 – выделение строчного фрагмента
CTRL+F3 – забрать фрагмент в карман
SHIFT+F3 – выделить прямоугольный фрагмент
ALT+F3 – курсив
F4 – отмена выделения
CTRL+F4 – вставка строчного фрагмента
SHIFT+F4 – вставка прямоугольного фрагмента
ALT+F4 – жирный
F5 – сдвиг окна влево
CTRL+F5 – сдвиг фрагмента влево
SHIFT+F5 – смена направление показа
ALT+F5 – прижать строку влево
F6 – сдвиг окна вправо
CTRL+F6 – сдвиг фрагмента вправо
SHIFT+F6 – смена направления ввода
ALT+F6 – прижать строку вправо
F7 – левая граница абзаца
CTRL+F7 – задать отступ абзаца
SHIFT+F7 – границы абзаца по образцу
ALT+F7 – правая граница абзаца
F8 – центровка
CTRL+F8 – форматировать абзац
SHIFT+F8 – жесткий раздел страниц
F9 – рус/лат алфавит
CTRL+F9 – рус/национ. алфавит
SHIFT+F9 – режим дисплея
ALT+F9 – распахнуть окно
F10 – вход в меню
CTRL+F10 – форма, цвет окна
SHIFT+F10 – режим текст/документ
Операции с фрагментами (блоками):
F4 – отменить выделение
CTRL+F3 – забрать блок в карман
CTRL+F4 – вставить, сдвинув строки вниз
SHIFT+F4 – вставить как прямоугольник
CTRL+F5/F6 – сдвинуть блок влево/вправо
ALT+F5/F6 – прижать строки влево/вправо
CTRL+F8 – сформатировать в единый абзац
1.4. Малая цифровая клавиатура
Малая цифровая клавиатура находится в правой части клавиатуры и содержит следующие клавиши: 7 (Home), 8 (стрелка вверх), 9 (PgUp), –, 4 (стрелка влево), 5, 6 (стрелка вправо), +б 1 (End), 2 (стрелка вниз), 3 (PgDn), 0 (Ins) и (Del).
Малая цифровая клавиатура может работать в двух режимах:
1) в режиме ввода чисел;
2) в режиме управления курсором.
Переключение режимов с логической фиксации осуществляется клавишей Num Lock, а без фиксации – клавишей Shift. Состояние клавиши Caps Lock здесь значения не имеет. В режиме ввода чисел эта часть клавиатуры обеспечивает более удобный ввод чисел и знаков арифметических операций. В режиме управления курсором клавиши малой цифровой клавиатуры служат для перемещения курсора, перелистывания страниц и переключения режимов работы основной клавиатуры.
2. Принципы работы клавиатуры
При вводе информации с клавиатуры каждый введенный символ преобразуется в соответствующий двоичный код, который передается в компьютер для последующей его обработки. При выводе информации осуществляется обратное преобразование, и двоичный код преобразуется во внешнее его представление.
Для кодирования символов в ЭВМ используется специальная таблица кодов ASCII (American Standart Code for Information Interchange – американский стандарт кодов для обмена информацией), применяемая на большинстве компьютеров. Таблица кодировки обеспечивает взаимное соответствие изображений символов на экране с их числовыми кодами, и ставит в соответствие каждому символу семиразрядный двоичный код.
В ASCII-кодировке представлены 128 символов, которые делятся на две группы:
1. символы пишущей машинки, т.е. прописные и строчные латинские буквы, цифры, и специальные знаки;
2. управляющие символы, используемые для передачи команд в коммуникационных программах.
Семи разрядов ASCII-кода совершенно недостаточно для представления символов языков с алфавитом, отличным от латинского. Поэтому в большинстве стран используются свои собственные версии кодировок, основанные на ASCII.
При нажатии клавиши клавиатура посылает процессору сигнал прерывания, что заставляет процессор приостановить свою работу и переключиться на программу обработки прерывания клавиатуры.
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 9. Терморезисторы.
При этом клавиатура в своей собственной специальной памяти (буфере) запоминает, какая клавиша была нажата. После передачи кода нажатой клавиши процессору эта информация из буфера клавиатуры исчезает.
Буфер клавиатуры рассчитан на хранение до 20 кодов нажатых клавиш и логически организован в виде циклического списка-очереди. Код только что нажатой клавиши размещается в конце списка, если он не пуст. Если на момент запроса буфер пуст, то программа переходит в состояния ожидания ввода реального символа. Наличие буфера позволяет нажимать клавиши на клавиатуре с упреждением (заранее), что ускоряет работу на ЭВМ.
Каждой клавише на клавиатуре соответствует семиразрядный код сканирования – скэн-код. Перечень этих кодов для 83-клавишной клавиатуры приведен в таблице.
Коды сканирования усовершенствованной 101-клавишной клавиатуры полностью совместимы с кодами 83-клавишной клавиатуры, а дополнительные клавиши кодируются оставшимися числами семиразрядного кода.
Кроме нажатия клавиатура отмечает также и отпускание каждой клавиши, посылая процессору свой сигнал прерывания с соответствующим кодом. При нажатии клавиши клавиатура генерирует однобайтный код нажатия, а при отпускании – также однобайтный код отпускания. Код нажатия клавиши совпадает с кодом сканирования. Код отпускания отличается от соответствующего кода нажатия тем, что он больше его на 128.
Таким образом, компьютер всегда “знает“, нажата ли клавиша или она уже отпущена. Это свойство используется при переходе на другой регистр. Кроме того, если клавиша нажата дольше определенного времени, (обычно около половины секунды), то клавиатура генерирует повторные коды нажатия этой клавиши.
