100. Клавіатура

Клавіатуру [keyboard) призначено для введення в комп'ютер інформації від користувача.

Розміщення клавіш (keys) на клавіатурі (зони клавіатури) показано на рис. 3.48.

Зона 1 містить клавіші букв, цифр і розділових знаків. Найпоширеніший стандарт розміщення клавіш - QWERTY (ЙЦУКЕН) - за першими п'ятьма буквами першого ряду буквених клавіш.

Зона 2 містить клавіші керування курсором: \., t, <-, Home, End, Page Up, Page Down, видалення попереднього символу Back (чи <-) чи наступного символу Delete (Del), клавішу введення (Enter чи Return), клавішу регістра букв Shift, клавішу фіксації регістра букв Caps Lock, клавішу табуляції Tab, дві керувальні клавіші Ctrl (від Control), дві клавіші вибору Alt (від Alternate), клавішу переходу Esc (від Escape), клавішу виведення вмісту екрана Print Screen, клавішу блокування прокручування Scroll Lock і клавішу переривання Break. Зону З можна використовувати в двох режимах за допомогою клавіші КгшіЬоск: натисканням - вводити дані, ш;о містять тільки цифри і знаки арифметичних дііі, відпусканням - дублювання клавішами зони керування курсором.

Рис. 3.48. Зони клавіатури: І - алфавітно-цифрові клавіші; 2 - керувальні клавіші; З - цифрові клавіші; 4 - функціональні клавіші; 5 - індикатори; 6 - додаткові клавіші

Зона 4 (функціональні клавіші) містить клавіші F1-F12, дія яких визначається виконуваною програмою.

Зона 5 містить індикатори стану клавіш Caps Lock, Num Lock і Scroll Lock.

Зона 6 містить клавіші, кнопки й індикатори, склад яких залежить від моделі клавіатури (цієї зони в багатьох моделях клавіатури немає).

Уведення даних із клавіатури в комп'ютер виконують так. Під комп'ютерною клавіатурою знаходяться ґрати (матриця) з провідників (рис. 3.49). Кожна клавіша розміщена над перетинанням двох провідників і в разі натискання замикає електричне коло.

Оскільки струм при цьому проходить як по вертикальному, так і по горизонтальному провідниках ґрат, контролер клавіатури (рис. 3.49, зверху праворуч) стежить тільки за рядками ґрат, яких менше, ніж стовпців. Схема декодування контролера, що містить мікропроцесор, перевіряє, чи не натиснуто яку-небудь клавішу, постійно опитуючи рядок незалежно від того, працює користувач з клавіатурою чи ні.

Рис. 3.49. Матриця провідників у клавіатурі

Якщо натиснуто яку-небудь клавішу, що замкнула ланцюг, схема декодування, запам'ятавши номер рядка, починає опитувати стовпці, причому стан натискання цієї клавіші фіксується доти, доки клавішу не буде відпущено, а опитування клавіатури продовжуватиметься, тобто в цьому разі можна зафіксувати одночасне натискання двох чи більше клавіш. У пам'яті ROM контролера клавіатури (зазвичай ємністю 8 кбайт) зберігається таблиця відповідності номера рядка і стовпця натиснутої клавіші її коду. Так, наприклад, якщо натиснуто другу клавішу в третьому стовпці (рис. 3.49), то буде знайдено код букви q. Якщо натиснуто більше однієї клавіші, то також шукається відповідність клавіш визначеному коду. Свої коди мають праві і ліві клавіші - Shift, Alt чи Ctrl, а також комбінація цих клавіш з якою-небудь іншою клавішею. Так, якщо одночасно з клавішею, що відповідає букві q, буде натиснуто клавішу Shift (першу клавішу в п'ятому ряду), то буде знайдено код букви Q. Однобайтові чи двобайтові коди окремих клавіш і комбінацію клавіш називають сканкодами. Для перших 128 символів скан-код збігається з кодом ASCII.

Кожна клавіша генерує два типи екан-кодів: код натискання, коли клавіша натискається, і код звільнення, коли клавіша відпускається. Якщо клавіша залишається натиснутою протягом деякого часу, то через певні проміжки часу контролер повторно генерує скан-код клавіші.

Генерувальні скан-коди нагромаджуються в буферній пам'яті контролера клавіатури (зазвичай ємність цієї пам'яті 15 байт), а потім передаються в контролер клавіатури на материнській платі, що у сучасних материнських платах реалізується в мікросхемі Super I/O. Контролер може перевизначити код деяких клавіш, наприклад, якщо діє російське чи українське розміщення клавіатури, замість символу q згенерується символ й. Потім контролер посилає дані операційній системі, що або обробляє їх сама, або передає прикладній програмі. Якщо клавіатура підтримує технологію Plug&Play, контролер материнської плати може запросити відомості, що зберігаються в пам'яті ROM клавіатури.

Контролер на материнській платі може не тільки приймати, але й передавати дані, щоб повідомити клавіатурі різні параметри, які може настроїти користувач, наприклад, частоту повторення скан-коду натиснутої клавіші.

Для фіксації натискання і відпускання клавіш існують такі технології клавіатур:

- з гумовим ковпачком;

- мембранна;

- з пінопластовим елементом;

- з металевими контактами;

- ємнісна.

У клавіатурах з гумовими ковпачками (рис. 3.50, о) кожна клавіша розміщена над маленьким гнучким гумовим ковпачком (тепер замість гуми використовують гнучку пластмасу) із твердим вугільним стрижнем у центрі. З натисканням клавіші стрижень у її нижній частині тисне на ковпачок. У результаті вугільний елемент опускається вниз, натискає на тверду плоску поверхню під матрицею і замикає ланцюг для цієї клавіші. Якщо відпустити клавішу, гумовий ковпачок, відіграючи роль пружини, повертає клавішу в нормальний стан.

Клавіатури з мембранними перемикачами (рис. 3.50, б) подібні до клавіатур з гумовими ковпачками. Однак у них використовується не окремий ковпачок для кожної клавіші, а смуга гуми чи гнучкого пластику з опуклостями (мембранами) для кожної клавіші, що покриває всю матрицю провідників із двох боків. З натисканням клавіші вона замикає розміщені під нею контакти в матрищ провідників, а з відпусканням мембрана відіграє роль пружини.

Рис. 3.50. Технології фіксації клавіш: а-з гумовим ковпачком; б ~ мембранна; в - механічна; г - з пінопластовим елементом; д - ємнісна: 1 - клавіша; 2 - ковпачок; З - матриця провідників; 4 - контакти; 5 - вугільний стрижень; 6 - мембрани; 7 - ізолятор; 8 - пружина; 9 - пінопласт; 10 - стінки конденсатора

Механічні клавіатури (рис. 3.50, в) - це перші клавіатури, використовувані в ПК.

У разі натискання клавіші вона замикає контакти в матриці провідників, а з відпусканням пружина змушує клавішу підніматися.

Клавіатури з пінопластовими елементами (рис. 3.50, г) мають клавіші, стрижень яких закінчується пінопластовим кубиком. До нижньої частини кубика прикріплено контакт, а до верхньої - пружину. Якщо клавішу натиснути, пружина розтягується і замикає контакт, а якщо відпустити - стискується. Пінопластовий кубик служить для забезпечення м'якого натискання клавіш.

Усі наведені вище технології контактні. Згідно з ємнісною технологією (рис. 3.50, д) контакти на нижній частині клавіші і матриці провідників являють собою стінки конденсатора і містять заряд. У разі натискання клавіші пружина розтягується, і відстань між стінками зменшується, що змінює значення струму, який проходить через проводи матриці. Оскільки фізичного контакту між стінками конденсатора немає, такі клавіатури називають безконтактними. Якщо відпустити клавіші, пружина стиснеться і набуде нормального стану.

Основні характеристики клавіатури:

- технологія фіксації клавіш;

- інтерфейс підключення;

- дотримання вимог до ергономіки, випромінювання, безпеки й екології;

- наявність додаткових клавіш і пристроїв.

Кожна технологія фіксації клавіш, має свої переваги і недоліки. Так, клавіатури з гумовими ковпачками недорогі і стійкі до потрапляння рідини та корозії завдяки каучуковому шару, що покриває матрицю клавіш. Клавіатури з мембранними перемикачами використовують у промислових цехах та інших середовищах з екстремальними умовами. Механічні клавіатури і клавіатури з пінопластовими елементами тепер майже не використовують, оскільки контакти швидко зношуються і рідини та пил вільно проникають усередину клавіатури. Ємнісні клавіатури дорогі, але вони корозійностійкі і мають майже необмежений термін експлуатації.

Сучасні клавіатури підключають до материнської плати по інтерфейсу PS/2, однак цей інтерфейс дедалі більше витісняється інтерфейсом USB. Існують також і безпровідні клавіатури, підключені до комп'ютера з використанням інфрачервоного випромінювання чи технології Bluetooth.

До клавіатури, так само, як і до монітора, специфікацією ТСО'99 Keyboards (ТСО'99 -клавіатури) передбачено вимоги до ергономіки, випромінювання, безпеки й екології.

До клавіатури ставляться такі ергономічні вимоги:

- до пружності клавіш під час натискання;

- до розміщення клавіш;

- до дизайну клавіш (розміру і форми клавіш);

- до відбивної здатності клавіатури (клавіатура має відбивати якнайменше світла);

- до стабільності клавіатури (клавіатура має бути досить масивною і збалансованою, щоб не переміщуватися по столу під час натискання клавіш).

Вимогами до випромінювання визначено допустимі значення змінних магнітних і електричних полів, а вимогами до безпеки - умови, які мають задовольняти клавіатури для їх електричної безпеки.

Екологічні вимоги містять вимоги до змісту шкідливих речовин у металевих і пластмасових деталях клавіатури, а також вимоги до утилізації і повторного використання матеріалів у конструкції клавіатури.

Клавіатура може бути оснащена додатковими клавішами і пристроями. Так, клавіатури, призначені для роботи з операційною системою Windows, містять керувальні клавіші виклику головного та контекстного меню. Такі клавіатури іноді називають клавіатурами Windows 95. Клавіатуру з маркуванням (клавіатуру Windows98) доповнено клавішами вимкнення електроживлення, переходу в «сплячий» режим і переходу комп'ютера в активні стани («пробудження»). Мультимедійні клавіатури доповнено клавішами регулювання (збільшення чи зменшення гучності звука), а також клавішами керування Web-браузером.

Як додаткові пристрої в клавіатурах використовують убудовані мікрофони, трекболи, динаміки і деякі інші пристрої.