Клавиатура компьютера

Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы – клавиша F10.

Управляющие клавиши имеют следующее назначение:

Enter – клавиша ввода;

Esc (Escape – выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т.п.;

Ctrl и Alt – эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;

Shift (регистр) – обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);

Insert (вставлять) – переключает режимы вставки (новые символы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);

Delete (удалять) – удаляет символ с позиции курсора;

Back Space или – удаляет символ перед курсором;

Home и End – обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно;

Page Up и Page Down – обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед, соответственно;

Tab – клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;

Caps Lock – фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;

Print Screen – обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.

Длинная нижняя клавиша без названия – предназначена для ввода пробелов.

Клавиши , , и служат для перемещения курсора вверх, вниз, влево и вправо на одну позицию или строку.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах – ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который выполняет следующие функции:

последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;

управляет световыми индикаторами клавиатуры;

проводит внутреннюю диагностику неисправностей;

осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры.

Клавиатура имеет встроенный буфер — промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом — это означает, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др.

Принтер, плоттер, сканер

Принтер – печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

Матричный символ

Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.

Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости.

Лазерный принтер

После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок – тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение. Цветные лазерные принтеры пока очень дороги.

Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.

Принтер связан с компьютером посредством кабеля принтера, один конец которого вставляется своим разъёмом в гнездо принтера, а другой – в порт принтера компьютера. Порт – это разъём, через который можно соединить процессор компьютера с внешним устройством.

Каждый принтер обязательно имеет свой драйвер – программу, которая способна переводить (транслировать) стандартные команды печати компьютера в специальные команды, требующиеся для каждого принтера.

Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Роликовый плоттер

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.

Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные плоттеры перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.

Плоттеру, так же, как и принтеру, обязательно нужна специальная программа – драйвер, позволяющая прикладным программам передавать ему инструкции: поднять и опустить перо, провести линию заданной толщины и т.п.

Сканер – устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Планшетный сканер

Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот, переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины.

Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов.

Лекция № 6

Кодирование текста: ASCII и Unicode (UTF-16)

Человек легко воспринимает текст. Наш мозг ежедневно обрабатывает огромные объёмы текста. В отличие от нас, процессор компьютера может работать только с числами. Поэтому все текстовые данные в памяти компьютера представляются числами. Но перед подробным обсуждением этого момента, давайте вспомним, как организована память компьютера.

Память компьютера - это последовательность битов. Бит - минимальная единица информации, которая может хранить два значения: ноль или единицу. Т.е. все данные, которые может выдавать компьютер (числа, текст, аудио, видео) - это последовательность нулей и единиц.

Бит слишком малая единица. Поэтому биты объединяются в байты. В одном байте восемь бит. Каждый байт имеет свой адрес. Именно байт является минимальной единицей, к которой может обратиться процессор - процессор не может обращаться к отдельным битам, только через соответствующие байты. Давайте посмотрим на небольшой участок памяти компьютера:

1 2 3 4 5 6

01001000 01000101 01001011 01001011 01001111 00100001

Сверху показаны адреса байтов, а снизу - значения, хранящиеся в данных адресах. В реальности не существует таких адресов, так как современные компьютеры работают с огромными адресными пространствами. Адреса в современных компьютерах записываются вот так: 0x01328921. Адреса записываются в шестнадцатеричном формате.

В одном байте может храниться 256 значений - 28 = 256. Диапазон значений: от нуля до 255 (для беззнаковых чисел), или от -128 до 127 (для чисел со знаком). В шестнадцатеричной форме максимальное значение байта - 0xff. Обратите внимание на удобство использования шестнадцатеричной системы счисления: для записи любого однобайтного значения требуется две цифры. Посмотрим на диапазоны однобайтного числа во всех трёх системах счисления:

00000000 ... 11111111

0 ... 255

0x00 ... 0xff

Процессор видит все числа в двоичном виде, но может преобразовывать их в другие системы счисления, чтобы нам их было удобно читать. Правила преобразования между различными системами счисления мы обсуждали в предыдущих уроках. Последовательность байтов, приведённую выше, можно представить и так:

1 2 3 4 5 6

01001000 01000101 01001011 01001011 01001111 00100001 // двоичная (бинарная) форма

72 69 76 76 79 33 // десятичная форма

0x48 0x45 0x4b 0x4b 0x4f 0x21 // шестнадцатеричная форма

Компьютеру удобнее использовать бинарную форму, а нам - шестнадцатеричную, или десятичную.

Кодировка ASCII

Чтобы представить текст числами, каждой букве присваивают числовое значение - кодируют значения букв. Присвоив всем буквам уникальное значение, мы получим кодировку (character set, endoding). Но использовать свою кодировку нет никакого смысла - вы сможете использовать её только в своей программе. На данный момент наибольшее распространение получила кодировка ASCII.

Первоначально один символ в кодировке ASCII занимал 7 бит. Но когда распространение получил 8-битный байт (да, существовали байты разных размеров), то ASCII была расширена до восьми бит. 7-битная кодировка в два раза меньше восьмибитной: 27=128 < 28=256.

Итак, первоначально в кодировке ASCII было 128 значений: от 0 до 127 (0x00 до 0x7f). Этого достаточно чтобы закодировать все буквы латинского алфавита, арабские цифры и ещё ряд знаков.

7-битная кодировка ASCII является основой для всех распространённых сейчас кодировок и чрезвычайно важна в программировании. Поэтому мы познакомимся с конкретными значениями:

0 - ноль. Это не цифра в выводимом тексте. К данному коду не привязан никакой символ. Т.е. вы никогда не увидите на экране представление нуля. Тем не менее, ноль очень важен в программировании и хранении текста. Для чего используется этот код, мы узнаем позже.

32 - пробел.

48 - код нуля. Когда мы видим на экране монитора ноль, в памяти компьютера этот символ представлен числом 48.

49 - единица. Далее идут остальные арабские цифры.

57 - девятка.

65 - прописная буква A (английский алфавит).

90 - прописная буква Z.

97 - строчная буква a.

122 - строчная буква z.

Давайте вернёмся к рассмотренной ранее последовательности байтов, и попробуем значению каждого поставить в соответствие код из ASCII:

1 2 3 4 5 6

01001000 01000101 01001011 01001011 01001111 00100001 // двоичная (бинарная) форма

72 69 76 76 79 33 // десятичная форма

H E L L O ! // символы ASCII

О, чудо! У нас получился текст "HELLO!"

Компьютер видит всего лишь последовательность байт, к которым он может обратиться по их адресам. Мы можем видеть как простые числа, так и текст, если смотреть на эти числа в кодировке ASCII.

Расширенная кодировка ASCII (extended ASCII)

С появлением восьмибитной кодировки, в ASCII смогли закодировать и другие алфавиты. Расширенных кодировок ASCII много - существуют версии для многих национальных алфавитов. При этом первая половина кодировки (значения от нуля до 127) везде одинаковая.

Русский алфавит (кириллица) закодирован в кодировке с названием windows-1251. Ещё одна популярная версия ASCII - windows-1252 - это кодировка для западноевропейских языков (в ней закодированы буквы специфические для французского и немецкого алфавитов). Кстати, текст, который вы сейчас читаете, закодирован в windows-1251.

Нам не важно, как закодированы русские буквы (да и английские тоже) в windows-1251 - не нужно знать конкретные значения. Если необходимо, можете найти полный список значений символов для windows-1251 в поисковиках.

Кодирование цифр в тексте

На практике не нужно знать закодированные значения букв. Но в то же время нужно обязательно запомнить закодированные значения цифр. В ASCII цифры имеют коды с 48 до 57. 48 - ноль, 49 - единица ... 57 - девять. Напоминаю, что первые 128 значений одинаковы во всех кодировках, поэтому и коды цифр везде совпадают. И это, скажу я вам, очень здорово. Для чего нужно знать коды цифр, и как это связано с созданием игр?

Допустим, в нашей игре нужно выводить на экран значений юнитов пользователя. Внутри программы это простое число, представленное переменной. Но чтобы пользователь увидел это число, его нужно превратить в текст, который и будет отображён на экране. Поэтому при создании игры, нужно обязательно написать код, который занимается преобразованием чисел в текст.

Для примера рассмотрим два значения: в начале игры у пользователя нет юнитов, а через некоторое время он построил пятерых.

Сначала пользователю нужно вывести символ 0. Для этого потребуется использовать закодированное значение этого символа - 48. Затем пользователю нужно вывести символ 5, код которого - 53. Здесь видна интересная особенность: код символа цифры отличается от фактического значения на 48. Поэтому для однозначных (и только для однозначных) чисел мы можем использовать вот такой код:

int var = GetUnitNumber(); // узнать количество юнитов

char output = var+48;

Теперь можно вывести переменную output на экран. Только осталось решить одну проблему: в реальных ситуациях очень редко используются однозначные числа. Например, в Company of heroes у игрока в подчинении находятся в среднем больше 15 отрядов, в Age of Empires - больше 50. В других играх ситуация аналогичная. В шутерах может потребоваться выводить количество патронов и здоровья (значения которых практически всегда больше 9). Конечно же, и при создании своей игры нам нужно будет выводить многозначные числа. Вывод многозначных чисел мы рассмотрим в следующем уроке, а сейчас вернёмся к рассмотрению кодировок.

Кодировка (encoding) Юникод - Unicode

Один байт может иметь только 256 значений. Это значит, что в кодировке ASCII можно закодировать 256символов: цифр, букв, пиктограмм, знаков пунктуации и других различных символов. В то же время существуют письменности, в которых гораздо больше символов, например, китайские или японские иероглифы.

Для решения этой (и некоторых других) проблемы в начале девяностых была создана кодировка Юникод(Unicode). Первоначально все символы юникода занимали два байта. Соответственно, в unicode можно было закодировать 216 = 65536 значений. Затем кодовое пространство было расширено до более чем миллиона символов. В результате этого появилось несколько представлений юникода.

Наиболее популярными представлениями юникода являются два: UTF-8 - используется в интернете и UTF-16 - используется в Windows (Windows XP, Windows Vista, Windows 7).

В контексте создания игр не важно, как кодируются все символы в различных представлениях Unicode. Но важно то, что во всех представлениях арабские цифры кодируются так же, как и в ASCII.

Существует две версии UTF-16: UTF-16LE (little-endian) - кодировка с обратным порядком байтов и UTF-16BE (big-endian) - кодировка с прямым порядком байтов. В Windows, конечно же, используется UTF16-LE.

Код символов в юникоде обозначается так: U+hhhh (четыре шестнадцатеричных цифры, h - от hexadecimal - шестнадцатеричный). Например, U+221A - символ квадратного корня - √.

Часть символов в UTF-16 кодируются двумя байтами (первые 63 тысячи). Остальные символы кодируются суррогатными парами. Так как это не слишком важно для создания игр, то я не буду останавливаться на суррогатных парах подробно.

В UTF-8 первые 128 символов кодируются одним байтом. Остальные символы могут кодироваться несколькими байтами (от двух до четырёх).

И ещё один момент (самый важный): в юникод закодированы все символы всех современных и многих мёртвых письменностей плюс знаки из различных областей науки и культуры (математические и экономически символы, нотные знаки и многое другое). Именно по этой причине и нужно использовать юникод.

Ещё раз повторюсь, что знание стандарта юникода и особенностей его различных представлений, не сильно помогает в такой теме, как создание игр, поэтому дальнейшее знакомство с юникодом вам придётся продолжать самостоятельно. Неоценимую помощь в этом деле окажет, как обычно, стандарт.

Кодирование текста в Microsoft Windows (Windows XP, Windows Vista, Windows 7)

В современных версиях Windows существует два способа представления текста: UTF-16 и кодовые страницы (в основном это восьмибитные кодировки). Основной способ - юникод. Кодовые страницы нужны для совместимости со старыми приложениями (в Windows 95, Windows 98 - в основном использовалась ASCII). Кроме того, юникод не понимает одна очень важная программа - консоль.

Пусть вас не смущает новый термин - кодовая страница (code page). В windows так называются все кодировки (character sets или encodings). Т.е. понятие кодировка равнозначно кодовой странице.

Сразу сделаю замечание, которое лучше запомнить. В Windows есть чёткое разделение: вот юникод (UTF-16LE), а вот все остальные кодировки. И юникод, и остальные кодировки в Windows называются кодовыми страницами, но этот термин (кодовые страницы) я буду применять ко всем кодировкам за исключением юникода.

Когда мы писали консольные программы, вывод текста осуществлялся с помощью кодовой страницы windows-1252. Именно поэтому нам приходилось вызывать setlocale (она меняет кодовую страницу на windows-1251):

setlocale(LC_CTYPE,"Russian");

Эта функция меняет локальность.

Locale (местная специфика) - локальность

В Windows есть такое понятие как Locale. Здесь я не совсем верно использую кальку этого слова - локальность, но, на мой взгляд, она довольно ёмкая, чтобы вместить весь смысл понятия Locale. Locale переводится как местные особенности. Т.е. это какие-то параметры используемы в данном конкретном месте (регионе, стране). setlocale как раз и меняет эти особенности:

setlocale(LC_CTYPE,"Russian");

В данном вызове локальность меняется на российскую. Поэтому Windows может использовать наши местные особенности: представление даты и времени, систему измерения, валюту и, конечно же, кодовую страницу.

Первый параметр этой функции говорит, какие категории местных особенностей можно изменить. Можно изменить только кодовую страницу (LC_CTYPE), можно формат представления даты и времени (LC_TIME), а можно изменить и все категории (LC_ALL, all - всё).

Возвращаемся к кодировкам.

Одновременно может использоваться только одна кодовая страница, при этом с символами кодовой страницы в программе можно использовать и юникод, так как юникод стоит особняком от всех остальных кодовых страниц. Старайтесь в своих программах всегда использовать юникод. Кодовые страницы имеет смысл использовать только в консоли.