1.3.31. Манипуляторы

С ростом популярности графических интерфейсов все большее распространение получают манипуляторы (pointing devices) – устройства ввода, управляющие положением курсора на экране и позволяющие выполнить одну или несколько фиксированных команд. Основные разновидности манипуляторов:

• мышь;

• трекбол;

• сенсорная мышь

• джойстик;

• световое перо.

Манипулятор мышь получила свое название благодаря форме и принципу работы: она легко помещается в ладони, "бегает" под управлением пользователя по поверхности рабочего стола. А кабель, посредством которою она соединяется с компьютером, напоминает мышиный хвост.

Несмотря на широкий выбор и разнообразие формы размеров манипуляторов мышь, принципы их работы едины. При перемещении мыши по поверхности стола или специального коврика, это перемещение преобразуется в набор импульсов, передаваемых компьютеру. При нажатии одной или более клавиш мыши код также передается в компьютер. Программа управления мышью (драйвер мыши) преобразует наборы импульсов и нажатия кнопок в определенные действия (например, перемещение курсора или операцию, выполняемую при нажатии клавиши Enter).

Для того, чтобы ввести в компьютер информацию о перемещении манипулятора, в конструкции мыши используется механический, оптико-механический или оптический принцип.

Механическая мышь представляет собой наиболее распространенный тип этого устройства. Ее основным рабочим органом является металлический (для тяжести) шар, покрытый резиной. При перемещении манипулятора по поверхности стола шар вращается и передает вращение двум боковым роликам. В отличие от шарика, который может вращаться в любом направлении, ролики могут вращаться только по часовой стрелке или против часовой стрелки, преобразуя произвольное движение шарика в движение по двум взаимно перпендикулярным направлениям (X и Y). Электронная схема мыши преобразует движения роликов (измеряемые с помощью потенциометров), а также нажатие кнопок в электронные импульсы, посылаемые в компьютер. Механические мыши являются самыми дешевыми, однако они имеют небольшую точность позиционирования и довольно быстро изнашиваются.

В оптико-механической мыши (рис. 3.36) шарик, как и в механической мыши, вращает соприкасающиеся с ним валики. Ось враще­ния одного из валиков вертикальна, а другого горизонтальна. На этих осях установлены диски с растровыми отверстиями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоко­лями. На первом цоколе находится источник света, а на другом – фоточув­ствительный элемент (фотодиод, фоторезистор или фототранзистор). Этот элемент очень точно определяет, где находится источник света: перед отверстием или за пластмассовой перегородкой диска. Поскольку таких растровых дисков два, то порядок освещения фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих им­пульсов – скорость. Таким образом, создается подобие многократному нажатию, скажем, клавиши перемещения курсора.

Так же, как в механической мыши, импульсы с помощью контроллера мыши передаются в компьютер.

Оптическая мышь (рис. 3.37) в отличие от механической мыши и оптико-механической мыши не имеет движущихся частей, но использует специальный коврик (pad), по которой должна двигаться. На поверхность коврика нанесена тонкая сетка из черных и светлых полос, либо цветных полос (горизонтальные полосы – красного цвета, вертикальные – серого). Мышь содержит две пары диодов и фотоэлементов. Для красно-серых ковриков один светодиод излучает красный, а другой инфракрасный цвет, а для черно-белых ковриков оба светодиода работают в инфракрасном диапазоне. Свет, излучаемый светодиодом, отражается от коврика и попадает на фотодетектор. Чередование сильного и слабого отражения от разных полос коврика позволяет установить направление и скорость перемещения мыши, и, после преобразования с помощью электронных схем, передать эту информацию в компьютер.

Основными характеристиками мыши являются:

• разрешающая способность;

• стандарт программного интерфейса;

• интерфейс подключения к компьютеру;

• способ передачи сигналов в компьютер.

Мыши различаются по своей разрешающей способности, то есть минимальному перемещению, которое может интерпретироваться их воспринимающими механизмами. Разрешающая способность указывается обычно в числе точек на дюйм – dpi (dot per inch).

Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 200 до 900 dpi. Мышь с разрешением более 1000 dpi позволяет очень точно вести и позициониро­вать курсор, при этом точность, естественно, зависит от выбранного разре­шения экрана монитора. Зависимость точности позиционирования мыши от скорости ее перемеще­ния определяется так называемым баллистическим эффектом. Этот эффект можно варьировать. При коротких перемещениях мыши уменьшается бал­листический эффект скорости, что ведет к увеличению точности позицио­нирования указателя мыши, если вы, например, работаете в графической программе с мелкими деталями. Во время движений, при которых мышь проходит относительно большое расстояние, например, при перемещении между окнами редактирования и линейкой инструментов, курсор соответст­венно будет двигаться быстрее.

Наиболее распространенными видами стандартов программного интерфейса мыши являются мышь Microsoft Mouse, имеющая две кнопки управления и PC-Mouse, имеющая три кнопки управления (третья кнопка, как правило, дублирует первую). Как правило, модели мыши других производителей поддерживает тот или другой стандарт, а иногда – оба этих стандарта. Некоторые мыши нестандартные мыши имеют дополнительные кнопки или даже некоторые клавиши клавиатуры. Такие мыши поставляются со своим собственным драйвером.

Если раньше мышь подключалась к последовательному порту, то в настоящее время для подключения мыши используется разъем PS/2 (такой же, как и для подключения клавиатуры). Существуют также мыши с шинным интерфейсом (Bus Mouse), которые подключаются к собственной карте расширения.

Как правило, мышь подключается к компьютеру с помощью кабеля, однако существуют и «бесхвостые» мыши. Так, инфракрасные мыши используют встроенный в мышь передатчик инфракрасного излучения и приемник, подключенный к последовательному порту компьютера с помощью кабеля (в некоторых последних моделях материнских плат имеется отдельный приемник инфракрасного излучения). Другая разновидность мыши – радиомышь передает данные в компьютер посредством радиосигнала.

Мышь позволяет оптимизировать работу с большой категорией компьютерных программ, особенно имеющих графический интерфейс (например, Windows), исключив непроизводительное частое повторное нажатие некоторых клавиш.

По своей конструкции и функциональному назначению трекбол (рис. 2.38) аналогичен механической или оптико-механической мыши и представляет собой как бы перевернутую мышь. Вместо перемещения шарика по поверхности, шарик вращается рукой, а координаты X и Y этого вращения, а также нажатия кнопок (двух или трех) передаются в компьютер.

Большинство трекболов управляются через последовательный порт, причем назначение выводов аналогично с разъемом мыши. Существуют два основ­ных отличия трекбола от мыши:

• трекбол обладает стабильностью (неподвижностью) за счет тяжелого корпуса;

• площадка для движения, необходимая мыши, трекболу не нужна. Пози­ция курсора рассчитывается исключительно по вращению шарика.

Область применения трекбола – та же, что и для мыши, однако наибольшее распространение эти манипуляторы получили для портативных компьютеров, где они либо встраиваются в клавиатуру, либо крепятся к ней с помощью специального устройства.

В портативных компьютерах используются также так называемые сенсорные мыши, представляющие собой небольшой прямоугольный экран, покрытый пьезоэлектрическим материалом. Движения пальца руки по этому экрану преобразуется в электрические сигналы, и управляют движением курсора мыши на экране монитора. Разрешающая способность сенсорной мыши невелика и работать с ней не очень удобно.

Манипулятор с управляющим рычагом (джойстик) представляет собой устройство с управляющим стержнем-рычагом и одной или несколькими кнопками. По принципу действия различают два вида джойстиков: цифровые и аналоговые.

В цифровом джойстике (рис. 2.39) стержень крепится на крестовине, имеющей электрические контакты на четырех концах. Когда стержень перемещается, замыкается контакт в соответствующей точке и курсор двигается в одном из четырех направлений. Чтобы курсор двигался в каком-то промежуточном направлении, стержень нужно наклонить между двумя концевыми точками, чтобы замкнулись оба контакта. Кнопки для команд помещаются либо на ручке стержня, либо на корпус.

В аналоговом джойстике (рис. 2.40) основание стержня проходит через валик, соединенный с одним потенциометром и подвеску, соединенную с другим потенциометром, расположенным под прямым углом к первому. При движении джойстика один потенциометр регистрирует движение по оси X, другой – по оси Y. Когда джойстик приходит в движение, валик вращается в одной плоскости, тогда как подвеска поворачивается в другой. Электронная схема джойстика передает значения величины перемещения в компьютере. Аналоговый джойстик имеет существенное преимущество перед цифровым джойстиком, поскольку регистрирует минимальные движения ручки управления, что, обеспечивает более точное управление.

В IBM-совместимых компьютерах джойстик подключается к компьютеру с помощью специального, так называемого «игрового» (game) порта. Это 15-штырьковый разъем материнского типа, в который включается специальный разъем, на выходе которого имеются два кабеля для подключения двух джойстиков. Следует отметить, что игровой порт, в отличие от последовательного и параллельного портов, не является частью стандартной конфигурации компьютера, и во многих IBM-совместимых компьютерах он отсутствует. Однако игровым портом оснащены некоторые звуковые карты.

Джойстик используется, в основном, в игровых программах, особенно в имитационных (или симуляционных) играх.

Световое перо похоже на шариковую ручку, в которую вместо пишущего шарика вмонтирован фотоэлемент. Кроме того, в стержне нахо­дится электронная составная часть, которая оценивает сигналы. В зависимо­сти от исполнения световое перо оснащается одной или более кнопками, которые выполняют функции, схожие с функциями клавиш мыши. Свето­вое перо функционирует только совместно с монитором. При прикоснове­нии стержнем к поверхности экрана электронное излучение регистрируется фотодетектором светового пера. Так как экран монитора состоит из множест­ва точек (пикселей), то полученный сигнал можно передать на графическую карту, которая вычислит координаты электронного луча по времени его ре­гистрации.

Таким образом, теоретически световое перо может заменить мышь, но при выборе мелких объектов оно не очень удобно.