Практическая работа 5. Устройства ввода и настройка их параметров Цель работы изучить устройство клавиатуры и мыши, их интерфейсы подключения
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Практическая работа №5. Устройства ввода и настройка их параметров Цель работы: изучить устройство клавиатуры и мыши, их интерфейсы подключения Задачи: − изучить конструкцию и основные принципы работы клавиатуры и манипулятора мыши; − познакомиться с типами интерфейсов; − получение навыков по настройке пользовательского интерфейса устройств ввода средствами операционной системы Microsoft Windows; − приобретение навыков в эксплуатации устройств ввода 1. КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Устройствами ввода являются те устройства, с помощью которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать ввод различной информации, т.е. помогать пользователю связаться с ПК. Устройства ввода подразделяются по виду вводимой информации: графическая (сканер, видео и веб-камера, цифровой фотоаппарат, плата захвата), звуковая (микрофон, цифровой диктофон, устройства распознавания речи), текстовая (клавиатура), а также устройства, позволяющие пользователю манипулировать информацией, так называемые указательные (координатные): мышь, тачпад (сенсорная панель), джойстик, графический планшет (дигитайзер). Для людей с ограниченными возможностями разрабатываются специальные устройства, чтобы они могли полноценно общаться в сети и пользоваться сайтами (портативные компьютеры со шрифтом Брайля, тактильные дисплеи Брайля, читающие машины и т.д.). В данной работе будут рассмотрены представители устройств ввода текстовой информации – клавиатура и устройств манипулирования информацией – мышь. 1.1. Клавиатура В настоящее время основным устройством ввода информации в компьютер является клавиатура. С помощью ее клавиш можно вводить текстовую - символы (буквы, числа, знаки, коды, иероглифы и т.д.) и управляющую информацию. Клавиатура состоит из клавиш и имеет несколько световых индикаторов, информирующих о режимах работы клавиатуры. Существует большое разнообразие видов клавиатур. Однако структура их и назначение клавиш одинакова. Клавиши и их сочетание позволяют выполнять все необходимые операции при работе за компьютером без использования манипулятора «мышь». Это часто повышает скорость работы, особенно при обработке текстовой информации. Клавиатура (нем. Klaviatur от лат. clavis — ключ) состоит из комплекта расположенных в определенном порядке рычагов-клавиш, объединенных в матрицу, для управления каким-либо устройством или для ввода информации. 1.1.1. Состав и принцип действия клавиатуры Основным элементом клавиатуры являются клавиши. Контакты клавиш напрямую работают с датчиками, которые все объединены в матрицу. Электрическая схема может отличаться в зависимости от бренда и модели, но принцип работы у всех одинаков. Не принципиально, также взаимное расположение этих блоков внутри корпуса устройства. В состав блок схемы любой клавиатуры входят такие функциональные узлы: − Матрица клавиш – срабатывает при нажатии определенной клавиши или их комбинаций; − Контроллер – схема управления, которая распознает нажатие клавиш и передает сигнал на интерфейс ввода; − Порт подключения – USB или PS/2 у проводной клавиатуры или радиомодуль у беспроводной; − Блок светодиодов (три у большинства экземпляров и четыре у японских); − Буфер обмена – запоминает до 15 введенных символов и передает их в соответствующую программу. Большинство современных вариантов стандарта AT оборудованы микроконтроллером Intel 8042 или его аналогом. При использовании устройства PS/2, генерируется прерывание сигнала при нажатии кнопки, у USB и беспроводных символ определяется после каждого цикла опроса. Каждой клавише или комбинации клавиш присвоен свой номер (скан- код). Скан-код — это однобайтовое число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. Каждое нажатие на клавишу замыкает соответствующий столбец и строка матрицы контактов. Контроллер клавиатуры получает номера и формирует из них скан- код нажатой клавиши, который передается по интерфейсному каналу. Кроме того, контроллер клавиатуры определяет продолжительность нажатия и может обработать даже одновременное нажатие нескольких клавиш. При нажатии трех и более клавиш происходит «фантомное» срабатывание, когда генерируется некорректный символ. Для предотвращения таких глюков, в поздних версиях Виндовс, предусмотрена функция залипания клавиш, когда нажатие более трех попросту не определяется. Набранный символ хранится в буфере клавиатуры, пока не будет отправлен в соответствующую программу или службу ОС. Емкость буфера - 16 байт, в него заносятся данные при слишком быстрых или одновременных нажатиях. Каждая клавиша клавиатуры представляет собой крышку для миниатюрного переключателя (механического или мембранного). Содержащийся в клавиатуре небольшой микропроцессор отслеживает состояние этих переключателей, и при нажатии или отпускании каждой клавиши посылает в компьютер соответствующее сообщение (прерывание), а программы компьютера (операционной системы) обрабатывают эти сообщения. Когда была нажата клавиша, контроллер клавиатуры кроме выявления скан-кода нажатой клавиши инициализирует аппаратное прерывание, по которому процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скан-код. Скан-код трансформируется в код символа (так называемые коды ASCII). При этом обрабатывающаяся процедура сначала определяет установку клавишей и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код (например, «ф» или «Ф»). Затем введённый код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов. Контроллер клавиатуры выполняет функции самоконтроля в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля при загрузке отображается однократным миганием трёх индикаторов клавиатуры. Таким образом, контроллер клавиатуры осуществляет: − сканирование (опрос) состояния клавиш; − буферизацию (временное запоминание) до 20 отдельных кодов клавиш на время между двумя соседними опросами клавиатуры со стороны МП; − преобразование с помощью программируемых системных таблиц (драйвера клавиатуры) кодов нажатия клавиш (скан- кодов) в коды ASCII. − тестирование (проверку работоспособности) клавиатуры при включении ПК. Драйвер клавиатуры служит для отображения на экране набранного на клавиатуре и обычно является составной частью любой операционной системы. Независимо от изображенного на клавише символа, довольно просто настроить процедуру преобразования скан-кода для назначения клавишам других символов. В Microsoft Windows можно установить несколько раскладок клавиатур для поддержки различных языков. Используя различные раскладки клавиатуры, можно набирать тексты на разных языках. Добавление новой раскладки — это не то же самое, что установка операционной системы, локализованной для другого языка. Добавление новой раскладки клавиатуры не изменяет текст, уже набранный и отображенный на экране; оно только изменяет коды символов, вводимых с клавиатуры. Если в документах используется несколько языков, можно устанавливать все необходимые раскладки клавиатуры по мере необходимости и переключаться между ними по желанию. При щелчке на индикаторе языка, расположенном на панели задач, появляется меню, позволяющее переключить язык. А во вкладке Язык (Language) можно указать комбинацию клавиш, которая позволит переключаться между установленными раскладками клавиатуры. Если удерживать какую-нибудь нажатой, возникает эффект автоматического повторения, т.е. клавиатура начинает непрерывно посылать на системную плату код нажатой клавиши. В современных клавиатурах можно регулировать частоту автоматического повторения, подавая соответствующие команды на ее процессор. Блок клавиатуры в настольных ПК конструктивно выполнен автономно от основной платы компьютера, и, кроме клавиатуры, содержит контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления. Он подключается к системной плате с помощью 4-проводного интерфейса (линии интерфейса используются для передачи тактовых импульсов, данных, напряжения питания +5 В, последний - «земля»). Для клавиатур существует несколько вариантов интерфейсов: стандартный разъем DIN, разъем PS/2, инфракрасный порт, интерфейс USB. 1.1.2. Классификация клавиатур Существуют различные типы конструкций клавиатур: классические, эргономичные, мультимедийные, игровые, проекционные (лазерные), ромбическая (Anti RSI), сенсорные, ультратонкие, нестандартные, раздвижные, складные и цифровые блоки. Фирмы-производители предлагают некоторые особенности: водонепроницаемый корпус; увеличенная масса клавиатуры для большей устойчивости; подсветка клавиш клавиатуры; островной тип клавиш, которые располагаются не вплотную друг к другу, а имеют некоторое расстояние между собой, сами клавиши при этом невысокие и с коротким ходом; тонкая или резиновая клавиатура; клавиатура в виде чехла (обычна для планшетов); встроенный USB-хаб; для левшей; SD-карта для хранения раскладок. Клавиатура ПК содержит более сотню клавиш. Современный стандарт предполагает чуть больше 100 клавиш, но иногда производители клавиатур дополняют клавишами, чтобы сделать более удобной для работы или игры. Например, управление громкостью, аудиопроигрывателем, сетевыми возможностями ПК, популярными программами для пользователя, состоянием окон ОС и режимами работы ПК. Помимо дополнительных клавиш, на клавиатуре присутствуют: алфавитно- цифровые/символьные, специальные/модификаторы, клавиши управления курсором, функциональные (F1, …, F12) и цифровые. На некоторых ноутбуках цифровая панель/цифровой блок отсутствует, в целях экономии места. Существуют различные типы конструкций клавиатур: классические, эргономичные, мультимедийные, игровые, проекционные (лазерные), ромбическая (Anti RSI), сенсорные, ультратонкие, нестандартные, раздвижные, складные и цифровые блоки. Фирмы-производители предлагают некоторые особенности: водонепроницаемый корпус; увеличенная масса клавиатуры для большей устойчивости; подсветка клавиш клавиатуры; островной тип клавиш, которые располагаются не вплотную друг к другу, а имеют некоторое расстояние между собой, сами клавиши при этом невысокие и с коротким ходом; тонкая или резиновая клавиатура; клавиатура в виде чехла (обычна для планшетов); встроенный USB-хаб; для левшей; SD-карта для хранения раскладок. По типу соединения клавиатуры делятся на: − беспроводные клавиатуры, которые присоединяются к компьютеру (процессору) с помощью Bluetooth, инфракрасного соединения или радиочастотного соединения. Главным преимуществом таких устройств является, очевидно, отсутствие провода. Однако и главный недостаток вытекает именно отсюда: поскольку стационарное питание отсутствует, их требуется подзаряжать отдельно, через кабель USB или посредством аккумуляторов. Помимо того, клавиатуры с радиочастотным соединением могут работать со сбоями или сами создавать помехи в работе других устройств. Устройства, работающие через bluetooth, хоть и обладают большей мобильностью и широким радиусом действия, тоже могут работать неустойчиво. − Проводные клавиатуры, как следует из самого названия, соединяются с компьютером посредством специальною кабеля. Подключаться она может через устаревший специальный разъем PS/2 или через USB-разъем. Если порт материнской платы не поддерживает интерфейс клавиатуры, то существуют переходники. Скорость работы устройства будет определяться по устаревшему интерфейсу. По расположению клавиш клавиатуры делятся на: − Эргономичные. На клавиатурах очень удобно работать, так как при их разработке учитывались эргономичные аспекты. Клавиатура обеспечивает правильное расположение кистей и запястий. Работая на таких клавиатурах, у вас некогда не появится кистевой туннельный синдром. Эргономичные клавиатуры помогают пользователю удерживать правильную осанку. − Компактные клавиатуры. На сегодняшний день размер эргономичных клавиатур постоянно растёт из-за постоянного пополнения специфичных клавиш. Полому всё популярнее становятся компактные плоские клавиатуры, на которых отсутствуют цифры, находящихся с правой стороны. Некоторые компактные клавиатуры снабжены резиновой подушечкой, которой можно пользоваться вместо мыши. Очень удобно пользоваться такой клавиатурой в дороге или поездке. По функциональности клавиатуры бывают: − Интернет-клавиатура разработана для более комфортной работы в интернете. − Игровые клавиатуры разработаны для пользователей, которые увлекаются компьютерными играми. − Мультимедийные клавиатуры способны проигрывать аудио файлы, с помощью дополнительных клавиш можно регулировать громкость. − Виртуальные клавиатуры — это специальные программы. Такие клавиатуры невозможно физически потрогать. Comfort Keys Pro одна из таких программ. − Виртуальная лазерная клавиатура — это проекция клавиш на подручную поверхность и считывающее устройство, следящее за вашими пальцами. Классифицировать клавиатуру можно по типу механизма работы клавиш. К этим типам можно отнести: мембранные, механические, плунжерные и ножничные. − мембранные (мембранные контакты, возврат при помощи резинового колпачка) В конструкцию мембранной клавиатуры включены две мембраны. Мембрана — это пластиковая пленка с дисками, которые замыкаются при нажатии клавиш пользователем. В исходное положение клавишу возвращает резиновый купол. Самый распространенный вариант, так как низкая цена. Герметична, а это очень хороший показатель в эксплуатации особенно при попадании влаги. Со временем клавиши становятся мягкими, при таком типе они рассчитаны на 20 млн нажатий. Одна из разновидность мембранных клавиатур - гибкая. У данного типа отсутствует жесткий корпус такие клавиатуры можно свернуть в трубочку и взять собой. Производители используют такую технологию интегрирую клавиатуру в чехлы для планшетов, чтобы она была всегда с собой. − механические (золотые контакты, возврат клавиши при помощи пружины) Геймеры используют механические клавиатуры, т.к. высокий отклик от нажатия - 0,2 мс, у мембранных - 1 мс. У каждой клавиши металлические или позолоченные контакты, фиксирует свое положение пружиной. При работе на механической клавиатуре пользователь может не до конца нажимать на клавишу, что ускоряет работу. Клавиатура очень шумная, уступает по герметичности мембранной. Данный тип клавиатуры рассчитан на 50-100 млн нажатий. − полумеханические (мембранные контакты, возврат при помощи пружины) В связи развитием технологий появляются изменения в производстве механических клавиатур, взамен пришла опто-механическая. Способная более быстрее производить отклик, как заявляют производители. Плунжерные клавиатуры снабжены металлическими контактами как у механических и резиновым куполом как у мембранных. Еще одни комбинированный тип - ножничный. Ножничный механизм представляет собой два перекрёстных механизма в виде ножниц, которые жёстко крепятся к каркасу клавиатуры, либо на саму клавишу. Возврат клавиш обеспечивается посредством резинового купола как у мембранного типа. Такой тип часто используется в ноутбуках. 1.1.3. Параметры клавиатуры К основным параметрам, на которые следует обратить внимание при выборе типа клавиш, относятся: − Рабочий ход (расстояние, на которое продавливается клавиша). Длина хода клавиш – расстояние, на которое должна опустится клавиша до соприкосновения контактов. Измеряется от 2.3 до 4.2 мм. Для слепой печати или беглой используют клавиши, где длина меньше 3 мм. − Издаваемый звук – может отсутствовать вообще, быть приятным для слуха или раздражать владельца; − Жесткость (усилие, которое необходимо приложить для нажатия клавиши). Сила срабатывания – лучше, если по клавишам не нужно «молотить», чтобы они подавали соответствующий им сигнал; − Срок эксплуатации – естественно, чем дольше, тем и лучше; − Тактильные ощущения при работе с устройством – субъективное ощущение, индивидуальное для каждого пользователя, и никак не измеряется. 1.2. Манипулятор «мышь» Очевидно, что манипулятор «мышь» - крайне важное устройство в составе персонального компьютера, поскольку вместе с клавиатурой постоянно используется для ввода информации и управления ею внутри компьютера. По принципу действия мыши делятся на оптико-механические и оптические, а по своим управляющим возможностям - на двухкнопочные и трехкнопочные. Основными компонентами мыши являются: − корпус, который вы держите в руке и передвигаете по рабочему столу; − датчик перемещения мыши; − несколько кнопок для подачи или выбора команд; − колесико прокрутки; − кабель для соединения мыши с компьютером; − разъем для подключения к компьютеру. Несмотря на внешнее разнообразие, все устройства работают одинаково. Встроенный в мышь датчик (опто-механический или оптический) регистрирует перемещения устройства относительно опорной поверхности и преобразует их в электрические сигналы, которые по кабелю передаются в компьютер. Соответствующие электрические сигналы также генерируются в мыши при нажатии кнопок или вращении колесика прокрутки. Взаимодействие мыши и компьютера осуществляется с помощью специальной программы-драйвера, которая либо загружается отдельно, либо является частью системного программного обеспечения. В любом случае драйвер (встроенный или отдельный) преобразует получаемые от мыши электрические сигналы в информацию о положении указателя, состоянии кнопок и колесика прокрутки. В Windows имеется широкий набор средств для оптимальной настройки мыши. Можно изменять скорость, трассировку указателя мыши по экрану, инвертировать функции кнопок мыши для работы левой рукой, изменять стандартные указатели мыши на другие изображения и т.д. Устройство мышь была разработана для графического режима ОС, с возможность управлять информацией без написания большого количества команд на клавиатуре. При движении мыши по столу и изменяется позиция курсора на экране. Любая стандартная мышь оснащена клавишами, в основном двумя, между ними встроен скролл, который тоже выполняет функции клавиши. Скролл (ролик, колесо прокрутки) предназначен для перемещения вертикальной полосы прокрутки на экране, есть мыши с поперечным колесом прокрутки для горизонтальной полосы. Дополнительный скролл удобен для построения чертежей, картин, а для построение объемных конструкций используют 3D-манипуляторы. На рынке представлено множество видов компьютерных мышей: игровые, программируемые, с системой регулировки веса, для левой или правой руки, под размер кисти руки и т.д. Программируемые мыши отличаются от стандартной набором дополнительных клавиш, которые могут использоваться для назначения команд или дублирования определенных клавиш клавиатуры. Она может продаваться вместе с программным обеспечением или можно скачать с сайта производителя, что даст возможность настроить дополнительные клавиши для каких-либо действий и запуска приложений. Геймерские манипуляторы нацелены на эргономику, выносливость, повышенную чувствительность сенсора и на скорость отклика. В понятие эргономики вкладывают удобство в эксплуатации, а именно: форма, материал и вес. Вес пользователь может менять при помощи специальных грузиков, если мышь оснащена системой регулировки веса. Производители предлагают вертикальные мыши, для смены положения кисти руки, как бы пользователь держит ручку. Мыши характеризуются типом сенсора, в основном применяются лазерный, оптико-светодиодный и гибридный. В гибридных соединили две технологий лазерную и оптическую. Лазерный сенсор в сравнении со светодиодным обеспечивает более высокую точность позиционирования и стабильнее работает на зеркальных, полированных и прозрачных поверхностях. Бюджетные оптические светодиодные мыши имеют разрешение от 800 до 1600 dpi (количество точек на дюйм), у геймерских 200 — 3200 dpi, а с лазерным сенсором 1200 — 18000 dpi. Этот параметр показывает, сколько измерений за перемещение делает сенсор мыши при изменении позиции на один дюйм. Чем больше значение этого параметра (в основном стандарт 800 dpi), тем быстрее и точнее работает курсор мыши на экране. Скоростная характеристика у лазерных выше, чем у аналогичных оптических. У геймерских мышек может достигать 1мс - время отклика, бюджетные могут 10 мс. При использовании одной и той же мыши на разных мониторах FHD и 4К, скорость движение сенсора отличается. Профессиональные геймеры с мониторами 4К и выше, должны использовать лазерную мышь от 1600 dpi и выше. Также сенсор характеризуется частотой опроса сенсора, измеряемый в Гц. Скорость контроллера мыши, т.е. сравниваются данные о текущем место положении мыши с ее исходным положением. Интерфейсы беспроводного компьютерной мыши: Bluetooth, Bluetooth + радиоканал и радиоканал. Мышь с частотой работы 2.4 ГГц имеет хорошую дальность, и сигнал может проходить даже через стены, но некоторая бытовая техника может вступать с ней в конфликт. Работа в диапазоне WiFi позволяет использовать мышь в пределах сети, но на подключение возможно воздействие внешних помех. При использовании Bluetooth соединения получается с хорошей связью. Радиус действия Bluetooth 10 м, a Wi-Fi - до 50 м. Встречаются мыши с технологией NFC. Недостатком беспроводных мышей является их зависимость от заряда аккумулятора или батарейки. Производители компьютерных мышей разработали технологии беспроводной передачи энергии от коврика к мыши. При этом коврик подключен к электрической сети. Проводное подключение компьютерной мыши осуществляется через интерфейс USB и устаревший PS/2. Сенсорная панель на ноутбуках заменяет стандартную компьютерную мышь, но можно подключить обычную мышь и пользоваться только ей. Панель состоит из нескольких плат. Ее функционирование основана на измерении электрической ёмкости при помощи датчиков, которые расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей. На рынке есть тачпады в виде отдельного устройства, например беспроводный Logitech Rechargeable Touchpad Т650. Тачпады не рекомендуют использовать в графических программах, больше всего предназначен для офисных программ и для работы с браузерами. Принцип ее действия основан на регистрации перемещений и передаче их операционной системе для синхронного смещения указателя на экране. Для выдачи команд с помощью мыши служат кнопки. У стандартной мыши всего две кнопки: основная (обычно левая) и специальная (обычно правая). Если у мыши есть иные органы управления —кнопки, колесики и т. п. — их следует считать дополнительными и необязательными. В основании оптико-механических мышей располагается узел качения на основе шарика, вращение которого передается измерительной системе. Замеренная величина и направление смещения устройства передается в компьютер. |