Учебник Информатика. Базовый курс. Симонович С.В.. С. В. Симоновичаинформатикабазовый курс2е издание
 Скачать 17.96 Mb.
|
|
65 Клавиатура Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых {знаковых) данных, а также команд управ- ления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными сис- темными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения. Принцип действия клавиатуры заключается в следующем. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, генерирует и выдает так называемый скан-код. 2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функции порта клавиатуры. (Порты — специальные аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.) Порт клавиатуры — это довольно про- стое устройство, интегрированное в одну из микросхем материнской платы. 3. Порт клавиатуры выдает процессору прерывание с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания — 9 (Interrupt 9, 4. Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область оперативной памяти, в которой находится так называемый вектор прерываний. Вектор прерываний — это спи- сок адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпада- ющим с номером записи. 5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиа- турного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, но программисты могут «под- ставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний. 6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, потом под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду. 7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в неболь- шую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор. 8. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче. 9. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, его не заберет оттуда та программа, для которой он предназначался, например текстовый 66 Глава 3. Устройство персонального компьютера Рис. 3.2. Группы клавиш стандартной клавиатуры редактор или текстовый процессор. Если символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, возможен эффект переполнения буфера. В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных. Состав клавиатуры. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функцио- нально распределенных по нескольким группам (см. рис. 3.2). Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информа- ции и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключе- ние). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение. Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов нацио- нальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом — это одна из функций опера- ционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера 67 или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет пере- ключение. Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишу- щих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются рас- кладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕН (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы. Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до разме- щенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клави- шами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для боль- шинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш. Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увели- ченный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши и ENTER, регистровые ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клави- шами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского Escape) для отказа от испол- нения начатой операции и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направ- ленной влево). Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функ- ции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми явля- ются следующие действия: • PRINT SCREEN — печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows). • SCROLL LOCK — переключение режима работы в некоторых (как правило, уста- ревших) программах. • PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего процесса (для MS-DOS). Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-циф- ровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполня- ющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позво- ляют управлять позицией ввода. Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указан- ном стрелкой (их обычно называют просто курсорными клавишами). Действие про- чих клавиш описано ниже. PAGE UP/PAGE DOWN — перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В гра- 68 Глава 3. Устройство персонального компьютера фических операционных системах (например, Windows) этими клавишами выпол- няют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых кла- виш, в первую очередь SHIFT и Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы. Клавиши и END переводят курсор в начало или конец текущей строки соот- ветственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами. Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода. В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конкрет- ную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, — это также зависит от свойств конкретной программы. Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от теку- щего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным. Сравните действие клавиши DELETE с действием служебной клавиши BACKSPACE. Последняя служит для удаления знаков, но при ее позиция ввода сме- щается влево, и, символы, находящиеся не справа, а слева от курсора. Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры). Появление дополнительной панели клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первона- чальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми (при выключенном переключателе NUM LOCK клавиши дополнительной панели могут использоваться в качестве клавиш управления кур- сором). В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устрой- ствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет. Тем не менее за дополнительной клавиатурой сохраняется важная ввода символов, для которых известен расширенный ASCII (см. выше), но неиз- вестно закрепление за клавишей клавиатуры. Так, например, известно, что символ «§» (параграф) имеет код 0167, а символ «°» (угловой градус) имеет код 0176, но соответствующих им клавиш на клавиатуре нет. В таких случаях для их ввода ис- пользуют дополнительную панель. 3.1. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера 69 Порядок ввода символов по известному 1. Убедиться в том, что включен переключатель LOCK. 2. Нажать и удержать клавишу ALT. 3. отпуская клавиши ALT, набрать последовательно на дополнительной панели вводимого символа, например: 7. 4. Отпустить клавишу ALT. Символ, имеющий код появится на экране в пози- ции ввода. Узнать ALT-коды некоторых символов позволяет программа Таблица символов (см. раздел 7.3). Настройка клавиатуры. Клавиатуры персональных компьютеров обладают свойст- вом повтора знаков, которое используется для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при длительном удержании клавиши начинается автоматический ввод связанного с ней кода. При этом настраиваемыми параметрами являются: • интервал времени после нажатия, по истечении которого начнется автомати- ческий повтор кода; • темп повтора (количество знаков в секунду). Средства настройки клавиатуры относятся к системным и обычно входят в состав операционной системы. Кроме параметров режима повтора, настройке подлежат также используемые раскладки и органы управления, используемые для переклю- чения раскладок. Со средствами настройки клавиатуры мы познакомимся при изу- чении функций операционной системы. Мышь Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плос- кую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверх- ности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Принцип действия. В отличие от рассмотренной ранее клавиатуры не является стандартным органом управления, и персональный компьютер не имеет для нее выде- ленного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода (BIOS) компьютера, размещенные в постоянном запоми- нающем устройстве (ПЗУ), не содержат программных средств для обработки пре- рываний В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы — драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при уста- новке операционной системы компьютера. Хотя мышь и не имеет выделенного порта на материнской плате, для работы с ней используют один из стандартных портов, средства для работы с которыми имеются в составе BIOS. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам. 70 Глава 3. Устройство персонального компьютера Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. (Эти нажатия называются щелчками.) В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использоваться для ввода знаковой информации — ее принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее исполнению. Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интер- фейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изме- няет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютер- ной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик в графическом виде. Стандартная мышь имеет только две кнопки, хотя существуют нестандартные мыши с тремя кнопками. Сегодня наиболее распространены мыши, в которых роль третьей кнопки играет вращающееся колесико-регулятор. Функции дополнитель- ных органов управления определяются тем программным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством. К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции левой и правой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок). Программные средства, предна- значенные для этих регулировок, обычно входят в системный комплект программ- ного обеспечения — мы рассмотрим их при изучении операционной системы. 3.2. Внутренние устройства системного блока плата Материнская плата —. основная плата персонального компьютера. На разме- щаются: • процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций; • микропроцессорный комплект {чипсет) — набор микросхем, управляющих рабо- той внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио- нальные возможности материнской платы; • шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; • оперативная {оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компью- тер включен; 3.2. Внутренние устройства системного блока 71 • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен; • разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты). Устройства, входящие в состав материнской платы, рассматриваются отдельно в разделе 3.3. Жесткий диск Жесткий диск — основное устрой- ство для долговременного хранения больших объемов данных и про- грамм. На самом один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного кого диска, а 2п поверхностей, где п — Жесткий диск число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения- записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90-250 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, проис- ходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов платы. В настоящее время функции контроллеров дисков частично интегрированы в сам жесткий диск, а частично выполняются микросхемами, вхо- дящими в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высоко- производительных контроллеров жестких дисков по-прежнему могут поставляться на отдельной плате. К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время боль- шинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта 72 Глава 3. Устройство персонального компьютера — Giant Magnetic Resistance). В настоящее время на пластину может прихо- диться 40 и более Гбайт, но развитие продолжается. С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от техно- логии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показа- тель скорости внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с), и потому их про- изводительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до Мбайт/с для интерфейсов типа до 80 Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI и от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа ШЕЕ 1394 ATA. Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9-10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин — 7-8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 4-6 мкс. |