Как выглядит клавиатура изнутри. Компьютерная клавиатура

Как выглядит клавиатура изнутри. Компьютерная клавиатура

Интернет-подсказки

Мало кого из нас интересует понимание того, как работает компьютерная клавиатура, но дело в том, что ее работа достаточно занимательна, и об этом кратко написано в этой статье.

Знаете ли вы что?

Нынешняя раскладка клавиатуры, или макет QWERTY, которая основана на плане печатающей машинки, была разработана не для увеличения скорости набора текста, а, чтобы замедлить ее, и избежать заклинивания пишущей машинки.

Клавиатура компьютера является аппаратным устройством, которое функционирует в соответствии с указаниями пользователя. Она включает в себя схемы, коммутаторы и процессоры, которые помогают в передаче клавишами сообщений на компьютер. Мы все знаем, что клавиатура является устройством ввода, которое действует в соответствии с указаниями пользователя. Она используется для выполнения различных задач, таких как набор текста, доступа к меню, и для игр. В этой статье мы более подробно рассмотрим, как работает компьютерная клавиатура.

Типы клавиатур

Это устройство не претерпело значительной трансформации, с тех пор как было введено. Появились лишь дополнительные клавиши, доступные в специальных версиях в каждом из электронных устройств, в практически том же формате (за исключением всего нескольких клавиш), в ноутбуке, IPad, смартфоне и т.д. Тем не менее, вот некоторые из наиболее распространенных клавиатур:

  • 82-клавишная стандартная клавиатура Apple,
  • 108-клавишная расширенная клавиатура Apple
  • 101-клавишная расширенная клавиатура
  • 104-клавишная клавиатура для Windows

Типы клавиш

Клавиатура была смоделирована в 1940 на основе технологии пишущей машинки. В общем, большинство клавиатур содержат от 80 до 110 клавиш, в зависимости от ОС, производителя или приложения, для которого она сделана. Существуют четыре основных типа клавиш:

  • Функциональные клавиши
  • Клавиши набора текста
  • Цифровые клавиши
  • Клавиши управления

Их можно увидеть на приведенной ниже схеме.

На рисунке, верхний ряд (F1-F12) состоит из функциональных клавиш. Они выполняют определенные команды, назначенные операционной системой. Например, в Windows 8, в приложении Microsoft Power Point, клавиша F5 это ярлык для запуска "слайд-шоу", в то время как в Microsoft Word, клавиша F11 используется для форматирования данных.

Вторая строка содержит численные или цифровые клавиши. Эта строка была введена для быстрого ввода данных, особенно для программ, в которых содержится много числовых данных, математических операций и т.д.

3-я, 4-я и 5-я строки содержат клавиши, которые используются для фактического набора текста. Все виды алфавитных данных вводятся в текстовом редакторе с помощью этих клавиш.

Последняя строка содержит клавиши управления. Они обеспечивают управление курсором, а также помогают использовать ярлыки или связки с определенными внутренними приложениями по мере необходимости. Вот некоторые из общих клавиш управления:

  • Контроль (Ctrl)
  • Альтернативный (Alt)
  • Удалить (Del)
  • Вставка (Ins)
  • Побег (Esc)
  • Дом (Home)
  • Конец (End)
  • Вверх (PageUp)
  • Вниз (Page Down)

В дополнение к ним, на клавиатуре также имеются другие клавиши-модификаторы, такие как Shift.

Внутренняя работа клавиатуры

Матрица

Клавиатура имеет свой собственный процессор и схему, которая называется матрицей. Матрица представляет собой набор схем под клавиатурой, которая разбивается под каждой клавишей, в результате чего делая цепь неполной. Нажатие на любую определенную клавишу, завершает эту схему, таким образом, позволяет процессору определить местоположение нажатой клавиши.

Работа клавиш

Под каждой клавишей, есть небольшое круглое отверстие. Вы могли наблюдать это, если разбирали клавиатуру. Когда вы нажимаете на клавишу, специальный бар толкает кнопку через отверстие, в результате чего контакт с цепи слоев замыкается. Внутри отверстия, есть маленький кусочек резины, что предотвращает клавишу от перемещения вниз и толкает ее обратно при отпускании.

Обнаружение нажатия клавиш

При нажатии на любую клавишу, замыкается цепь и по схеме проходит крошечное количество тока. Процессор анализирует положение нажатых клавиш и посылает эту информацию на компьютер, где она отправляется в «контроллер клавиатуры». Этот контроллер обрабатывает информацию, передаваемую процессором, и, в свою очередь, пересылает его операционной системе. Затем ОС проверяет и анализирует эти данные, на содержание команд операционной системы, такие, как и Ctrl + Shift + Esc, и т.д. Если такие команды присутствуют, компьютер выполняет их; если нет, то он пересылает информацию в текущее приложение. Затем приложение проверяет, если нажатия клавиш относятся к командам приложения, такие как Ctrl+ P, и т.д. Опять же, если есть такие команды, они выполняются в первую очередь, а если нет, то эти нажатия клавиш принимаются как содержание или данные. Все это происходит в доли секунды, так что даже если вы нажмете сразу несколько клавиш, система все их обработает.

Что на самом деле происходит за кулисами, внутри клавиатуры есть три отдельных слоя пластика. Два из них имеют электропроводные металлические дорожки, третий изолирующий слой между ними с отверстиями для замыкания контактов. Эти дорожки являются электрическими соединениями, позволяющими крошечному электрическому току течь, когда слои плотно прижимаются друг к другу при нажатии клавиши.

Характер нажатия клавиш

Матрица имеет соответствующую диаграмму в виде таблицы символов, которая хранится в памяти компьютера. Когда вы нажимаете на клавишу, процессор ищет положение цепи, которая была замкнута, и определяет, какая клавиша была нажата. Все клавиши отображаются и сохраняются в памяти. Проще говоря, клавиши используют переключатели и схемы для изменения нажатий клавиш в формат понятный компьютеру. Каждая клавиатура содержит процессор, который делает работу по переводу нажатия клавиш, к компьютеру.

Типы коммутаторов

Существуют два типа выключателей, которые используются для выполнения схем в клавиатурах. Некоторые из них используют емкостной процесс, вместо механического описанной выше. В этом процессе, схема не нарушена, и ток проходит через нее непрерывно. Тем не менее, каждая отдельная клавиша имеет пластину, прикрепленную к ней, которая перемещается ближе к цепи при нажатии клавиши. Это движение регистрируется матрицей, что приводит к изменению протекающего через цепь электрического тока. Это изменение затем сравнивается с таблицей символов, и определяется расположение нажатой клавиши.

Механические переключатели состоят из резинового купола, мембранных переключателей, металлических контактов и элементов переключателей. Каучук являются наиболее распространенным материалом для купольных переключателей, поскольку он имеют хороший отклик и довольно устойчив к разливу и коррозии, кроме того, он относительно недорог и прост в изготовлении.

Хотя есть различные типы клавиатур, такие как беспроводные, Bluetooth, и USB клавиатуры, все они используют тот же принцип завершения схемы, для определения, нажатия клавиши, и выполнения функции.

Клавиатура. Как работает клавиатура

С помощью клавиатуры мы вводим алфавитно-цифровые данные и управляем работой компьютера. Блок клавиатуры содержит клавиатуру и контроллер клавиатуры, который состоит из буферной памяти и схемы управления.

Параметры клавиатуры:

1. Тип переключателей – в современной клавиатуре в качестве переключателей, установленных под клавишами используют мембранные переключатели. Это контактные площадки, нанесенные на гибкие диэлектрические пластины. При нажатии верхняя пластина соприкасается с нижней и контакты замыкаются. Это обнаруживается контроллером клавиатуры и передается сигнал в ПК. Чаще используется в Notebook (маленькая толщина). Для настольных ПК чаще используют А1 клавиатуру (101 клавиша). В ней установлены специальные пружинящие пластины. Она надежна и удобна.

2. Расположение клавиш. Существуют прямая и эргономичная клавиатуры. Вторая более функциональна. Клавиши разделены по двум группам, каждая из которых повернута друг относительно друга (этот угол можно даже регулировать)

Условно мы можем выделить на клавиатуре четыре группы клавиш:

1. Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (пробел, цифры 0-9, латинские буквы, русские буквы, знаки пунктуации, служебные символы «+», «,» и т.д.).

2. Функциональные клавиши: F1 – F10.

3. Служебные клавиши: Enter, Esc, Tab, стрелки управления курсором и многие другие.

4. Правая вспомогательная клавиатура.

По принципу работы клавиатура ПК радикально отличается от клавиатур разных технических устройств и пишущей машинки.

Клавиатура ПК имеет свое табло в оперативной памяти, представленное двумя байтами. Каждый из 16 битов этого табло – своеобразная лампочка, отражающая состояние той или иной специальной клавиши клавиатуры. Например, вы нажали клавишу NumLock, загорелась лампочка (бит № 5); снова нажали NumLock – лампочка погасла.

Такое табло нужно для того, чтобы расширить круг сигналов, которые может посылать ПК одна и та же клавиша. Например, нажатие клавиши с изображением латинской буквы «А», в зависимости от состояния лампочек на табло, может восприниматься как прописная или строчная латинская буква «А», как прописная или строчная русская «Ф».

Клавиатура отделена от какого-либо непосредственного воздействия на аппаратуру и операционную систему. Сигнал, посланный с клавиатуры, проходит двойную цензуру со стороны программных средств.

Во-первых, получив сигнал от клавиатуры, процессор прерывает работу и поручает специальному блоку операционной системы разобраться с этим сигналом. Операционная система совместно с драйвером клавиатуры исследует сигнал и, в зависимости от состояния «лампочек» на табло, представляет его некоторым другим десятичным кодом, после чего помещает этот код во временное хранилище – специальный буфер клавиатуры. Например, если на табло горит лампочка «русский алфавит», вместо кода латинской буквы в буфере появится код русской буквы, изображенной на той же клавише. Завершив эту операцию (первый уровень цензуры), операционная система сообщит процессору, что можно продолжать прерванную работу.



Во-вторых, когда прикладная программа решит, что ей понадобился сигнал от клавиатуры, она прерывает работу процессора, - с тем, чтобы он поручил операционной системе посмотреть, нет ли чего в буфере. Бывает, что к этому времени пользователь успел уже несколько раз нажать на клавиши, и в буфере имеется несколько кодов.

Если в буфере ничего нет (клавиатура не нажималась), программа может принять любое решение – или ждать поступления сигнала, или вернуться к прерванной работе, с тем, чтобы заглянуть в буфер попозже. Чаще всего программе приходится ждать, поскольку она заглядывает в буфер, чтобы узнать, что ей делать дальше.

Получив из буфера код (это всегда код самой старой нажатой клавиши), программа реализует второй уровень цензуры: в зависимости от замысла программиста, она может интерпретировать полученный код как угодно – как текстовый символ или как управляющий сигнал, а может и вовсе его проигнорировать.

Описанная схема справедлива практически для всех системных и прикладных программ. Например, текстовый редактор, подготовив все для работы, заглядывает в буфер клавиатуры. Получив текстовый символ, редактор сам отображает его на экране, запоминает в своем буфере и вновь заглядывает в буфер клавиатуры. Если пользователь задумался, редактор будет ждать.

Если вы удерживаете клавишу в нажатом состоянии, ее сигналы будут поступать в буфер непрерывно и могут его переполнить (если программа не будет успевать отрабатывать их).

При зависании машины, после непрерывного нажатия клавиш, компьютер начинает реагировать на очередное нажатие коротким «писком». Это означает, что буфер клавиатуры переполнен, а заглядывать в него и выбирать имеющиеся там коды – некому. Машину надо загрузить заново.

Клавиатуры бывают беспроводные, гибкие, изготовленные из специальной ткани с внедренными в нее проводниками, клавиатуры с идентификацией пользователя по отпечаткам пальцев и силе нажатия и т.д.

Клавиатура - это устройство для ввода данных в компьютер: букв, цифр и знаков. Также используется для управления системой, то есть является аналогом компьютерной мыши. По типу соединения она бывает проводной и беспроводной.

Проводная соединяется с компьютером через USB-порт или разъем PS/2.

Беспроводная может подсоединяться посредством радиопередатчика (USB-приемника) или bluetooth. Радиус действия обычно около 10 метров.

Поскольку у беспроводных устройств стационарное питание отсутствует, их требуется подзаряжать отдельно. Для этого в саму клавиатуру может быть встроен специальный аккумулятор, который нужно время от времени заряжать. Или же она может работать на батарейках.

Расположение клавиш

Расположение кнопок подчиняется одной и той же общепринятой схеме. Двенадцать функциональных клавиш от F1 до F12 (находятся в верхнем ряду). Под ними - алфавитно-цифровые клавиши. Справа - кнопки управления курсором.

Крайняя правая часть - это так называемая цифровая панель. Она дублирует алфавитно-цифровой блок (точнее, только цифры и арифметические знаки). Включается с помощью кнопки Num Lock.

На многих клавиатурах помимо этого стандартного набора, есть еще и дополнительные кнопки другой формы и размера (иногда - другого цвета). Их задача - упростить управление некоторыми функциями компьютера.

Так, среди прочих, могут быть кнопки, регулирующие громкость, запускающие некоторые программы (браузер, Word, Excel), клавиши для управления проигрывателем (пауза, перемотка).

Устройство клавиатур

Мембранные . Самый популярный и самый недорогой вид. Внутри каждой клавиши находится специальная мембрана. При нажатии она продавливается и замыкает контакт. Срок службы каждой клавиши около 5 млн. нажатий.

Ножничные . Такие клавиатуры устанавливаются во все ноутбуки. Принцип работы клавиш похож на ножницы - от того и такое название. Нажатие мягкое и четкое, что очень удобно при печати. Но стоит она дороже. Срок службы около 10 млн. нажатий.

Механические . Лучший, но и самый дорогой вид. Под каждой клавишей находится выключатель с металлической пружиной и металлическими контактами. Благодаря ему кнопка срабатывает еще до того, как опущена до конца. Пользоваться такой клавиатурой легко и приятно - совсем другие тактильные ощущения. Но звук при нажатии клавиш громче. Срок службы около 50 млн. нажатий.

Клавиши у них бывают разных типов в зависимости от потребностей: игровые, для работы с текстом, универсальные и всякие другие.

Полумеханические . Что-то среднее между мембранными и механическими. Фактически это те же мембранные, но с увеличенным сроком эксплуатации.

Конструкция

Классическая клавиатура выглядит просто и незатейливо - пластиковая прямоугольная штука. Бывает разных цветов, но лучше выбирать стандартный: белый, черный или металлик (серый).

Но сейчас в продаже можно встретить и другие виды, например, резиновые клавиатуры. Выглядят они интересно, но на деле весьма неудобны - клавиши слишком тугие.

Бывают еще всякие дизайнерские варианты: деревянные и даже стеклянные. А есть и вообще «виртуальные», где клавиши просто рисуются лазером.

Кстати, они очень неудобны в работе: даже на идеально ровной поверхности устройство постоянно «глючит».

Но вот из действительно полезных я бы выделил два вида: эргономические и игровые.

Эргономические . Имеют нестандартную изогнутую форму, а некоторые модели даже состоят из двух отдельных частей (что, кстати, хуже). Таким образом, клавиатура повторяет естественное положение рук и помогает избежать туннельного синдрома.

Такое устройство просто необходимо тем, кто печатает много текста вслепую (всеми пальцами, не глядя на клавиши).

Игровые . Имеют более удобное для геймеров расположение клавиш. Плюс обычно в них есть подсветка и дополнительные клавиши.

На что еще обратить внимание при выборе

Предназначение . Несмотря на то, что клавиатура штука универсальная, сейчас в продаже есть и специальные - для ноутбуков, телевизоров и медиаплееров. Собственно, от классических они мало чем отличаются, но все же более удобны для этих устройств.

Тип печати на клавишах . Это то, как нанесены буквы и цифры на кнопки. Чаще всего используется два вида нанесения: обычная печать (90%), лазерное выжигание.

При обычной печати буквы как будто бы находятся на наклейках.

При лазерной - каждый символ выжжен. Они долго не стираются, но надпись видна хуже.

Вообще с клавишами сейчас проблем нет - почти в любом компьютерном магазине можно найти для них специальные наклейки. А те, кому такой вариант не подходит, могут заказать гравировку - такая услуга тоже сейчас оказывается и стоит не так уж дорого. Особенно это актуально для ноутбуков, купленных заграницей (на них нет русских букв).

Защита от воды . Такая защита бывает только у мембранных клавиатур, да и то не у всех. Есть она или нет можно узнать из описания конкретной модели.

Подсветка . Актуально для игровых клавиатур. Она есть практически в каждой из них.

Цена вопроса

Цена стандартной «хвостатой» клавиатуры начинается от 3$, беспроводной - от 10$. Ножничные стоят дороже (от 15$), а механические сложно найти дешевле 25-и долларов. Эргономические стоят еще дороже.

Как чистить клавиатуру

Неплохо было бы делать это хотя бы раз в пару месяцев. Ведь мало того, что мы обычно не моем руки перед работой за компьютером, так еще и через щели между клавишами попадает разная грязь да пыль.

Чистить ее несложно:

1 . Выдуть грязь пылесосом (на режиме выдува). Можно это сделать и феном, но только холодным воздухом. Если нет ни того, ни другого, просто переверните и потрясите клавиатуру.

2 . Сами клавиши протереть сверху тряпочкой, немного смоченной спиртосодержащим раствором (можно купить в аптеке). Только не перестарайтесь: спиртом можно случайно стереть надписи на кнопках.

Затем операционная система проверяет и анализирует полученные данные на содержание команд операционной системы. Если такие команды присутствуют, компьютер выполняет их. Если же нет, то отправляет информацию в запущенное приложение.

У клавиатуры имеется свой буфер - чтобы сохранять скан-коды нажатых клавиш. Благодаря буферу процессор может обрабатывать сочетания нескольких одновременно нажатых кнопок.

Современная клавиатура понимает одновременное нажатия двух клавиш с любой комбинацией кнопок-модификаторов наподобие Shift. Однако существуют продвинутые клавиатуры, способные регистрировать до шести одновременных нажатий, а некоторые из них и вовсе выдают себя за три-четыре клавиатуры. В этом случае количество нажатых клавиш, соответственно, увеличивается до 18 или 24.


Существуют также и емкостные клавиатуры, которые реагируют не на замыкание цепи, а на изменение емкости и поэтому срабатывают при неполном нажатии. В этом случае ток проходит по цепи непрерывно, а матрица регистрирует все его изменения, вызываемые перемещением клавиш-проводников ближе к цепи. Это изменение затем сравнивается с таблицей символов, и определяется расположение нажатой клавиши.

Говоря про клавиатуру, нельзя не упомянуть и эффект антидребезг. При нажатии-отпускании клавиши выключатель некоторое время замыкается-размыкается. Хотя дребезг длится сотые доли секунды, этого достаточно, чтобы компьютер зарегистрировал несколько нажатий.


Технологии антидребезга обычно встраиваются в клавиатурный контроллер - после того как клавиша нажата, она не опрашивается некоторое время, заведомо превышающее длительность переходных процессов. На первых клавиатурах время антидребезга было настолько большим, что мешало быстро печатать.

Систему клавиатурного ввода в компьютере составляют:

  • панель клавиш;
  • световые индикаторы;
  • внутренний контроллер;
  • передающий канал;
  • контроллер клавиатуры.

Нажатие клавиши на клавиатурной панели вызывает замыкание строки и столбца матрицы контактов. Их номера передаются во внутренний контроллер, где формируется скан-код нажатой клавиши, который по интерфейсному каналу передается на контроллер клавиатуры. При этом формируется и передается на процессор сигнал прерывания, который "извещает" компьютерную систему о том, что нажата клавиша, следовательно, надо обработать это событие.

Клавиши клавиатуры делятся на две группы:

  • командные клавиши - предназначены для подачи кодов управляющих сигналов и включения специальных режимов ввода;
  • буквенно-цифровые клавиши - предназначены для ввода буквенно-цифровых символов в компьютер.

В середине 19 века, когда компьютеров еще не было и в помине, была изобретена пишущая машинка. Первые пишущие машинки были несовершенны, и при быстром наборе происходило залипание рычагов. Чтобы как-то "разрулить" ситуацию была придумана специальная раскладка, получившая название QWERTY (по названию букв третьего буквенного ряда начиная слева). Суть этой раскладки заключалась в том, что наиболее часто встречающиеся буквы были поставлены "слабым" пальцам - мизинцам (по краям клавиатуры), а наиболее редко встречающиеся буквы - размещались в центре клавиатуры (в области указательных пальцев). Здесь идет речь о, так называемом, слепом десятипальцевом методе печати на клавиатуре.

Потом качество пишущих машинок заметно улучшилось, потом появились компьютеры, но привычка сильная штука - раскладка QWERTY так и осталась до наших дней. Справедливости ради следует сказать, что позже была разработана альтернативная раскладка Дворака , которая постепенно вытесняет стандартную QWERTY, но тотального распространения не получила.


В отличие от латиницы кириллическая раскладка была разработана сразу в эргономическом режиме (когда часто встречающиеся буквы расположены в центре клавиатуры) и используется по сей день практически в неизменном виде.


Как мы уже говорили выше, во время нажатия клавиши формируется скан-код и передается на контроллер клавиатуры. Контроллер использует установленную систему кодировок и в соответствии с ней распознает нажатую клавишу. Если нажата командная клавиша, то подается соответствующий управляющий сигнал в систему. Если нажата буквенно-цифровая клавиша, то из ПЗУ видеоконтроллера выбирается соответствующий код знакогенерации для отображения на экране монитора.


При разработке компьютера IBM применила 8-битное кодирование для ввода информации с клавиатуры - т.е., всего 256 возможных кодов. Каждому коду был присвоен свой графический образ. В основу лег набор символов ASCII (American Standard Code for Information Interchange), который был дополнен символами, которые IBM сочла нужными. Часть символов можно вводить непосредственным нажатием клавиш, часть - комбинацией клавиш.


Для адаптации кодовой таблицы под кириллицу была произведена "русификация" системы ввода. Для этого на соответствующих клавишах были нанесены русские буквы, и в систему знакогенерации контроллера внесены соответствующие изменения.