Устройство и принцип работы клавиатуры

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ 
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (НИУ «БелГУ») 

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине информатика

на тему «Устройство и принцип работы клавиатуры»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

студент группы  83001308 Е.В.Заика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БЕЛГОРОД 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Клавиату́ра — комплект расположенных в определенном порядке клавиш для управления каким-либо устройством или для ввода данных.  Каждой клавише соответствует один или несколько определённых символов. Возможно увеличить количество действий, выполняемых с клавиатуры, с помощью сочетаний клавиш. В клавиатурах такого типа клавиши сопровождаются наклейками с изображением символов или действий, соответствующих нажатию.

Вероятно, наиболее важная отличительная особенность современных  компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия между системой и оператором-человеком. В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры и монитора. На протяжении многих лет механизмы связи между компьютером и пишущей машинкой, а также между компьютером и телевизором непрерывно видоизменялись, все более совершенствуясь. В результате этой эволюции компьютерные клавиатуры, мониторы и принтеры превратились в сложные, совершенные устройства ввода и вывода информации.

Компьютерные клавиатуры имеют ряд существенных отличий  от обычной пишущей машинки. Во-первых, у компьютерной клавиатуры есть несколько  дополнительных клавиш, выполняющих  специальные функции в процессе взаимодействия человека с машиной. Кроме того, клавиатуры оснащены собственными микропроцессорами, координирующими прохождение цифровых сигналов между клавиатурой и компьютером. Коды сигналов сами по себе не имеют фиксированного значения - компьютер интерпретирует их в зависимости от принятых соглашений и от выполняемой программы.

Наконец, в компьютерной системе процессы набора текста на клавиатуре и печати его на бумаге разделены и независимы друг от друга, тогда как в пишущей машинке  они неразрывно связаны. Когда мы нажимаем клавишу на компьютерной клавиатуре, символ появляется на экране, а не на бумаге, заряженной в принтер. Чтобы вывести текст на печать, требуется специальная команда. Это свойство во многом определяет те удобства при работе с текстом, которые обеспечивает компьютер. Например, оператор может составить письмо-формуляр, записать его в память и затем отпечатать нужное число экземпляров со скоростью, намного превышающей возможности человека, печатающего на машинке.

Целью данной работы является изучение принципа работы различных  видов клавиатур, их классификации и назначения. 

1 ВИДЫ КЛАВИАТУР

 

Компьютерная клавиатура выглядит, как передняя половина пишущей  машинки: она представляет собой  панель с клавишами, которые обозначены буквами, цифрами, названиями команд и  другими символами. Но на этом сходство кончается. Клавиша пишущей машинки действует просто как спусковой механизм - стоит нажать на нее, как на бумаге появляется соответствующий символ. Клавиши компьютерной клавиатуры имеют более общее назначение: они возбуждают электрические сигналы, фиксирующие положение клавиш и порядок, в котором нажимал на них оператор. В дальнейшем компьютер интерпретирует эти сигналы тем или иным образом. 
Наиболее широко распространены контактные клавиатуры [2]. Существуют следующие их разновидности:

1) с механическими переключателями; 
2) с замыкающими накладками; 
3) с резиновыми колпачками; 
4) мембранные; 
5) с емкостными переключателями.

Механические  переключатели

В механических переключателях (рис.1) происходит замыкание металлических контактов. В них для создания осязательной обратной связи зачастую устанавливается дополнительная конструкция из пружины и смягчающей пластинки. При этом ощущается сопротивление клавиши и слышится щелчок [1].

 

а)       б)

Рисунок 1 – Клавиатура с механическим переключателем а) вид контакта клавиш со стороны корпуса клавиатуры, б) вид контакта со стороны клавиши.

Замыкающие  накладки

Клавиши с замыкающими  накладками (рис. 2) широко применялись в старых клавиатурах. В них прокладка из пористого материала с приклеенной снизу фольгой соединяется с кнопкой клавиши. При нажатии клавиши фольга замыкает печатные контакты на плате. Когда клавиша отпускается, пружина возвращает ее в исходное положение. При этом пористая прокладка смягчает удар [1].

а)      б)

Рисунок 2 – Клавиатура с замыкающей накладкой а) схема клавиши с замыкающей накладкой (клавиша не нажата, контакт не замкнут), б) схема клавиши с замыкающей налкадкой при нажатии.

Резиновые колпачки

Клавиатура с резиновыми колпачками (рис.3) похожа на предыдущую конструкцию. Но вместо пружины в ней используется резиновый колпачок с замыкающей вставкой из той же резины, но с угольным наполнителем. При нажатии клавиши шток надавливает на резиновый колпачок, деформируя его. Деформация колпачка сначала происходит упруго, а затем он проваливается”. При этом угольный наполнитель замыкает проводники на печатной плате. При отпускании резиновый колпачок принимает первоначальную форму и возвращает клавишу в исходное состояние.

Замыкающие вставки  делаются из очищенного угля, потому они  не подвержены коррозии и сами по себе очищают металлические контакты, к которым прижимаются. Колпачки обычно прессуются все вместе в виде листов резины, покрывающих плату целиком и защищающих ее от пыли, грязи и влаги. Количество деталей в такой конструкции минимально. Все это обеспечивает высокую надежность клавиатуры и ее широкое распространение [1,4].

Рисунок 3 – Вид контактов клавиатуры с резиновыми колпачками.

Мембранная  клавиатура

В этих клавиатурах используется лист с разметкой, который укладывается на пластину. При этом ход каждой клавиши ограничен, и такая клавиатура не годится для обычной печати. Но, поскольку рассматриваемая клавиатура состоит фактически из трех пластин и минимума других деталей, она может оказаться незаменимой в экстремальных условиях. Мембранные клавиатуры часто используются в пультах управления (станками, агрегатами и т.п.), т.е. там, где не нужно вводить большие объемы данных.

Мембранная клавиатура обычно состоит из трёх слоёв. На двух из них нанесены проводящие дорожки. Третий, изолирующий слой является разделяющим. В местах, где располагаются клавиши, он имеет вырезы, позволяющие дорожкам верхнего и нижнего слоёв соприкасаться при нажатии. Толщина слоёв клавиатуры обычно не больше толщины бумаги или картона [1,4,5].

Клавиатуры  с емкостным датчиком

В емкостных датчиках (рис.4) нет замыкающихся контактов. Их роль выполняют две смещающиеся друг относительно друга пластинки и специальная схема, реагирующая на изменение емкости между ними. Клавиатура представляет собой набор таких датчиков.

При нажатии клавиши  шток смещает верхнюю пластинку  ближе к неподвижной нижней. Деформированная  пружина слегка изгибается, после  чего скачкообразно выгибается дугой  и ударяет по пластмассовой стенке (в этот момент слышится характерный щелчок), при этом сопротивление клавиши нажатию резко снижается. Когда верхняя пластинка приближается к нижней, емкость между ними увеличивается, что регистрируется схемой компаратора, установленной в клавиатуре [1].

Рисунок 4 – Схема клавиши  с емкостным датчиком. 

2 УСТРОЙСТВО КЛАВИАТУРЫ

 

Клавиатура состоит  из набора переключателей, объединенных в матрицу. При нажатии клавиши  процессор, установленный в самой  клавиатуре, определяет координаты нажатой  клавиши в матрице. Кроме того, процессор клавиатуры определяет продолжительность нажатия и может обработать даже одновременное нажатие нескольких клавиш. В клавиатуре установлен буфер емкостью 16 байт, в который заносятся данные при слишком быстрых или одновременных нажатиях. Затем эти данные в соответствующей последовательности передаются в систему. 
Связь с системным блоком осуществляется через последовательный канал, данные по которому передаются по 11 бит, причем восемь из них собственно данные, а остальные — синхронизирующие и управляющие.  
Чтобы обработать сигнал, компьютер должен перевести его код в смысловое значение, соответствующее данной клавише. В специальном электронном списке - таблице перекодировки - каждому коду, описывающему расположение клавиши, поставлено в соответствие двоичное число, служащее кодом определенного символа, например буквы или цифры. В дальнейшем в процессе обработки данных используется именно это двоичное число.

Таблица перекодировки  может храниться в постоянной памяти компьютера или его клавишного устройства. Обычно она определяет значения клавиш согласно стандартным функциям большинства компьютеров: например, вводу числовых данных или обработке текстов с использованием определенного алфавита. Однако некоторые программы требуют других таблиц перекодировки, в которых клавишам ставятся в соответствие новые значения. Так, компьютер, обычно интерпретирующий нажатие клавиш как буквы латинского алфавита и цифры, может истолковывать нажатие тех же клавиш как коды товаров, имеющихся в продаже, или как математические символы.

Как правило, во многих странах  компьютеры, предназначенные для  конторского применения, преобразуют  коды клавиш в коды ASCII . В этом стандарте используется 128 различных двоичных чисел для представления строчных и прописных букв латинского алфавита, арабских цифр, типографских знаков и ряда кодов команд, по которым компьютер выполняет такие функции, как возврат на одну позицию на экране или звуковой сигнал. Существуют стандартные коды и для других алфавитов. Они были установлены международной организацией стандартов (International Standards Organization, ISO) [1,2]. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Выбор клавиатур сегодня  огромен. Клавиатуры бывают мембранными, механическими, емкостными. Существуют также беспроводные клавиатуры, силиконовые клавиатуры и многие другие. При выборе клавиатуры необходимо учитывать, для каких целей она нужна, какой дизайн и размер является более подходящим и некоторые другие факторы, важные для работы на клавиатуре.

Механические переключатели очень надежны, их контакты обычно самоочищающиеся. Они выдерживают до 20 млн. срабатываний и стоят вторыми по долговечности после емкостных датчиков. Обратная связь у них просто превосходная. Однако, клавиатуры с механическими переключателями, несмотря на свою долговечность и тактильную обратную связь, значительно менее распространены, чем мембранные клавиатуры, которые являются более дешевыми по стоимости.

Механизм клавиши с  емкостным датчиком так и остался  непревзойденным, поскольку относительно громкий щелчок и обратная отдача повышают скорость и точность печати. Это совершенно новые типы клавиатур, а не переделанные версии уже существующих моделей. Единственным недостатком этой технологии является относительно высокая стоимость. Все клавиатуры, использующие данный механизм, относятся к верхнему ценовому сегменту. Однако их качество и долговечность сторицей окупают все затраты.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1) Устройство калвиатуры [Электронный ресурс]// disketa.info/default.asp: дискета.info. 2008. URL: http://disketa.info/page.asp?page=komp&idd=878&raz=7 (дата обращения: 5.11.13г.).

2) Устройство клавиатуры [Электронный ресурс]//chernykh.net: история компьютера. 2007. URL: http://chernykh.net/content/view/88/143/ (дата обращения: 5.11.13г.).

3) Клавиатура [Электронный ресурс]//ru.wikipedia.org: википедия – свободная энциклопедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Клавиатура (дата обращения: 5.11.13г.).

4) Клавиатуры [Электронный ресурс]//pandia.ru/: энциклопедия знаний. 2009.URL: http://www.pandia.ru/text/77/482/5499.php (дата обращения: 5.11.13г.).

5) Мембранная клавиатура [Электронный ресурс]//ru.wikipedia.org: википедия – свободная энциклопедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Мембранная_клавиатура (дата обращения: 5.11.13г.).