Jak funguje počítačová klávesnice? Klávesy klávesnice Interpunkční znaménka na klávesnici

Málokoho z nás zajímá, jak funguje počítačová klávesnice, ale faktem je, že její ovládání je docela zajímavé a o tom je stručně napsáno v tomto článku.

Víš, že?

Současné rozložení klávesnice, neboli rozložení QWERTY, které vychází z rozložení psacího stroje, nebylo navrženo tak, aby psaní zrychlilo, ale zpomalilo a zabránilo se zaseknutí psacího stroje.

Klávesnice počítače je hardwarové zařízení, které funguje podle pokynů uživatele. Zahrnuje obvody, přepínače a procesory, které pomáhají při přenosu klíčových zpráv do počítače. Všichni víme, že klávesnice je vstupní zařízení, které funguje podle pokynů uživatele. Používá se pro různé úkoly, jako je psaní, přístup k nabídkám a hraní her. V tomto článku se blíže podíváme na to, jak funguje počítačová klávesnice.

Typy klávesnic

Toto zařízení neprošlo od svého uvedení na trh výraznou proměnou. V každém z elektronických zařízení jsou k dispozici pouze další klíče ve speciálních verzích, v téměř stejném formátu (s výjimkou několika klíčů), v notebooku, iPadu, smartphonu atd. Zde jsou však některé z nejběžnějších klávesnic:

• Standardní klávesnice Apple s 82 klávesami
• Rozšířená klávesnice Apple se 108 klávesami
• Rozšířená klávesnice se 101 klávesami
• 104klávesová klávesnice pro Windows

Typy klíčů

Klávesnice byla modelována v roce 1940 na základě technologie psacího stroje. Obecně platí, že většina klávesnic obsahuje 80 až 110 kláves v závislosti na operačním systému, výrobci nebo aplikaci, pro kterou je vyrobena. Existují čtyři hlavní typy klíčů:

• Funkční klávesy
• Psaní kláves
• Číselné klávesy
• Ovládací klávesy

Jsou vidět na níže uvedeném diagramu.

Na obrázku je horní řada (F1-F12) tvořena funkčními klávesami. Provádějí specifické příkazy přiřazené operačním systémem. Například ve Windows 8 v aplikaci Microsoft Power Point je klávesa F5 zkratkou pro spuštění „slide show“, zatímco v aplikaci Microsoft Word se klávesa F11 používá k formátování dat.

Druhý řádek obsahuje numerické nebo numerické klávesy. Tento řádek byl zaveden pro rychlé zadávání dat zejména u programů, které obsahují mnoho číselných údajů, matematických operací atp.

3., 4. a 5. řádek obsahuje klávesy, které se používají pro vlastní psaní. Pomocí těchto kláves se do textového editoru zadávají všechny typy abecedních dat.

Poslední řádek obsahuje ovládací tlačítka. Poskytují ovládání kurzoru a také vám podle potřeby pomáhají používat zkratky nebo odkazy na určité interní aplikace. Zde jsou některé běžné ovládací klávesy:

• ovládání (Ctrl)
• Alternativní (Alt)
• Smazat (Del)
• Vložit (Ins)
• Escape (Esc)
• Domov
• Konec
• Nahoru (PageUp)
• Page Down

Kromě nich má klávesnice také další modifikační klávesy, jako je Shift.

Vnitřní fungování klávesnice

Matice

Klávesnice má svůj vlastní procesor a obvody zvané matice. Matice je sada obvodů pod klávesnicí, která je rozbitá pod každou klávesou, což má za následek neúplný obvod. Stisknutím libovolné konkrétní klávesy se tento obvod dokončí, což umožní procesoru určit polohu stisknuté klávesy.

Klíčová operace

Pod každým klíčem je malý kulatý otvor. Možná jste to viděli, když jste rozebrali klávesnici. Když stisknete klávesu, speciální lišta protlačí tlačítko otvorem, což způsobí uzavření kontaktu s obvodem vrstvy. Uvnitř otvoru je malý kousek gumy, který zabraňuje pohybu klíče dolů a po uvolnění jej zatlačí zpět.

Detekce stisku kláves

Když stisknete jakékoli tlačítko, obvod se uzavře a obvodem protéká malé množství proudu. Procesor analyzuje polohu stisknutých kláves a odešle tyto informace do počítače, kde jsou odeslány do „řadiče klávesnice“. Tento správce zpracovává informace přenášené procesorem a následně je předává operačnímu systému. OS pak zkontroluje a analyzuje tato data pro obsah příkazů operačního systému, jako je Ctrl + Shift + Esc atd. Jsou-li takové příkazy přítomny, počítač je provede; pokud ne, předá informace aktuální aplikaci. Aplikace poté zkontroluje, zda stisknuté klávesy patří k příkazům aplikace, jako je Ctrl+P atd. Opět, pokud takové příkazy existují, jsou provedeny jako první, a pokud ne, pak se tyto klávesové zkratky berou jako obsah nebo data. To vše se děje ve zlomku sekundy, takže i když stisknete několik kláves najednou, systém je všechny zpracuje.

Co se ve skutečnosti děje v zákulisí, uvnitř klávesnice jsou tři samostatné vrstvy plastu. Dva z nich mají elektricky vodivé kovové dráhy, třetí je izolační vrstva mezi nimi s otvory pro vytváření kontaktů. Tyto dráhy jsou elektrická spojení, která umožňují proudění malého elektrického proudu, když jsou vrstvy stlačeny těsně k sobě, když je stisknuta klávesa.

Vzor úhozů

Matice má odpovídající diagram ve formě tabulky symbolů, který je uložen v paměti počítače. Když stisknete klávesu, procesor vyhledá polohu obvodu, který byl zkratován, a určí, která klávesa byla stisknuta. Všechna tlačítka se zobrazí a uloží do paměti. Jednoduše řečeno, úhozy používají přepínače a obvody ke změně úhozů do formátu, kterému počítač rozumí. Každá klávesnice obsahuje procesor, který převádí stisknuté klávesy do počítače.

Typy přepínačů

Existují dva typy přepínačů, které se používají k implementaci obvodů v klávesnicích. Některé z nich používají kapacitní proces namísto mechanického procesu popsaného výše. Při tomto procesu se obvod nepřeruší a proud jím nepřetržitě protéká. Ke každému jednotlivému klíči je však připevněna destička, která se při stisknutí tlačítka přiblíží k řetězu. Tento pohyb zaznamenává matice, což vede ke změně elektrického proudu protékajícího obvodem. Tato změna je poté porovnána s tabulkou znaků a je určeno umístění stisknuté klávesy.

Mechanické spínače se skládají z pryžové kopule, membránových spínačů, kovových kontaktů a spínacích prvků. Pryž je nejběžnějším materiálem pro dome spínače, protože má dobrou odezvu a je poměrně odolná proti polití a korozi, navíc je relativně levná a snadno se vyrábí.

Ačkoli existují různé typy klávesnic, jako jsou bezdrátové klávesnice, klávesnice Bluetooth a klávesnice USB, všechny používají stejný princip zakončení obvodu k detekci stisknutí kláves a provádění funkcí.

Ve většině počítačových systémů je klávesnice ovládací panel, přes který operátor zadává data a říká počítači, co s nimi má dělat. Ve většině počítačů klávesnice vybavená písmeny a čísly připomíná psací stroj.

Když stisknete klávesu psacího stroje, znak - například písmeno "A" - udeří na barvicí pásku a písmeno se otiskne na papír. Počítačová klávesnice je složitější a mnohostrannější; stejné klávese může odpovídat několik znaků a příkazů. Klíč jednoduše spustí elektronický signál.

Pod klávesami většiny klávesnic jsou dvě sady vodičů - horizontální a vertikální. Když je počítač zapnutý, mikroprocesor klávesnice vysílá elektrické impulsy podél vertikálních vodičů při hledání signálu. Po stisknutí tlačítka se dráty pod ním dotknou a dokončí elektrický obvod. To indikuje mikroprocesoru, že byla stisknuta klávesa; mikroprocesor zkontroluje vodorovné vodiče, aby zjistil umístění klíče a odešle informaci do počítače.

Signál do počítače. Kontakt dvou vodičů pod klíčem dokončuje elektrický obvod a posílá signál zpět do mikroprocesoru (fialový). Mikroprocesor ví, která klávesa je stisknuta, protože každá klávesa aktivuje pouze jeden pár vodičů. V našem případě klíč představuje písmeno „A“ a mikroprocesor generuje jeho digitální kód: 10100001.

Komplexní zařízení. Když je klávesa stisknuta, dráty křížící se pod ní vyšle signál do mikroprocesoru klávesnice. Mikroprocesor zaregistruje signál a čeká na další; v tomto okamžiku se uvolněný klíč vrátí na své místo pomocí pružiny.

Spusťte a skenujte. Když je počítač vypnutý, mikroprocesor klávesnice (fialový) vysílá elektrické impulsy (malé růžové šipky) podél svislých vodičů (černých) umístěných pod klávesami (zelené). Skenuje zleva doprava (velká červená šipka) rychlostí 1000krát za sekundu.

Klávesa je stisknuta. Stisknutí tlačítka (vlevo) způsobí, že se svislé a vodorovné vodiče dostanou do kontaktu, podél kterých jsou vysílány snímací signály.

Organizace a používání klávesnice

Na většině počítačů jsou klávesy uspořádány v QWERTY (vpravo). Tento název pochází z písmen umístěných vlevo v prvním řádku klávesnice. Rozvržení písmen QWERTY bylo speciálně navrženo v prvních strojích, aby zpomalilo tempo rychlých písařů, aby se jejich stroje nezasekly. Na klávesnici počítače jsou čtyři typy kláves. Datové klávesy zadávají písmena, čísla a interpunkci; Klávesy Shift vytvářejí velká písmena; kurzorové ovládací klávesy pohybují kurzorem po obrazovce; Funkční klávesy umožňují obsluze vydávat běžné příkazy pouze jedním stisknutím klávesy.

Vstupní systém klávesnice v počítači se skládá z:

• klávesnice;
• světelné indikátory;
• vnitřní ovladač;
• přenosový kanál;
• ovladač klávesnice.

Stisknutím klávesy na panelu klávesnice zkrátíte řádek a sloupec kontaktní matice. Jejich čísla jsou přenášena do vnitřního ovladače, kde je vygenerován skenovací kód stisknuté klávesy, který je přenášen přes kanál rozhraní do ovladače klávesnice. V tomto případě je generován signál přerušení a přenášen do procesoru, který „oznámí“ počítačovému systému, že byla stisknuta klávesa, proto je nutné tuto událost zpracovat.

Klávesy na klávesnici jsou rozděleny do dvou skupin:

• příkazové klávesy- navrženo pro dodávání kódů řídicích signálů a umožnění speciálních vstupních režimů;
• alfanumerické klávesy- určený pro zadávání alfanumerických znaků do počítače.

V polovině 19. století, kdy ještě nebyly počítače, byl vynalezen psací stroj. První psací stroje byly nedokonalé a při rychlém psaní se páčky lepily. Aby se situace nějak „vyřešila“, bylo vynalezeno speciální rozložení, tzv QWERTY(podle názvů písmen třetí řady písmen začínající zleva). Podstatou tohoto rozložení bylo, že nejčastěji se vyskytující písmena byla umístěna na „slabé“ prsty – malíčky (na okrajích klávesnice), a nejvzácněji se vyskytující písmena – byla umístěna do středu klávesnice (v oblast ukazováčků). Zde mluvíme o tzv. slepé metodě psaní deseti prsty na klávesnici.

Pak se znatelně zlepšila kvalita psacích strojů, pak se objevily počítače, ale zvyk je silná věc – rozložení QWERTY zůstalo dodnes. Abychom byli spravedliví, později byla vyvinuta alternativa Dvorak layout, která postupně nahrazuje standardní QWERTY, ale celkové distribuce se nedočkala.

Na rozdíl od latinky bylo rozložení azbuky vyvinuto okamžitě v ergonomickém režimu (kdy jsou často se vyskytující písmena umístěna ve středu klávesnice) a používá se dodnes téměř beze změny.

Jak jsme řekli výše, když stisknete klávesu, vygeneruje se skenovací kód a přenese se do ovladače klávesnice. Ovladač používá zavedený systém kódování a v souladu s ním rozpozná stisknutou klávesu. Pokud je stisknuto příkazové tlačítko, je do systému odeslán odpovídající řídicí signál. Pokud stisknete alfanumerickou klávesu, vybere se odpovídající kód generování znaků z paměti ROM řadiče videa, který se zobrazí na obrazovce monitoru.

Při vývoji počítače IBM použilo pro zadávání informací z klávesnice 8bitové kódování - tedy celkem 256 možných kódů. Každému kódu byl přiřazen vlastní grafický obrázek. Na základě sady symbolů ASCII(American Standard Code for Information Interchange), který byl doplněn o symboly, které IBM považovala za nezbytné. Některé znaky lze zadávat přímo stisknutím kláves, zatímco jiné lze zadávat pomocí kombinace kláves.

Aby se kódová tabulka přizpůsobila azbuce, byl vstupní systém „rusifikovaný“. Za tímto účelem byla na odpovídajících klávesách vytištěna ruská písmena a byly provedeny odpovídající změny v systému generování znaků ovladače.

Klávesnice. Jak funguje klávesnice

Pomocí klávesnice zadáváme alfanumerická data a ovládáme chod počítače. Klávesnicová jednotka obsahuje klávesnici a ovladač klávesnice, který se skládá z vyrovnávací paměti a řídicího obvodu.

Možnosti klávesnice:

1. Typ spínačů - v moderních klávesnicích se membránové spínače používají jako spínače instalované pod klávesami. Jedná se o kontaktní podložky natištěné na pružných dielektrických deskách. Při stlačení se horní deska dostane do kontaktu se spodní a kontakty se sepnou. To je detekováno ovladačem klávesnice a signál je odeslán do PC. Nejčastěji se používá v noteboocích (malá tloušťka). U stolních PC se nejčastěji používá klávesnice A1 (101 kláves). Obsahuje speciální pružinové desky. Je spolehlivý a pohodlný.

2. Rozložení kláves. K dispozici jsou rovné a ergonomické klávesnice. Druhý je funkčnější. Klávesy jsou rozděleny do dvou skupin, z nichž každá je vůči sobě natočená (tento úhel lze dokonce nastavit)

Obvykle můžeme na klávesnici rozlišit čtyři skupiny kláves:

1. Alfanumerická a znaková tlačítka (mezera, čísla 0-9, latinská písmena, ruská písmena, interpunkční znaménka, servisní symboly „+“, „,“ atd.).

2. Funkční klávesy: F1 – F10.

3. Servisní klávesy: Enter, Esc, Tab, kurzorové šipky a mnoho dalších.

4. Pravá pomocná klávesnice.

Podle principu fungování se klávesnice PC radikálně liší od klávesnic různých technických zařízení a psacího stroje.

PC klávesnice má vlastní displej v paměti RAM, reprezentovaný dvěma bajty. Každý ze 16 bitů této desky je druh žárovky, odrážející stav té či oné speciální klávesy na klávesnici. Například jste stiskli klávesu NumLock, rozsvítila se kontrolka (bit č. 5); Znovu stiskněte NumLock a světlo zhaslo.

Takový displej je potřebný pro rozšíření rozsahu signálů, které může stejný klíč vysílat do PC. Například stisknutí klávesy s obrázkem latinského písmene „A“, v závislosti na stavu světel na displeji, může být vnímáno jako velké nebo malé latinské písmeno „A“ nebo jako velké nebo malé ruské písmeno „ F".

Klávesnice je oddělena od jakéhokoli přímého vlivu na hardware a operační systém. Signál odeslaný z klávesnice je dvakrát softwarově cenzurován.

Nejprve po přijetí signálu z klávesnice procesor přeruší svou práci a dá pokyn speciální jednotce v operačním systému, aby se s tímto signálem vypořádala. Operační systém společně s ovladačem klávesnice prozkoumá signál a v závislosti na stavu „kontrolek“ na displeji jej zastoupí nějakým dalším desetinným kódem, načež tento kód uloží do dočasného úložiště - speciální vyrovnávací paměti klávesnice . Pokud například na displeji svítí kontrolka „Ruská abeceda“, místo kódu latinky se ve vyrovnávací paměti objeví kód pro ruské písmeno zobrazené na stejném tlačítku. Po dokončení této operace (první úroveň cenzury) operační systém sdělí procesoru, že může pokračovat v přerušené práci.

Za druhé, když se aplikační program rozhodne, že potřebuje signál z klávesnice, přeruší procesor, aby dal pokyn operačnímu systému, aby zjistil, zda je něco ve vyrovnávací paměti. Stává se, že do této doby uživatel již několikrát stiskl tlačítka a ve vyrovnávací paměti je několik kódů.

Pokud ve vyrovnávací paměti nic není (nebyla stisknuta klávesnice), může se program rozhodnout – buď počkat na signál, nebo se vrátit k přerušené práci, aby se do vyrovnávací paměti podíval později. Častěji než ne, program musí čekat, když nahlíží do vyrovnávací paměti, aby zjistil, co dělat dál.

Po přijetí kódu z vyrovnávací paměti (vždy jde o kód nejstarší stisknuté klávesy) program implementuje druhou úroveň cenzury: v závislosti na záměru programátora může přijatý kód interpretovat libovolným způsobem - jako textový znak nebo jako řídicí signál, nebo jej může zcela ignorovat.

Popsané schéma platí téměř pro všechny systémové a aplikační programy. Například textový editor, který připravil vše pro práci, se podívá do vyrovnávací paměti klávesnice. Po přijetí textového znaku jej editor sám zobrazí na obrazovce, uloží jej do své vyrovnávací paměti a znovu se podívá do vyrovnávací paměti klávesnice. Pokud uživatel přemýšlí, editor počká.

Pokud klávesu podržíte, její signály budou nepřetržitě vstupovat do vyrovnávací paměti a mohou ji přetékat (pokud je program nestihne zpracovat).

Když stroj zamrzne, po nepřetržitém mačkání kláves začne počítač reagovat na další stisk krátkým „pípnutím“. To znamená, že vyrovnávací paměť klávesnice je plná a není nikdo, kdo by se do ní podíval a vybral tam kódy. Stroj je třeba restartovat.

Klávesnice mohou být bezdrátové, flexibilní, vyrobené ze speciální tkaniny se zabudovanými vodiči, klávesnice s identifikací uživatele pomocí otisků prstů a síly stlačení atd.

Klávesnice se používá k zadávání informací do počítače a poskytování řídicích signálů. Obsahuje standardní sadu alfanumerických kláves a některé další klávesy - ovládací a funkční klávesy, klávesy pro ovládání kurzoru a také malou numerickou klávesnici.

Obecné pojmy

Vstupní bod informací (kurzor)- na obrazovce monitoru bliká symbol „|“ označující pozici, ve které se zobrazí další znak zadaný z klávesnice.

Klávesnice má vestavěnou vyrovnávací paměť- malá mezipaměť, kam se vkládají zadané znaky. Všechny znaky napsané na klávesnici se okamžitě zobrazí na monitoru na pozici kurzoru. Pokud je však systém zaneprázdněn, nemusí být znaky okamžitě zobrazeny na obrazovce, ale umístěny do vyrovnávací paměti klávesnice, aby se zadané znaky zobrazily na obrazovce po uvolnění systému. Pokud vyrovnávací paměť klávesnice přeteče, stisknutí klávesy bude doprovázeno zvukovým signálem, který značí, že znak nebyl zadán (odmítnut).

Nejrozšířenější je dnes 105(7) – klávesnice s rozložením kláves QWERTY(čti „querti“), pojmenované podle kláves umístěných v levé horní řadě alfanumerické části klávesnice.

Alfanumerické klávesy

Alfanumerické klávesy klávesnice jsou určeny pro zadávání anglických a ruských písmen, číslic, interpunkčních znamének a některých dalších symbolů. Chcete-li změnit jazyk zadávání, klepněte do oblasti indikátoru Hlavní panely na ikoně indikátoru klávesnice a vyberte požadovaný jazyk.

Jazyk lze také změnit pomocí klávesnice. K tomu obvykle používáte jednu ze dvou klávesových zkratek: Alt (vlevo) + Shift nebo Ctrl + Shift.

Alfanumerické klávesy také zadávají znaky z jiných národních abeced. Pokud máte například v systému nainstalovaný běloruský jazyk, většina písmen běloruského jazyka se shoduje s uspořádáním písmen ruského jazyka. Ale jsou tu i rozdíly. Jsou uvedeny v následující tabulce:

Funkční klávesy

V horní části klávesnice jsou 12 funkčních kláves. F1-F12. Funkční klávesy mohou mít v různých aplikacích různý význam. Zde je příklad akcí, které klíč provádí F5.

Všimněte si, že v mnoha programech se klíč používá k získání nápovědy (nápovědy). F1.

Ovládací klávesy

Ovládací klávesy mají následující účel:

Vstupte- zadejte klíč. V textových procesorech ukončíte zadávání odstavce stisknutím klávesy Enter. Při práci např. v okně složky resp Dirigent stisknutí klávesy Enter provede stejné funkce jako dvojité kliknutí levým tlačítkem myši (obvykle je výchozí akce otevřeno).

Esc(escape - exit) klávesa pro zrušení jakékoli akce, například pro ukončení dialogového okna, nabídky atd.

Klíč Alt slouží k výběru příkazu z aktivní nabídky aplikace bez použití myši. Stisknutím klávesy Alt se uživatel dostane k první položce nabídky aktivní aplikace. Další výběr příkazu se provádí pomocí pohybových tlačítek ↓ ← → a stisknutím tlačítka Vstupte. Klíč Altširoce používané v kombinaci s jinými klávesami. Tady jsou některé z nich:

Klíč Ctrl nemá samostatný význam, ale při stisknutí společně s jinými abecedními nebo ovládacími klávesami změní jejich činnost. Zde je několik příkladů použití takových kombinací:

Posun(registr) - poskytuje změnit rejstřík klíčů(shora dolů a naopak). Například stisknutím klávesy Posun Spolu s klávesou abecedy umožňuje zadávat velká písmena.

Vložit(vložit) - přepíná mezi režimy vkládání (nové znaky se zadávají mezi již napsané, oddalují je) a režimy nahrazování (staré znaky se mísí s novými).

Vymazat(smazat) - smaže znak z pozice napravo od kurzoru (zadávací bod informací).

Zadní prostor smaže znak před kurzorem, tj. vlevo od pozice pro zadávání informací. Připomeňme, že klíč Zadní prostor umístěný na klávesnici nad klávesou Vstupte.

Tab – klávesa tab, v textových editorech posouvá kurzor o několik pozic doprava až na další zarážku tabulátoru v dialogových oknech, slouží k pohybu mezi různými ovládacími prvky;

Caps Lock- opravuje velká písmena, poskytuje zadávání velkých písmen místo malých písmen. Všimněte si, že klíč Caps Lock Funguje pouze s klávesami s písmeny a neovlivňuje zadávání speciálních znaků.

Scroll Lock- používá se pouze v tabulkách k procházení informací bez změny aktivní buňky.

Tisk obrazovky- poskytuje kopírování informací, aktuálně zobrazený na obrazovce v Schránka.

Dlouhý spodní klíč bez názvu - určeno pro zadávání mezer (k oddělení slov).

Zobrazí se klávesa s logem Windows Hlavní menu Okna. Kromě toho se používá k provádění některých příkazů, jejichž seznam je uveden v tabulce níže:

Klávesa slouží k vyvolání kontextového menu vybraného objektu, tedy nahrazuje kliknutí pravým tlačítkem na vybraný objekt.

Navigační klávesy

Navigační klávesy mají následující účel.

Klávesy ↓ ← → se používají k odpovídajícímu pohybu kurzoru nahoru, dolů, doleva a doprava na pozici nebo řádek.

Domů a Konec- zajistit pohyb kurzoru na první a poslední pozici řádku.

Page Up a Page Down- poskytují pohyb v textu o jednu stránku obrazovky tam a zpět, v tomto pořadí.

Malá numerická klávesnice

Malá numerická klávesnice lze použít ve dvou režimech: pro zadávání čísel a pro ovládání kurzoru. Tyto režimy se přepínají pomocí tlačítka Num Lock.