Как работает клавиатура компьютера. Клавиши клавиатуры Знаки препинания на клавиатуре

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.

В большинстве компьютерных систем клавиатура яв­ляется панелью управления, через которую оператор вводит данные и указывает компьютеру, что с ними делать. В основной массе компьютеров клавиатура, снабженная буквами и цифрами, напоминает печат­ную машинку.

Когда вы нажимаете на клавишу пе­чатной машинки, символ - к примеру, буква «А» -ударяет в чернильную ленту, и буква отпечатывается на бумаге. Клавиатура компьютера сложнее и много­граннее; одна и та же клавиша может соответство­вать нескольким символам и командам. Клавиша просто запускает электронный сигнал.

Под клавишами большинства клавиатур находят­ся два набора проводков - горизонтальных и верти­кальных. Когда компьютер включен, микропроцес­сор клавиатуры посылает электрические импульсы по вертикальным проводкам в поисках сигнала. Ког­да на клавишу нажимают, проводки под ней сопри­касаются, замыкая электрическую цепь. Это указывает микропроцессору на то, что клавиша была на­жата; микропроцессор проверяет горизонтальные проводки, чтобы выяснить местонахождение клави­ши, и посылает информацию в компьютер.

Сигнал компьютеру. Контакт двух проводков под клави­шей замыкает электрическую цепь, посылая сигнал назад в микропро­цессор (фиолетовый цвет). Микропроцессор знает, какая клавиша нажата, потому что каждая клавиша активизирует только одну пару проводков. В нашем случае клавиша обозначает букву «А», и микропроцессор генерирует ее цифровой код: 10100001.

Сложное устройство. Когда клавиша нажата, пересекающиеся под ней проводки посылают сигнал в микропроцессор клавиатуры. Микропроцессор регистрирует сигнал и ожидает следующего; в это время освобожденная клавиша возвращается на место при помощи пружины.

Пуск и сканирование. Когда компью­тер выключен, микропроцессор клавиатуры (фиолетовый цвет) посылает электрические импульсы (маленькие розовые стрелки) по вертикальным проводкам (черный цвет), расположенным под клавишами (зеленый цвет). Он сканирует слева направо (большая красная стрелка) со скоростью 1000 раз в сек.

Клавиша нажата. Нажатие клавиши (слева) заставляет соприкоснуться вертикальные и горизонтальные проводки, по которым рассылаются сканирующие сигналы.

Организация и использование клавиатуры

В большинстве компьютеров клавиши организованы в QWERTY (справа). Это название происходит от букв, расположенных слева в первом ряду клавиатуры. Компоновка букв QWERTY была специально разработана у первых машин для замедления темпа быстро печатающих людей, чтобы в их машинах не создава­лись пробки. В клавиатуре компьютера имеется четыре вида клавиш. Клавиши данных вводят буквы, цифры и знаки препинания; клавиши шифтов произво­дят заглавные буквы; контрольные клавиши курсора передвигают курсор по экрану; функциональные клавиши позволяют оператору запускать общие команды всего одним нажатием клавиши.

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.

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 служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые дополнительные клавиши - управляющие и функциональные, клавиши управления курсором, а также малый цифровой блок клавиатуры.

Общие понятия

Точка ввода информации (курсор) - мерцающий на экране монитора символ «|», указывающий позицию, в которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак.

Клавиатура имеет встроенный буфер - промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы. Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора. Однако если система занята, то символы могут сразу не выводится на экран, а помещаться в буфер клавиатуры для того, чтобы после освобождения системы отобразить введённые символы на экране. В случае переполнения буфера клавиатуры нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом, означающий, что символ не введён (отвергнут).

Наиболее распространена сегодня 105(7) - клавишная клавиатура с раскладкой клавиш QWERTY (читается «кверти»), названная так по обозначениям клавиш, расположенных в верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры.

Алфавитно-цифровые клавиши

Алфавитно-цифровые клавиши клавиатуры предназначены для ввода букв английского и русского языков, цифр, знаков препинаний и некоторых других символов. Для смены языка ввода, надо щёлкнуть в области индикаторов Панели задач по значку индикатора клавиатуры и выбрать нужный язык.

Язык можно сменить и при помощи клавиатуры. Для этого обычно используется одно из двух сочетаний клавиш: Alt (слева) + Shift или Ctrl + Shift .

Алфавитно-цифровые клавиши вводят также и символы других национальных алфавитов. Например, если у вас в системе установлен белорусский язык, то большинство букв белорусского языка совпадает с расположением букв русского языка. Но есть и отличия. Они представлены в следующей таблице:

Функциональные клавиши

В верхней части клавиатуры расположены 12 функциональных клавиш. F1-F12 . Функциональные клавиши в различных приложениях могут иметь различное значение. Приведём пример действий, которые выполняет клавиша F5 .

Отметим, что во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1 .

Управляющие клавиши

Управляющие клавиши имеют следующее назначение:

Enter - клавиша ввода. В текстовых редакторах нажатие клавиши Enter завершает ввод абзаца. При работе, например, в окне папки или Проводника нажатие клавиши Enter выполняет те же функции, что и двойной щелчок левой кнопки мыши (обычно действие по умолчанию - открыть).

Esc (escape - выход) клавиша для отмены каких-либо действий, например, для выхода из диалогового окна, из меню и т. п.

Клавиша Alt используется для выбора команды в меню активного приложения без помощи мыши. Нажав клавишу Alt, пользователь получает доступ к первому пункту меню активного приложения. Дальнейший выбор команды осуществляется при помощи клавиш перемещения ↓ ← → и нажатия клавиши Enter . Клавиша Alt широко используется в комбинации с другими клавишами. Приведём некоторые из них:

Клавиша Ctrl самостоятельного значения не имеет, но при нажатии совместно с другими алфавитными или управляющими клавишами изменяет их действие. Приведём некоторые примеры использования таких комбинаций:

Shift (регистр) - обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот). Например, нажатие клавиши Shift совместно с алфавитной клавишей обеспечивает ввод прописных букв.

Insert (вставлять) - переключает режимы вставки (новые символы вводятся между уже набранными, раздвигая их) и замены (старые символы замешаются новыми).

Delete (удалять) - удаляет символ с позиции правее курсора (точки ввода информации).

Back Space удаляет символ перед курсором, т. е. левее позиции ввода информации. Напомним, что клавиша Back Space расположена на клавиатуре выше клавиши Enter .

Tab - клавиша табуляции , в текстовых редакторах обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции, в диалоговых окнах служит для перемещения между различными управляющими элементами.

Caps Lock - фиксирует верхний регистр, обеспечивая ввод прописных букв вместо строчных . Отметим, что клавиша Caps Lock работает только с буквенными клавишами и не влияет на ввод специальных знаков.

Scroll Lock - используется только в электронных таблицах для прокрутки информации без изменения активной ячейки.

Print Screen - обеспечивает копирование информации , отображаемой в текущий момент на экране в Буфер обмена .

Длинная нижняя клавиша без названия - предназначена для ввода пробелов (для разделения слов).

Клавиша с изображением эмблемы Windows служит для отображения Главного меню Windows. Кроме этого, используется для выполнения некоторых команд, список которых приведём в таблице ниже:

Клавиша служит для вызова контекстного меню выделенного объекта, т. е. заменяет щелчок правой кнопкой мыши на выделенном объекте.

Клавиши перемещения

Клавиши перемещения имеют следующее назначение.

Клавиши ↓ ← → служат для перемещения курсора соответственно вверх, вниз, влево и вправо на одну позицию или строку.

Home и End - обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно.

Page Up и Page Down - обеспечивают перемещение по тексту на одну экранную страницу назад и вперёд, соответственно.

Малый цифровой блок клавиатуры

Малый цифровой блок клавиатуры может использоваться в двух режимах: для ввода чисел и для управления курсором . Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock .