Вводи нежно!: Устройства ввода

Никита "Nikitos" Кислицин

Xakep, номер #049, стр. 018-023

nikitoz@real.xakep.ru

Для ввода данных и управления системой используется множество устройств. Клавиатура, мышь, джойстик, сканер, цифровая камера, дигитайзер, вебкамера и т.д. Все это - бездонные темы, подробно рассказать обо всех этих устройствах в рамках одной статьи нереально. Поэтому было решено ограничиться тремя устройствами: клавиатурой, мышью и дигитайзером.

Клава

Есть, по крайней мере, пять реализаций физического устройства клавиатур.

Первый - используется в самых дешевых клавиатурах и на официально-убогом языке называется не иначе, как "клавиатура с пластмассовыми штырями". Принцип действия: к каждой клавише снизу крепится пластмассовый штырь, на конце которого есть подушечка, выполненная из мягкого токопроводящего материала (резина с солями металлов). Когда клавиша достигает крайнего положения, подушечка замыкает два контакта. Такие клавы легко отличить: клавиши нажимаются мягко, тихо, нет четкого положения "нажата/не нажата".

Клавиатуры второго типа реализованы примерно так же, за исключением маленькой детали: усилие, которое надо приложить для нажатия клавиши, увеличивается в процессе ее нажатия, а при погружении клавиши на некоторую глубину, резко снижается. Нажатие и отпускание клавиш на такой клавиатуре сопровождается характерными щелчками.

Клавы третьего типа базируется на т.н. герконах - "герметических контактах", которые представляют собой переключатели с подпружиненными контактами, выполненными из ферромагнитного материала, помещенные в герметичный стеклянный баллон. Ферромагнитные контакты замыкаются под действием магнитного поля от электромагнита, который включается при нажатии клавиши.

Ну, и последний, самый, пожалуй, экзотический тип клавиатур - сенсорный. Здесь нет клавиш в привычном понимании этого слова - вместо ста одной клавиши здесь сто один сверхчувствительный к изменению статического потенциала элемент. При соприкосновении пальца с таким элементом тот мгновенно меняет свои свойства, что фиксируется специальной схемой внутри клавиатуры, на выходе которой мы получаем сигнал, аналогичный формируемому при нажатии клавиши обычной механической клавиатуры.

Есть также клавиатуры для незрячих людей. Клавиши таких клавиатур покрыты специальным рельефным слоем, на котором расположены осязаемые чувствительными руками незрячих людей буквы. Очень часто такие клавиатуры снабжаются и устройствами вывода - внизу клавиатуры располагается планка, на которой есть резиновые пупырышки, которые выдвигаются вверх при выводе информации. По их количеству и месторасположению люди и получают некоторую - очевидно, довольно скупую - информацию.

При нажатии клавиши - совсем неважно, как она выглядела и была устроена - создается электрический импульс, определяющий так называемый скан-код, который интерпретируется в код ASCII в контроллере клавиатуры.

Грызуны

С интеграцией в компьютерные системы графических оболочек представить себе работу за компьютером без хвостатой подруги становится все сложнее и сложнее. Ведь с помощью мыши за долю секунды делается то, что при использовании клавиатуры заняло бы значительно больше времени (верно, правда, и обратное - hotkeys:)). Мыши следует различать по способу их подключения:

  1. К COM-порту
  2. К порту PS/2
  3. К порту USB

С портами мыши могут взаимодействовать либо посредством кабеля, либо удаленно - при помощи радиосигналов или инфракрасного излучения. По принципу действия мыши делятся на оптико-механические и оптические. Рассмотрим оба случая.

Пожалуй, основной частью оптико-механической мыши является шарик. Все это, разумеется, спорно, но шарик - штука важная. Бытует ошибочное мнение, что он резиновый - это не так, он металлический и сверху покрыт не особо толстым слоем резины. Шарик устанавливается в отведенное ему место, где физически хорошо контактирует с тремя валиками. При перемещении мыши шарик цепляется за поверхность стола, вследствие чего вращается, увлекая за собой валики. Ось вращения одного валика имеет направление "назад-вперед", другого - "влево-вправо". На осях установлены диски с прорезями, которые вращаются между двух "кубиков". На первом находится источник света (невидимый глазу частотный диапазон), на другом - фотоэлемент, который безукоризненно определяет, падает ли на него свет - это, конечно, зависит от положения диска с прорезями. Поскольку таких растровых дисков два, то порядок освещения фотоэлементов однозначно определяет направление движения мыши, а частота возникающих на выходах светодиодов импульсов - скорость. Импульсы при помощи контроллера преобразуются в совместимые с PC данные и передаются процессору.

Оптическая мышь устроена и работает по схожим принципам. Отличие в том, что в ее конструкции нет ни шарика, ни валиков. Основная часть такой мыши - источник света и группа фотоэлементов. Свет излучается в сторону поверхности, на которой лежит мышь. Отражается он от этой поверхности, разумеется, по-разному - она же не однородна по своим оптическим свойствам! На любой, даже одноцветной поверхности есть - возможно, невидимые глазу - небольшие цветовые градации, трещины, вздутия и т.п. Чувствительнейшие фотоэлементы улавливают отраженный свет и сохраняют изображение в памяти мыши. Затем поверхность опять "фотографируется" - так несколько тысяч раз в секунду! Процессор мыши выполняет весьма интеллектуальную работу - сравнивает два изображения и делает вывод: куда оно сместилось. Грубо это можно представить так: была фотография с двумя черными и двумя серыми квадратами соответственно вверху и внизу. Следующее изображение - фотка с зеленым кругом наверху и двумя черными квадратами внизу. Очевидно, изображение сдвинулось вниз, что свидетельствует о том, что мышь передвигается вверх, точнее вперед. На заре этой технологии оптическим мышам требовались специальные коврики, представляющие собой мелкую сетку в контрастных цветах. Современные модели прекрасно работают почти на любой поверхности, за исключением, разве что, идеально отполированных зеркал.

Дигитайзер

Довольно специфическое устройство, которое, однако, стало уже стандартом де-факто для профессиональной работы с графикой. Еще бы! Попробуй нарисовать что-то красивое (а, прежде всего, ровное:)) мышью в фотошопе. Лично меня отсутствие художественного таланта в такой ситуации еще ни разу не подводило.

А с помощью дигитайзера и пера можно почти как карандашом рисовать красивые и ровные линии (современные профессиональные модели распознают до 255 типов линий в зависимости от силы нажатия на перо, скорости его передвижения и т.п.). Такое устройство в опытных руках профессиональных дизайнеров позволяет создавать настоящие шедевры. Дигитайзер состоит из графического планшета и указателя. Планшет представляет собой полимерную пластину, внутри которой располагается сетка из печатных проводников, чутко реагирующих на некоторое воздействие (физическое или электромагнитное). Указатель может представлять собой либо пластмассовый карандаш, либо т.н. кнопочный указатель - устройство, по форме напоминающее мышь, однако более интеллектуальное. Следует различать электростатические и электромагнитные дигитайзеры. В электростатических моделях определение местоположения курсора осуществляется путем регистрации локального изменения электрического потенциала сетки под указателем. В электромагнитных - более прогрессивных - курсор выступает в роли излучателя электромагнитных колебаний (их частота изменяется в зависимости от силы нажатия на указатель), а сетка - в качестве приемника. Главная характеристика дигитайзера - разрешение, то есть минимальное расстояние, через которое обновляется информация о местоположении указателя - фактически, расстояние между "прутьями" решетки.

Содержание
ttfb: 442.87395477295 ms