Cum funcționează tastaturile computerului

Partea computerului cu care intrăm cel mai mult în contact este probabil cea la care ne gândim cel mai puțin. Dar tastatura este o piesă uimitoare de tehnologie. De exemplu, știați că tastatura de pe un sistem informatic obișnuit este de fapt un computer în sine?


Tastatura dvs. de bază din Windows

În esența sa, o tastatură este o serie de comutatoare conectate la un microprocesor care monitorizează starea fiecărui comutator și inițiază un răspuns specific la o schimbare a acestei stări. În această ediție a emisiunii How Stuff Works, veți afla mai multe despre această acțiune de comutare și despre diferitele tipuri de tastaturi, despre modul în care acestea se conectează și vorbesc cu computerul și despre componentele unei tastaturi.

Tipuri de tastaturi
Tapacele s-au schimbat foarte puțin în aspect de la introducerea lor. De fapt, cea mai frecventă schimbare a fost pur și simplu evoluția naturală de adăugare a mai multor taste care oferă funcționalități suplimentare.

Cele mai comune tastaturi sunt:

  • 101 taste Tastatura îmbunătățită
  • 104 taste Tastatura Windows
  • 82 taste Tastatura standard Apple
  • 108 taste Tastatura extinsă Apple

Computerele portabile, cum ar fi laptopurile, au destul de des tastaturi personalizate care au o dispunere a tastelor ușor diferită față de o tastatură standard. De asemenea, mulți producători de sisteme adaugă butoane speciale la dispunerea standard. O tastatură tipică are patru tipuri de bază de taste:

  • Taste de dactilografiere
  • Tastatura numerică
  • Taste de funcție
  • Taste de control

Tapele de dactilografiere sunt secțiunea tastaturii care conține tastele de litere, în general dispuse în același stil care era obișnuit pentru mașinile de scris. Această dispunere, cunoscută sub numele de QWERTY pentru primele șase litere din dispunere, a fost inițial concepută pentru a încetini dactilografii rapizi prin faptul că dispunerea tastelor era oarecum ciudată! Motivul pentru care producătorii de mașini de scris au procedat astfel a fost acela că brațele mecanice care imprimau fiecare caracter pe hârtie se puteau bloca dacă tastele erau apăsate prea repede. Deoarece a fost stabilită de mult timp ca un standard, iar oamenii s-au obișnuit cu configurația QWERTY, producătorii au dezvoltat tastaturi pentru computere folosind aceeași dispunere, chiar dacă blocarea nu mai este o problemă. Criticii configurației QWERTY au adoptat o altă configurație, Dvorak, care plasează literele cel mai des folosite în cea mai convenabilă dispunere.


O tastatură Apple Extended.

Tastatura numerică face parte din evoluția naturală menționată anterior. Pe măsură ce utilizarea calculatoarelor în mediile de afaceri a crescut, a crescut și nevoia de introducere rapidă a datelor. Deoarece o mare parte din date erau numere, un set de 17 taste a fost adăugat la tastatură. Aceste taste sunt dispuse în aceeași configurație utilizată de majoritatea mașinilor de adunat și a calculatoarelor, pentru a facilita tranziția la calculator pentru funcționarii obișnuiți cu aceste alte mașini.

În 1986, IBM a extins tastatura de bază cu adăugarea de taste de funcție și de control. Tastele de funcție, dispuse într-o linie de-a lungul părții superioare a tastaturii, puteau fi alocate comenzi specifice de către aplicația curentă sau de către sistemul de operare. Tastele de control asigurau controlul cursorului și al ecranului. Patru taste dispuse în formație de T inversat între tastele de tastare și tastatura numerică permit utilizatorului să deplaseze cursorul pe ecran în trepte mici. Tastele de control permit utilizatorului să facă salturi mari în majoritatea aplicațiilor. Tastele de control comune includ:

  • Home
  • End
  • Insert
  • Delete
  • Page Up
  • Page Down
  • .

  • Control (Ctrl)
  • Alternat (Alt)
  • Escape (Esc)

Tastatura Windows adaugă câteva taste de control suplimentare: două taste Windows sau Start, precum și o tastă Aplicație. Tastaturile Apple sunt specifice sistemelor Apple Mac.

În interiorul tastaturii
Procesorul unei tastaturi trebuie să înțeleagă mai multe lucruri care sunt importante pentru utilitatea tastaturii, cum ar fi:

  • Poziția tastei în matricea de taste.
  • Cantitatea de ricoșeu și modul de filtrare a acestuia.
  • Viteza la care se transmite dactilograma.


Microprocesorul și circuitele de control ale unei tastaturi.

Matricea tastelor este rețeaua de circuite de sub taste. La toate tastaturile, cu excepția celor capacitive, fiecare circuit este întrerupt în punctul de sub o anumită tastă. Apăsarea tastei acoperă golul din circuit, permițând trecerea unei cantități infime de curent. Procesorul monitorizează matricea de taste pentru a detecta semne de continuitate în orice punct al grilei. Când găsește un circuit închis, acesta compară locația acelui circuit de pe matricea de taste cu harta caracterelor din ROM. Harta caracterelor este practic o diagramă de comparație pentru procesor care îi spune ce reprezintă cheia la coordonatele x,y din matricea de chei. În cazul în care sunt apăsate mai multe taste în același timp, procesorul verifică dacă acea combinație de taste are o denumire în harta caracterelor. De exemplu, apăsarea tastei a de una singură ar avea ca rezultat trimiterea către calculator a literei mici „a”. Dacă apăsați și țineți apăsată tasta Shift în timp ce apăsați tasta a, procesorul compară acea combinație cu harta caracterelor și produce o literă majusculă „A”.


O privire la matricea de taste.

Matricea de caractere din tastatură poate fi înlocuită de o altă matrice de caractere furnizată de calculator. Acest lucru se face destul de des în limbile ale căror caractere nu au echivalente în limba engleză. De asemenea, există utilitare pentru schimbarea hărții de caractere de la QWERTY tradițional la DVORAK sau o altă versiune personalizată.

Claviile se bazează pe întrerupătoare care provoacă o modificare a curentului care trece prin circuitele din tastatură. Atunci când tasta apasă întrerupătorul tastaturii împotriva circuitului, există, de obicei, o cantitate mică de vibrații între suprafețe, cunoscută sub numele de ricoșeu. Procesorul dintr-o tastatură recunoaște că această pornire și oprire foarte rapidă nu este cauzată de faptul că ați apăsat tasta în mod repetat. Prin urmare, acesta filtrează toate micile fluctuații din semnal și îl tratează ca pe o singură apăsare de tastă.

Dacă continuați să țineți apăsată o tastă, procesorul determină că doriți să trimiteți acel caracter în mod repetat la calculator. Acest lucru este cunoscut sub numele de tipematică. În acest proces, întârzierea dintre fiecare instanță a unui caracter poate fi în mod normal setată în software, variind de obicei de la 30 de caractere pe secundă (cps) până la doar două cps.

Tehnologii de tastatură
Tastatura utilizează o varietate de tehnologii de comutare. Este interesant de remarcat faptul că, în general, ne place să avem un anumit răspuns audibil și tactil la tastarea noastră pe o tastatură. Vrem să auzim un „clic” al tastelor în timp ce scriem și vrem ca tastele să fie ferme și să revină rapid atunci când le apăsăm. Să aruncăm o privire asupra acestor tehnologii diferite:

  • Cupolă de cauciuc mecanică
  • Capacitivă nemecanică
  • Contact metalic mecanică
  • Membrană mecanică
  • Element de spumă mecanică


Această tastatură utilizează comutatoare cu cupolă de cauciuc.

Probabil cea mai populară tehnologie de întrerupătoare folosită în prezent este cea cu dom de cauciuc. În aceste tastaturi, fiecare tastă este așezată peste o cupolă mică, flexibilă, din cauciuc, cu un centru din carbon dur. Atunci când tasta este apăsată, un piston din partea de jos a tastei împinge în jos împotriva domului. Acest lucru determină centrul de carbon să se împingă și el în jos, până când apasă pe o suprafață plană și dură sub matricea tastei. Atât timp cât tasta este ținută apăsată, centrul de carbon completează circuitul pentru acea porțiune a matricei. Când cheia este eliberată, cupola de cauciuc revine la forma sa inițială, forțând cheia să revină în poziția de repaus.

Tastatura cu întrerupător cu cupolă de cauciuc este ieftină, are un răspuns tactil destul de bun și este destul de rezistentă la scurgeri și coroziune datorită stratului de cauciuc care acoperă matricea tastelor. Comutatoarele cu membrană sunt foarte asemănătoare în funcționare cu tastaturile cu cupolă de cauciuc. Totuși, o tastatură cu membrană nu are taste separate. În schimb, are o singură foaie de cauciuc cu umflături pentru fiecare tastă. Ați văzut comutatoare cu membrană pe multe dispozitive concepute pentru utilizare industrială intensă sau în condiții extreme. Deoarece nu oferă aproape niciun răspuns tactil și pot fi oarecum dificil de manipulat, aceste tastaturi sunt rareori întâlnite pe sistemele informatice normale.

Switch-urile capacitive sunt considerate a fi nemecanice deoarece nu completează pur și simplu un circuit ca celelalte tehnologii de tastatură. În schimb, curentul circulă în mod constant prin toate părțile matricei de taste. Fiecare tastă este încărcată cu arc și are o mică placă atașată la partea inferioară a pistonului. Atunci când este apăsată o tastă, această placă este adusă foarte aproape de o altă placă aflată chiar sub ea. Pe măsură ce cele două plăci sunt aduse mai aproape una de cealaltă, aceasta afectează cantitatea de curent care trece prin matrice în acel punct. Procesorul detectează modificarea și o interpretează ca fiind o apăsare de tastă pentru acel loc. Tastaturile cu comutator capacitiv sunt scumpe, dar nu suferă de coroziune și au o durată de viață mai mare decât orice altă tastatură. De asemenea, ele nu au probleme de ricoșeu, deoarece cele două suprafețe nu intră niciodată în contact efectiv.

Tastatura cu contact metalic și cea cu elemente de spumă nu mai sunt la fel de comune ca pe vremuri. Întrerupătoarele cu contact metalic au pur și simplu o tastă cu arc cu o bandă de metal în partea de jos a pistonului. Când tasta este apăsată, banda de metal conectează cele două părți ale circuitului. Întrerupătorul cu element de spumă are practic același design, dar cu o mică bucată de spumă spongioasă între partea de jos a pistonului și banda metalică, asigurând un răspuns tactil mai bun. Ambele tehnologii au un răspuns tactil bun, fac „clicuri” audibile și satisfăcătoare și sunt ieftine de produs. Problema este că contactele tind să se uzeze sau să se corodeze mai repede decât la tastaturile care utilizează alte tehnologii. De asemenea, nu există o barieră care să împiedice praful sau lichidele să intre în contact direct cu circuitele din matricea de taste.

De la tastatură la calculator
În timp ce tastați, procesorul din tastatură analizează matricea de taste și determină ce caractere să trimită la calculator. Acesta păstrează aceste caractere într-un buffer de memorie care este de obicei de aproximativ 16 octeți. Apoi, trimite datele într-un flux către computer prin intermediul unui tip de conexiune.


Un conector de tastatură de tip PS/2.

Cei mai comuni conectori de tastatură sunt:

  • Conector DIN (Deustche Industrie Norm) cu 5 pini
  • Conector IBM PS/2 mini-DIN cu 6 pini
  • Conector USB (Universal Serial Bus) cu 4 pini
  • Conector intern (pentru laptopuri)

Conectorii DIN normali sunt rareori utilizați în prezent. Majoritatea calculatoarelor folosesc conectorul mini-DIN PS/2; dar un număr tot mai mare de sisteme noi renunță la conectorii PS/2 în favoarea celor USB. Indiferent de tipul de conector utilizat, prin cablul de conectare sunt trimise două elemente principale. Primul este alimentarea cu energie pentru tastatură. Pentru a funcționa, tastaturile au nevoie de o cantitate mică de energie, de obicei aproximativ 5 volți. De asemenea, cablul transportă datele de la tastatură la computer.

Celălalt capăt al cablului se conectează la un port care este monitorizat de către controlerul de tastatură al computerului. Acesta este un circuit integrat (IC) a cărui sarcină este de a procesa toate datele care vin de la tastatură și de a le transmite sistemului de operare. Atunci când sistemul de operare este notificat că există date de la tastatură, se pot întâmpla mai multe lucruri:

  • Se verifică dacă datele de la tastatură sunt o comandă la nivel de sistem. Un bun exemplu în acest sens este Ctrl-Alt-Delete pe un calculator Windows, care inițiază o repornire.
  • Sistemul de operare transmite apoi datele de la tastatură către aplicația curentă.
  • Aplicația curentă înțelege datele de la tastatură ca pe o comandă la nivel de aplicație. Un exemplu în acest sens ar fi Alt – f, care deschide meniul File într-o aplicație Windows.
  • Aplicația curentă este capabilă să accepte datele de la tastatură ca și conținut pentru aplicație (orice, de la tastarea unui document la introducerea unei adrese URL sau efectuarea unui calcul), sau
  • Aplicația curentă nu acceptă datele de la tastatură și, prin urmare, ignoră informațiile.

După ce datele de la tastatură sunt identificate ca fiind specifice sistemului sau specifice aplicației, acestea sunt procesate în consecință. Ceea ce este cu adevărat uimitor este cât de repede se întâmplă toate acestea. În timp ce scriu acest articol, nu există un interval de timp perceptibil între momentul în care degetele mele apasă tastele și apariția caracterelor pe monitor. Când te gândești la tot ceea ce face computerul pentru a face să apară fiecare caracter în parte, este pur și simplu incredibil!

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.