Лабораторна робота №1

Тема: Організація передачі даних комп’ютерних маніпуляторів.

Мета роботи: Отримати навички по налаштуванню і діагностиці сучасних пристроїв ручного вводу інформації в ПЕОМ і вивчити їх особливості.

Матеріальне забезпечення занять

1. Типове робоче місце: персональний комп’ютер, клавіатура, мишка, монітор.

2. Програми С++, Assembler, Pascal, Delphi.

3. Локальна мережа лабораторії.

Короткі теоретичні відомості

Особливості роботи клавіатури. Кодування символів клавіатури Сучасні стандартні клавіатури для ПК – мембранного типу. Перемикачем є набір мембран: активна – верхня, пасивна – нижня, розділююча. Усередині корпусу клавіатури окрім датчиків розташовані електронні плати дешифрування сигналу. Обмін даними між клавіатурою і системною платою здійснюється 11-бітовими блоками (8 розрядів плюс службова інформація) по 2-дротяному кабелю (сигнал і земля). Клавіатура містить внутрішній контролер, що дозволяє проводити самотестування у момент підключення (одночасна індикація світлодіодів «NumLock», «CapsLock», «ScrollLock»), керуючий індикаторами і забезпечуючий зв'язок з системною платою ПК за допомогою послідовного інтерфейсу. Передача даних з клавіатури проводиться в синхронному послідовному коді:

- старт-біт (завжди 0);

- 8 біт даних (скен-код);

- біт непарності (доповнює число одиниць в посилці до непарного);

- стоп-біт (завжди 1).

Частота імпульсів на тактуючій лінії Clock складає 10 - 20 кГц. Можна заборонити або перервати передачу даних з клавіатури, задавши на лінії Clock низький рівень. Якщо це сталося до передачі 10-го біта, клавіатура повторить перервану передачу байта після зняття нуля на лінії Clock. По тих же лініях Clock і Data відбувається передача команд і даних з контролера в клавіатуру. Команди клавіатури служать для управління режимом роботи, для запиту повторної передачі, ініціалізації і діагностики. На системній платі прийом і обробку сигналів від клавіатури виконує спеціальна мікросхема – контролер клавіатури. Внутрішній мікропроцесор клавіатури обробляє спеціальний сигнал, що поступає до нього після натиснення будь-якої клавіші і, перетворюючи його, послідовно передає центральному процесору сканований код. Кожне натиснення клавіші формує два коди: один по натисненню, інший – по звільненню клавіші. При натисненні на клавішу клавіатура передає скен-код - один або два байти. При відпускання клавіші скен-код передається повторно з префіксом F0. Для двобайтових скен-кодів префікс F0 з'являється після першого байта E0.

Комп'ютер отримує ці коди через спеціальний порт вводу-виводу. (DIN, PS/2, USB). Коли сигнали коду досягають центрального блоку, контролер клавіатури оголошує мікропроцесору, що коди доступні, щоб він міг обробити переривання. Коли це трапляється, центральний блок обробляє отримані сигнали і визначає, які клавіші натискують і в якій комбінації. Програми, що реалізовують дану функцію, є частиною BIOS. Комп'ютер запам'ятовує стан натиснутих клавіш шляхом зміни спеціальних областей пам'яті. Клавіатура в своїй власній спеціальній пам'яті запам'ятовує, яка клавіша була натиснута(зазвичай в пам'яті клавіатури може зберігатися до 20 кодів клавіш, які були натиснуті, якщо процесор не встигає відповісти на переривання). Після передачі коду натиснутої клавіші процесору ця інформація з пам'яті клавіатури стирається. Окрім натиснення клавіатура відзначає також і відпускання кожної клавіші, посилаючи процесору свій сигнал переривання з відповідним кодом. Ця властивість використовується при переході на інший регістр. Крім того, якщо клавіша натискується довше певного часу, зазвичай близько 500 мс, то клавіатура генерує повторні коди натиснення цієї клавіші.

Виконуючи деяку роботу, програма може періодично перевіряти, чи не натискував оператора на клавішу, що змінює режим роботи програми. Резидентні програми можуть контролювати всі натиснення на клавіші, активізуючись при натисненні визначеної заздалегідь комбінації. Можна використовувати переривання, що виробляється клавіатурою, наприклад, для завершення роботи програми.

Натиснення однієї клавіші або певної комбінації означає посилку в оперативну пам'ять одного або двох байтів інформації. Щоб кожному символу клавіатури поставити у відповідність певний байт інформації, використовують спеціальну таблицю кодів ASCII (American Standart Code for Information Interchange) – американський стандарт кодів для обміну інформацією, вживаною на більшості комп'ютерів типа IBM PC/AT. Таблиця кодування визначає взаємну відповідність зображень символів на екрані дисплея з їх числовими кодами. Також в якості внутрішнього коду ЕОМ використовують двійковий код обробки інформації (ДКОІ), побудований на основі міжнародного коду EBCDIC. Цей код дозволяє кодувати 256 символів. При цьому кодування десяткових цифр і букв будується за ваговим принципом, згідно якому двійковий код символу зростає послідовно на одиницю при переході від цифри до цифри (в порядку зростання цифр від 0 до 9) і від букви до букви (в алфавітному порядку). Така побудова коду значно спрощує найбільш часті операції обробки текстів – сортування і пошук. Кодування символів за допомогою ДКОІ здійснюється згідно таблиць, що завантажені у оперативну пам’ять. Символи розташовуються у вузлах таблиці на перетині рядків і стовпців. Рядки і стовпці пронумеровані. Код символу визначається шляхом приписування до номера стовпця номера рядка, на перетині яких знаходиться символ. Наприклад, символу W відповідає код 11100110. Для скорочення запису коду часто використовують шістнадцятирічну систему. Наприклад, символу W при цьому відповідає Е6.

Комп'ютер типу IBM PC/AT дозволяє управляти швидкісними характеристиками клавіатури, а також запалювати або гасити світлодіоди Scroll Lock, Num Lock, Caps Lock. Для розширеного управління клавіатурою використовується порт 60h в режимі запису. Цей порт використовуються для управління підлеглим процесором Intel 8042 (або сумісним), відповідальним за обмін даними з комп'ютером. Клавіатура підключена до лінії переривання IRQ1. Цій лінії відповідає переривання INT 09h. Спочатку при ініціалізації системи період затримки для включення режиму автоповтору встановлюється модулями BIOS рівним 500 мс при періоді автоповтору, рівному 10 повторам в секунду. Деякі прикладні програми, наприклад, текстовий процесор Microsoft Word, містять засоби для управління часовими характеристиками клавіатури. Розташування буквених клавіш на комп'ютерних клавіатурах стандартно.

Сьогодні повсюдно застосовується стандарт QWERTY. Йому відповідає вітчизняний стандарт ЙЦУКЕН розташування клавіш кирилиці, практично аналогічний розташуванню клавіш на друкарській машинці.

Формовані на клавіатурі коди поступають на центральний блок послідовно. Тому потрібний лише один дріт для передання інформації. Ще один дріт потрібний для передачі сигналу зворотного зв'язку і заземлення. Щоб синхронізувати роботу клавіатури з центральним блоком, використовується окремий дріт, по якому передається сигнал тактової частоти клавіатури, 4-й дріт забезпечує живлення 5В постійного струму. Цими 4-ма дротами здійснюються всі необхідні з'єднання центрального блоку і клавіатури.

Особливості роботи маніпуляторів типу “миша”. У опто-механічній миші використовується прогумована куля, яка виступає через нижню поверхню пристрою і обертається у міру його переміщення по поверхні. Оптичні локатори усередині миші визначають переміщення і направлення руху кулі. Хоча куля може рухатися в будь-якому направленні, визначаються лише чотири направлення. Переміщення в кожному з них вимірюється в сотих долях дюйма. Після проходження цієї дискретної відстані формується спеціальний сигнал для центрального блоку. Миші мають тенденцію до збирання грязі, що приводить до зменшення надійності їх функціонування. Тому цей пристрій періодично необхідно чистити.

У оптичній миші замість кульки, що крутиться, використовується світлодіод, випромінюючий світло на поверхню і фотодатчик, що приймає відображене світло. В результаті швидкість і направлення переміщення фіксуються контролером. Відсутність рухомих частин в такому пристрої підвищує його надійність. Відмова від механіки (кульки і роликів) на користь оптики дозволила не лише підвищити точність управління за допомогою мишки, але і повністю позбавила від проблеми із забрудненням механічних частин. Ще одна спільна властивість подібних пристроїв -мала вага (через відсутність механічних вузлів). Оптична миша дозволяє переміщати курсор на екрані дуже точно, правильно «розуміє» різкі рухи руки, байдужа до типу поверхні. «Миша» характеризується в основному роздільною здатністю, яка вимірюється в dpi, тобто кількість сканованих точок поверхні при переміщенні на 1 дюйм. Останнім часом додалася призначена для користувача характеристика – кількість додаткових кнопок і можливість їх програмування, тобто призначення ним яких-небудь функціональних можливостей (запуск і закриття програм, скролінг тексту і т. д.). Оптичний движок сучасних мишей дозволяє обробити до 5 мегапікселів і вище інформації в секунду в роздільної здатності 800 - 1000 dpi і здатний обробити прискорення мишки рівне 10G (10 x 9.8m/s²⁾і переміщення з швидкістю до 40” в секунду. Коли миша стоїть на місці знижується потужність освітлювального світлодіода і зменшується оптична діяльність датчика. Плюси бездротової миші очевидні: повна свобода переміщень, відсутність проблеми з недостатньою довжиною кабелю. Існує два типи бездротових мишей - інфрачервоні і радіомиші. Інфрачервоні миші мають малий радіус дії і повинні знаходитися в межах видимості ІЧ-передавача, який підключений до комп'ютера (зазвичай його закріплюють на далекому краю столу або на моніторі). Радіомиші передають сигнали комп'ютеру за допомогою радіохвиль. Це знімає проблему з прямою видимістю, а також відчутно збільшує радіус дії - до декількох десятків метрів. Хороша радіомиша повинна мати можливість вибору декількох діапазонів частот для зв'язку, це дозволить уникнути проблем з іншими радіопристроями. Існують також готові бездротові комплекти «клавіатура+миша». Такий варіант переважніший: для зв'язку миші і клавіатури з комп'ютером знадобиться всього лише один передавач (це заощадить один інтерфейсний порт), не доведеться роздільно встановлювати драйвер для миші і клавіатури. Для бездротової мишки, швидкість оновлення безпосередньо пов'язана з продуктивністю – чим вище швидкість оновлення, тим більше гладкі і плавні рухи мишки. На відміну від старої технології бездротового зв'язку, який мав швидкість оновлення 40Hz, що цілком достатньо для швидкості PS/2 порту, сучасна технологія RF має швидкість оновлення 125Hz, що еквівалентно максимальній швидкості USB порту. Для передачі сигналу в основному використовується частота 27MHz, що дозволяє уникнути проблем з іншими домашніми або офісними пристроями, що працюють на частоті 900MHz.

Драйвер миші, незалежно від того, реалізований він через встановлюваний драйвер або резидентну програму, визначає обробник переривання INT 33h. Цей обробник виконує всі операції, пов'язані з обслуговуванням миші:

- скидання контролера миші і установка драйвера в початковий стан;

- вмикання/вимикання курсору миші;

- установка курсору в певне місце екрану;

- визначення поточних координат курсору і поточного стану клавіш;

- визначення координат курсору і стану клавіш у момент натиснення на клавішу і у момент відпуску клавіші;

- визначення області на екрані, в межах якої може переміщатися курсор;

- визначення області на екрані, в межах якої курсор не буде видний;

- визначення форми графічного і текстового курсорів;

- визначення величини переміщення миші в сотих долях дюйма;

- підключення до драйвера призначеної для користувача процедури, одержуючої управління при натисненні на задану клавішу або при переміщенні миші;

- запам'ятовування і відновлення стану драйвера;

- управління емуляцією світлового пера;

- управління швидкістю руху курсору;

- завдання/визначення використовуваної відеосторінки;

- управління драйвером миші.

Завдання для попередньої підготовки.

1. Вивчити відповідний теоретичний матеріал.

2. Опрацювати контрольні запитання.

3. Підготовити звіт.

4. Написати програму, яка:

1) читає і виводить на екран в 16-ковому, 10-ковому та символьному вигляді значення, записані в даний момент в буфері клавіатури;

2) визначає коди натиснутих клавіш або їх комбінацій.

.

Хід роботи.

1. Закодувати скен-кодом своє прізвище, ім'я, по батькові в еквіваленті кириличної розкладки клавіатури. Врахувати при цьому, що слова розділені проміжками.

2. Перевести скен-коди в ASCII-коди (для непарних за списком в журналі) або ДКОІ (для парних за списком в журналі). Результати записати в двійковій формі.

3. Визначити тип інтерфейсу клавіатури і миші на робочому місці.

4. Визначити тип, різновид клавіатури і миші, кількість клавіш, кнопок і інших елементів управління, призначення додаткових елементів.

5. Виконати підключення клавіатури і миші, установку драйверів (для бездротових і специфічних моделей), налаштування для роботи в OC Windows.

6. Задати в програмних налаштуваннях клавіатури мінімальну затримку перед початком повтору символів.

7. Встановити максимальну швидкість повтору символів.

8. Встановити середню частоту мерехтіння курсору клавіатури в текстовому режимі.

9. Включити озвучування для клавіш Caps Lock, Scroll Lock, Num Lock.

10. Додати додаткову мову для введення з клавіатури.

11. Задати велику швидкість руху покажчика миші, відображення короткого шлейфу покажчика, змінити параметри скролінгу, призначити дію для середньої кнопки миші - закриття активного вікна. Перевірити живлення миші програмно (для бездротових моделей).

12. Виконати діагностику миші і клавіатури за допомогою спеціалізованих програм (Keytest, A4tech USB Mouse Quality Test Program, OnClick Mouse, Enotus mouse nest). Записати результати вимірів і зробити висновки про специфіку використанні даних моделей пристроїв введення.

Контрольні запитання

1. Які види клавіатур і мишей вам відомі?

2. Які таблиці кодів для символьної інформації вам відомі і яке їх

призначення?

3. У якому вигляді відбувається передача даних з клавіатури і миші в ПК?

4. Яким чином фіксується декілька підряд натиснень однієї клавіші?

5. Яким чином кодується декілька значень для однієї клавіші?

6. Скільки кодів може поміститися в буфері клавіатури і для чого?

7. Що показують індикатори режимів клавіатури і які існують види їх

організації?

8. Які обробники переривань відносяться до клавіатури і миші?

9. Які характеристики сучасних клавіатур і мишей є найбільш важливими?

10. Чи можна обійтися без класичної клавіатури або миші на сучасному ПК? Чому?

Обробка результатів

1. За результатами роботи оформити звіт.

2. Надати результати обробки програм.