Počítačová klávesnica (Keyboard- KB)

Klávesnica je základné vstupné zariadenie osobného počítača.

Počítačová klávesnica je odvodená od klávesnice písacieho stroja. Je určená na vkladanie znakov a ovládanie počítača. Klávesnice majú bežne na jednotlivých klávesoch vytlačené alebo vyryté znaky alebo funkcie, ktoré reprezentujú. Vo väčšine prípadov stlačenie jednotlivej klávesy korešponduje s vypísaním jedného znaku. Na vytvorenie niektorých symbolov (resp. znakov) je potrebné stlačiť niekoľko kláves naraz, prípadne v určenom poradí. Niektoré klávesy nevypisujú žiadne znaky, namiesto toho ovplyvňujú beh počítača.

Klávesnice majú obvykle aj niekoľko indikačných LED, obvykle pre znázornenie stavu „uzamykateľných“ (anlg. lock) kláves, t.j. tých, ktorých stlačením sa mení stav súvisiacej funkcie zo zapnutej na vypnutú a naopak. Táto funkcia sa vyvinula z uzamykateľnej klávesy shift na písacom stroji, ktorý prepína do stavu, keď sa trvalo píšu veľké písmená (angl. Caps-Lock, caps je skr. z capitals, t.j. veľké písmená).

Rozloženie kláves

Približne polovica kláves slúži na zápis písmen, číslic, alebo znakov. Ďalšie klávesy slúžia na vykonanie určitej činnosti a ďalšie možnosti poskytuje stlačenie viacerých takýchto kláves simultánne.

Existuje množstvo rozdielnych rozložení klávesnice; predovšetkým preto, že rôzni ľudia potrebujú prístup k rozdielnym znakom alebo funkciám. Typickým príkladom sú národné abecedy pozostávajúce z rozdielnych znakov, ale existujú aj špeciálne klávesnice pre matematiku, účtovníctvo a programovanie. Bežná PC klávesnica má štandardne 101 kláves, ale existujú aj varianty s viacerými klávesmi, dokonca až 130. Kompaktné klávesnice, ako napr. na prenosných počítačoch, majú často menej ako 90 kláves.

Najčastejšie rozloženie kláves je tzv. qwerty (rozloženie znakov zľava doprava q-w-e-r-t-y, atď), ktoré vychádza zo štandardnej anglickej klávesnice a používa sa často i v krajinách, ktoré pôvodne používali iné rozloženie. Napr. väčšina operačných systémov obsahuje rozloženie slovenskej klávesnice qwerty i qwertz, ktoré je typické pre písacie stroje na Slovensku. Užívateľ tak má možnosť vybrať si, ktoré rozloženie mu vyhovuje viac.

Mnohé moderné klávesnice založené na štandardných starších klávesniciach majú niekoľko kláves naviac, ktoré sa používajú na spúšťanie špecifických aplikácií – napr. spustenie internetového prehliadača alebo emailového klienta.

Niektoré moderné klávesnice sú doplnené aj inými vstupnými zariadeniami, napr. trackballom, touchpadom, ovládacím kolieskom či miniatúrnym joystickom.

Konštrukcia

Klávesnica je obvykle konštruovaná ako sústava spínačov zapojená v matici. Zopnutie jednotlivých spínačov (t.j. stlačenie klávesy) vyhodnocuje riadiaci mikrokontrolér tak, že postupne (v rýchlom slede) pripája určitú napäťovú úroveň na jednotlivé riadky matice, pričom sleduje stĺpce matice, či sa niekde daná napäťová úroveň objaví. Zapojenie obyčajnej matice spínačov pri niektorých kombináciách zopnutia viacerých spínačov nedovoľuje rozlíšiť, presne ktoré spínače boli zopnuté, preto sa spínače kláves, ktoré sa typicky používajú v kombináciách s inými klávesmi (tzv.shift– klávesy, ktoré menia význam bežných kláves; napr. Shift, Ctrl, Alt) pripájajú osobitne, mimo hlavnej matice.

Kvôli pomerne veľkému počtu kláves a nízkej cene sa spínače obvykle realizujú ako membránová klávesnica: na dvoch fóliách sú vytvorené vodivé dráhy so zväčšenými plôškami v mieste spínačov (na jednej sú riadky a na druhej stĺpce matice), medzi týmito fóliami je umiestnená separačná fólia s otvormi v mieste spínačov, ktorá zamedzuje dotyku vodivých plôšok v pokojovom stave. Samotné klávesy nie sú spojené s fóliami, ale sú uložené v plastovom výlisku vrchne časti klávesnice tak, že sa môžu voľne pohybovať vo vertikálnom smere a pri svojom pohybe nadol v koncovej polohe zatlačia spodnou časťou na príslušný bod na fóliách. Návrat klávesy a priebeh sily počas jej stláčania (pre vhodný pocit používateľa) je zabezpečený sústavou kovových pružín a/alebo vhodne vytvarovaných gumených dielov.

Keďže mechanické kontakty spínačov pri zopnutí a rozopnutí obvykle spôsobujú niekoľko rýchlych zákmitov, čo sa prejavuje zákmitmi na výslednom signáli, mikrokontrolér vyhodnotí nový stav ako zopnutý/rozopnutý až po ustálení signálu (t.j. až po niekoľkých milisekundách – tzv. debouncing). Mikrokontrolér vysiela do počítača informáciu o aktuálnom stave pri každej zmene, t.j. pri stlačení aj pustení klávesy.

Pripojenie k počítaču

Klávesnica sa historicky k počítaču pripájala cez sériové rozhranie. Najbežnejším konektorom v minulosti bol tzv. AT konektor, ktorý bol štandardom na základných doskách pred érou Intelu 486. Neskôr to boli rozhrania PS/2 (fialový port / zdierka) a USB, dnes je nezriedka klávesnica, podobne ako myš (hardvér) pripojená k počítaču bezdrôtovo, buď proprietárnym krátkovlnným rádiovým spojením alebo prostredníctvom Bluetooth.

Použitie

Pri bežnom použití sa klávesnica využíva na písanie v textovom editore alebo v zadávanie textových údajov v akomkoľvek textovom poli. V moderných počítačoch je väčšinou ponechaná interpretácia stlačenia klávesy na obslužnom softvéri. Klávesnica sa tiež používa na zadávanie príkazov počítaču. Najznámejším príkladom je pravdepodobne simultánne stlačenie kláves Control-Alt-Delete na počítačoch s architektúrou IBM PC. V súčasných verziách Windows spustí menu umožňujúce napr. vypnúť jednotlivé aplikácie a/alebo vypnúť počítač.

Obr. 1 KB QWERTY

Obr. 2 KB QWERTY SK

Obr. 3 KB QWERTZ SK

Port (hardvér)

Port alebo brána alebo (najmä pre porty iné ako paralelné) komunikačný port / komunikačná brána (angl. comm port / communication(s) port) alebo I/O port je externý konektor počítača, ktorý je presne definovaný po stránke mechanickej (mechanické rozmery, kľúčovanie, tvar a rozmiestnenie kontaktov...), elektrickej (napäťové úrovne, prúdové zaťaženie, izolačný a prechodový odpor, frekvenčné zaťaženie ...) a komunikačnej (komunikačný protokol ...).

Základné delenie portov do dvoch veľkých skupín podľa spôsobu prenosu dát:

Ø sériovo komunikujúce porty (dáta sa prenášajú bit po bite za sebou po jednom páre vodičov) napr. sériový port, USB, FireWire port, Ethernet ...

Ø paralelne komunikujúce porty (dáta sa prenášajú paralelne po viacerých vodičoch naraz, v jednom kroku sa prenesie viacbitové slovo) napr. paralelný port

Po pripojení sa k portu prebehne tzv. handshaking (doslova potrasenie rukou), kedy sa prenesú základné údaje ako je spôsob prenosu, prenosová rýchlosť a ďalšie potrebné parametre pre prenos dát.

Ø Hot plug je port, ktorý môže odpájať a pripájať zariadenia za ich behu. Niektoré porty sa odpojením zariadenia za behu môžu zničiť (napr. veľmi citlivý je PS/2 port).

Ø Plug and Play port (PnP port, P&P port), je portom, ktorý dokáže automaticky detekovať zariadenie pripojené do portu a tomu prispôsobiť parametre portu (napr. USB, FireWire...)

Ø Auto detect port je portom, ktorý vie detekovať pripojenie zariadenie, ale nevie určiť presne o aké zariadenie ide (napr. reproduktorový výstup moderných zvukových kariet dokáže zistiť pripojenie reproduktorov, ale nevie zistiť ich typ (stereo, 5.1 ...)

Príklady portov používaných v počítači:

Ø sériový port (COM)

Ø paralelný port (LPT)

Ø USB port

Ø fireWire port (1394, iLink ...)

Ø PS/2 port (klávesnicový, myšací ...)

Ø audio porty

Ø bluetooth (rádiový prenos)

Ø IrDA (infračervený prenos)

Ø a iné

USB (Universal Serial Bus)

Základné parametre rozhrania USB :

Ø Komunikačná rýchlosť od 1,5 Mbit/s do 480Mbit/s 

Ø Komunikačná vzdialenosť do 5m

Ø Možnosť pripojiť viac zariadení

Ø Rozhranie obsahuje 5V napájanie

Ø Dá sa pripojiť až 127 zariadení pomocou jedného typu konektoru 

Ø USB zaisťuje správne pridelenie prostriedkov (IRQ, DMA, ...).

Komunikačná rýchlosť

USB podporuje 3 dátové rýchlosti:

Ø Low Speed: rýchlosť 1.5 Mbps, ktoré sa najviac využíva na tzv. Human Interface Devices ako sú klávesnice, myši a joysticky,

Ø Full Speed: rýchlosť 12 Mbps, ktorá bola najrýchlejšia pred uvedením USB 2.0, ale označenie Full Speed môže byť zavádzajúce, pretože najvyššiu rýchlosť dostupnú v súčasnosti majú len pripojenia označené ako Hi Speed,

Ø Hi Speed: rýchlosť 480 Mbps.

Obr. 1 Značka USB

Obr. 2 Diagram konektorov USB typ A a B (Pozri Tab. 1)

Obr. 3 Rôzne typy USB konektorov

zľava doprava

• mikro USB

• mini USB

• B-typ

• A-typ samček

• A-typ samička

Tab.1 Popis Vodičov USB konektoru

Pin         Meno   Farba    Popis

1             VBus     Red        +5 VDC

2             D-          White    Data -

3             D+          Green    Data +

4             GND      Black      Ground

Obr. 4 Zapojenie vodičov a konektorov

PS/2 port

PS/2 je označenie 6-pinového konektoru mini-DIN, ktorým sa k počítaču pripojuje myš a klávesnica. Pretože tieto konektory nie sú mechanicky kódované a mohlo by dôjsť k zámene, rozlišujú sa farbami: zelený konektor a zástrčka slúži pre myš, modrofialová farba patrí klávesnici.

Obr. Zapojenie konektoru PS/2 Mini-DIN (samica):