19. Jak pracuje klávesnice

S klávesnicí svého osobního počítače přijdete do styku víc než s kteroukoliv jinou komponentou. Možná celé roky pracujete bez toho, že byste se podívali (což je mnohem méně než dotkli) na procesor nebo pevný disk, ale většina lidí přikládá větší význam těm částem, které určují nikoliv jak dobře pracuje počítač, nýbrž jak dobře se pracuje jim samotným.

Špatně navržená klávesnice funguje jako stabilní překážka produktivity a může dokonce způsobit zdravotní problémy. Dobře provedená klávesnice je ta, o které vlastně nevíte; vaše myšlenky mohou procházet přímo z hlavy na obrazovku počítače a nemusíte si dávat pozor na to, co dělají vaše prsty.

Navzdory důležitosti klávesnice ji mnozí výrobci a také mnoho uživatelů věnuje málo pozornosti. Některé dnešní klávesnice jsou vybaveny vestavěnými otočnými koulemi nebo jinými druhy ukazovacích zařízení, jiné klávesnice nabízejí další lákadla, o nichž se návrháři domnívají, že pomohou vyhnout se syndromu neustále se opakujících pohybů. Několik málo radikálních změn, které se objevily - vyduté klávesnice s různou vzdáleností kláves od prstů nebo klávesnice, které lze ovládat jednou rukou - se neuchytily.

Bez ohledu na to, zda výrobci jsou bez potřebné představivosti nebo zda uživatelé se o to prostě nestarají, se základní způsob práce klávesnic od uvedení prvního IBM PC v roce 1980 významně nezměnil.

Třebaže rozložení všech kláves s výjimkou alfanumerických je snadno dostupné - zvláště u klávesnic přenosných počítačů - je jediným praktickým rozdílem v systému klávesnice mechanismus, který převádí pohyb stisknuté klávesy na signál zasílaný do počítače. Podíváme se na oba běžně používané mechanismy: kapacitní a galvanický. S výjimkou tohoto rozdílu je cesta signálu od klávesnice k počítači provedena technologií, kterou prověřil sám čas.

Klávesy s kapacitní vazbou
1. U klávesnice s kapacitní vazbou stisknutí klávesy stlačí pružinu a způsobí, že se plunžrový píst z plastu a kovu přiblíží ke dvěma podložkám, které mají velkou plochu pokrytou směsí cínu, niklu a mědi. Podložky jsou spojeny tištěnými obvody elektronické desky klávesnice. Třebaže se tyto dvě kovové plochy nikdy nedotknou, vytvářejí kondenzátor, kde na jedné z podložek je kladné a na druhé záporné napětí téže velikosti. Stlačení pružinky je na některých klávesnicích doprovázeno mechanickým zvukem.
2. Kovový plunžrový píst dosedající mezi obě podložky sníží velikost napětí mezi nimi. Rozdíl v napětí způsobí malý, ale zjistitelný proud v obvodu napojeném na kondenzátor.
3. Po uvolnění klávesy se pružina roztáhne, vrátí klávesu do původní výšky a oddálí plunžrový píst od kovových podložek. Tím se proud procházející obvodem napojeným na kondenzátor vrátí na svoji původní úroveň.
Klávesy s galvanickou vazbou
1. U klávesnice s galvanickou vazbou způsobí stisknutí klávesy stlačení sloupku pěnové gumy.
2. Stlačená guma působí proti štítku z plastu na jehož spodní straně je kovová ploška spojená s deskou elektroniky. Kovový povrch se dotkne podobné plošky na druhém plastikovém štítku a vznikne tak galvanické spojení, které umožní průchod proudu přes tištěné spoje připojené ke každému z kontaktů.
3. Po uvolnění klávesy se sloupek pěnové gumy vymrští zpět do svého původního tvaru, čímž uvolní tlak na plastický štítek. Plastická hmota se také vrátí do svého původního tvaru, galvanické spojení se přeruší a proud přestane protékat.
Klávesnice a kódy kláves
1. Bez ohledu na to, jakým nápisem je opatřena horní plocha klávesy, způsobí její stisknutí proudovou změnu v obvodech příslušejících této klávese.
2. Mikroprocesor vestavěný do klávesnice, jako např. Intel 8048, neustále sleduje obvody vedoucí ke klávesám. Zajímá ho zvětšení nebo zmenšení proudu v obvodu stisknuté klávesy. Zjištěním změny proudu může procesor poznat jednak to, kdy byla klávesa stisknuta a pak, kdy byla opětovně uvolněna. Každá klávesa má jednoznačně stanovený kód, což platí i u kláves, které mohou uživatelům připadat identické. Procesor umí například rozlišit mezi levou a pravou klávesou přeřaďovače. Aby mohl být rozlišen skutečný signál od náhodného proudového kmitu, opakují se vyhledávací cykly mnohosetkrát za sekundu. Pouze signály zjištěné ve dvou nebo více cyklech po sobě jsou procesorem zpracovány.
3. V závislosti na tom, ze kterého obvodu přijde do mikroprocesoru signál, vygeneruje mikroprocesor číslo, kterému říkáme kód klávesy. Pro každou klávesu existují dva kódy. Jeden pro okamžik, kdy je klávesa stisknuta a druhý, když je klávesa opět uvolněna. Procesor uloží číslo do vlastní paměti klávesnice a ta je zapíše do spojovacího portu, který může přečíst BIOS počítače. Procesor pak kabelem klávesnice vyšle signál přerušení, aby tak informoval počítač, že pro něj má kód klávesy. Přerušení sdělí počítači, aby nechal všeho co právě dělá a obrátil svoji pozornost na požadovanou službu.
4. Systém BIOS přečte kód klávesy z portu klávesnice a do klávesnice odešle signál, který znamená, že může ze své paměti zpracovaný kód klávesy odstranit.
5. Jestliže kód klávesy patří jedné z rozšiřujících kláves nebo některé z kláves, které jsou pokládány za zvláštní rozšiřující klávesy - Ctrl, Alt, Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock nebo Insert - změní BIOS obsah dvou byte ve zvláštní oblasti paměti, ve které si uchovává informaci o stisku těchto kláves.
6. Pro všechny ostatní klávesy BIOS tyto dva byte testuje, aby zjistil polohu rozšiřovacích a přepínacích kláves. V závislosti na jejich stavu BIOS přetransformuje kód klávesy do kódu ASCII, používaného na osobních počítačích, který představuje buď nějaký znak nebo zvláštní kód funkční klávesy nebo klávesu pro pohyb kurzoru. Velká a malá písmena mají různé kódy ASCII. Ve všech případech umístí BIOS ASCII nebo zvláštní kód do své vlastní pracovní paměti, kde si jej ihned po ukončení operace může přečíst operační systém nebo aplikační software.