Компьютерра - Журнал Компьютерра №723

Сегодняшний выпуск Advisor’а посвящен не ПК, а его неизменным спутникам - мышке, клавиатуре, а также их самым распространенным альтернативам, таким как планшеты и сенсорные экраны. Эти вечные труженики практически достигли совершенства - они удобны, дешевы, надежны и не требуют обслуживания, но… детский интерес - "а что же там внутри? как это устроено?" - неистребим. И слава богу! Иначе жить было бы скучно.

Автор: Олег Волошин

О ПРИВЫЧНОЙ НАМ КОМПЬЮТЕРНОЙ МЫШКЕ НАПИСАНЫ ГОРЫ МАТЕРИАЛОВ. И НЕ МУДРЕНО - ПЕРВЫЙ ЕЕ ПРОТОТИП ПОЯВИЛСЯ БОЛЬШЕ ПОЛУВЕКА НАЗАД! ТАК ЧТО НЕ БУДЕМ ПОВТОРЯТЬСЯ, А ЛИШЬ ПРОБЕЖИМСЯ ПО ГЛАВНЫМ ВЕХАМ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭТОГО МАНИПУЛЯТОРА - ДАБЫ ОСВЕЖИТЬ ПАМЯТЬ.

Как гласит легенда, прабабушка современной мышки изобретена в 1968 году Дугласом Энгелбартом (Douglas Engelbart). Кстати, "мышкой" свое устройство назвал тоже он.

Первый действующий прототип мышки Энгельбарта (рис. 1) был изготовлен в 1964 году и мало походил на сегодняшних грызунов.

В начале 70-х в недрах компании Xerox появилась улучшенная версия. Одним из важнейших конструктивных изменений стала замена двух больших колес металлическим шариком, перемещение которого отслеживалось при помощи двух роликов внутри корпуса. Однако не это сделало мышь столь распространенным устройством! Своим превращением в массовый, надежный и недорогой продукт мышка обязана компании Apple. Для этого пришлось сильно упростить конструкцию - вместо маленького стального шарика в сложной механической подвеске появился большой резиновый шар, свободно катающийся в корпусе, а сложная система кодирующих колес и механических электрических контактов сменилась простыми оптоэлектронными преобразователями и колесиками со щелевыми прорезями.

Работает все это хозяйство так. Движение мыши раскладывается на координатные компоненты механически - с помощью двух взаимно перпендикулярных роликов, вращающихся за счет трения о шарик. А вращение роликов, в свою очередь, преобразуется в электрический сигнал оптической частью - двумя светодиодами и двумя фотоприемниками (по паре на ролик). Когда колесо вращается, щелевая рамка периодически прерывает луч света, за счет чего на фотодиоде возникают импульсы, соответствующие перемещению мыши. Пара же диодов нужна, чтобы определить направление движения мышки - по временному сдвигу сигналов от разных фотоприемников.

С середины 80-х описанная конструкция практически не менялась, однако это не значит, что мышки не развивались! Как можно догадаться, оптико-механическая часть манипулятора - не самая надежная. Шарик и ролики загрязнялись, пыль и волоски забивались в механику, и как следствие - курсор плохо перемещался по экрану. Кроме того, такой мышке нужна относительно ровная поверхность. Поэтому разработчики попытались избавиться от механической составляющей - шарика и роликов. В результате, как мы знаем, появились оптические мышки. Кстати, первая из них была выпущена компанией Microsoft в 1999 году. Устройство оптических грызунов у разных производителей принципиально одинаковое, но за внешней простотой - один светодиод да пара микросхем - скрывается довольно сложная начинка из светодиода, системы фокусирующих линз и небольшой ПЗС-матрицы (разрешение сенсора от 16х16 до 30х30 точек) с интегрированным DSP (Digital Signal Processor) для обработки снимков. Вторая микросхема - это контроллер, который обрабатывает как сигналы от нажатия кнопок и прокрутки колеса, так и данные от DSP, преобразуя последние в информацию о скорости и направлении перемещения мыши и передавая их в компьютер по шинам PS/2 и USB или по радиоканалу ПЗС-матрица с DSP, представляющая собой самую настоящую цифровую видеокамеру (где система линз служит объективом), находится в мышке неспроста - в процессе перемещения камера с большой скоростью (тысячи кадров в секунду) фотографирует поверхность и на основе анализа последовательности снимков (представляющих собой матрицу из серых пикселов разной яркости) высчитывает направление перемещения мыши вдоль координатных осей Х и Y.

Оптические мышки постепенно совершенствовались. Так, у мышек последнего поколения ПЗС заменили на КМОП, выросло разрешение сенсора, повысилась скорость съемки (до 6400 кадров/с) и разрешение (до 1600 cpi), максимальная скорость перемещения достигла 1 м/с, а ускорение - 15 g. Кстати, что такое cpi? CPI (counts per inch, то есть замеров на дюйм) - это такое количество участков изображения, которое нужно проанализировать процессору мыши, чтобы определить ее перемещение в пространстве. То есть чем больше cpi (разрешение), тем на меньшее расстояние необходимо передвигать мышь, чтобы переместить курсор. Величину этого параметра можно изменять, чем производители мышек тотчас же и воспользовались для улучшения подвида игровых мышей, оснастив их специальной клавишей, отвечающей за переключение разрешения.

Сегодня эта технология стала настолько массовой и простой, что цена мышек начинается со смешных 60–80 рублей. В этом ценовом секторе правят бал производители второго эшелона - Genius, A4Tech и другие, менее известные, например Oklick.

Несмотря на техническое совершенство и конструктивную простоту, оптическим мышам было куда развиваться. Рывок произошел, когда вместо обычного светодиода стал применяться лазер. Первую лазерную мышку выпустила компания Logitech в 2004 году - это легендарная MX1000 Laser Cordless, которая продается до сих пор.

Принципиальных отличий в конструкции нет - в мышах применяется та же связка из источника света (лазер вместо светодиода), системы линз и матрицы с DSP. Главные отличия кроются в физике - лазерный луч узконаправлен и когерентен и отражается от поверхности практически без искажений под углом 90 градусов (в идеальном случае). Благодаря этому снимки поверхности, проносящейся под брюхом мышки, становятся более детальными и контрастными, чем при использовании обычного светодиода, а значит, проще вычислить разницу между соседними кадрами. Благодаря этому лазерные мышки не только работают на блестящих и однородных по цвету покрытиях (которые были не по зубам обычным мышкам), но и точнее отслеживают перемещения.

За прогресс, однако, приходится платить. Породистый грызун, да еще вооруженный лазером, стоит не меньше тысячи рублей. Впрочем, менее родовитые отдадутся вам в руки за сумму гораздо меньшую - 150–200 рублей.

В первых компьютерах для подключения мышей существовал специальный порт - Bus Mouse, расположенный на отдельной плате расширения. Но такой способ был дорог и неудобен, поэтому было решено подключать мышь через последовательный порт (СОМ). Однако это решение, в силу специфики порта, вынудило разработчиков встроить контроллер непосредственно в мышь.