فكرة عمل لوحة المفاتيح وكيف تتعامل مع الكمبيوتر

انه غالبا ما يكون الجزء الذي نستخدمه كثيرا هو اخر شئ نفكر تجاهه و لكن لك ان تعلم ان الـ Keyboard او لوحة المفاتيح هي قطعة مذهلة من التكنولوجيا، وعلي سبيل المثال هل تعلم أن الـ Keyboard في النظام النموذجي للكمبيوتر هي كمبيوتر في حد ذاتها ؟! ففي داخل الـ Keyboard ستجد انها مجموعة من المفاتيح Switches متصلة بمعالج صغير Microprocessor و الذي بدوره يراقب ويحدد حالة كل مفتاح ويعطي استجابة معينة للتغير في هذه الحالة وفي هذه التدوينة ستعرف باذن الله معي اكثر عن هذه المفاتيح وطريقة عملها وانواع لوحات المفاتيح وكيف تتعامل مع الكمبيوتر وغيرها.

مواضيع مميزة انصحك ان تقرأها

• كيفية تنظيف شاشة الكمبيوتر وتنظيف لوحة المفاتيح
• اهم 11 اختصارات لوحة المفاتيح يجب ان يعرفها الجميع
• لماذا قمت بشراء ماوس وكيبورد وايرلس اصلية بسعر 640 جنية مصري

انواع لوحات المفاتيح Keyboards

لوحة المفاتيح لم تتغير كثيرا ولكن ابرز التغيرات التي تحدث لها هي التطورات الطبيعية لأضافة مفاتيح جديدة لتزويد لوحة المفاتيح بوظائف جديدة و لعل اشهر انواع لوحات المفاتيح وأكثرها شيوعا هي ما يلي.

• 101-key Enhanced keyboard
• 104-key Windows keyboard
• 82-key Apple standard keyboard
• 108-key Apple Extended keyboard

الحواسب المحمولة كـ Laptops غالبا ما يكون لها شكل خاص ومخصص للجهاز وترتيب معين عن الـ keyboard القياسية بالاضافة ان العديد من مطوري لوحات المفاتيح يضيفون مفاتيح اضافية لوظائف معينة وعامة الكيبورد تتكون من هذه الانواع الرئيسية للمفاتيح.

• مفاتيح الطباعة Typing keys
• المفاتيح الرقمية Numeric keypad
• مفاتيح الوظائف Function Keys
• مفاتيح التحكم Control Keys

مفاتيح الطباعة هي الجزء من لوحة المفاتيح الذي يحتوي علي مفاتيح الحروف والرموز وعامة ما يكون لها شكل موحد والذي تعرفه معظم الالات الكاتبة وهو الشكل المعروف بـ QWERTY كناية عن اول 6 حروف من لوحة المفاتيح باللغة الانجليزية والتي تم تصميمها بهذا الاسلوب خصيصا لتخفيض سرعة كاتبي الالة الكاتبة سريعي الكتابة عن طريق جعل ترتيب الحروف غريبا نوعا ما و السبب في رغبة صانعي الالات الكاتبة في جعل الكتابة بطيئة نوعا ما هي ان الاذرع الميكانيكة و التي تٌستخدَم لكتابة الحروف علي الورق تصطدم و تقترب معا اذا تم الكتابة بسرعة كبيرة و لأن الناس قد اعتات علي هذا الشكل و الترتيب من المفاتيح في الالة الكاتبة QWERTY قد تم ادراج هذا الترتيب و بنفس التصميم في لوحات المفاتيح الخاصة بالكمبيوتر و بالرغم من ان الاذرع الميكانيكة لم تعد مشكلة و لكن تم استخدام نفس التصميم رغما عن ذلك و هذا يفسر الترتيب الغريب للحروف في لوحة المفاتيح و لا ننسي انه نتيجة النقد لهذا التصميم من لوحة المفاتيح تم تطوير ترتيب جديد للحروف داخل لوحة المفاتيح يسمي ب DVORAK و الذي يجعل الكتابة اكثر سهولة و راحة و عدم التعرض للالآم المصاحبة للكتابة علي المدي الطويل و لكنها لم تنتشر كثيرا بعد



المفاتيح الرقمية تعتبر تطوا طبيعيا لشكل الKeyboard نتيجة لزيادة استخدام الكمبيوتر في الكثير من الاعمال و استخدام العديد من البيانات والمعلومات وحيث ان الارقام هي احد انواع هذه المعلومات تم اضافة 17 مفتاح للوحة المفاتيح.

وفي 1986 تم اضافة مفاتيح الوظائف و التحكم Control & Function keys و قد تم ترتيب مفاتيح الوظائف كخط واحد افقي اعلي لوحة المفاتيح لتعطي اوامر محددة للتطبيق المفتوح او لنظام التشغيل ذاته بينما زودت مفاتيح التحكم مرونة أكثر للتحكم في المؤشر و الشاشة المعروضة .. هناك اربع مفاتيح تم تنظيمها علي شكل حرف T بين مفاتيح الكتابة Typing Keys و مفاتيح الارقام Numric Keypad و تسمح بحرية تحرك المؤشر خلال الشاشة بشكل معقول و تسمح للمستخدم بالقيام بقفزات هائلة خلال معظم البرامج و التطبيقات و لعل من اهم مفاتيح التحكم End , Insert , Delete , Page Up , Page Down , Ctrl ( Control ) , Alt ( Altemate ) , Esc ( Escape )

نظرة الي داخل لوحة المفاتيح

المعالج Processor عليه ان يفهم العديد من الاشياء و الاوامر المطلوبة لاستخدام لوحة المفاتيح مثل.

• موقع المفتاح من مصفوفة المفاتيح Key Matrix.
• كمية الضغط و كيف يتم فرزها و تصنيفها.
• السرعة التي تم الضغط علي الازرار بها.

مصفوفة المفاتيح Key Matrix

مصفوفة المفاتيح عبارة عن شبكة من الدوائر اسفل المفاتيح و في كل انواع لوحات المفاتيح عدا Capacitive Keyboards تكون كل دائرة مفتوحة اسفل المفتاح المحدد و بالضغط علي المفتاح يتم توصيل جسر بين طرفي الدائرة مما يسمح بتدفق كمية ضئيلة من التيار الكهربي عند هذه النقطة و هنا يراقب المعالج مصفوفة المفاتيح ليكتشف ما اذا كان هناك دائرة قد اغلقت ثم يقارن موقع هذه الدائرة بالنسبة لخريطة الحروف Character map المتواجدة في ذاكرته ROM حيث ان خريطة الحروف Character Map هي مخطط للمقارنة بين الدوائر و استجابة مصفوفة المفاتيح لهذه الدوائر و ما تمثله من حروف لتخبر المعالج Processor به بمعني ان مصفوفة التوصيل هي المسئولة عن التغير الحادث في الدوائر اسفل المفاتيح نتيجة الضغط علي المفاتيح و من هنا تقوم خريطة الحروف Character Map بترجمة هذه التغيرات الي المعالج Processor ليفهم ما هو الحرف الذي ضغطت عليه و في اثناء ذلك يبحث المعالج ما ان خريطة الحروف قد ارسلت اليه مجموعة من الحروف معا فيقوم بترجمتها مثل عندما تضغط علي مفتاح a فقط فانه يرسله الي الكمبيوتر علي شكل a و عندما تضغط علي shift + a فان المعالج يقوم بمقارنة هذا الخليط في خريطة الحروف ثم يرسل الي الكمبيوتر الحرف بهذا الشكل A.

تعتمد لوحة المفاتيح علي المفاتيح التي تٌحدث تغيير في التيار الكهربي المتدفق خلال الدوائر المتواجدة اسفل المفاتيح فعندما يتم الضغط علي المفتاح في اتجاه الدائرة الكهربائية فإنه عادة ما يكون هناك كمية صغيرة من الاهتزاز بين الأسطح و هو ما يعرف بالـ Bounce.

و يتعرف المعالج علي الحركة السريعة للـ ON و الـ OFF في الدائرة الكهربية علي انك تقوم بالضغط علي المفتاح باستمرار فيفهم انك تريد ان تقوم بتكرار هذا الحرف و هذا في حالة استمرارك بالضغط علي مفتاح معين فيقوم بارساله بصورة متكررة الي الكمبيوتر ليظهر علي الشاشة امامك و هو ما يعرف بالـ Tybematics و التأخير بين كل حرف و الذي يليه يمكنك ضبطه من خلال الـ Software للجهاز و عادة ما يكون ما يقرب من 30 حرف متكرر في الثانية الواحدة.

تكنولوجيا لوحة المفاتيح

الجدير بالذكر ان لوحة المفاتيح تمتلك العديد من الاشياء التي تتمتع بتكنولوجيا عالية و لعله من المثير ان نلاحظ اننا عامة نحب ان يكون لضغطاتنا علي المفاتيح استجابة ملموسة و لها طابع صوتي .. نحن نحب ان نسمع الصوت المميز "“ click عندما نكتب وان تنبض المفاتيح اسفل ايدينا فلنتحدث معا عن بعض هذه التقنيات الرائعة للوحة المفاتيح.

1- Rubber dome mechanical

لعلها من اكثر التقنيات انتشارا في عالم لوحة المفاتيح ففي هذا النوع من لوحات المفاتيح يتواجد كل مفتاح أعلي قبة مطاطية مرنة مع مركز كربوني صلب عندما تضغط علي المفتاح فهناك مكبس أو ضاغط اسفل المفتاح يقوم بالدفع اسفل تجاه القبة المطاطية و هذا يدفع الجزء الكربوني في مركز القبة المطاطية بالضغط لأسفل كذلك حتي يتم الضغط علي سطح صلب مستو اسفل مصفوفة المفاتيح key matrix و طالما انك لازلت ضاغط علي المفتاح يستمر الكربون في المركز بأغلاق الدائرة الكهربية في موضع المفتاح في مصفوفة المفاتيح و بمجرد ان تتخلي عن الضغط علي المفتاح تعود القبة المطاطية Rubber dome الي وضعها مرة اخري مما تسبب رجوع المفتاح الذي ضغطته الي وضع الراحة الطبيعي له قبل ان تقوم بالضغط عليه.

هذا النوع من التقنية ليس بالغالي كما انه يمنح استجابة صوتية و ملموسة جيدة للمفاتيح بالاضافة ان له القدرة علي مقاومة الصدأ بسبب طبقة المطاط التي تغطي مصفوفة المفاتيح.

2- Membrane mechanical

هذا النوع يشبه الي حد كبير النوع السابق و لكن بالرغم من ذلك لا يملك مفاتيح منعزلة كالنوع السابق و بدلا من ذلك يحتوي علي صفحة مطاطية مع بروز معين لكل مفتاح و انت قد رأيت هذا النوع من المفاتيح في الاجهزة المصممة للصناعات الثقيلة لان معظمها با يقدم استجابة ملموسة tactile response بالاضافة الي صعوبتها للمناورة بها و لذلك هذا النوت صعب ان تجده في اجهزة الكمبيوتر التقليدية.

3- Capacitive non-mechanical

هذا النوع يعتبر non-mechanicalاو لا يعمل بطريقة ميكانيكية لانها ببساطة لا تقوم بغلق دائرة كالانواع الاخري و بدلا من ذلك يتدفق التيار الكهربي باستمرار خلال اجزاء مصفوفة المفاتيح key matrix و يمتلك كل مفتاح طبقة صغيرة جدا متصلة بقاع المكبس او الضاغط المتواجد بالمفتاح و عندما تقوم بالضغط علي المفتاح الطبقة المتواجدة في قاع المفتاح تقترب جدا من طبقة اسفل منها مباشرة و بسبب ان الطبقتين تقتربان من بعضهما تتأثر كمية التيار الكهربي المار في نقطة الاقتراب و هنا يكتشف المعالج Processor التغير في كمية التيار هذه و يحدد مكان المفتاح الذي حدث عنده هذا التغير.

هذا النوع من التكنولوجيا غالي الثمن لكنه يتعرض للصدأ ايضا و يستمر لعمر أطول من الانواع الأخري كما انه ليس لديه مشاكل قد تحدث نتيجة تلاقي السطحين معا كما في النوع الاول.

4- Metal contact mechanical

هذا النوع ليس شائع الاستخدام و نادرا ما تجده و هو ببساطة يحتوي علي جزء معدني اسفل الضاغط الموجود اسفل المفتاح و عندما تقوم بالضغط علي المفتاح هذا الجزء المعدني يقوم بتوصيل طرفي الدائرة و بالتالي يقوم المعالج باكتشاف هذا التغير .. هذا النوع ليس غالي الثمن كما انه يتمتع ب استجابة ملموسة و صوتية للضغطات audible and tactile response و لكن هذا النوع اكثر عرضة للصدأ طبعا نتيجة للجزء المعدني به كما انه لا يوجد حاجز يمنع الاتربة و الماء من الوصول الي داخل الدوائر الكهربية بلوحة المفاتيح.

5- Foam element mechanical

تشبه الي حد كبير النوع السابق في الكثير من الخصائص من سهولة تعرضه للصدأ و رخص ثمنه و الاستجابة الصوتية للمفاتيح و عدم قدرته علي حجز الاتربة و المياة عن الدوائر بداخله بالضافة الي انه نفس التصميم غير انه توجد قطعة اسفنجية spongy foam بين الضاغط اسفل المفتاح و الجزء المعدني.

من لوحة المفاتيح الي الكمبيوتر

بينما تكتب يقوم المعالج بتحليل مصفوفة المفاتيح key matrix ويحدد الحروف التي يرسلها الي الكمبيوتر و يقوم بحفظ هذه الحروف في ذاكرة عازلة التي تكون ذات حجم تقريبا 16 بايت ثم يقوم بارسال هذه المعلومات الي الكمبيوتر عن طريق بعض انواع الاتصال.

و أكثر انواع الموصلات بين لوحة المفاتيح والكمبيوتر انتشارا هي الانواع التالية.

• 5-pin DIN (Deustche Industrie Norm) connector
• 6-pin IBM PS/2 mini-DIN connector
• 4-pin USB (Universal Serial Bus) connector
• internal connector (for laptops)

توصيلات الـ DIN العادية نادرة الاستخدام ع اي حال ولكن معظم الكمبيوترات تستخدم المصغرة منها mini-DIN PS/2 و لكن بزيادة الانظمة الجديدة اتجهت معظم هذه الانظمة الي استبدال الموصلين السابقين بموصلات ال USB.



لا يهم اي نوع من الموصلات يتم استخدامه ولكن ما يهمنا ان هناك نوعين من العناصر تمر خلال هذه الموصلات. وهما العنصر الاول هو الـ POWER او الكهرباء التي تزود لوحة المفاتيح فالكيبورد تحتاج كمية ضئيلة من الكهرباء تقريبا 5 فولت وكذلك يحمل الكابل عنصر اخر وهو المعلومات DATA من لوحة المفاتيح الي الكمبيوتر وهناك طرف من الكابل متصل بلوحة المفاتيح و الطرف الاخر متصل بمخرج بالكمبيوتر و هو عبارة عن دائرة موحدة integrated circuit او IC تقوم بمعالجة جميع البيانات القادمة من لوحة المفاتيح وتقدمها الي نظام التشغيل Operating System و عندما يلاحظ نظام التشغيل ان هناك بيانات قادمة من لوحة المفاتيح , العديد من الاشياء قد تحدث وهي:

• يقوم نظام التشغيل بالتأكد من اذا كانت هذه البيانات خاصة بأمر لنظام التشغيل نفسه ! كمثال علي ذلك Ctrl - Alt - Delete في نظام ويندوز فهذا امر خاص بنظام التشغيل نفسه و يفتح لك واجهة لتختار منها من عدة خيارات لغلق جهازك او فتح مدير المهام او غيرها.
• يقوم نظام التشغيل بتمرير هذه البيانات الي البرنامج او التطبيق الحالي.
•  التطبيق الحالي يفهم البيانات القادمة من لوحة المفاتيح كبيانات تدل علي امر خاص بالتطبيق الحالي كمثال لذلك.
• Alt-f لفتح قائمة File في التطبيق او Alt-F4 ( FUNCTION KEY ) لإغلاق التطبيق.
• التطبيق الحالي قد يقبل هذه البيانات القادمة من لوحة المفاتيح كمحتوي و أمر داخل التطبيق .. أو لا يقبل التطبيق البيانات القادمة اليه و بالتالي يتجاهلها.

في حالة ما اذا تم معالجة البيانات القادمة من لوحة المفاتيح كأوامر نظام تشغيل أو أوامر للتطبيق الحالي فان طريقة المعالجة لكلا الحالتين تكون متطابقة .. الشئ المذهل في ذلك كله كيفية حدوثه بهذه السرعة ، فبمجرد كتابتي و ضغطي علي هذه الحروف التي اكتبها الان لا توجد هفوة زمنية بين أصابعي الضاغطة علي المفاتيح والحروف الظاهرة أمامي الان علي الشاشة. عندما تفكر في كل شئ يفعله لك الكمبيوتر ليٌظهِر لك كل حرف امامك ستجد انه ببساطة غير معقول .. وهذا ما دفعني لكتابة هذه التدوينة ومشاركتها معكم. فشكراً لكم.