Какие дополнительные специальные манипуляторы используются с пк. Манипуляторные устройства пк. История компьютерной мыши

Устройство персонального компьютера

5.1 Манипуляторы

В настоящее время существуют два типа манипуляторов:

· Мышь - с развитием операционных систем с графическим интерфейсом этот манипулятор стал просто «незаменимой» частью персонального компьютера. Манипулятор «мышь» обеспечивает простое и удобное управление многими функциями ОС и прикладных программ.

Мыши различаются по трем характеристикам - числу кнопок, используемой технологии и типу соединения устройства с системным блоком. В первоначальной форме в устройстве была одна кнопка. Перебор функций определяется перемещением мыши, но выбор функции происходит только при помощи кнопки, что позволяет избежать случайного запуска задачи при переборе функций меню. С помощью одной кнопки можно реализовать только минимальные возможности устройства. Вся работа компьютера в этом случае заключается в определении положения кнопки - нажата она или нет.

Тем не менее, хорошо составленное меню полностью позволяет реализовать управление компьютером. Однако две кнопки увеличивают гибкость системы. Например, одна кнопка может использоваться для запуска функции, а вторая для ее отмены. Вне всяких сомнений, три кнопки еще более увеличат гибкость управления. Но, с другой стороны, увеличение кнопок увеличивает сходство устройства с клавиатурой, возвращая ему недостатки последней. Практически три кнопки являются разумным пределом, потому что они позволяют лежать указательному, среднему, безымянному пальцам на кнопках, в то время как большой и мизинец используются для перемещения мыши и удержании ее в ладони.

Большинство моделей снабжаются двумя кнопками, но с появлением манипуляторов со «скролом» (валик прокрутки) двухкнопочные мыши постепенно уходят в тень, так как «скрол» одновременно выполняет сразу две функции: может использоваться в качестве третьей кнопки, и очень удобен для прокрутки документов.

Существуют «мыши» двух видов: шариковые и оптические. В шариковых манипуляторах используется механический способ передачи направления движения (шарик расположенный внизу манипулятора при перемещении вращает два расположенных внутри валика). В оптических «мышах» вместо шарика используется светодиод.

Манипулятор «мышь» имеет несколько типов подключения: COM, PS/2, USB, ИК (инфракрасный порт).

«Мыши» с типом подключения при помощи COM-порта - одни и первых манипуляторов. В основном снабжались двумя кнопками. На рынке продержалась довольно долго. PS/2- манипуляторы широко используются и сейчас, несмотря на бурно развивающиеся другие типы соединений. USB и ИК соединения используется, в основном, для оптических манипуляторов. В отличие от всех других типов соединений мыши, использующие инфракрасный порт нуждаются в дополнительном источнике питания. Обычно используются батарейки.

· Джойстик - представляет собой подвижную рукоять (или руль) с несколькими кнопками. Это устройство ввода наиболее распространено в области компьютерных игр. В игровых приставках используются цифровые джойстики, а в компьютерах - аналоговые. Аналоговый джойстик имеет перед цифровым множество преимуществ. Самыми главными являются более широкая точность управления и отсутствие необходимости в применении специальной карты и переходника для подключения к компьютеру.

Компьютеры для людей с ограниченными возможностями

Японские робототехники добавили к инвалидной коляске робототехнический модуль - руку-манипулятор RAPUDA (Robotic Arm for Persons with Upper limb DisAbilities). Она позволяет расширить возможности инвалида по самообслуживанию, то есть выполнять движения...

Периферийные устройства ПК

Применение средств вычислительной техники для автоматизации проектных процедур

3D-манипуляторы (или 3D-мыши) представляют собой прибор с тяжелым корпусом, в нижней части которого располагается платформа под запястье, а в верхней - функциональные клавиши. Среднюю часть корпуса занимает рабочий орган манипулятора...

Манипулятор «мышь» -- механический манипулятор, преобразующий механические движения в движение курсора на экране. Это тоже одно из основных внешних устройств компьютера...

Современные внешние устройства

Джойстик -- устройство ввода информации, которое представляет собой качающуюся в двух плоскостях ручку. Наклоняя ручку вперёд, назад, влево и вправо, пользователь может передвигать что-либо по экрану (рисунок 6). Рисунок 6. Джойстик Рисунок 7...

Устройства ввода информации в персональный компьютер

Хотя клавиатура еще вовсе не утратила значения для общения пользователя с компьютером, другое устройство ручного ввода информации - мышка - становится все более весомой и важной. Но даже рискуя сделать из мышки слона, можно уверено утверждать...

Устройство персонального компьютера

В настоящее время существуют два типа манипуляторов: · Мышь - с развитием операционных систем с графическим интерфейсом этот манипулятор стал просто «незаменимой» частью персонального компьютера...

Устройства ввода

Манипуляторы
Манипуляторы являются координатными устройствами ввода, так как движение манипулятора преобразуется в изменение текущих координат экрана. Эти устройства позволяют ускорить работу с компьютерными объектами и обеспечивают более удобное управление ими.
Мышь
Широкое использование графического интерфейса привело к появлению манипулятора «мышь».
По способу считывания информации их можно классифицировать на:
механические;
оптико-механические;
оптические.
На нижней поверхности механической мыши имеется шарик. Перемещение мыши по ровной поверхности приводит к вращению шарика, который взаимодействует с датчиками внутри корпуса мыши. В результате вырабатывается сигнал, который заставляет перемещаться указатель мыши на экране монитора.
Оптическая мышь имет красный светодиод для подсветки и миниатюрную видеокамеру, которая делает снимки поверхности под ней (от 1500 до 6000 кадров в секунду). Специальный процессор сравнивает два последовательных кадра и вычисляет величину и направление смещения.
На верхней поверхности мыши обычно расположены 2 кнопки. Нажатие на кнопку мыши компьютер воспринимает как указание на выполнение некоторого заданного действия.В настоящее время появились мыши с колесиком, предназначенным для прокрутки изображений и текстов, не умещающихся целиком на экране.
Использование мыши позволяет более быстро и удобно управлять работой различных программ.
Качество мыши определяется ее разрешающей способностью , которая измеряется количеством точек на дюйм - dpi (dot per inch).
От этой характеристики зависит, насколько точно указатель мыши будет передвигаться по экрану.
Для мышей среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi. Это означает, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм=2,54 см) указатель мыши на экране переместится на 400-800 точек
Разные типы мыши также отличаются друг от друга способом соединения с компьютером:
проводные - присоединяемые с помощью кабеля;
беспроводные , или «бесхвостые» мыши - соединение с компьютером обеспечивается инфракрасным сигналом, который воспринимается специальным портом.

Манипуляторы - мыши, трекболы

Манипулятор мышь. Одним из традиционных компьютерных устройств ввода является манипулятор мышь (mouse), в ранних советских ЭВМ фигурировавшая под названием «колобок». Этот манипулятор наилучшим образом подходит для запуска программ в рамках оконных графических интерфейсов, указания позиции объектов на экране, несколько хуже - для рисования. Практически невозможно (если не брать в расчет эмуляторы клавиатуры) с помощью мыши вводить текстовые данные.

Функциональное назначение клавиш (у большинства мышей - две, а в некоторых - более трех) различно и зависит от выполняемого приложения. Качество мыши определяется ее разрешением, которое измеряется числом точек на дюйм, которое лежит в диапазоне от 200 до 900 тнд.

Оптико-механическая мышь. Движение шарика отслеживается посредством двух валиков с прорезями (горизонтального и вертикального) и двух оптических пар светодиод-фотодиод (рис. 5.4, а). В результате на оптической паре создаются импульсы, которые затем с помощью счетчиков конвертируются в числовые величины, обозначающие степень относительного перемещения мыши по горизонтальной и вертикальной осям. Эти величины вместе с состоянием кнопок мыши (нажата/отжа- та) передаются в ПК. Для защиты обоих типов манипуляторов от проникновения пыли и грязи сквозь окошечко для шарика под мышь подкладывают специальные коврики (Mouse Pad).

Рис. 5.4. Принцип функционирования оптико-механической (а ) и оптической

(б) мыши:
- 1 - вращающийся обрезиненный шарик; 2 - X- и F-ролики, снимающие координатные составляющие вращения шара; 3 - диски с просвечивающими отверстиями; 4 - излучающие светодиоды; 5 - фотодиодные сенсоры, преобразующие световые импульсы в координатные скорости

Обычная оптическая мышь. Первые образцы изделий имели конструкцию, приведенную на рис. 5.4, б - внутри корпуса находятся две пары светодиодов (светодиодных приборов - СДП) и фотоэлементов (фотоэлементные пары). Обычно один из СДП излучает красный свет, а другой - инфракрасный. Фотоэлементы, смонтированные под определенным углом к СДП, улавливают свет определенной частоты. Для работы с этой мышью применяется специальный коврик, который покрыт тонкой сеткой, состоящей из цветных горизонтальных (синего цвета) и вертикальных (серого цвета) линий.

При размещении мыши над синей линией красный свет поглощается, и чувствительный к нему СДП утрачивает сигнал. Аналогично при перемещении мыши на серую линию поглощается инфракрасный свет. При движении мыши по коврику фотоэлементы поочередно обнаруживают соответствующие источники света, и их сигналы описывают движение в направлении осей X или Y. Эти сигналы передаются в ПК, где драйвером преобразуются для управления движением курсора на экране.

Оптические мыши , независимые от поверхности. По мере удешевления производства компьютерных чипов стало возможным встраивать в корпус мыши микросхемы, обрабатывающие изображения, что позволяет определять направление движения относительно любой поверхности и делает необязательным наличие специального коврика.

Современные оптические мыши, независимые от поверхности, используют оптоэлектронные сенсоры и СДП-освещение, чтобы получать «снимки» поверхности, по которой осуществляется движение (рис. 5.5, а). Например, датчик оптической мыши Microsoft Wireless IntelliMouse Explorer (рис. 5.5, б) был способен к фиксации 1500 изображений в секунду, каждое из которых содержит 18 х 18 пикселей, причем каждый пиксель воспринимает 64 уровня освещения. Выполняя порядка 18 млн команд в секунду, цифровой обработчик сигналов идентифицирует и срав-

оптический сенсор Microsoft Wireless IntelliMouse Explorer (б): l - освещаемая поверхность; 2 - светодиод или лазер; 3 - линза конденсора; 4 - объектив; 5 - сенсорная панель нивает текстуру или другие особенности в зафиксированных изображениях, чтобы определить движение мыши, и переводит эти данные в координаты курсора Хи Y.

Вариантом данной технологии является лазерная мышь, типовым образцом которой было изделие MX 1000 (Logitech совместно с Agilent Technologies, 2004 г.). Здесь в качестве источника вместо СДП использовался небольшой инфракрасный лазер. Когерентное лазерное освещение обеспечивает высокую контрастность изображения и позволяет выявить подробности структуры, недостижимые при использовании СДП. Оптический датчик осуществляет до 6000 сканирований поверхности в секунду.

Джойстик. В компьютерных играх и тренажерах широко используются в качестве устройства ввода джойстики (от англ, joy stick - веселая палочка) как цифровые, так и аналоговые.

Стандартный джойстик Atari, введенный (1977 г.) в системе Atari Video Computer System (VCS, позднее переименовано в Atari 2600), был цифровым джойстиком с единственной кнопкой «огонь» и подключался через разъем последовательного порта DB-9. Электрические спецификации этого изделия стали фактическим стандартом для цифровых джойстиков в течение ряда последующих лет.

Большинство джойстиков - двумерные, имеющие две оси перемещения, но есть также и трехмерные. Обычно устройство конфигурируется так, что движение стержня-рукоятки вле- во/вправо соответствует перемещению по оси X, а вперед/на- зад - по оси Y. В устройствах, сконфигурированных как трехмерные, вращение ручки (по или против часовой стрелки) воспринимается как движение по оси Z

В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления - чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея (рис. 5.6, а).

Координатный шар (трекбол). Трекбол представляет собой небольшую коробку с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и соответственно перемещает курсор. В отличие от мыши трекбол не требует свободного пространства около компьютера и может быть встроен в корпус машины (рис. 5.6, б).

В табл. 5.1 приведены параметры некоторых образцов манипуляторов мышь и трекбол.

Рис. 5.6. Джойстик (а) и трекбол Logitech TrackMan (б)

Таблица 5.1. Некоторые примеры беспроводных клавиатур, манипуляторов «мышь» и «трекбол»

	Характеристики	Общий вид изделия
A4-Tech KBS-2350 RP	Беспроводный набор, интерфейс USB, беспроводная клавиатура RSI, беспроводная оптическая мышь, зарядное устройство в приемнике
	Трекбол с двумя колесиками для прокрутки документов и тремя кнопками, одна из которых (кнопка для большого пальца) может быть запрограммирована для выполнения специальных команд. Скорость прокрутки колеса может быть изменена. Разрешение 520 тнд. Интерфейсы: PS/2, COM, Combo и USB
A4-Tech SWOP-50Z UP, USB+PS/2	Оптическая мышь. Имеет четыре кнопки, две из которых (Zoom-кнопки) используются для масштабирования документов, и одну кнопку-колесо для прокрутки документов. Разрешение 800 тнд. Интерфейсы: PS/2, USB

Окончание табл. 5.1

	Характеристики	Общий вид изделия
Defender М 1440А UP	Оптическая беспроводная мышь, использующая радиоинтерфейс для передачи сигнала. Мышь имеет четыре кнопки, две из которых могут быть запрограммированы для выполнения специальных команд, и кнопку-колесо для быстрой прокрутки документов. 256 кодировок сигнала не позволяют другим мышам подключаться к компьютеру пользователя, а применение двух каналов позволяет разным мышам не создавать взаимных помех. Рабочая частота 27 МГц. Питание: два аккумулятора AAA Ni-Mn, зарядное устройство встроено в приемник. «Спящий режим» во время простоя мыши увеличивает время работы аккумуляторов. Радиус действия: 1 м от приемника. Интерфейсы: PS/2, USB
A4Tech WOP-35 UP	Проводная оптическая мышь с четырьмя обычными кнопками и двумя кнопками-колесами для горизонтальной и вертикальной прокрутки документов. Боковые кнопки могут быть запрограммированы для выполнения специальных команд. Оптический сенсор позволяет произвести более точное позиционирование курсора. Разрешение 520 dpi. Интерфейс PS/2

Другие указующие устройства

TouchPad - устройство ввода данных, обычно используемое в ноутбуках, в которых управление курсором осуществляется путем слежения за движениями пальца пользователя (рис. 5.7, 7). Панели TouchPad могут иметь различные размеры, редко превышающие 20 см 2 (приблизительно 3 квадратных дюйма).

TouchPad - относительное устройство, т. е. нет никакого изоморфизма между точками на экране и на его панели, и относительное перемещение пальцев пользователя вызывает относительное движение курсора. Кнопки, расположенные ниже или выше клавиатуры, аналогичны стандартным кнопкам мыши.

Рис. 5.7. Ноутбук IBM ThinkPad «UltraNav», оборудованный указателями TouchPad (1 ) и Trackpoint (2)

В зависимости от модели устройства и драйверов нажатие и движение по поверхности панели может интерпретироваться различными способами. Некоторые устройства имеют «горячие точки» или такие области, которые будут особым образом обрабатываться драйверами. Например, перемещение пальца по правому краю панели может управлять вертикальной прокруткой активного окна, а по нижнему - горизонтальной.

Нажатие двух пальцев на панель может интерпретироваться как «щелчок» правой кнопкой мыши, а их перемещение по диагонали панели - как одновременные горизонтальная и вертикальная прокрутки (что может использоваться при просмотре больших фотографий, Web-страниц и т. д.).

Существует два метода конструирования панелей. В матричном методе используется два массива параллельных проводников, разделенных изолирующим слоем, причем проводники этих слоев ориентированы ортогонально друг к другу. Высокочастотный сигнал последовательно подается на различные пары координат в двумерной матрице, образованной этими массивами. Ток, проходящий в цепи, пропорционален емкости, и поскольку при помещении пальца в одну из точек матрицы соответствующая емкость изменяется, это позволяет определить координаты точки прикосновения.

Метод емкостного шунтирования основан на измерении вариаций емкости передатчиком и приемником, расположенных на противоположных сторонах датчика. Передатчик создает переменное электрическое поле частоты 2-300 кГц. Если точка заземления (палец) помещается между передатчиком, то некоторые из силовых линий поля шунтируются, уменьшая наблюдаемую емкость.

Pointing Stick - указующее устройство, изобретенное Тедом Селкером (Ted Selker) и используемое под различными торговыми марками (IBM как TrackPoint, Dell Latitudes как Track Stick и пр.). В основном предназначено для ноутбуков, но может размещаться на клавиатуре или корпусе мыши настольных ПК, неформально именуется «nipple» («сосок», «соска» и пр.).

Устройство представляет собой сменный резиновый колпачок, обычно красного цвета (на машинах ThinkPad, см. рис. 5.7, 2). На клавиатурах qwerty традиционно размещается между клавишами, и.

Устройство использует измерение приложенного усилия (типично путем изменения электрического сопротивления материала датчика). Скорость перемещения курсора определяется значением измеренного усилия.

Устройства версий TrackPoint III и TrackPoint IV имеют особенность, упоминаемую как «отрицательная инерция» (negative inertia), которая заставляет курсор «слишком остро реагировать» на ускорение или замедление движения. Тесты, проведенные IBM, показали, что пользователю легче правильно позиционировать курсор, если опция «отрицательной инерции» включена, нежели когда она выключена.

История возникновения, развития и совершенствования манипуляторов не так проста и коротка, как может показаться на первый взгляд: так например, обыкновенная компьютерная мышь была изобретена уже почти полвека назад.

С тех пор за ее перевоплощениями пристально следит весь цивилизованный мир. Что же касается первых клавиатур - их концепция появилась еще задолго до возникновения персонального компьютера (вспомните механические печатные машинки). Однако, прежде чем приступить к изложению истории этих устройств определимся с терминологией:под манипуляторами мы будем подразумевать следующие устройства вода, когда-либо существовавшие: мышь, клавиатура, трекбол, трекпоинт (pointing stick), графический планшет (дигитайзер), световое перо, тачпад, сенсорный экран, Roller Mouse, джойстик, Kinect и прочие игровые манипуляторы.

Как изменялась клавиатура

Первые компьютеры, датированные концом 40-х годов, поддерживали ввод информации с использованием одновременно и перфокарт, и телетайпов. Позднее, с развитием ЭВМ, перфокарты стали восприниматься в качестве пережитка прошлого, а на смену им пришли более совершенные способы хранения информации, такие как магнитные ленты..

В 60-х годах с появлением первых видеотерминалов, позволявших в реальном времени отображать вводимую и выводимую информацию, основным способом общения человека с компьютером окончательно стал текстовый ввод. Безусловно, в те времена еще не существовало графических интерфейсов, а для работы в текстовом режиме было достаточно примитивной клавиатуры.

Как уже говорилось во вступлении, первые клавиатуры появились задолго до персональных компьютеров: их история началась с момента разработки механических печатных машинок в 1868 году. Такой способ ввода информации был оперативным и удобным, в результате чего быстро прижился. Следующим шагом стали телетайпы, пришедшие на смену телеграфу в начале прошлого столетия, а затем появились электрические печатные машинки и первые компьютеры. Таким образом, клавиатуры из механических превратились в электронные. Первым в мире компьютером с графическим интерфейсом, разработанный в Xerox PARC стал Xerox Alto.

В первых персональных компьютерах клавиатура являлась частью корпуса, однако позднее, с появлением концепции IBM PC они стали выпускаться в качестве самостоятельных устройств, а позднее появились и их беспроводные аналоги.

Как же осуществлялась связь устройства ввода с операционной системой персонального компьютера? Сначала для связи использовались оптические интерфейсы, но они доставляли массу неудобств из-за того, что требовали прямой видимости между приемником и передатчиком, давали сбои при ярком свете, и в последствии они были вытеснены радиоинтерфейсами.

Помимо стандартных клавиатур на сегодняшний день известны игровые клавиатуры , полностью переработанные для игры левой рукой (Thrustmaster Tacticalboard и Belkin SpeedPad Nostromo n50), клавиатуры со сменными наборами клавиш для различных игр (Zboard), клавиатуры с углублениями (DataHand System), аккордовые клавиатуры, клавиатуры с подсветкой и прочее. Студией Артемия Лебедева был разработан проект Optimus - клавиатура, в которой текущее значение каждой клавиши отображается через небольшой встроенный ЖК-дисплей, который отображает именно то, чем управляет в данный момент. «Оптимус» одновременно подходит для любых клавиатурных раскладок - кириллической, древнегреческой, грузинской, арабской, может отображать ноты, цифры, спецсимволы, ХТМЛ-коды, матфункции, изображения и пр. Программа-конфигуратор позволяет запрограммировать каждую кнопку на воспроизведение последовательности символов, а также отредактировать изображение для каждой отдельной раскладки.

Подобную клавиатуру в свое время в США запатентовала и компания Apple.

Среди перспективных направлений разработок последних лет можно выделить адаптацию текстового ввода для портативных устройств. На телефонах и смартфонах традиционных моделей клавиатуры ужимаются до двенадцати клавиш, каждая из которых отвечает за массу символов. Для ускорения ввода используются системы наподобие T9 (появившейся в 1996 году), способные по словарю подбирать подходящее слово. Из полноразмерных клавиатур, характерных для устройств с сенсорными дисплеями, наиболее популярна в настоящее время латинская раскладка клавиатуры QWERTY. Ее название произошло от 6 левых символов верхнего ряда раскладки. На основе такой клавиатуры сегодня созданы раскладки для многих других языков мира. Экспериментальная система Shark (Shorthand-Aided Rapid Keyboarding) разработанная в 2004 г. компанией IBM, представляла собой род стенографии и позволяла вводить в мобильное устройство слова, отмечая их - буква за буквой - на виртуальной клавиатуре. Например, чтобы ввести слово word, пользователь не нажимал стилусом четыре отдельные виртуальные клавиши, а просто проводил прямую линию от буквы «w» к букве «d». Такая система позволяла печатать на виртуальной клавиатуре, не отрывая пера от экрана, однако массовое внедрение подобных расширений так и не началось.

Еще одна разновидность - проекционная клавиатура . Идея реализации виртуальной клавиатуры без проводов и кнопок родилась примерно десятилетие назад в стенах израильской компании Developer VKB Inc. Представленная на выставке CeBIT 2002 компанией Siemens Procurement Logistics Services первая виртуальная клавиатура без единого механического или электрического элемента стала первой практической реализацией этой идеи. Создатели лазерного интерфейса виртуальной клавиатуры предполагали, что их разработка на практике может быть интегрирована в любое мобильное устройство - телефон, ноутбук, планшетный ПК и даже в стерильное медицинское оборудование. Однако за все время существования концепции была разработана лишь одна модель (iTECH Bluetooth Virtual Keyboard), представляющая собой небольшую коробочку, из которой при помощи лазера на любую гладкую поверхность проецируется изображение клавиатуры, а нажатие виртуальных клавиш фиксируется специальным инфракрасным сенсором.

Эволюция компьютерной мыши

История возникновения компьютерной мыши начинается с появления трекбола .

Устройство было разработано для нужд военных, однако заказчики остались недовольны предоставленным образцом, и об изобретении забыли вплоть до появления первых моделей ноутбуков, но и в этих устройствах от применения трекболов впоследствии отказались.

Функционально трекбол представляет собой перевернутую механическую (шариковую) мышь. Шар находится сверху или сбоку, и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при этом, не перемещая корпус устройства. Несмотря на внешние различия, трекбол и мышь конструктивно похожи - при движении шар приводит во вращение пару валиков или, в более современном варианте, его сканируют оптические датчики перемещения (как в оптической мыши).

В настоящее время трекболы не используются в домашних и офисных компьютерах, однако нашли применение в промышленных и военных вычислительных установках, аппаратах ультразвуковой диагностики, где пользователю приходится работать в условиях недостатка места и при наличии вибрации. Вообще первую компьютерную мышь (в том функционале, к которому мы привыкли) изобрёл в 1964 году Дуглас Карл Энгельбарт, сотрудник Стэнфордского исследовательского института. Устройство ввода информации выглядело как деревянная коробочка с кнопкой, которая перемещалась по столу на колёсиках, и, отсчитывая их обороты и развороты, вводила информацию в компьютер и, таким образом управляла перемещением курсора на экране.

Первоначально мышь предназначалась отнюдь не для персональных компьютеров, а для более точного управления точкой на экране радара. Отметим, что Энгельбарт работал над созданием манипулятора не один: он является автором идеи и разработчиком концепции, но само устройство технически изготовил не он. Первая мышь была сделана руками аспиранта Билла Инглиша, а присоединившийся к ним позднее Джеф Рулифсон существенно улучшил конструкцию мыши и разработал для неё программное обеспечение.

В последствии создатели первой мыши получили грант на серийный выпуск своих устройств, и уже конце 1968 года появилась первая полноценная мышь, у которой, в отличие от прототипа была уже не одна кнопка, а целых три.

Следующий этап эволюции компьютерных мышей относится к 70-м годам ХХ века, когда инженеры стали задумываться об удобстве использования компьютеров при сложных технических расчетах. Так, первым запатентованным компьютером, в комплект которого входила мышь, был миникомпьютер Xerox 8010 Star Information System (англ.), представленный ширкой публике в 1981 году, и уже в 1983 году фирма Apple выпустила собственную модель однокнопочной мыши для компьютера Lisa, отметим, что данная конфигурация устройства сохранялась долгие годы. Широкую популярность компьютерная мышь приобрела благодаря использованию в компьютерах Apple Macintosh и позднее в ОС Windows для IBM PC совместимых компьютеров.

Вскоре GUI (Graphic User Interface - графический интерфейс пользователя) вытеснил текстовый ввод-вывод в область специфических задач. К этому времени вместо неудобных колесиков мыши стали оснащаться шариками.

Следующим этапом эволюции компьютерных мышей стало появление оптических манипуляторов , а в последствии, начиная с создания в 2004 г. мышки Logitech MX1000 (Рис6), их лазерных беспроводных аналогов с оптическими и радиоинтерфейсами, а также с индукционным питанием (устройства, производимые компанией A4Tech).

Еще одним вариантом данного манипулятора является трехмерная мышь , способная работать в трехмерном пространстве.

По замыслу конструкторов, использование подобных девайсов даст возможность пользователю свободно перемещаться в трехмерном пространстве, что может пригодиться как в играх, так и при работе с трехмерной графикой. Манипулятор автоматически подстраивается под используемый трехмерный редактор (AutoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk 3ds Max). Нажатие, перемещение, поворот или наклон, изменение масштаба изображения и вращение модели — все эти действия можно совершать одновременно. Основной элемент 3D-мыши - контроллер движения, который во всех моделях имеет одинаковый принцип действия. Шесть степеней свободы (три линейных и три угловых) обеспечивают перемещение и вращение модели во всех направлениях. При этом можно отключать степени свободы, инвертировать оси, менять местами функции Приблизить/Удалить и Вверх/Вниз. Скорость перемещения/вращения зависит от усилия, прилагаемого к контроллеру движения. Чувствительность к усилию настраивается через панель настройки.

Заслуживают внимания и графические планшеты (устройства компании Wacom, Genius и др.), которые особенно ценятся художниками и архитекторами, работающими за компьютером. Никакой другой манипулятор не позволяет добиться столь же правдоподобной имитации карандаша или кисти. Перо графических планшетов призвано компенсировать «неуклюжесть» мыши в художественных вопросах. К примеру, система от Genius WizardPad различает 256 степеней давления на перо. Разрешение планшета достигает 2540 линий на дюйм, а площадь его рабочей поверхности составляет 4-5 дюймов.

Планшет имеет последовательный интерфейс. Устройство снабжено драйверами для большинства операционных систем Microsoft, включая DOS и Windows 3.xx/95.

В отдельную группу можно выделить манипуляторы для ноутбуков. Как известно, мыши не всегда подходят для работы в дороге, а трекболы достаточно сложно встроить в тонкий корпус устройства. Здесь им на смену приходят тачпады (TouchPad - сенсорная панель).

Сенсорная панель была изобретена в 1988 году Джорджем Герфайде. Позднее корпорация Apple лицензировала его проект и, начиная с 1994 года стала использовать в ноутбуках PowerBook. С этого момента, тачпад стал наиболее распространенным устройством управления курсором для ноутбуков. Работа тачпадов основана на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью. Разновидностью тачпадов является TouchWriter, он отличаются тем, что способен воспринимать нажатие как пальцами, так и любыми предметами (основанием карандаша, стилусом).

Ранее производители ноутбуков использовали вместо тачпадов миниджойстики (трекпоинты ), расположенные в центре клавиатуры и трекболы. Трекпоинт - Pointing stick был изобретён ученым-исследователем Тедом Зелькером, и впоследствии зарегистрирован компанией IBM под торговой маркой TrackPoint. Традиционно такой джойстик имел заменяемый резиновый кожух, который для удобства пользователя изготавливают из шершавого материала. Курсор управляется определением примененной силы (отсюда и название тензометрический джойстик), для этого используется пара резистивных датчиков деформации (резистивных тензодатчиков). Вектор перемещения курсора определяется в соответствии с примененной силой. Основным недостатком устройства являлся дрейф курсора, требующий частой повторной калибровки. Поэтому с временем от его внедрения отказались.

Для того чтобы использование манипуляторов, встроенных в ноутбук не стало серьезным стрессом для пользователя, производители изобретали все новые девайсы. Одним из таких решений был комплект Mouse Tablet (модель MT-604C) производства WinPal Electronics. В его состав входил графический планшет, электронное перо и трехкнопочная мышь без шарика. Отметим, что комплект при использовании потреблял внушительные объемы электроэнергии, а к набору Mouse Tablet прилагается внушительный пакет драйверов и программного обеспечения. Смена активного устройства (то есть переход с пера на мышь и наоборот) осуществлялась нажатием любой кнопки соответствующего манипулятора. Скажем, при нажатии на кончик пера последнее становилось активным; тот же эффект достигается и нажатием на левую кнопку мыши. Графический планшет и перо могли работать в режимах как прямого взаимодействия с экраном монитора (absolute coordinator), так и и косвенного (relative). Меню драйвера Mouse Tablet позволяло также откалибровать перо и мышь, задать площадь рабочей поверхности и подстроить перо-мышь в соответствии с предпочтениями пользователя.

Существенными недостатками приспособления были: 1. из-за использования в Mouse Tablet электромагнитной технологии планшет мог подвергаться воздействию помех со стороны других элементов компьютера (например, монитора). Кроме того, он не переносил температуру выше 40°С, так что чашка горячего кофе на столе запросто могла оказаться для него «смертельной». Еще один серьезный недостаток: несовместимость со стандартными манипуляторами, поддерживаемыми Windows: в случае входа в safe mode Mouse Tablet прекращала функционировать, и, более того, могла «потащить» за собой клавиатуру, что существенно тормозило процесс работы.

Технологии наших дней

Что касается современных технологий, отметим, что в последнее время пользователи отдают предпочтение сенсорным экранам , созданным специально для уменьшения размера КПК. Их можно встретить и в карманных компьютерах, и в смартфонах, и в Tablet PC, и во всевозможных терминалах. Одним из основных недостатков сенсорных панелей всегда считалось отсутствие обратной тактильной связи, в результате ими было невозможно пользоваться вслепую. Однако американская компания Immersion предложила выход иразработала технологию TouchSense, добавляющую чувствительным экранам функцию обратной отдачи.Технология была впервые продемонстрирована на 19-дюймовом экране в 2005 году, а ее долгожданное перенесение на мобильные устройства запланировано на 2010-2011 год.

Зачастую управление сенсорным экраном осуществляется при помощи стилуса, устройства, выполненного в виде маленького тонкого пера со специальным наконечником. Прародителем стилуса является световое перо (англ. light pen).

Внешне устройство имело вид шариковой ручки или карандаша, соединённого проводом с одним из портов ввода-вывода компьютера. Обычно на световом пере была одна или несколько кнопок, которые нажимались рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера производился путем проведения линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечник пера устанавливался фотоэлемент, который регистрировал изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасалось перо, за счёт чего соответствующее программное обеспечение вычисляло позицию, «указываемую» пером на экране. Кнопки на световом пере использовались аналогично кнопкам мыши — для выполнения дополнительных операций и включения дополнительных режимов.

Благодаря сенсорным экранам развитие получила технология мультитач (англ. multi-touch) - функция сенсорных систем ввода, осуществляющая одновременное определение координат двух и более точек касания. Мультитач-экраны позволяют работать с устройством одновременно нескольким пользователям, а также с максимальной точностью определять координаты точек касания. Правильное распознавание всех точек касания увеличивает возможности интерфейса сенсорной системы ввода. Наиболее популярной формой мультитач устройств являются мобильные устройства (iPhone, iPad, IPod Touch), мультитач столы (например: Microsoft Surface) и мультитач стены.

Использование технологии началось с сенсорных экранов (touchscreen) для управления электронными устройствами. Создатели первых синтезаторов и электронных инструментов, Hugh Le Caine и Bob Moog экспериментировали с использованием тач-сенсоров емкостных датчиков для контролирования звуков, издаваемые их инструментам.

Мультитач-стол представляет собой пьедестал со стеклянной поверхностью-столешницей, которая служит экраном для проектора, расположенного в его основании.На таком столе может отображаться различный мультимедийный контент: презентации, ролики, слайд-шоу. Связь пользователя и системы обеспечивает интерактивная пленка (touch screen), наклеенная на стеклянную поверхность, также при помощи специального программного обеспечения она позволяет управлять контентом.

В отличие от сенсорных экранов мультитач-стол дает более широкие и гибкие возможности управления объектами: пользователь может применять функции множественного касания, а также изменять мультимедийные объекты, например, увеличивать, уменьшать, вращать, перемещать изображения. Еще одним преимуществом мультитач-столов является возможность для нескольких пользователей одновременно работать в пределах единой системы, управляя большим объемом информации.

В отдельную группу следует отнести игровые манипуляторы . К ним относятся джойстики, геймпады, компьютерные рули и штурвалы, танцевальные платформы, kinect и др.

Интересно, что некоторые современные игровые манипуляторы обладают эффектом обратной отдачи (технология Force Feedback). Первые подобные девайсы появились в 90-х годах в США, когда компания Immersion, получив от госструктур заказ на создание тренажера для хирургов, решилась попробовать перенести в игровое пространство одну из созданных технологий. Изобретением заинтересовались военные. В последствие Военное ведомство США приобрело партию новых манипуляторов для тренировки пилотов. Так в начале 1996 г. Immersion выпустила первый серийный джойстик Force-FX.

После этого началось активное серийное производство игровых рулей, штурвалов и т.п. Другой интересной технологией в сфере игровых манипуляторов стали гироскопы, с помощью которых реализована возможность определения изменения местоположения джойстика в пространстве. Их массовое внедрение началось с приставок нового поколения Nintendo Wii и Sony PlayStation 3.

Интересным современным устройством ввода является Kinect (ранее Project Natal).

Игровой «контроллер без контроллера» для Xbox 360 разработан фирмой Microsoft. Основанный на добавлении периферийного устройства к игровой приставке Xbox 360, Kinect позволяет пользователю взаимодействовать с ней без помощи игрового контроллера через устные команды, позы тела и показываемые объекты или рисунки. Впервые девайс был представлен 1 июня 2009 г. на выставке E³, где Microsoft продемонстрировал несколько методик применения технологии: Рикошет — Breakout-подобная игра, в которой используется всё тело для отбивания мячей разбивающих блоки и Paint Party — в которой игрок может разбрасывать краску на стену. Игрок может выбирать цвет голосом и использовать позы тела для создания трафаретов. Визуально Kinect выглядит следующим образом: это горизонтально расположенная коробка на небольшом круглом основании, которую помещают выше или ниже дисплея. Ее размеры: примерно 23 см в длину и 4 см в высоту.

Устройство состоит из двух сенсоров глубины, цветной видеокамеры и микрофонной решетки. Проприетарное программное обеспечение осуществляет полное 3-х мерное распознавание движений тела, мимики лица и голоса. Микрофонная решетка позволяет Xbox 360 производить локализацию источника звука и подавление шумов, что дает возможность говорить без наушников и микрофона Xbox Live.Датчик глубины состоит из инфракрасного проектора объединенного с монохромной КМОП-матрицей, что позволяет датчику Kinect получать трёхмерное изображение при любом естественном освещении. Диапазон глубины и программа проекта позволяют автоматически калибровать датчик с учётом условий игры и окружающих условий, например мебели, находящейся в комнате.

Как эволюционируют манипуляторы в недалеком будущем - нам остается только предполагать. В ближайшее время станут совершенными системы распознавания компьютером человеческой речи и почти всеми техническими устройствами можно будет управлять при помощи голоса; возможно, возникнут полноценные тактильные интерфейсы, позволяющие, к примеру, геймерам все, что происходит с их героем во время игры.

Ведутся разработки и нейронных интерфейсов. Уже известно несколько случаев, когда люди, прикованные к инвалидной коляске, согласились участвовать в эксперименте по вживлению в мозг специального имплантанта, благодаря которому смогли управлять курсором на экране монитора исключительно при помощи «силы мысли». В общем, сюжет фильма «Суррогаты» в скором времени может воплотиться в реальность.

Однако отмечу, что как и в жизни, новшества в работе с манипуляторами хороши лишь до тех пор, пока программа работает как часы. Мельчайшая неполадка в работе операционки - и все нестандартные устройства с их фирменными драйверами мгновенно «слетают», а рядовому юзеру останется лишь любоваться графическим интерфейсом, судорожно вспоминать (если знает) «горячие клавиши» и сожалеть о том, что не взял с собой обычную компьютерную мышь.

Устройства, предназначенные для взаимодействия с объектами окон папок и программ на экране монитора аналогично тому, как это делала бы рука, относятся к манипуляторам (от лат. manipula – рука). Относительные манипуляторы: мышь, джойстик, сенсорная панель; абсолютные – дигитайзер.

Мышь – устройство позиционирования указателя мыши (в виде стрелки, крестика, вертикальной палочки) на изображении экрана и для взаимодействия с объектами путем подачи команд кнопками. Применение мыши основано на возможностях графического интерфейса (взаимодействия пользователя с компьютером), предоставляемого современными операционными системами.

Обычная мышь скользит но столу или но коврику, а но ее перемещению датчики передают в системный блок через хвостик-кабель мыши данные о направлении и длине пути.

Нажатия на кнопки мыши посылают дополнительные коды-команды. Процессор обрабатывает все поступающие коды и посылает управляющие сигналы об изменении позиции указателя мыши на изображении экрана или команду.

Мышь имеет основную и вспомогательную кнопки, которые можно нажимать (удерживать нажатие), щелкать (ко

роткое нажатие), чтобы выполнить запуск программы или открыть файл.

Действия мыши имеют несколько вариантов:

щелчок кнопки – нажатие правой или левой кнопки с быстрым отпусканием;
двойной щелчок – двойное короткое и быстрое нажатие кнопки;
удерживание кнопки при перемещении мыши позволяет выделить, зацепить и сместить объект или границу;
удерживание клавиши клавиатуры Ctrl, Shift или Alt при нажатии кнопки мыши модифицирует ее действие и подаваемые команды.

Само по себе перемещение мыши без нажатия кнопок заставляет указатель мыши скользить по экрану над объектами, но не отдает команды. Ничего не происходит, кроме появления всплывающих подсказок. Но когда указатель позиционирован и сделан щелчок кнопкой мыши, будет оказано воздействие на объект изображения.

Положение пальцев на кнопках мыши: указательный палец – левая кнопка; безымянный палец – правая кнопка; средний палец – колесико прокрутки (при наличии) или средняя кнопка (у трехкнопочной мыши), для двухкнопочной мыши средний палец не используется.

Основную кнопку мыши (как правило, левую) кратко нажимают указательным пальцем (выполняют щелчок), чтобы выбрать позицию курсора в тексте, выделить или сделать активным объект на экране.

Внимание! Двойной щелчок открывает папку или файл, если нажатия короткие, отрывочные, с очень близким интервалом. Не следует раздавливать кнопку мыши, нельзя вязнуть при нажатии. Нельзя толкать, дергать мышь в момент щелчка по папке, потому что, зацепив папку, мышь может не открыть ее, а задвинуть в соседнюю папку. Необходимы два спокойных, но коротких нажатия (щелк-щелк).

Длительное нажатие кнопки мыши при ее перемещении применяется для выделения площади текста или рисунка, перетаскивания с "зацепом", смещения объектов и их границ иа экране. Некоторые действия выполняются мышью в сочетании с нажатием клавиш клавиатуры. Например, Ctrl и левая кнопка мыши с зацепом объекта – не перемещение, а копирование.

Вспомогательной кнопке мыши (обычно правой) операционная система поручает открывать контекстное меню команд или параметров (список для выбора команд но положению указателя на экране). Контекстные команды зависят от программы, в которой в данный момент работают с мышью.

В некоторых моделях мышей какую-нибудь дополнительную команду-услугу выполняет средняя кнопка (например, закрывает окна Windows) или колесико прокрутки содержимого при просмотре в окнах папок и программ.

Работу мыши обслуживает специальная программа – драйвер мыши. В операционной системе Windows настройку мыши выполняет команда Пуск, Панель управления, Мышь. Можно изменить предельную скорость (частоту) нажатия кнопки мыши (интервал щелчков), изменить вид указателя и его чувствительность к перемещению мыши, поменять приписку основной и вспомогательной кнопки для левши.

Механическая мышь следит за своим перемещением по вращению внутреннего шарика, который катится но коврику. Оптическая мышь просматривает фотоэлементами мелькание пробегаемых точек поверхности и может работать без коврика. Радиомышь и гироскопическая мышь учитывают и передают свое перемещение, используя радиосигнал, без коврика и без кабеля. Такие "летучие мыши" подходят для дистанционного управления, в частности, презентациями. (Гироскоп – волчок, раскрученный до большой скорости, ось вращения которого обладает свойством удерживать свое положение при внешних воздействиях. Гироскопы используются для ориентировки летательных объектов, а теперь и "летучих мышей".) Интерактивная мышь имеет внутри генератор вибраций для передачи тактильных ощущений, сопровождает перемещение "на ощупь", упругостью и дрожью передает прохождение указателя по кнопкам программы и через границу окна.

Дигитайзер – устройство ввода графического векторного изображения, получаемого в результате передвижения указателя по специальной поверхности рукой оператора ПК. Устройство состоит из графического планшета и указателя (перо, курсор). Планшет подключается к ПК, а перо – к планшету. Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения указателя с помощью встроенной в планшет сетки проводников. Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера. Дигитайзеры используются при работе с системами автоматизированного проектирования и графическими редакторами.