Мы все видели и использовали их дома, в школе и на работе. Компьютерные мыши часто бывают недорогими и простыми, но некоторые из них могут похвастаться всевозможными дополнительными функциями и содержат внутри сотни крошечных компонентов. Устройства ввода и мыши в целом не попадают в заголовки газет, как новый процессор или видеокарта, но нет ничего хуже, чем плохо спроектированная клавиатура или мышь.
В следующей главе серии «Анатомия оборудования» мы исследуем внутренности мыши, клавиатуры и геймпада. Вы также можете ознакомиться с предыдущими статьями, касающимися других компонентов компьютера.
Мы начнем с того, что покопаемся в нутро простой мыши — той, которая стоит менее 10 долларов и используется миллионами людей по всему миру. Позже в этой же статье мы проанализируем мышь Logitech более высокого класса, чтобы увидеть, как они сравниваются внутри.
Подавляющее большинство недорогих и простых мышей будут похожи на эту Compoint CP-390, показанную ниже, с двумя кнопками и колесом, на котором также находится кнопка. Более сложные модели мыши будут поставляться с дополнительными элементами управления, но все они имеют те же базовые функции, что и эта.
Левая и правая кнопки являются просто частью верхнего слоя пластика (обычно литого под давлением ABS ), а не отдельными частями. Этот слой достаточно тонкий, чтобы кнопки могли легко сгибаться, но также достаточно толстый, чтобы предотвратить их постоянную деформацию при нажатии.
Другими словами, это естественная упругость пластика, которая обеспечивает механизм для кнопок. Эта конкретная мышь использует тот же пластик для колеса, но другие могут использовать более мягкий полимер или даже металл.
Перевернув его, мы можем увидеть, где мышь ощущает движение, но мы лучше рассмотрим это, когда откроем его. Чтобы мышь было легче скользить по поверхности, многие из них поставляются с подушечками из ПТФЭ (полимера с низким коэффициентом трения), хотя в нашем ультра дешевом предложении просто используются диски из гладкого полипропилена.
Ну хватит внешнего вида — вскроем! Неудивительно, что он в основном пуст. Наша модель представляет собой единую печатную плату, состоящую всего из 7 компонентов:
- Три микровыключателя
- Один поворотный потенциометр
- Один красный светодиод
- Один конденсатор
- Один интегрированный чип датчика и контроллера
Звучит немного, но это все, что вам действительно нужно.
Внутри микровыключателей находится тонкий кусок металла, имеющий такую форму, чтобы возвращаться на место после нажатия. Активация переключателя толкает металл вниз, пока он не коснется контакта, создавая сигнал включения за счет замыкания цепи.
Микропереключатели — одна из первых значительных областей, в которых качество мыши может варьироваться, поэтому в более дорогой мышке будут использоваться переключатели, которые рассчитаны на то, чтобы работать одинаково в течение многих лет использования и злоупотреблений.
Однако со временем металл может устать от работы, что повлияет на его способность быстро возвращаться; агрессивные среды также могут привести к коррозии металла, что влияет на то, насколько хорошо он замыкает цепь.
Самая большая проблема с переключателями заключается в том, что они производятся серийно, и чем они дешевле, тем выше вероятность их поломки. Когда это происходит, большинство из нас просто утилизирует мышь и купит новую, но если у вас есть паяльник, микровыключатели очень легко заменить.
Там, где кнопки мыши являются просто устройствами включения / выключения, колесико должно обеспечивать дискретное, но неограниченное изменение какого-либо рода — то есть возможность прокручивать колесико на «ступеньку» за раз, но также иметь возможность прокручивать бесконечно.
Наша сверхбюджетная мышь делает это с помощью поворотного потенциометра (редактор: благодаря зоркому читателю, на самом деле это поворотный энкодер ): когда колесо вращается, контакт внутри компонента скользит по электрически резистивному материалу. Это приводит к увеличению или уменьшению сопротивления, что также приводит к изменению напряжения, приложенного к контакту.
Измеряется именно это изменение, а не само фактическое напряжение — положительное изменение можно интерпретировать как прокрутку «вверх», а отрицательное — как «вниз». Аналогичным образом, сама скорость изменения может использоваться, чтобы указать, насколько быстро выполняется прокрутка.
Для создания зубчатого движения используется что-то гораздо менее сложное: изогнутый кусок металла упирается в пластиковые зубья, так что он натыкается на них при вращении.
А теперь перейдем к важной части мыши: встроенному чипу, который обрабатывает сигналы кнопок и колесика, а также определяет движение мыши перед отправкой результатов по USB-соединению. Эти компоненты полностью созданы для использования в мышах и больше ничего не делают, поэтому они могут выполнять так много задач одновременно.
В нашем примере красный светодиод освещает поверхность, на которой стоит мышь, направляя свет через пластиковую направляющую. Оптический датчик делает регулярные изображения поверхности, а затем процессор сигналов в чипе сравнивает последовательные изображения.
Предварительно запрограммированный алгоритм используется для определения направления и скорости движения мыши на основе различий в изображении. Красный светодиод используется, потому что он дешев, и большинство оптических датчиков очень чувствительно к этому цвету.
На изображении выше вы можете увидеть сам кремниевый чип вместе с тонкими проводами, соединяющими его с остальной частью печатной платы. Маленькая синяя полоска — это сам датчик освещенности — он не должен быть очень большим или содержать миллионы пикселей, его достаточно, чтобы различить поверхность, на которой находится мышь.
Остальная часть кристалла обрабатывает алгоритм и сигнал USB; все это очень просто, но идеально подходит для того, что ему нужно. Более продвинутые версии позволяют изменять разрешение изображения, обычно известное как настройка мыши DPI (» точек на дюйм» ).
При максимальном разрешении сенсор с большей готовностью улавливает очень мелкие движения, что делает мышь более чувствительной; при более низком разрешении происходит обратный эффект.
Так разве качество этих чипов отличает эту мышь за 5 долларов от того, что стоит почти в 20 раз дороже? Вот хорошо зарекомендовавший себя Logitech MX Master, который мы вскроем и узнаем!
MX Master оснащен двумя колесами, шестью кнопками, а также беспроводной — с использованием соединения Bluetooth и литий-ионного аккумулятора для работы без кабеля. Предлагаются и другие функции, такие как возможность работы с мышью на трех разных компьютерах, регулировка чувствительности движения, а также возможность свободной прокрутки колесика или с выемками.
Но когда вы его откроете, вам будет легче увидеть, за что платят лишние доллары.
Наша хорошо используемая (отсюда грязное колесо и интерьер) мышь содержит 5 отдельных печатных плат, некоторые из которых содержат множество электронных компонентов.
Например, приведенный ниже чип предназначен только для системы Bluetooth — внутри находится 32-разрядный процессор Arm Cortex-M0, 256 КБ флэш-памяти и 32 КБ ОЗУ. Вы можете увидеть чип приемопередатчика 2,4 ГГц чуть выше и правее, который отправляет и принимает сигнал Bluetooth.
Еще одна важная фишка — оптический датчик. Logitech использует для его описания маркетинговый термин » лазер Darkfield», но что это на самом деле означает?
Вместо стандартных красных светодиодов используются два лазерных светодиода разного цвета. Лазерный свет является когерентным, что, по сути, означает, что все излучаемые световые лучи синхронизированы друг с другом — в результате отраженные изображения содержат больше деталей и лучший контраст.
Датчик не снимает изображение самой поверхности (на самом деле, она просто кажется черной, отсюда и название темное поле ), а вместо этого улавливает микроскопические дефекты, частицы пыли и другой мусор для создания изображения. Для их освещения используются два лазера, чтобы они лучше выделялись.
Естественно, датчик должен уметь распознавать такие крошечные объекты, и, следовательно, быть более сложным и дорогим. Но в конечном итоге мышь может отслеживать движение по кажущимся гладким поверхностям, таким как полированный металл или стекло.
Даже два колеса более сложные — одно из боковых использует электромагнитную индукцию для генерации сигнала вращения. Магниты создают небольшие токи в кусках металла или катушках проволоки, что соответствует генерируемому напряжению. Измерьте это, и у вас будет выход вашего колеса.
На верхнем колесе есть пластиковые спицы, которые при вращении прерывают световой луч от светодиода. Датчик улавливает эти вспышки, а микроконтроллер определяет направление и скорость движения колеса по световым узорам.
Для достижения свободного движения колеса используется соленоид : при активации он поднимает плунжер из корпуса компонента (слева от колеса на изображении выше), который толкает рычаг в сторону. Это похоже на отпускание аварийного тормоза на машине, чтобы позволить ей откатиться.
Это может быть просто мышь, но количество размышлений, дизайна и производства, которое было вложено в создание этой конкретной мыши, очень ясно показывает, почему она намного дороже (и интересно исследовать!), Чем дешевая модель, которую мы рассматривали. во-первых.
Заключение
Мы прошли долгий путь от подобных Xerox Alto с его мышью в виде кирпича и громовой механической клавиатурой — сегодня всего за несколько долларов вы можете купить надежные и точные устройства, которые позволят вам легко и плавно управлять каждый аспект вашей компьютерной системы.
Этот анализ преподнес несколько сюрпризов, но все же было здорово увидеть, что самые простые и дешевые устройства ввода имеют очень мало компонентов. По сравнению с этим, сложность и инженерная изобретательность подобных Logitech MX Master просто ошеломляют.
