Клавиатура ПЭВМ и ее взаимодействие с процессором

Особенности работы клавиатуры персональной ЭВМ РС–АТ состоит в следующем:

a) После нажатия клавиши ее код фиксируется в буфере клавиатуры и подается сигнал компьютеру, о том, что в клавиатуре произошло некоторое событие. Этот сигнал выдается в виде прерывания 09h (IRQ1® Int 09h);

b) Клавиатура фиксирует отдельно события: когда клавиша нажимается и когда ее отпускают. Коды нажатого и отжатого состояния клавиши отличаются ХТ клавиатуре единицей в старшем разряде (отжата), в клавиатуре АТ при отжатии клавиши сначала посылается байт F0h, а затем код клавиши;

c) Если клавиша не отпускается в течение времени более 0.5 с, то клавиатура генерирует повторные коды нажатой клавиши.

Для управления клавиатурой (рисунок 9.2) в ХТ и АТ использовался контроллер на основе однокристальной микро-ЭВМ Intel 8048, в более поздних моделях – контроллер 8042, выполняющий, по сути, те же функции, что и 8048.

Рисунок 10.2 – Схема подключения клавиатуры и мышки

Основная задача БИС 8048 – отслеживать за клавишами и выдавать сообщение ROM – BIOS при нажатии и отпускании клавиши. В контроллере имеется буфер символов (порты клавиатуры 060H – 063H), в котором может храниться до 20 кодов клавиш, не обработанных ЦП.

Каждый раз, когда нажимается или отпускается одна из клавиш, схема клавиатуры генерирует однобайтовое число, называемое скен – кодом, которое однозначно идентифицирует перемещение клавиши. Клавиатура выдает различные скен – коды при нажатии и отпускании клавиши. При нажатии байт скен – кода содержит число в диапазоне от 1 до 83 (в стандартной клавиатуре ХТ). При отпускании генерируется скен – код на 128 (80H) больше, чем скен – код при нажатии клавиши. Например, при нажатии клавиши Z скен – код 44, а при отпускании 172 = 44 + 128.

Нажатие или отжатие клавиши сообщается ROM – BIOS посредством прерывания INT9, которое вызывает прикладную программу обработки прерываний. При этом читается состояние порта 96 (60H), через который осуществляется связь клавиатуры с BIOS.

Передача кодов с клавиатуры производится в последовательном старт-стопном коде (линии: данные и синхронизация, "Сброс", +5, земля). Прикладная программа получает скен-код и переводит его в 2-х байтный код. Младший байт этого кода содержит ASCII-код клавиши, а старший – скен-код клавиши. Специальные клавиши F1 – F10, Ins, Del и др., а также клавиши дополнительной цифровой клавиатуры имеют в младшем байте 0, а в старшем байте скен – код.

Затем прикладная программа BIOS помещает оттранслированный код в очередь (буфер), находящуюся в младших адресах памяти с 0000:041Е. Работа по переводу скен – кодов усложняется тем, что клавиатура IBM имеет несколько операций по изменению регистров, меняющих значение нажатых клавиш: Shift – c = C, Ctrl – C «break». Также меняется значение клавиши при нажатии клавиши Alt. Кроме этих регистровых клавиш есть еще CapsLock и NumLock.

Информация о состоянии клавиш регистров и клавиш переключателей хранится ROM – BIOS в младших адресах памяти: ячейки 417H и 418H. Когда нажимается одна из этих клавиш, BIOS устанавливает в байтах состояния определенный разряд. Как только BIOS получает код отжатия клавиши, она переключает соответствующий разряд в исходное состояние.

Всякий раз, когда BIOS получает скен – код для нажатия обычной клавиши, то первым делом проверяется состояние регистров, а затем транслируется скен – код в соответствующий 2-й байтный код. В процессе трансляции скен – кодов BIOS постоянно проверяет их на определенные комбинации клавиш: Ctrl+Alt+Del – перезагрузка; Shift – PrintScreen; Int5 – печать экрана; Ctrl – NumLock – приостановка работы, пока не будет нажата любая клавиша; Ctrl – Break Int27 – прерывание. Прямой ввод кодов ASCII может быть осуществлен с дополнительной цифровой клавиатуры при нажатой клавише Alt. (Нажать Alt и вводить цифры кода. При отпускании Alt на экране отображается соответствующий символ ASCII – кода).

После того как действие клавиши оттранслировано, оно записывается в пару байтов в буфере BIOS. Младший из них является главным, а старший – вспомогательным. Когда главный байт содержит ASCII-символ, то это означает, что была нажата одна из клавиш стандартных символов клавиатуры. Для этих ASCII-символов вспомогательный байт содержит скен– код для нажатой клавиши. В простейшем случае этот байт не используется. Он может быть использован, когда необходимо различать клавиши с одинаковыми символами, но различными скен-кодами. При вводе символов со вспомогательной клавиатуры, скен-код во вспомогательном байте равен нулю.

Когда главный байт равен нулю, то это означает, что была нажата какая-то из специальных клавиш: функциональные, управление курсором, либо комбинации с клавишами Ctrl, Alt, Shift. Каждому нажатию специальной клавиши, или комбинации клавиш соответствует определенное значение вспомогательного байта.

Нажатие или отпускание любой клавиши вызывает сигнал аппаратного прерывания Int09h, которое заставляет процессор перейти на программу обработки прерываний (ПОП). Адрес ПОП находится в ячейке памяти 94=36=24h. Контроллер клавиатуры распознает номер нажатой (отпускаемой) клавиши и помещает ее скен-код в регистр, имеющий адрес 60h.

Программа INT 09 помимо порта 60h работает еще с двумя областями ОЗУ: кольцевым буфером ввода, емкостью 15 слов (адреса от 40:1Еh до 40:3Dh). Каждая ячейка буфера хранит два байта: ASCII клавиши и слово состояния клавиатуры (флаги) – состояние управляющих клавиш. Программа INT 09, получив управление, считывает из порта 60h скен- код и анализирует его значение. Если скен – код принадлежит одной из управляющих клавиш и, к тому же, представляет собой код нажатия, то соответствующий флаг клавиатуры устанавливается в 1.

При нажатии любой другой клавиши программа INT 09 считывает из порта 60h ее скен – код и по таблице трансляции скен – кодов в коды ASCII формирует двухбайтовый код. Старший байт содержит скен – код, а младший – код ASCII. Поскольку нажатой клавише соответствует два скен – кода (строчные и прописные буквы), то соответственно образуется и два ASCII – кода (а и А, r и R и т.д.).

Для управления светодиодами, расположенными на клавиатуре, необходимо в порт 60h записать код команды 0EDh, а вслед за ней в этот же порт следует занести байт управления: Бит 0 = "1" – включение светодиода Scroll Lock; 0 – выключение; Бит 1 = "1" – включение Num Lock, 0 – выключение; Бит 2= "1" – включение Caps Lock, 0 –выключение.