لقد رأيناها جميعًا واستخدمناها في المنزل والمدرسة والعمل. غالبًا ما تكون ماوسات الكمبيوتر غير مكلفة وأساسية، لكن بعضها يتباهى بجميع أنواع الإضافات ويحتوى على مئات من المكونات الصغيرة بداخلها. أجهزة الإدخال والماوسات بشكل عام لا تتصدر العناوين تمامًا كما تفعل وحدة المعالجة المركزية أو بطاقة الرسومات الجديدة، ولكن لا يوجد شيء أسوأ من لوحة المفاتيح أو الماوس المصمم بشكل سيء.
في هذا الفصل التالي من سلسلة Anatomy of Hardware، سنحقق في الأجزاء الداخلية من الماوس ولوحة المفاتيح ولوحة الألعاب. يمكنك أيضًا مراجعة المقالات السابقة التي تتناول مكونات الكمبيوتر الأخرى.
قد يكون لديك كمبيوتر مكتبي في العمل أو المدرسة أو المنزل. يمكنك استخدام واحد لعمل الإقرارات الضريبية أو لعب أحدث الألعاب، قد تكون مهتمًا ببناء أجهزة الكمبيوتر وتعديلها. ولكن ما مدى معرفتك بالمكونات التي يتكون منها الكمبيوتر الشخصي؟
سنبدأ بالحفر في أحشاء ماوس بسيط- النوع الذي يكلف أقل من 10 دولارات ويستخدمه ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. في وقت لاحق في نفس المقالة، سنقوم بتشريح ماوس Logitech المتطورة لنرى كيف يقارن الاثنان من الداخل.
ستكون الغالبية العظمى من الفئران الأساسية وغير باهظة الثمن مثل Compoint CP-390 الموضح أدناه، حيث تحتوي على زرين وعجلة تحتوي أيضًا على زر. ستأتي نماذج الماوس الأكثر تفصيلاً بعناصر تحكم إضافية، ولكنها تتمتع جميعها بنفس الوظائف الأساسية مثل هذه.
في هذا الفصل التالي من سلسلة Anatomy of Hardware، سنحقق في الأجزاء الداخلية من الماوس ولوحة المفاتيح ولوحة الألعاب. يمكنك أيضًا مراجعة المقالات السابقة التي تتناول مكونات الكمبيوتر الأخرى.
قد يكون لديك كمبيوتر مكتبي في العمل أو المدرسة أو المنزل. يمكنك استخدام واحد لعمل الإقرارات الضريبية أو لعب أحدث الألعاب، قد تكون مهتمًا ببناء أجهزة الكمبيوتر وتعديلها. ولكن ما مدى معرفتك بالمكونات التي يتكون منها الكمبيوتر الشخصي؟
سنبدأ بالحفر في أحشاء ماوس بسيط- النوع الذي يكلف أقل من 10 دولارات ويستخدمه ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. في وقت لاحق في نفس المقالة، سنقوم بتشريح ماوس Logitech المتطورة لنرى كيف يقارن الاثنان من الداخل.
ستكون الغالبية العظمى من الفئران الأساسية وغير باهظة الثمن مثل Compoint CP-390 الموضح أدناه، حيث تحتوي على زرين وعجلة تحتوي أيضًا على زر. ستأتي نماذج الماوس الأكثر تفصيلاً بعناصر تحكم إضافية، ولكنها تتمتع جميعها بنفس الوظائف الأساسية مثل هذه.
الزران الأيسر والأيمن هما ببساطة جزء من الطبقة العلوية من البلاستيك (عادةً ما يكون ABS مصبوبًا بالحقن)، بدلاً من قطع منفصلة. هذه الطبقة رقيقة بما يكفي لضمان ثني الأزرار بسهولة، ولكنها أيضًا سميكة بما يكفي لمنعها من التشوه بشكل دائم عند الضغط عليها.
بعبارة أخرى، فإن المرونة الطبيعية للبلاستيك هي التي توفر آلية الأزرار. يستخدم هذا الماوس المعين نفس البلاستيك للعجلة، لكن يمكن للآخرين استخدام بوليمر أكثر ليونة أو حتى معدنًا.
عند قلبه، يمكننا أن نرى أين يستشعر الماوس الحركة، لكننا سنلقي نظرة أفضل على هذا بمجرد فتحه. لتسهيل انزلاق الماوس عبر سطح ما، يأتي العديد منها مع وسادات من بوليمر منخفض الاحتكاك (low friction polymer PTFE)، على الرغم من أن عرضنا الرخيص للغاية يستخدم ببساطة أقراص من مادة البولي بروبيلين polypropylene الملساء.
بعبارة أخرى، فإن المرونة الطبيعية للبلاستيك هي التي توفر آلية الأزرار. يستخدم هذا الماوس المعين نفس البلاستيك للعجلة، لكن يمكن للآخرين استخدام بوليمر أكثر ليونة أو حتى معدنًا.
عند قلبه، يمكننا أن نرى أين يستشعر الماوس الحركة، لكننا سنلقي نظرة أفضل على هذا بمجرد فتحه. لتسهيل انزلاق الماوس عبر سطح ما، يأتي العديد منها مع وسادات من بوليمر منخفض الاحتكاك (low friction polymer PTFE)، على الرغم من أن عرضنا الرخيص للغاية يستخدم ببساطة أقراص من مادة البولي بروبيلين polypropylene الملساء.
حسنًا، هذا يكفي من الخارج - فلنفتحه! ليس من المستغرب أنها فارغة في الغالب. يحتوي نموذجنا على لوحة دائرة كهربائية واحدة تتكون من 7 مكونات فقط:
· ثلاثة مفاتيح صغيرة Microswitches.
· مقياس جهد Potentiometer دوار واحد
· مصباح LED أحمر واحد
· مكثف capacitor واحد.
· شريحة جهاز استشعار ووحدة تحكم متكاملة One integrated sensor and controller chip.
هذا لا يبدو كثيرًا، لكنه كل ما تحتاجه حقًا.
داخل المفاتيح الصغيرة Microswitches، توجد قطعة معدنية رقيقة، تم تشكيلها بطريقة تعود إلى مكانها بعد الضغط عليها. يؤدي تنشيط المفتاح إلى دفع المعدن لأسفل حتى يصل إلى جهة اتصال، مما يؤدي إلى إنشاء إشارة "تشغيل"، وذلك بحكم إغلاق الدائرة.
· ثلاثة مفاتيح صغيرة Microswitches.
· مقياس جهد Potentiometer دوار واحد
· مصباح LED أحمر واحد
· مكثف capacitor واحد.
· شريحة جهاز استشعار ووحدة تحكم متكاملة One integrated sensor and controller chip.
هذا لا يبدو كثيرًا، لكنه كل ما تحتاجه حقًا.
داخل المفاتيح الصغيرة Microswitches، توجد قطعة معدنية رقيقة، تم تشكيلها بطريقة تعود إلى مكانها بعد الضغط عليها. يؤدي تنشيط المفتاح إلى دفع المعدن لأسفل حتى يصل إلى جهة اتصال، مما يؤدي إلى إنشاء إشارة "تشغيل"، وذلك بحكم إغلاق الدائرة.
تعد المفاتيح الصغيرة Microswitches واحدة من أولى المجالات المهمة التي يمكن أن تتباين فيها جودة الماوس، بحيث يستخدم الماوس الأكثر تكلفة مفاتيح مصممة للعمل بنفس الطريقة على مدار سنوات من الاستخدام وسوء الاستخدام.
ومع ذلك، بمرور الوقت، يمكن أن يتعب المعدن بسبب العمل، مما يؤثر على قدرته على العودة بسرعة، يمكن أن تؤدي البيئات المعادية أيضًا إلى تآكل المعدن، مما يؤثر على مدى نجاحه في إكمال الدائرة.
ومع ذلك، بمرور الوقت، يمكن أن يتعب المعدن بسبب العمل، مما يؤثر على قدرته على العودة بسرعة، يمكن أن تؤدي البيئات المعادية أيضًا إلى تآكل المعدن، مما يؤثر على مدى نجاحه في إكمال الدائرة.
أكبر مشكلة في المفاتيح هي أنها مصنعة بكميات كبيرة، وكلما كانت أرخص، زاد احتمال تعرضها للكسر. عندما يحدث هذا، يقوم معظمنا بإعادة تدوير الماوس والحصول على واحدة جديدة، ولكن إذا كنت في متناول اليد باستخدام مكواة لحام، فمن السهل جدًا استبدال المفاتيح الصغيرة Microswitches.
عندما تكون أزرار الماوس on/off الأجهزة فقط، تحتاج العجلة إلى توفير تغيير منفصل ولكن غير محدود من نوع ما- أي القدرة على تمرير العجلة "درجة notch" في كل مرة، ولكن أيضًا القدرة على التمرير إلى الأبد.
عندما تكون أزرار الماوس on/off الأجهزة فقط، تحتاج العجلة إلى توفير تغيير منفصل ولكن غير محدود من نوع ما- أي القدرة على تمرير العجلة "درجة notch" في كل مرة، ولكن أيضًا القدرة على التمرير إلى الأبد.
يقوم الماوس ذو الميزانية الفائقة بذلك باستخدام مقياس جهد دوار (بفضل قارئ حاد العينين، إنه في الواقع جهاز تشفير دوار rotary encoder): أثناء دوران العجلة، تنزلق جهة اتصال داخل المكون فوق مادة مقاومة للكهرباء. ينتج عن هذا المقاومة إما زيادة أو نقصان، مما يؤدي إلى تغيير الجهد المطبق عبر التلامس أيضًا.
هذا التغيير هو الذي يتم قياسه، وليس الجهد الفعلي نفسه- يمكن بعد ذلك تفسير التغيير الإيجابي على أنه تمرير "لأعلى up"، وتغيير سلبي لـ "لأسفل down". وبالمثل، يمكن استخدام معدل التغيير نفسه للإشارة إلى مدى سرعة التمرير.
يتم استخدام شيء أقل تعقيدًا لإنتاج الحركة المقطوعة: قطعة معدنية منحنية تقع على أسنان بلاستيكية، بحيث تصطدم بها أثناء دورانها.
هذا التغيير هو الذي يتم قياسه، وليس الجهد الفعلي نفسه- يمكن بعد ذلك تفسير التغيير الإيجابي على أنه تمرير "لأعلى up"، وتغيير سلبي لـ "لأسفل down". وبالمثل، يمكن استخدام معدل التغيير نفسه للإشارة إلى مدى سرعة التمرير.
يتم استخدام شيء أقل تعقيدًا لإنتاج الحركة المقطوعة: قطعة معدنية منحنية تقع على أسنان بلاستيكية، بحيث تصطدم بها أثناء دورانها.
والآن ننتقل إلى الجزء المهم من الماوس: الشريحة المدمجة integrated chip التي تتعامل مع إشارات الزر والعجلة، بالإضافة إلى استشعار حركة الماوس، قبل إرسال النتائج عبر اتصال USB. تم تصميم هذه المكونات بالكامل للاستخدام في الماوس ولا تفعل شيئًا آخر، ولهذا السبب يمكنها التعامل مع العديد من المهام في وقت واحد.
في مثالنا، يضيء مصباح LED أحمر السطح الذي يرتكز عليه الماوس، ويسلط الضوء من خلال دليل بلاستيكي. يلتقط المستشعر البصري صورًا منتظمة للسطح، ثم يقارن معالج الإشارة في الشريحة الصور المتتالية.
يتم استخدام خوارزمية مبرمجة مسبقًا لتحديد الاتجاه والسرعة التي يتحرك بها الماوس، بناءً على الاختلافات في الصورة. يتم استخدام LED الأحمر لأنها رخيصة ومعظم المستشعرات الضوئية تستجيب بشكل كبير لهذا اللون.
في مثالنا، يضيء مصباح LED أحمر السطح الذي يرتكز عليه الماوس، ويسلط الضوء من خلال دليل بلاستيكي. يلتقط المستشعر البصري صورًا منتظمة للسطح، ثم يقارن معالج الإشارة في الشريحة الصور المتتالية.
يتم استخدام خوارزمية مبرمجة مسبقًا لتحديد الاتجاه والسرعة التي يتحرك بها الماوس، بناءً على الاختلافات في الصورة. يتم استخدام LED الأحمر لأنها رخيصة ومعظم المستشعرات الضوئية تستجيب بشكل كبير لهذا اللون.
يمكنك رؤية شريحة السيليكون نفسها في الصورة أعلاه، جنبًا إلى جنب مع الأسلاك الدقيقة التي تربطها ببقية لوحة الدائرة. البقعة الزرقاء الصغيرة هي مستشعر الضوء نفسه - لا يلزم أن تكون كبيرة جدًا أو مليئة بملايين البكسل، يكفي فقط لتمييز السطح الذي يعمل عليه الماوس.
يعالج باقي قالب الشريحة الخوارزمية وإشارة USB ؛ كل شيء بسيط للغاية ولكنه فعال تمامًا لما يحتاج إلى القيام به. تسمح الإصدارات الأكثر تقدمًا بتعديل دقة الصورة، والمعروف عمومًا باسم إعداد (dots per inch DPI) الخاص بالماوس.
في الدقة القصوى، يلتقط المستشعر حركات صغيرة جدًا بسهولة أكبر، مما يجعل الماوس أكثر حساسية، عند دقة أقل، يحدث التأثير المعاكس.
فهل تكمن جودة هذه الرقائق في الفرق بين الماوس الذي يبلغ سعره 5 دولارات وشيء يكلف ما يقرب من 20 ضعفًا؟ إليك Logitech MX Master والذي سنفتحه ونكتشفه!
يعالج باقي قالب الشريحة الخوارزمية وإشارة USB ؛ كل شيء بسيط للغاية ولكنه فعال تمامًا لما يحتاج إلى القيام به. تسمح الإصدارات الأكثر تقدمًا بتعديل دقة الصورة، والمعروف عمومًا باسم إعداد (dots per inch DPI) الخاص بالماوس.
في الدقة القصوى، يلتقط المستشعر حركات صغيرة جدًا بسهولة أكبر، مما يجعل الماوس أكثر حساسية، عند دقة أقل، يحدث التأثير المعاكس.
فهل تكمن جودة هذه الرقائق في الفرق بين الماوس الذي يبلغ سعره 5 دولارات وشيء يكلف ما يقرب من 20 ضعفًا؟ إليك Logitech MX Master والذي سنفتحه ونكتشفه!
تتميز MX Master بعجلتين وستة أزرار وهي لاسلكية أيضًا- باستخدام اتصال Bluetooth وبطارية Li-ion لأداء مهام الطاقة بدون كابلات. هناك المزيد من الميزات المعروضة، مثل القدرة على تشغيل الماوس لما يصل إلى ثلاثة أجهزة كمبيوتر مختلفة، وحساسية الحركة القابلة للتعديل، وجعل العجلة تتحرك بحرية أو مسننة.
ولكن عندما تفتحه، يمكنك أن ترى بسهولة أكبر ما تدفعه الدولارات الإضافية.
ولكن عندما تفتحه، يمكنك أن ترى بسهولة أكبر ما تدفعه الدولارات الإضافية.
يحتوي الماوس المستخدم جيدًا (ومن ثم العجلة الضيقة والداخلية) على 5 لوحات دوائر منفصلة، يحتوي العديد منها على العديد من المكونات الإلكترونية.
على سبيل المثال، الشريحة أدناه مخصصة فقط لنظام البلوتوث- معبأة بداخلها معالج Arm Cortex-M0 32bit، وذاكرة فلاش 256 كيلو بايت، وذاكرة وصول عشوائي 32 كيلو بايت. يمكنك رؤية شريحة جهاز الإرسال والاستقبال بسرعة 2.4 جيجا هرتز أعلى جهة اليمين مباشرة، والتي ترسل وتستقبل إشارة Bluetooth.
على سبيل المثال، الشريحة أدناه مخصصة فقط لنظام البلوتوث- معبأة بداخلها معالج Arm Cortex-M0 32bit، وذاكرة فلاش 256 كيلو بايت، وذاكرة وصول عشوائي 32 كيلو بايت. يمكنك رؤية شريحة جهاز الإرسال والاستقبال بسرعة 2.4 جيجا هرتز أعلى جهة اليمين مباشرة، والتي ترسل وتستقبل إشارة Bluetooth.
شريحة أخرى مهمة هي المستشعر البصري. تستخدم لوجيتك مصطلح التسويق Darkfield laser لوصفه، لكن ماذا يعني هذا في الواقع؟
بدلاً من استخدام مصابيح LED حمراء قياسية، يتم استخدام مصباحي ليزر ملونين مختلفين. ضوء الليزر متماسك، مما يعني بشكل أساسي أن أشعة الضوء المنبعثة كلها متزامنة مع بعضها البعض- ينتج عن ذلك الصور المنعكسة التي تحتوي على مزيد من التفاصيل وتباين أفضل.
بدلاً من استخدام مصابيح LED حمراء قياسية، يتم استخدام مصباحي ليزر ملونين مختلفين. ضوء الليزر متماسك، مما يعني بشكل أساسي أن أشعة الضوء المنبعثة كلها متزامنة مع بعضها البعض- ينتج عن ذلك الصور المنعكسة التي تحتوي على مزيد من التفاصيل وتباين أفضل.
لا يلتقط المستشعر صورًا للسطح نفسه (في الواقع، يظهر فقط باللون الأسود، ومن هنا جاء اسم الحقل المظلم)، ولكنه بدلاً من ذلك يلتقط العيوب المجهرية وجزيئات الغبار والحطام الآخر لإنشاء الصورة. يتم استخدام نوعين من الليزر لإلقاء الضوء على هذه العناصر، بحيث تبرز بشكل أفضل.
بطبيعة الحال، يجب أن يكون المستشعر قادرًا على حل هذه العناصر الصغيرة، وبالتالي يكون أكثر تعقيدًا وتكلفة. لكن النتيجة النهائية هي أن الماوس يمكنه تتبع الحركة على الأسطح التي تبدو ناعمة، مثل المعدن المصقول أو الزجاج.
بطبيعة الحال، يجب أن يكون المستشعر قادرًا على حل هذه العناصر الصغيرة، وبالتالي يكون أكثر تعقيدًا وتكلفة. لكن النتيجة النهائية هي أن الماوس يمكنه تتبع الحركة على الأسطح التي تبدو ناعمة، مثل المعدن المصقول أو الزجاج.
حتى العجلتين أكثر تعقيدًا - يستخدم الجانب الأول الحث الكهرومغناطيسي electromagnetic induction لتوليد إشارة الدوران. يخلق المغناطيس تدفقات تيار صغيرة في قطع من المعدن أو لفائف من الأسلاك، والتي تتوافق مع الجهد المتولد. قم بقياس هذا وستحصل على ناتج العجلة.
تحتوي العجلة العلوية على قضبان بلاستيكية تكسر شعاع الضوء من LED أثناء دورانها. يلتقط المستشعر هذه الومضات ويحدد المتحكم الدقيق اتجاه ومعدل حركة العجلة من أنماط الضوء.
لتحقيق حركة العجلة الحرة، يتم استخدام ملف لولبي solenoid: عند تنشيطه، فإنه يرفع مكبسًا من جسم المكون (يسار العجلة في الصورة أعلاه)، مما يدفع رافعة إلى جانب واحد. إنه أقرب إلى تحرير فرامل الطوارئ في السيارة، للسماح لها بالتدحرج بعيدًا.
قد يكون الأمر مجرد ماوس، لكن مقدار التفكير والتصميم والتصنيع الذي ساهم في جعل هذا الشخص بعينه يوضح سبب كونه أكثر تكلفة (ومثيرة للاهتمام في فحصه!) من النموذج الرخيص الذي نظرنا إليه. في البدايه.
لقد قطعنا شوطًا طويلاً من أمثال Xerox Alto وماوسها الشبيه بالطوب ولوحة المفاتيح الميكانيكية الهائلة- اليوم، مقابل حفنة من الدولارات فقط، يمكنك شراء أجهزة موثوقة ودقيقة تتيح لك التحكم بسهولة وسلاسة كل جانب من جوانب نظام الكمبيوتر الخاص بك.
كان هذا التشريح مفاجأة، لكن كان من الرائع أن نرى أن أبسط وأرخص أجهزة الإدخال تحتوي على مكونات قليلة جدًا. كان التعقيد والبراعة الهندسية لأمثال Logitech MX Master مذهلين، بالمقارنة.
تحتوي العجلة العلوية على قضبان بلاستيكية تكسر شعاع الضوء من LED أثناء دورانها. يلتقط المستشعر هذه الومضات ويحدد المتحكم الدقيق اتجاه ومعدل حركة العجلة من أنماط الضوء.
لتحقيق حركة العجلة الحرة، يتم استخدام ملف لولبي solenoid: عند تنشيطه، فإنه يرفع مكبسًا من جسم المكون (يسار العجلة في الصورة أعلاه)، مما يدفع رافعة إلى جانب واحد. إنه أقرب إلى تحرير فرامل الطوارئ في السيارة، للسماح لها بالتدحرج بعيدًا.
قد يكون الأمر مجرد ماوس، لكن مقدار التفكير والتصميم والتصنيع الذي ساهم في جعل هذا الشخص بعينه يوضح سبب كونه أكثر تكلفة (ومثيرة للاهتمام في فحصه!) من النموذج الرخيص الذي نظرنا إليه. في البدايه.
لقد قطعنا شوطًا طويلاً من أمثال Xerox Alto وماوسها الشبيه بالطوب ولوحة المفاتيح الميكانيكية الهائلة- اليوم، مقابل حفنة من الدولارات فقط، يمكنك شراء أجهزة موثوقة ودقيقة تتيح لك التحكم بسهولة وسلاسة كل جانب من جوانب نظام الكمبيوتر الخاص بك.
كان هذا التشريح مفاجأة، لكن كان من الرائع أن نرى أن أبسط وأرخص أجهزة الإدخال تحتوي على مكونات قليلة جدًا. كان التعقيد والبراعة الهندسية لأمثال Logitech MX Master مذهلين، بالمقارنة.
