Подключение и настройка аппаратных устройств

Клавиатура

Клавиатура к вашему компьютеру уже, скорее всего, подключена, вопрос может состоять только в том, чтобы настроить ее. Настройка клавиатуры заключается в настройке таких вещей, как:

• раскладка клавиатуры;
• скорость повтора посылаемых клавиатурой сигналов в случае удержания клавиш пользователем;
• длительность интервала задержки от момента нажатия клавиши до того момента, когда клавиатура начинает повторять посылку сигналов.

Два последних параметра (скорость повтора и время задержки) устанавливаются с помощью специальной команды kbdrate.

Команда kbdrate

Скорость повтора задается в символах в секунду и может принимать только определенные значения в пределах от 2 до 30 символов в секунду. Но задать (после опции -r ) вы можете любое значение в этих пределах, программа сама выберет ближайшее допустимое значение. Число после опции -d задает задержку в миллисекундах (допустимы значения от 250 до 1000 с шагом 250). Чтобы не устанавливать эти значения после каждого перезапуска компьютера, можно добавить в файл /etc/rc.d/rc.sysinit строку следующего вида:

/sbin/kbdrate -s -r 16 -d 500

где опция -s просто подавляет вывод ненужных в данном случае сообщений. Если эту команду выполнить без указания параметров, для скорости повтора и задержки будут установлены значения по умолчанию: для скорости повтора - 10,9 символов в секунду, а для задержки - 250 миллисекунд.

Еще один вопрос, относящийся к настройке клавиатуры, - это способ изменения положения переключателей NumLock, CapsLock и ScrollLock. Для этого можно воспользоваться командой setleds. Например, для того, чтобы переключатель NumLock был по умолчанию включен, добавьте в файл /etc/rc.d/rc.sysinit следующие строки:

for tty in /dev/tty[1-9]*; do
setleds -D +num < $tty
done

Изменение раскладки клавиатуры - это вопрос значительно более сложный. Но, поскольку этот вопрос имеет большое значение как вообще для настройки клавиатуры, так и для решения проблемы русификации, его необходимо рассмотреть подробнее.

И начать придется с краткого изложения проблем кодировки символов.

Таблицы кодировки символов

В человеческом мире информация представляется последовательностями символов. Каждый символ имеет каноническое изображение, которое позволяет однозначно идентифицировать данный символ. Шрифты задают разные варианты начертания символов.

В вычислительных машинах для представления информации используются цепочки байтов. Поэтому для перевода информации из машинного представления в человеческий необходимы таблицы кодировки символов - таблицы соответствия между символами определенного языка и кодами символов.

Самой известной таблицей кодировки является код ASCII (Американский стандартный код для обмена информацией), который был разработан для передачи текстов по телеграфу задолго до появления компьютеров. Этот код является 7 битовым, т. е. для кодирования символов английского языка, служебных и управляющих символов используются только 128 7-битовых комбинаций. При этом первые 32 комбинации (кода) служат для кодирования управляющих сигналов (начало текста, конец строки, перевод каретки, звонок, конец текста и т. д.).

При разработке первых компьютеров фирмы IBM этот код был использован для представления символов в компьютере. Поскольку в исходном коде ASCII было всего 128 символов, для их кодирования хватило тех однобайтовых кодов, у которых 8-й бит равен 0. Во второй половине кодовой таблицы (значения байта с 8-м битом равным 1) фирма IBM разместила символы псевдографики, математические знаки и некоторые символы из языков, отличных от английского (немецкие умляуты, французские диакритические знаки, символы греческого алфавита и т.п.). Эту кодовую таблицу стали называть кодировкой IBM.

Когда IBM-совместимые персональные компьютеры стали использовать в других странах, потребовалось обеспечить обработку информации на языках, отличных от английского. Для того, чтобы полноценно поддерживать другие языки, фирма IBM ввела в употребление несколько кодовых таблиц, ориентированных на конкретные страны. Так для скандинавских стран была предложена таблица 865 (Nordic), для арабских стран - таблица 864 (Arabic), для Израиля - таблица 862 (Israel) и так далее. В этих таблицах часть кодов из второй половины кодовой таблицы использовалась для представления символов национальных алфавитов (за счет исключения некоторых символов псевдографики). Для представления символов кириллицы была введена кодировка IBM-866.

Однако с русским языком ситуация развивалась особым образом. Очевидно, что замену символов во второй половине кодовой таблицы можно произвести разными способами. В других европейских странах сумели найти единое решение, а для русского языка появилось несколько разных таблиц кодировки символов кириллицы: IBM-866, CP-1251, KOI8-R, ISO-8859-5. Все они одинаково изображают символы первой половины таблицы (от 0 до 127) и различаются представлением символов русского алфавита и псевдографики во второй половине.

Одна из самых известных кодовых таблиц для кириллицы получила название альтернативной (по отношению к кодировке IBM-866, наверное). Она была разработана фирмой Microsoft для MS-DOS. При ее разработке постарались сделать так, чтобы результирующая таблица была насколько это возможно совместима с кодировкой IBM. Поэтому альтернативная кодировка - это кодировка IBM, в которой все специфические европейские символы в верхней половине были заменены на кириллицу, оставляя псевдографические символы нетронутыми. Следовательно, это не портило вид программ, использующих для работы текстовые окна, что было очень существенным фактором для работы в среде MS-DOS, основой которой был именно текстовый режим.

Кодировка KOI-8 была разработана изначально с ориентировкой на UNIX. Так как UNIX в своей основе сетевая ОС, то основной идеей при создании KOI-8 была идея об обеспечении перемещения кириллической информации по сети. Но для передачи-то использовался 7-битный стандарт ASCII. Разработчики поместили кириллические символы в верхней части таблицы таким образом, что позиции кириллических символов соответствуют их фонетическим аналогам в английском алфавите в нижней части таблицы. Это означает, что, если в тексте, написанном в KOI-8, мы убираем восьмой бит каждого символа, то мы все еще имеем "читабельный" текст, хотя он и написан английскими символами! Не удивительно, что KOI8-R быстро стал фактически стандартом для кириллицы в Интернет, что и нашло отражение в RFC 1489 ("Registration of a Cyrillic Character Set"). Автором этого документа является Андрей А. Чернов, который проделал огромный объем работы, чтобы превратить KOI-8 в стандарт Интернет.

Международная организация по стандартизации (ISO) внесла свою лепту в создание различных кодировок кириллицы, когда ввела семейство стандартов, известных как ISO 8859-X. Это семейство есть совокупность 8-битных кодировок, где младшая половина каждой кодировки (символы с кодами 0-127) соответствует ASCII, а старшая половина определяет символы для различных языков. Например:

• 8859-0 - новый европейский стандарт (так называемый Latin 0);
• 8859-1 - Европа, Латинская Америка (также известный как Latin 1);
• 8859-2 - Восточная Европа;
• 8859-5 - кириллица;
• 8859-8 - идиш.

Фирма Microsoft еще больше запутала ситуацию с кодировками для русского языка, когда при разработке Windows ввела кодировку CP-1251.

Таблицы кодировок, содержащие 256 символов, стали называть расширенными кодами ASCII (потому что в основе любой из них лежит 128-символьный код ASCII), кодовыми страницами или английским термином character set (который часто сокращают до charset).

Но в мире есть языки, такие как китайский или японский, для которых 256 символов в принципе недостаточно. Кроме того, всегда существует проблема вывода или сохранения в одном файле одновременно текстов на разных языках (например, при цитировании). Поэтому была разработана универсальная кодовая таблица UNICODE, содержащая символы, применяемые в языках всех народов мира, а также различные служебные и вспомогательные символы (знаки препинания, математические и технические символы, стрелки, диакритические знаки и т. д.). Очевидно, что одного байта недостаточно для кодирования такого большого множества символов. Поэтому в UNICODE используются 16-битовые (2-байтовые) коды, что позволяет представить 65 536 символов. К настоящему времени задействовано около 49 000 кодов (последнее значительное изменение - введение символа валюты EURO в сентябре 1998 г.). Для совместимости с предыдущими кодировками первые 128 кодов совпадают со стандартом ASCII. На рис. 9.1 схематично представлено размещение символов разных языков в кодовом пространстве UNICODE.

Рис. 9.1. Структура UNICODE

В стандарте UNICODE кроме определенного двоичного кода (эти коды принято обозначать буквой U, после которой следуют знак + и собственно код в шестнадцатеричном представлении) каждому символу присвоено определенное имя. В следующей таблице приведено несколько примеров кодов и имен символов из стандарта UNICODE.

Таблица 9.2. Примеры именования кодов UNICODE

Символ	UNICODE	Название символа (Character Name)
A	U+0041	LATIN CAPITAL LETTER A
a	U+0061	LATIN SMALL LETTER A
Ю	U+042E	CYRILLIC CAPITAL LETTER YU
+	U+002B	PLUS SIGN
1	U+0031	DIGIT ONE
	U+03A9	GREEK CAPITAL LETTER OMEGA
	U+2569	BOX DRAWINGS DOUBLE UP AND HORIZONTAL

Еще одним компонентом стандарта UNICODE являются алгоритмы для взаимно-однозначного преобразования кодов UNICODE в последовательности байтов переменной длины. Необходимость таких алгоритмов обусловлена тем, что не все приложения умеют работать с UNICODE. Некоторые приложения понимают только 7-битовые ASCII-коды, другие приложения - 8-битовые (расширенные) ASCII-коды. Для представления символов, не поместившихся, соответственно, в 128 символьный или 256 символьный набор, такие приложения используют цепочки байтов переменной длины. Алгоритм UTF-7 служит для обратимого преобразования кодов UNICODE в цепочки 7-битовых ASCII-кодов, а UTF-8 - для обратимого преобразования кодов UNICODE в цепочки из расширенных 8-битовых ASCII-кодов. Подробнее об алгоритмах UTF-7 и UTF-8 и кодировках вообще вы можете прочитать в [http://turnbull.sk.tsukuba.ac.jp/Tools/I18N/LJ-I18N.html - http://czyborra.com/charsets/].

Отметим, что и ASCII, и UNICODE, и другие стандарты кодировки символов не определяют изображения символов, а только состав набора символов и способ его представления в компьютере. Кроме того (что, может быть, не сразу очевидно) они еще задают порядок перечисления символов в наборе, который очень важен, так как он влияет самым существенным образом на алгоритмы сортировки. Именно таблицу соответствия символов из какого-то определенного набора (скажем, символов, применяемых для представления информации на английском языке, или на разных языках, как в случае с UNICODE) и обозначают термином таблица кодировки символов или charset. Каждая стандартная кодировка имеет имя, например, KOI8-R, ISO_8859-1, ASCII. К сожалению, стандарта на имена кодировок не существует.

Ввод символов с клавиатуры

В процессе ввода символов с клавиатуры можно выделить четыре соответствия или отображения (в математическом смысле этого слова).

1. На клавиатуру нанесены (или наклеены) символы. Это первое соответствие: символ -> клавиша.
2. Микропроцессор клавиатуры реализует второе соответствие: комбинация клавиш -> скан-код.
3. Далее скан-код клавиатуры преобразуется в код символа, понятный приложению, например, ASCII-код или UNICODE; это третье соответствие: скан-код -> код символа, используемый приложением.
4. И, наконец, для изображения символа на экране или принтере используется четвертое соответствие: ASCII-код -> изображение символа.

О наличии этих соответствий полезно помнить при рассмотрении вопросов взаимодействия пользователя с приложениями. А теперь вернемся к вопросу о том, как работает клавиатура.

Управление работой клавиатуры в текстовом режиме осуществляется драйвером терминала, который входит в состав ядра Linux. Драйвер терминала состоит как бы из двух отдельных драйверов: драйвера клавиатуры и драйвера экрана. Драйвер клавиатуры обрабатывает нажатия клавиш пользователем и передает результат прикладной программе, которая, в свою очередь, посылает экранному драйверу символы, которые должны быть отображены на экране.

При каждом нажатии на клавишу микропроцессор клавиатуры генерирует последовательность так называемых скан-кодов, которая представляет собой последовательность из двух или большего числа байтов. Эта последовательность передается драйверу клавиатуры, который может работать в одном из 4 режимов:

1. K_RAW, когда прикладной программе передается последовательность скан-кодов, сгенерированных клавиатурой. Этот режим используется при работе с приложениями, которые имеют собственный драйвер клавиатуры. Примером такого приложения является система X Window.
2. K_MEDIUMRAW, когда скан-код клавиши преобразуется в один из 127 возможных кодов, называемых кодами клавиш (keycodes). Каждый код клавиши состоит из кода нажатия клавиши и кода отпускания клавиши. Преобразование скан-кодов в коды клавиш осуществляется в соответствии с внутренней таблицей драйвера клавиатуры. Обычно эта таблица фиксирована, и изменять ее не требуется, хотя в системе существуют команды getkeycodes и setkeycodes, с помощью которых можно просмотреть или изменить некоторые соответствия в этой таблице. Эти команды используются только в том случае, если у вас программируемая клавиатура.
3. K_XLATE (или режим ASCII), когда код клавиши преобразуется в ASCII-код символа или некоторую последовательность ASCII-кодов символов в соответствии с таблицей раскладки клавиатуры, которая хранится в виде отдельного файла. Например, для Red Hat Linux 5.2 по умолчанию используется файл defkeymap.map в каталоге /usr/lib/kbd/keymaps/i386/qwerty. Команда dumpkeys выводит на экран содержание действующей в данный момент таблицы раскладки клавиатуры, а команда loadkeys загружает в драйвер таблицу раскладки клавиатуры из указанного файла.
4. K_UNICODE, когда скан-коды преобразуются в двухбайтовые коды таблицы UNICODE (этот режим пока используется очень редко).

Выбор режима работы драйвера терминала определяется прикладной программой, которая в данный момент времени выполняется компьютером. Чаще всего используется третий режим, когда код клавиши либо преобразуется в ASCII-код символа или строку таких кодов в соответствии с таблицей раскладки клавиатуры, либо выполняется действие, определенное для конкретной комбинации клавиш в таблице раскладки клавиатуры. Например, нажатие <Ctrl>+<Alt>+<Del> эквивалентно вызову команды shutdown -r 0, т. е. приводит к останову системы и перезагрузке компьютера.

Режим работы драйвера клавиатуры можно узнать или изменить с помощью команды kbd_mode. Однако не торопитесь менять режим, так как перевод драйвера клавиатуры в режим RAW или MEDIUMRAW может сделать его недоступным для большинства приложений, т. е. легко можно вообще потерять возможность ввода команд.

Не для всех клавиш и комбинаций клавиш процесс обработки проходит так прямолинейно, как это описано выше. Во-первых, имеется несколько особых клавиш, так называемых клавиш-переключателей. Это клавиши <Shift> (левая и правая), <Alt> (левая и правая), <Ctrl> (левая и правая), <Caps Lock>, <Num Lock>, <Ins>. Нажатие на клавишу-переключатель изменяет значение одного из разрядов (битов) в двухбайтовом слове, которое хранит состояние клавиш-переключателей. Поэтому драйвер клавиатуры вначале должен проанализировать состояние этого слова, а затем соответственно преобразовать коды.

Клавиша <Ins> является единственной из клавиш переключателей, нажатие которой не только заносит признак в слово состояния переключателей, но и порождает передачу соответствующего кода драйверу терминала.

С помощью ASCII-кодов можно представить 256 различных символов, а, значит, ASCII-коды можно сопоставить 256-ти кодам клавиш. Учитывая наличие клавиш переключателей, комбинаций клавиш существует гораздо больше. Поэтому некоторые комбинации клавиш драйвер клавиатуры преобразует в цепочки из нескольких байтов, так называемые Escape-последовательности, в которых два первых байта служат признаком Escape-последовательности, а последующие представляют собой собственно значащие байты. Escape-последовательности обычно представляют те комбинации клавиш, которые используются для управления работой программ, таких как стрелки, клавиши <Page Down>, <Page Up>, <Home>, <End>, <F1> - <F12>, <Ins>, <Del> и т. д.

В комплект Red Hat Linux входит программа showkey, которая показывает все три вида кодов, связанных с нажатиями клавиш. Если запустить эту программу с параметром -s, она будет показывать скан-коды нажатий клавиш (чтобы выйти из программы, надо просто выждать 10 секунд, не нажимая в это время ни одной клавиши). Ввод команды showkey -k приводит к выводу на экран кодов клавиш (выходим так же). Ввод команды showkey -m позволяет просмотреть ASCII-коды, которые выдаются драйвером клавиатуры после того, как скан-код клавиши будет оттранслирован с помощью таблицы раскладки клавиатуры. Попробуйте в этом режиме нажать <Ctrl>+<=> или <Ctrl>+<Esc>, и вы увидите, что не каждая комбинация клавиш порождает ASCII-код (попробуйте также клавиши-переключатели). В новых версиях программы showkey появилась опция -u, при которой отображаются коды UNICODE.

Поскольку чаще всего используется режим преобразования в ASCII-коды, например, при работе в текстовом режиме и в эмуляторе терминала, таблица раскладки клавиатуры имеет такое большое значение. Возможно, вас не устраивает та раскладка, которая используется по умолчанию. Давайте рассмотрим, как ее поменять.