ב-Online
 
 
 
 
 
 
 
לפרק את הבייט 
איך עובד עכבר מחשב? 
 
 עכבר מחשב    צילום: GettyImages    
לפרק את הבייט |
 

עידו גנדל שוחט עכברים (אלקטרוניים) ומגלה כיצד הם בנויים מבפנים ואיך הם מבצעים את פעולות ההצבעה, ההקלקה והגלילה שהפכו לטבע שני של משתמשי המחשב

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
שלושה עכברים הוקרבו על מזבח המדע
 שלושה עכברים הוקרבו על מזבח המדע 
 צילום: אילוסטרציה: GettyImages 
 
אי-אז בעבר הרחוק פרסם בלדד השוחי, באתר זה ממש, טור בשם "איך עובד העכבר" ובו הסביר את האופן בו עכברי המחשב העתיקים, אלה עם הכדור, מתרגמים את התנועה הפיזית לתנועה של הסמן על פני המסך.

מאז עברו שנים רבות (בשנות-עכבר, כמובן) והגיע הזמן לשוב ולהסביר לדור הצעיר איך בעצם פועל הפלא הטכנולוגי השימושי כל כך. לצורך העניין הוקרבו על מזבח המדע שלושה עכברים: עכבר עם כדור, עכבר אופטי ועוד עכבר אחד בשביל הכיף.

 

קליק, דאבל-קליק

מיקרו סוויץ': הפטנט המכאני שמאחורי הקליק
 מיקרו סוויץ': הפטנט המכאני שמאחורי הקליק   
החלק הפשוט הוא הלחצנים. הפלסטיקים עליהם אתם לוחצים יכולים לבוא באינספור צורות וסגנונות, אבל כולם מבצעים בסופו של דבר את אותה הפעולה: לחיצה על בליטה זעירה ברכיב עמיד להפליא שנקרא מיקרו סוויץ'. זהו מתג פשוט מאד, שכל תפקידו לסגור מעגל חשמלי כל עוד לוחצים עליו (את החיבורים של רכיבים אלה במעגל החשמלי של העכבר ניתן לראות בתמונה משמאל). המגע והניתוק החשמליים מבוצעים באופן מכני לחלוטין, באמצעות כיפוף פס מתכת פנימי זעיר (כחול באיור הסכמטי). התנועות המהירות של הפס הזה כשהוא מתכופף וחוזר למקומו הן שאחראיות לצליל ה"קליק" המוכר.

בעכבר רגיל יש שלושה מיקרו סוויצ'ים: ללחצן השמאלי, לימני ולגלגלת. הגלגלת עצמה מורכבת על ציר שצדו האחד מונח ישירות על הבליטה של המתג, כך שלחיצה על הגלגלת גורמת לסגירת המעגל. עוד נדבר על הגלגלת בהמשך. פעולות מתוחכמות יותר, כמו לחיצה כפולה ("דאבל-קליק"), מחושבות בתוך המחשב עצמו ולא בעכבר.

פענוח התנועה
בעכברים בעלי כדור הותקנו שני גלילים צרים בתשעים מעלות זה לזה, אשר נגעו בכדור ותרגמו את הסיבוב שלו לתנועה בציר X ובציר Y. בקצה כל גליל הותקנה מעין דיסקית עם המון חורים, או חריצים, בסמוך להיקף שלה. מצד אחד של כל דיסקית ניצבו נוריות אינפרה-אדום פשוטות, ומצדה השני חיישנים אופטיים לקליטה של האור שנפלט מהן. כאשר הכדור הסתובב, הסתובבו גם הגלילים והדיסקיות שלהם, והחריצים חשפו את האור לסירוגין לעיני החיישנים. החשיפה המקוטעת הזאת מאפשרת להסיק באיזו מהירות מסתובב כל גליל, ואילו סידור מחוכם של החיישנים עצמם מאפשר לקבוע גם באיזה כיוון הוא מסתובב, באופן הבא:
 
 
פענוח תנועה בעכברים עם כדור
 פענוח תנועה בעכברים עם כדור   
לצורך הפשטות נניח שיש שני חריצים בלבד בדיסקית, בהפרש של מאה ושמונים מעלות זה מזה. לו היינו מציבים שני חיישנים על קוטר כלשהו של הדסקית (א), הם היו רואים את האור נחשף בו-זמנית דרך שני החריצים כשאלה חולפים מולם, ונעלם בו-זמנית למשך שאר הסיבוב. אך אם נציב את החיישנים במיקום אחר, למשל בקצותיה של קשת בת מעלות ספורות (ב), קל לראות שבסיבוב עם כיוון השעון של הדיסקית, החיישן השמאלי יקלוט אור רגע קצרצר לפני הימני, ואילו בסיבוב נגד כיוון השעון, החיישן הימני הוא זה שיקדים את רעהו. ההפרש הזה מספיק כדי לוודא את כיוון הסיבוב, ולמעט מקרי קצה נדירים מאד, הוא אמין ביותר.

 

עכברים אופטיים

 
בעכברים אופטיים, המנגנון שונה לחלוטין. רכיב פלסטי שקוף, שכולל עדשות פשוטות ומנסרה (ראו בתמונה למטה), מרכז ומנתב אור מנורית LED אדומה לעבר המשטח שמתחת לעכבר – זה האור האדום שכולנו מכירים – ומרכז את האור המוחזר מהמשטח אל חיישן אופטי מתוחכם, ש"מצלם" תמונה של פני השטח, לרוב בגווני אפור וברזולוציה נמוכה מאד (כמה מאות פיקסלים). פעולת הצילום הזו מתרחשת מאות עד אלפי פעמים בשניה, ובכל פעם, מעבד זעיר בתוך העכבר משווה את התמונה העדכנית לזו שהתקבלה בפעם הקודמת ומחשב, בעזרת אלגוריתמים מתמטיים, האם התמונה "זזה" (כלומר, האם העכבר זז על פני המשטח) ואם כן, כמה היא זזה בציר X וכמה בציר Y. להמחשה, אלגוריתם פשוט במיוחד עשוי לחלק כל תמונה לתשעה חלקים שווים, להסתכל על החלק המרכזי בתמונה הקודמת (תמונה 1) ולחפש את החלק הדומה ביותר לו בתמונה הנוכחית (2). אם מדובר בחלק המרכזי, סימן שהעכבר לא זז. לעומת זאת, אם זהו אחד משמונת החלקים המקיפים אותו, הרי שהעכבר נע בכיוון הפוך ל"תנועה" של התמונה. זהו חישוב גס מאד, אך כשהוא מבוצע מאות פעמים בשניה הוא יכול להשיג דיוק מספק בהחלט.
 
איך עובד עכבר אופטי (כל התמונות והעיבודים: עידו גנדל)
 איך עובד עכבר אופטי (כל התמונות והעיבודים: עידו גנדל) 
 
בוודאי שמתם לב שכאשר מזיזים את העכבר או מרימים אותו, האור שלו נהיה חזק יותר, וכשהוא נמצא במנוחה האור נחלש. למעשה, מדובר לא בעוצמת אור אלא בקצב הבהוב. כאשר העכבר חש בשינויים, הנורית שלו מהבהבת בקצב מלא – קצב הדגימה של התמונות שהוזכר לעיל. כשלא קורה דבר, הוא מרשה לעצמו להבהב בקצב איטי יותר, עדיין לא נתפס בעין אבל מורגש כאור חלש יותר. שינוי זה נועד כדי לחסוך בצריכת החשמל.
 
כשמרימים את העכבר, האור נראה כאילו הוא חזק יותר
 כשמרימים את העכבר, האור נראה כאילו הוא חזק יותר   צילום: GettyImages 
 

אז איך עובדת הגלגלת?

בעיקרון, הפונקציונליות של הגלגלת זהה לחלוטין לזו של הגלילים מפענחי-התנועה עליהם דיברנו: היא מתגלגלת על ציר בכיוון השעון או נגדו, ואפשר היה להשתמש בדיסקית עם חריצים ובחיישנים אופטיים כדי לקבוע את כיוון הסיבוב. אבל בפועל, כמעט בכל הגלגלות ניתן להרגיש התנגדות מכנית מסוימת, כאילו הגלגלת מבקשת לעצור אחרי כל תנועה קצרה. כדי לפצח את התעלומה, פיצחנו את הרכיב שמחזיק את ציר הגלגלת במקומו, מצדו השני של המיקרו סוויץ'.

מלבד חלקי המתכת (בתמונה), שנועדו להחזיק את כל העסק במקומו, ישנם שני חלקים מעניינים באמת: הגלגל, שכולל שלושה פסי מתכת מוגבהים ברווחים שווים שמחוברים בבסיסם, והתושבת הכחולה בעלת שלוש הרגליים, כשכל רגל בה מתחברת לאלמנט אחר בעיגול המרכזי: הרגל משמאל מתחברת לפס המתכתי הרציף, ושתי האחרות לשני החלקים המקוטעים (כאשר למעשה, כל ארבעת הקטעים שבחלק מסוים מחוברים בקצותיהם לאותה הרגל). המשמעות של כל זה היא שהגלגל יוצר מגע, בכל רגע נתון, בין הפס הרציף שבתושבת לבין אחד משני החלקים המקוטעים. איך רק אחד ולא שניהם ביחד? שימו לב שהקטעים הללו לא לגמרי סימטריים, בעוד שהמגעים על הגלגל כן סימטריים. למעשה, יש לנו כאן מנגנון מכאני זהה למנגנון האופטי של העכברים עם הכדור! כאשר הגלגלת מסתובבת בכיוון אחד, הגלגל הקטן יוצר מגע עם חלק X ומייד אחריו מגע עם חלק Y. כשהיא מסתובבת בכיוון ההפוך, המגע עם Y מקדים את המגע עם X. ה"קפיצה" של פסי הגלגל בין הקטעים המתכתיים בתושבת היא שיוצרת את ההתנגדות המכנית שאנו חשים בזמן הגלגול.
 
הסוד הוא בחוסר הסימטריה: הרכיב שמחזיק את ציר הגלגלת, מפורק לחלקיו
 הסוד הוא בחוסר הסימטריה: הרכיב שמחזיק את ציר הגלגלת, מפורק לחלקיו 
 
בסופו של התהליך, השבב הקטן שבכל עכבר אוסף את כל הנתונים מהלחצנים, ממפענחי התנועה ומהגלגלת, ומשדר אותו למחשב בפרוטוקול מוסכם דרך חיבור ה-USB או ה-PS2 הישן יותר.
 
 
 
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ ilan @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
 
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ ilan @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
 
 
תגובות
הוסף תגובה0 תגובות
הוספת תגובה
מאת
 
נושא
 
תוכן
 
 
 
 
תודה! תגובתך התקבלה.
התגובה תתפרסם בכפוף לתנאי האתר.
 
 
 
 
 

כל הזכויות שמורות 2011 © נענע 10 בע"מ
 
 
 
 
כל הזכויות שמורות © Nana10 בע"מ
Video powered by