計(jì)算機(jī)組成原理第8章鼠標(biāo)專題介紹

1、鼠標(biāo)專題介紹鼠標(biāo)的發(fā)展簡(jiǎn)史及技術(shù)簡(jiǎn)介鼠標(biāo)的功能：1、光標(biāo)定位2、操作、左鍵的“單擊”、左鍵的“雙擊”、左鍵的“按住并拖動(dòng)”、右鍵的“單擊”等等XY0，0（X1，Y1）早期的機(jī)械鼠標(biāo)光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo) 光電鼠標(biāo) 光學(xué)鼠標(biāo) 在1999年，微軟推出一款名為“IntelliMouse Explorer”的第二代光電鼠標(biāo)，采用微軟與安捷倫合作開(kāi)發(fā)的IntelliEye光學(xué)引擎 。而微軟在后來(lái)則進(jìn)行獨(dú)立的研發(fā)工作并在2001年末推出第二代IntelliEye光學(xué)引擎 。光學(xué)鼠標(biāo)就形成以微軟和羅技為代表的兩大陣營(yíng) 。安捷倫科技雖然也掌握光學(xué)引擎的核心技術(shù)，但它并未涉及鼠標(biāo)產(chǎn)品的制造，而是向第三方鼠標(biāo)制造商提供光

2、學(xué)引擎產(chǎn)品，目前市面上非微軟品牌，如羅技品牌的鼠標(biāo)幾乎都是使用它的技術(shù)。 光學(xué)鼠標(biāo) 光學(xué)鼠標(biāo)的透鏡組件可分為棱光鏡（左）和透鏡（右）兩部分 光學(xué)鼠標(biāo) 光學(xué)鼠標(biāo)內(nèi)部的發(fā)光二極管 光學(xué)引擎 安捷倫S2020光學(xué)定位DSP芯片，每秒可分析6500幀/800dpi的圖像。 光學(xué)鼠標(biāo)的定位原理(x1,y1)(x2,y2)(x2,y2)(x1,y1)x=x2-x1xy=y2-y1y這就相當(dāng)于鼠標(biāo)左移了x，上移了y距離。然后將x,y映射到屏幕上，這就反映了鼠標(biāo)在屏幕上的移動(dòng)光學(xué)引擎光學(xué)引擎（Optical Engine）是光學(xué)鼠標(biāo)的核心部件，它的作用就好比是人的眼睛，不斷地?cái)z取所見(jiàn)到的圖像并進(jìn)行分析。光學(xué)引

3、擎由CMOS圖像感應(yīng)器和光學(xué)定位DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）所組成，前者負(fù)責(zé)圖像的收集并將其同步為二進(jìn)制的數(shù)字圖像矩陣，而DSP則負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較 ，并據(jù)此計(jì)算出鼠標(biāo)的位置偏移。 光學(xué)引擎光學(xué)鼠標(biāo)主要有分辨率和刷新頻率兩項(xiàng)指標(biāo)，二者均是由CMOS感應(yīng)器所決定，不過(guò)若分辨率、采樣頻率較高，所生成的數(shù)字矩陣信息量也成倍增加，對(duì)應(yīng)的DSP必須具備與之相稱的硬件計(jì)算能力才行 。世界上只有微軟和安捷倫兩家廠商才具有設(shè)計(jì)和制造能力。微軟的光學(xué)引擎只是用在自家的光學(xué)鼠標(biāo)產(chǎn)品身上，不對(duì)外出售，以此保證自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 。光學(xué)引擎而安捷倫走的是供應(yīng)商路線，向鼠標(biāo)制造商提供感應(yīng)器產(chǎn)品。羅技公司雖然在光學(xué)鼠標(biāo)領(lǐng)

4、域舉足輕重，但它并沒(méi)有自行研制光學(xué)引擎，而是使用安捷倫的產(chǎn)品，只不過(guò)因擁有規(guī)模上的優(yōu)勢(shì)可以壟斷安捷倫感應(yīng)器的高階產(chǎn)品線而已，羅技現(xiàn)有的MX510系列高階鼠標(biāo)便是使用安捷倫科技出品的“新型MX光學(xué)引擎（羅技公司的命名）”。 光學(xué)鼠標(biāo) 光學(xué)鼠標(biāo) 光學(xué)鼠標(biāo) 控制芯片 控制芯片可以說(shuō)是光學(xué)鼠標(biāo)的神經(jīng)中樞，但由于主要的計(jì)算工作由光學(xué)引擎中的定位DSP芯片所承擔(dān)，控制芯片就不需要負(fù)責(zé)這部分工作。這樣，它的任務(wù)就集中在負(fù)責(zé)指揮、協(xié)調(diào)光學(xué)鼠標(biāo)中各部件的協(xié)調(diào)工作，同時(shí)也承擔(dān)與主機(jī)連接的I/O職能，光學(xué)鼠標(biāo)若要采用USB接口或者是藍(lán)牙技術(shù)，關(guān)鍵就在于控制芯片。 控制芯片但總的來(lái)說(shuō)，控制芯片也屬于常規(guī)性部件，對(duì)光學(xué)

5、鼠標(biāo)的實(shí)際性能沒(méi)有什么影響，鼠標(biāo)廠商完全可以自行設(shè)計(jì)，不過(guò)除了微軟公司外，甚少有廠商愿意這么做，一般都是直接采用第三方公司的產(chǎn)品 ?？刂菩酒_技公司新推出的MX510系列便是采用Cypress Semiconductor公司的CY7C63743控制芯片，它組合了USB 1.1接口和PS/2外圍控制器，具有8K EPROM。另外羅技公司也曾設(shè)計(jì)一款配合安捷倫H2000-A0214光學(xué)引擎的CP5919AM控制芯片，其功能與Cypress Semiconductor公司的CY7C63743差不多，這也是當(dāng)前較流行的方案。同樣，如果要使用紅外傳輸、藍(lán)牙之類的無(wú)線技術(shù)，控制芯片就必須整合相應(yīng)的控制功能

6、才行。 控制芯片Cypress Semiconductor公司的CY7C63743控制芯片，用在羅技頂級(jí)的MX510光學(xué)鼠標(biāo)上。 光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析 1分辨率：一般來(lái)說(shuō)我們用dpi來(lái)表示鼠標(biāo)的分辨率，dpi是指鼠標(biāo)每移動(dòng)一英寸，指針在屏幕上移動(dòng)的像素?cái)?shù)目舉例來(lái)說(shuō)，之前的800dpi鼠標(biāo)就意味著，該產(chǎn)品每移動(dòng)一英寸，鼠標(biāo)指針在屏幕上就會(huì)移動(dòng)800個(gè)像素。1英寸相當(dāng)于2.54厘米。光標(biāo)在屏幕上移動(dòng)同樣長(zhǎng)的距離，分辨率高的鼠標(biāo)在桌面上移動(dòng)的距離較短，給人感覺(jué)“比較快”。光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析對(duì)光機(jī)鼠標(biāo)來(lái)說(shuō)，分辨率是由底部滾球的直徑與光柵轉(zhuǎn)軸直徑的比例以及光柵柵格的數(shù)量共同決定的。滾球直徑越大，光柵直徑越

7、小，光柵柵格數(shù)量越多，分辨率就越高。一般說(shuō)來(lái)，光機(jī)鼠標(biāo)的靈敏度在300到600cpi之間，少數(shù)專業(yè)產(chǎn)品甚至可達(dá)到2000cpi以上。而對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)來(lái)說(shuō)，分辨率高低就取決于感應(yīng)器本身，目前主流光學(xué)鼠標(biāo)的分辨率在400cpi/800cpi標(biāo)準(zhǔn)。 光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析 鼠標(biāo)的分辨率并非越高越好，它必須與顯示器的分辨率結(jié)合起來(lái)考慮。鼠標(biāo)分辨率越高，屏幕上的移動(dòng)速度就越快，倘若屏幕尺寸小、分辨率低，那么就感覺(jué)屏幕上的光標(biāo)快速飛動(dòng)而無(wú)法定位。但如果使用的是高分辨率、大尺寸屏幕，而鼠標(biāo)分辨率很低，那么要將光標(biāo)從一頭移到另一頭就會(huì)相當(dāng)吃力，鼠標(biāo)要在桌面上移動(dòng)長(zhǎng)長(zhǎng)的距離才行，可用性很差。光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析 從實(shí)踐經(jīng)

8、驗(yàn)來(lái)看，若是1024768分辨率的屏幕，400cpi/800cpi指標(biāo)較為適合，如果屏幕分辨率高于這一指標(biāo)，800cpi的鼠標(biāo)是必要的。 光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析 2采樣頻率 ：是光學(xué)鼠標(biāo)獨(dú)有的性能指標(biāo)，它所指的是感應(yīng)器每秒鐘采集/分析圖像的能力，單位為“幀/秒”。 安捷倫早期的H2000光學(xué)引擎的采樣率只有1500幀/秒，也就是說(shuō)它在一秒鐘內(nèi)只能采集和處理1500張圖像，此時(shí)它所能追蹤到鼠標(biāo)的最快移動(dòng)速度為14英寸/秒，倘若鼠標(biāo)的移動(dòng)速度超過(guò)這個(gè)范圍，便會(huì)出現(xiàn)追蹤失敗，光標(biāo)暫時(shí)消失的現(xiàn)象。光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析 這個(gè)弊端給游戲玩家們?cè)斐上喈?dāng)大的困擾：在CS、Quake3之類的競(jìng)技游戲中，玩家們往往需要

9、以30英寸/秒的高速度甩動(dòng)鼠標(biāo)，區(qū)區(qū)1500幀/秒采樣頻率顯然無(wú)法滿足要求。為此許多人認(rèn)為光學(xué)鼠標(biāo)不適合用來(lái)玩游戲，但后來(lái)光學(xué)引擎的發(fā)展讓這一幕成為歷史。 光學(xué)鼠標(biāo)的指標(biāo)分析 圖像處理能力 ：圖像處理能力所描述的實(shí)際上是光學(xué)引擎中定位DSP芯片的計(jì)算能力，它等于CMOS感應(yīng)器的尺寸與采樣頻率的乘積。 以安捷倫科技的H2000引擎為例，感應(yīng)器尺寸為2222=484像素，采樣頻率1500幀/秒，其圖像處理能力就等于4841500=726,000，意思是每秒鐘可處理72.6萬(wàn)個(gè)像素。 毫無(wú)疑問(wèn)，圖像處理能力高低是光學(xué)引擎實(shí)力的體現(xiàn)，目前新一代光學(xué)引擎擁有每秒580萬(wàn)像素的高超處理能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第一代

10、產(chǎn)品 。3最大速度：最大速度：英寸/秒。如MX518的最大速度 40英寸/秒，這里說(shuō)明的是，其光學(xué)芯片能夠支持每秒鐘移動(dòng)40英寸的移動(dòng)速度。這個(gè)數(shù)值說(shuō)明MX518最大能接受使用者的手在每秒鐘移動(dòng)40英寸，也就是每秒移動(dòng)40*2.54=101.6厘米。目前光學(xué)鼠標(biāo)的主要指標(biāo)目前光學(xué)鼠標(biāo)分辨率達(dá)到800cpi，采樣頻率為6500幀/秒。最快追蹤速度達(dá)到40英寸/秒（人手的極限移動(dòng)速度為30英寸/秒）。讓光學(xué)鼠標(biāo)玩游戲時(shí)光標(biāo)丟失的窘?jīng)r成為歷史，光學(xué)鼠標(biāo)真正得以取代光機(jī)鼠標(biāo)成為主流之選。人性化操作的技術(shù)革新 除了光學(xué)引擎的新進(jìn)展外，鼠標(biāo)本身的一些新技術(shù)也非常值得注意，其中以微軟在2004年10月份推出

11、的“Tilt Wheel（中文稱為縱橫滾輪技術(shù)）”影響最大。 最初鼠標(biāo)只有左右兩個(gè)鍵，后來(lái)增加了中間的滾輪（非底部的滾球，注意概念區(qū)分）。在閱讀文檔的時(shí)候，用戶可以滾動(dòng)這個(gè)滾輪來(lái)快速上下卷動(dòng)頁(yè)面，因使用方便而深受用戶喜愛(ài)。而縱橫滾輪技術(shù)在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)新的功能，除了可以上下卷動(dòng)外，它還允許快速左右移動(dòng)頁(yè)面，用戶只需要對(duì)滾輪施加向左或向右的壓力令它朝向一側(cè)傾斜即可。 人性化操作的技術(shù)革新 光學(xué)引擎只是鼠標(biāo)的一個(gè)部件，并不反映鼠標(biāo)的操作手感，在很多時(shí)候，一款設(shè)計(jì)科學(xué)、造型美觀的產(chǎn)品往往會(huì)比單純的性能優(yōu)勢(shì)更具誘惑力。光學(xué)鼠標(biāo)使用中的幾個(gè)問(wèn)題 大家在使用光學(xué)鼠標(biāo)的過(guò)程中通常會(huì)發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：在玻

12、璃、金屬等光滑表面上；或者某些特殊顏色的表面上鼠標(biāo)無(wú)法正常工作，表現(xiàn)為光標(biāo)頓滯、顫抖、漂移或無(wú)反應(yīng)，甚至光標(biāo)遺失，這兩個(gè)問(wèn)題直到現(xiàn)也無(wú)法完全解決 。那么為何會(huì)出現(xiàn)這樣的情況？ 光學(xué)鼠標(biāo)使用中的幾個(gè)問(wèn)題光學(xué)鼠標(biāo)的光學(xué)引擎通過(guò)接收反饋的圖像來(lái)判定光標(biāo)方位，如果移動(dòng)表面過(guò)于光滑，很可能無(wú)法產(chǎn)生足夠多的漫反射光線，這樣感應(yīng)器所接收到的反射光線強(qiáng)度很弱，令定位芯片無(wú)從判別，由此造成鼠標(biāo)工作不正常的情況。 光學(xué)鼠標(biāo)使用中的幾個(gè)問(wèn)題表面高度一致，如果是傳統(tǒng)的光機(jī)鼠標(biāo)，在上面可謂是移動(dòng)如飛、得心應(yīng)手，但對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)來(lái)說(shuō)情況就非如此。高度一致的表面導(dǎo)致不同特征點(diǎn)的區(qū)別太小，感應(yīng)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后無(wú)法體現(xiàn)出差別

13、，定位芯片自然就很難進(jìn)行比較處理，產(chǎn)生鼠標(biāo)無(wú)所適從的結(jié)果，自然你也別指望它能夠正常工作了。 光學(xué)鼠標(biāo)使用中的幾個(gè)問(wèn)題感應(yīng)器制造商可以通過(guò)增大CMOS感光器的尺寸來(lái)緩解這個(gè)問(wèn)題。感光器的尺寸越大，拍攝到圖像的分辯率精度也就越高，特征點(diǎn)的數(shù)量越多，定位芯片可比較的特征點(diǎn)就多，由此可作出較為準(zhǔn)確的判斷。當(dāng)然，感應(yīng)器尺寸增大意味著要處理的信息量更多了，定位芯片的運(yùn)算能力也得同步提高才行。目前此種技術(shù)方案的代表是安捷倫科技的“MX光學(xué)定位引擎”，普通鼠標(biāo)的感應(yīng)器規(guī)格為2222像素，而“MX光學(xué)定位引擎”則增大到3030像素，可攝取的信息量增加了80%。 光學(xué)鼠標(biāo)使用中的幾個(gè)問(wèn)題對(duì)于光學(xué)鼠標(biāo)無(wú)法在某些顏色表面正常工作的問(wèn)題（也稱為“色盲癥”），答案與上面的情況類似。光學(xué)引擎通過(guò)拍攝圖像并比較差異來(lái)實(shí)現(xiàn)光標(biāo)定位，而要拍攝圖像就要求感應(yīng)器可捕捉到一定