Все мы уже привыкли к тому, что рядом с компьютером находится небольшое устройство с длинным кабелем (или без оного), называемое мышью. Мышь совершенно намертво вписалась в концепцию современного компьютерного интерфейса и хотя присутствия ее особо не замечаешь, зато в отсутствие не знаешь, что делать. Между тем, активно использовать это средство ввода информации начали не больше 15-20 лет назад, то есть только после появления и широкого распространения графических оболочек операционных систем. И хотя устройство это весьма простое, лежащие в его основе технологии и сама история появления очень интересны. Собственно, с экскурса в историю и начнем.

Мышиная эволюция

Первая мышь появилась относительно давно, еще в 1964 году. Придумал это устройство американский изобретатель Дуглас Энджелбарт (Douglas Engelbart), работавший тогда в Исследовательском центре улучшения человека в Стэндфордском исследовательском институте (Augmentation Research Center, Stanford Research Institute). Собственно, мышь была одним из побочных продуктов разработки Энджелбартом операционной системы oN-Line System (NLS). В ходе работы над NLS появилась концепция оконного интерфейса, и мышь стала одним из возможных манипуляторов для работы с окнами. Вообще-то, идея такого манипулятора появилась еще в 1963 году, а в 1964-м был изготовлен первый действующий прототип (сам Энжельбарт говорит, что первые мысли насчет подобного устройства появились у него еще в 1951 году). Прототип представлял собой деревянную коробку ручной работы, внутри которой находились два перпендикулярных колеса и кнопка. При движении мыши колеса катились по столу и позволяли узнать направление перемещения устройства и его размер. Эти данные преобразовывались в перемещение курсора на экране. Кстати, именно Энджелбарт дал новому устройству прозвище мышь, потому что "у него с одной стороны был хвост". Другим вариантом названия был "жук" - за форму корпуса, но он, возможно, к счастью, не прижился. В 1968 году состоялась первая публичная демонстрация системы NLS и, вместе с ней, прототипа мыши. К тому времени она обзавелась уже тремя кнопками. В 1970 году Энджелбарт получил на мышь, а точнее, на "индикатор координат x и y для дисплейной системы" патент за номером US3541541. Однако та мышь была весьма далека от современной.

Следующий шаг в эволюции мыши произошел в 1972 году в легендарном исследовательском центре Xerox PARC в Пало-Альто, в котором сделали первые шаги очень многие из современных компьютерных технологий. В PARC мышь использовалась в революционных по тем временам компьютерных системах Xerox Star и Alto 1. Улучшенная версия мыши для Xerox была создана Биллом Инглишем (Bill English), перешедшим в PARC из лаборатории Энджелбарта (кстати, именно он в свое время изготовил прототип первой мыши по эскизам Энджелбарта). В частности, два больших колеса были заменены одним подшипником, перемещения которого фиксировались при помощи двух роликов уже внутри мыши. Дизайн корпуса тоже стал больше напоминать современные мыши.

Хотя мышь все еще оставалась достаточно экзотическим устройством, к началу 80-х годов началась ее коммерциализация. В 1983 году существовало уже порядка 10 компаний, производивших и продававших различные модели компьютерных мышей. Часть из них была основана бывшими сотрудниками лаборатории Энжельбарта или PARC. Что интересно, мышь в те времена отнюдь не была почти бесплатным приложением к компьютеру. Например, мыши компании The Mouse House, основанные на дизайне и патентах Xerox, стоили порядка $400 (плюс около $300 за интерфейсную плату, к которой подключалась мышь). Вызвано это было тем, что мышь имела достаточно сложное механическое устройство. К тому же, такие мыши были не очень надежны. В общем, мышь хотя и стала, так сказать, "официально признанным" периферийным устройством, все еще оставалась, в основном, уделом исследователей и разработчиков новых компьютерных технологий, но отнюдь не пользователей.

Традиционная мифология компьютерной индустрии утверждает, что в массы мышь была запущена компанией Apple. Во время визита в Xerox PARC в 1979 году Стив Джобс увидел мышь и решил, что она обязательно должна быть использована в компьютерах Apple. После чего Apple ударными темпами разработала мышь для своих компьютеров Macintosh и Lisa и выпустила их на рынок. На самом деле работы над интерфейсом Macintosh и Lisa к тому времени в Apple уже велись, а многие из разработчиков до этого бывали и в PARC, и у Энджелбарта, так что мышь Xerox отнюдь не была для Apple откровением. Другой вопрос, что именно Apple привела мышь из лаборатории к пользователю. Впрочем, сделала это она при помощи небольшой дизайнерской компании Hovey-Kelley Design. Именно ей Джобс заказал создать мышь, работающую так же, как существующие, но намного более неприхотливую (то есть, надежную и работающую в руках пользователя без университетского диплома в области электроники и компьютерных технологий) и с себестоимостью порядка $20-30. Задача, скажем прямо, весьма нетривиальная, но Hovey-Kelley Design с ней успешно справилась.

В результате мозгового штурма Hovey-Kelley мышь вместо небольшого стального подшипника в сложной механической подвеске обзавелась большим резиновым шаром, свободно катающимся в корпусе. Хитрая (и дорогая) система кодирующих колес и ненадежных электрических контактов сменилась простыми оптоэлектронными преобразователями и колесиками со щелевыми прорезями. Опять же, в Hovey-Kelley решили использовать литой пластиковый корпус, в котором все необходимые детали четко крепились на своих местах. Таким образом можно было отказаться от прецизионной обработки корпусов и ручной сборки - теперь мышь мог собрать любой рабочий на конвейере. В результате Apple получила именно то, что заказывала - надежное и недорогое устройство, которое стало одной из причин ошеломляющего успеха Macintosh, вышедшего на рынок в 1984 году.

Вскрытие показывает

Итак, мы познакомились с краткой историей возникновения мыши. Надо сказать, что устройство механической компьютерной мыши практически не изменилось со времен Hovey-Kelley Design и Apple Macintosh. Посмотрите на мышь снизу, там действительно имеется покрытый тонким слоем резины металлический шар, который катается по столу, когда вы двигаете мышь. Если вынуть шар и заглянуть внутрь, то вы увидите два валика, вплотную прилегающих к шару. Когда шар вращается, валики крутятся (обратите внимание: валики перпендикулярны друг другу). Если крутить их по отдельности, то курсор будет двигаться только вертикально или только горизонтально. Это позволяет разложить сложные движения шара, а значит, и всей мыши, на координатные компоненты. Но нам еще необходимо преобразовать все эти перемещения в электронную форму. Это происходит следующим образом: на каждом из валиков закреплено колесо со щелевыми прорезями. По одну сторону от него находится светодиод (излучатель света), по другую - фотоприемник. Когда колесо вращается, щели прерывают луч света. При этом на фотодиоде возникают импульсные сигналы. Повороту колеса на ширину одной щели соответствует один импульс и вполне определенное перемещение мыши. Остается посчитать импульсы и передать их в компьютер, чем и занимается микросхема контроллера, находящаяся внутри мыши. Казалось бы, все просто, но тут есть одна тонкость: таким способом невозможно определить, в какую сторону катится мышь. Для решения этой проблемы на каждое колесо ставят по два фотодиода. Направление вращения колеса (а значит, и движения мыши) определяется по временному сдвигу сигналов от разных фотоприемников. Аналогично работает и колесо прокрутки на мыши - оно тоже снабжено своеобразными "спицами" и своей собственной парой из фото и светодиода.

Как же осуществляется питание электроники, находящейся внутри мыши? Батарейки в ней нет, к блоку питания компьютера или к сети она не подключена. Остается только "хвост", однако на последовательный порт, к которому подключена мышь, питание тоже не подается. Тем не менее, мышь все же получает питание через "хвост". Всего ее соединяет с компьютером четыре провода, два из них служат для передачи данных, а два - это сигналы RTS и DTR. Эти сигналы всегда идут в противофазе, если подать их на обычный диодный мост, то в результате получим требуемое постоянное напряжение питания. Правда, ток из последовательного порта таким образом можно получить совсем небольшой. Обычная мышь потребляет порядка 8-10 миллиампер. А вот оптические мыши с мощной подсветкой "едят" уже около 20 миллиампер, и прокормить их может только PS/2 или USB.

Никакой механики

Как видите, устройство обычной механической мыши практически не изменилось аж с 1980-х годов. Впрочем, сейчас механическую мышь уже можно считать вымирающим видом - на смену ей повсеместно приходит мышь оптическая. Принцип действия оптической мыши тоже очень прост: светодиод подсвечивает поверхность, по которой перемещается мышь. Оптический сенсор (фактически, миниатюрная видеокамера) фотографирует поверхность, а контроллер вычисляет перемещение мыши на основе замеченного сенсором сдвига между последовательными кадрами. Например, мышь на основе микросхемы Agilent Technologies ADNS-2610 оснащена сенсором с разрешением 18x18 пикселов, причем каждый пиксел различает 64 оттенка серого, а сенсор снимает и обрабатывает до 1512 кадров в секунду. Все это замечательно работает практически на любых поверхностях, кроме зеркальных, не забивается пылью и грязью, не требует чистки и не содержит подвижных частей (разумеется, кроме кнопок и колеса прокрутки).

Надо сказать, что первые оптические мыши появились достаточно давно - еще во времена все той же Xerox PARC. Но тогда обычные мыши явно выигрывали у них по технологичности, качеству и удобству (ранние модели оптических мышей работали только на специальных ковриках, разлинованных специальной цветной сеткой), так что массовое распространение оптические мыши получили только после достаточного развития электроники. Когда стало возможно упаковать в небольшой корпус быстродействующую камеру и достаточно мощный процессор для обсчета кадров, причем сделать это дешево, - тогда оптические мыши и вышли на массовый рынок. Обязаны мы этим радостным событием, произошедшим в 2001 году, компаниям Agilent (производитель электроники) и Logitech (собственно, производитель мышей).

Кстати, не так давно эта парочка, продолжающая плодотворно сотрудничать, представила следующее поколение оптических мышей, - мышь лазерную. Вышедшая в 2004 году модель Logitech MX 1000 представляет собой, в общем-то, ту же оптическую мышь, только вместо банального светодиода оснащенную маломощным полупроводниковым лазером. За счет того, что лазер излучает когерентный свет, новая мышь может "рассмотреть" детали даже на такой поверхности, где обычной оптической это не под силу. Она способна работать на полированных поверхностях и даже на стекле. И при этом обеспечивает большую точность позиционирования (Logitech утверждает, что чувствительность такой мыши возросла в 20 раз).

Итак, мы познакомились с историей создания мыши и ее устройством. Конечно, это далеко не все, что можно рассказать о мышах, благо, практически неизменное устройство и функциональность толкает производителей на самые разные эксперименты с формой и дополнительными возможностями. Мышь оснащают дополнительными настраиваемыми кнопками, всякими примочками вроде биометрических сенсоров, считывателей флэш-карт и т.д. Выпускаются даже мыши со встроенными вентиляторами или мыши с подогревом, мыши с массажерами и мыши с обратной тактильной связью. А уж изощрений на тему формы грызуна и всяческого украшательства - просто не счесть. Но это уже тема для отдельного разговора.

Константин АФАНАСЬЕВ

Как почистить мышь

Хотя обычные механические мыши постепенно уступают место оптическим, все же их еще осталось немало. А чтобы механическая мышь хорошо работала, ее надо периодически чистить. Как это сделать? Очень просто. Берем мышь, отключаем от компьютера и находим на нижней стороне мыши пластиковое кольцо-защелку. Аккуратно поворачиваем кольцо и достаем его вместе с шариком. Шарик можно помыть теплой водой с мылом и вытереть насухо. Главное - удалить с него всю накопившуюся пыль, грязь и намотавшиеся волосы. Теперь заглянем в углубление, в котором раньше прятался шарик - вы увидите два ролика, которые должны прилегать к шарику. В месте контакта на них наверняка будет настоящее скопление спрессованной грязи, особенно если мышь давно не чистили. Аккуратно удаляем грязь, проворачивая ролик, чтобы снять грязь со всей его поверхности. Почистив таким образом компьютерного грызуна, собираем его в первоначальное состояние и подключаем к компьютеру. Вуаля, теперь курсор наверняка двигается лучше и работать стало удобнее и приятнее.

Интересные линки на тему мышей

Музей первых мышей и история мышиного генезиса - www.oldmouse.com, sloan.stanford.edu/MouseSite

Прекрасная коллекция микрофотографий сенсоров оптических мышей и таблица соответствия мышей различных производителей и использующихся в них сенсоров - www.ida.net/users/oe1k/OpticalMouse

Мышиный Дзен - подробности о том, как создавалась мышь для Apple Mac. instruct1.cit.cornell.edu/courses/sts355/micezen.pdf