История появления и разновидности компьютерных мышей

Егор
apple_mice_evolution-800x285.768w_derived.jpg
9 декабря считается днем рождения компьютерной мыши — именно в этот день почти 50 лет назад, в 1968 году, на конференции по интерактивным устройствам в Сан Франциско Дуглас Энгельбарт представил публике компьютерную мышь. И все это время такой манипулятор был и остается самым массовым: даже сейчас, во времена повального распространения тачпадов, сенсорных экранов и голосовых помощников, мышка зачастую является неотъемлемой частью ПК и ноутбуков. Причин на то, в общем-то, хватает: тут и удобство использования (не нужно запоминать всякие жесты 3-4 пальцами; самое сложное, что нужно знать — двойной клик), и максимальная точность (при желании можно попасть в нужный пиксель монитора — сделать это на тачпаде и тем более на сенсорном экране — из разряда фантастики). В итоге мышь и не думает умирать — и хотя со временем потерялся ее хвост, она, как и VGA с 3.5 мм аудио разъемом, будут существовать еще долго (хотя достаточно компаний хотят их убрать с рынка). Но давайте все же начнем с самого начала — с истории создания первой мыши.

История появления компьютерной мыши

В 1961 году Энгельбарт, сидя на конференции по компьютерной графике (да, для суперкомпьютеров графика появилась на десятилетия раньше, чем для персональных компьютеров), задумался — а как можно удобно управлять графическими элементами на мониторе? Без графики (при текстовом выводе информации) клавиатуры хватало заглаза, но вот управлять элементами, разбросанными по всему экрану, с нее не очень-то удобно (хотя, в принципе, возможно даже сейчас — та же Windows 10 вполне сносно, но очень медленно, управляется только с клавиатуры). Идея, пришедшая ему в голову, была крайне простой: по сути любой дисплей представляет из себя двумерный массив пикселей, каждый из которых имеет свою координату на двух перпендикулярных осях (назовем их X и Y). На экране можно иметь метку-курсор, которая позволяет работать с объектом, находящимся на экране под ним. Но вот как управлять курсором? Да очень просто — мы сделаем два диска, каждый их которых будет отвечать за движение по каждой из осей. Снимать данные с каждого диска нетрудно (значение числа Pi можно округлить, тут это не особо важно), и в результате из двух колесиков и нескольких палочек с простейшим микропроцессором можно получить устройство, которое фигурирует в патенте как «Индикатор положения XY для системы с дисплеем». Сама заявка на патент была подана в 1967 году, а сам патент был получен только в 1970ом.

Представленная в 1968 году мышь выглядела так:
3.jpg
С виду что-то отдаленно напоминающее современную мышку, правда тут было три кнопки и весила она как утюг. Но в те времена такое устройство не прижилось: во-первых, дабы не хромала точность, контроллер в мыши должен был обсчитывать движения хотя бы с десяток раз в секунду — в противном случае можно было легко промазать мимо кнопки (для сравнения, современные мыши имеют частоту опроса 125-1000 Гц, то есть 125-1000 раз в секунду). Но тут уже сдавался сам чип в мыши: напомню, что это был конец 60ых, и частоты микропроцессоров был даже не мегагерцы, а десятки или сотни килогерц. В итоге было решено пойти на хитрость: очевидно, что нам нужно раз в 100 мс получать данные о том, как сильно прокрутилось то или иное колесико. При этом начальная точка каждого движения по умолчанию является конечной точкой предыдущего. Тогда зачем нагружать контроллер вычислениями типа (координата конца) - (координата начала), если можно каждый раз обнулять начальную координату? В таком случае нам остается всего-то передвинуть курсор на экране на то количество пикселей, которое соответствует координате конца движения, а такие данные обсчитать контроллер мыши уже без проблем мог. Ну а самую первую координату после старта системы стали брать в центре экрана — именно поэтому даже сейчас после загрузки системы курсор мыши находится в центре дисплея.

Однако основная проблема энгельбартовской мыши была даже не в этом: колесики могли крутиться строго по горизонтали или вертикали, поэтому вы могли перемещаться по дисплею или вертикально, или горизонтально — никаких движений по диагонали не было. В итоге такая мышь, конечно, позволяла быстрее перемещаться по элементам на дисплее, чем клавиатура, но до удобной работы было еще далеко.

Исправить этот досадный недостаток смог Билл Инглиш, причем всего через 2 года после получения патента Энгельбартом — в 1972 году. Он, к слову, был ассистентом Энгельбарта, и предлагал ему воспользоваться шаровым приводом, который военные использовали еще с 1952 года: он представлял собой обычный шар для боулинга, прикрепленный к сложной аппаратной системе, и вращение шара вызывало смещение курсора на экране. Разумеется, тут не было никаких проблем с перемещением курсора по диагонали, но Энгельбарт признал такой способ неэффективным.

В итоге Инглиш, раздосадованный таким решением своего начальника, перешел работать в Xerox, где в 1972 году представил рабочую мышь с шаровым приводом. Решив, что управлять шаром напрямую неудобно, он расположил его внутри мышки, и два ролика снимают его вращение по обеим осям. Для определения угла поворота каждого ролика изначально использовался контактный энкодер (как и в военной схеме 1952 года) — это был диск с нанесенными на нем на равных расстояниях металлическими дорожками и тремя контактами, прижатыми к нему. При вращении ролика вращался диск, и контакт то пропадал, то появлялся — это позволяло отследить, в какую сторону и как сильно вращается ролик:
KY-040_Rotary-Encoder-Representation.png
Основная проблема — передвижение только по двумя осям — была решена, зато появилась масса других. Во-первых, шарик катался по столу и быстро собирал грязь и пыль, что приводило к загрязнению и заеданию роликов. Во-вторых, контакты на энкодерах быстро окислялись и истирались, что опять же ухудшало точность. Ну а самыми основными проблемами была стоимость и то, что графических интерфейсов тогда как бы и не было, так что изобретение использовали лишь внутри компании, а в продажу первый ПК с мышью вышел лишь в 1981 году (это был Xerox 8010), причем мышь там стоила 400 долларов (больше 1000 долларов по текущему курсу). Разумеется, за такую цену манипулятор провалился — люди привыкли работать только с клавиатурой и не видели смысла в графических интерфейсах, особенно если для них нужен манипулятор с ценой, сравнимой со стоимостью всего ПК целиком.

Однако Стиву Джобсу этот манипулятор очень понравился, и в 1983 году Apple представляет мышь для своего компьютера Lisa. Отлично понимая, что даже за 100 долларов сей продукт провалится, инженеры в Apple сделали действительно невозможное: цена была уменьшена аж до 25 долларов! При этом, увы, пришлось пожертвовать кнопками — она осталась только одна (и это кстати до сих пор у Apple так). Продукт оказался удачным, и, вкупе с все большим распространением графических интерфейсов, мыши тоже стали развиваться и изменяться — так что об этом и поговорим.

Шаровой привод с оптическим энкодером

Итак, мировое сообщество решило, что мышь таки нужна. Но мышь Инглиша имела достаточно много проблем, о которых я писал выше. То, что загрязнялся шарик, особой проблемой не было — его можно было легко достать, почистить и забрать себе. А вот то, что со временем выходил из строя контактный энкодер, было существенной проблемой — ведь его просто так не заменишь, это был самый основной элемент мыши. В итоге решено было применить оптический энкодер. Суть его состоит в том, что теперь на диске были не контакты, а прорези, и напротив них были фотодиоды. Соответственно при вращении свет или проходил в прорези, или не проходил, что опять же позволяло оценить, в какую сторону и насколько повернулся ролик:
1460219207_mouse_pic.png
Так как трения теперь не было, то и проблема с истиранием и окислением контактов ушла, и мышь в таком виде существовала как минимум до начала нулевых (а кое-где используется и до сих пор). 

Оптические мыши первого поколения

Многие думают, что оптические мыши — изобретение уже 21 века. На самом деле они всего на 10 лет старше мыши Инглиша — первая такая мышь появилась в 1982 году, но особого распространения не получила: проблема была в том, что для ее работы требовался специальный коврик с нанесенной на ней сеткой — именно от нее отражался свет от диода и принимался датчиком на мыши, ну а отследить перемещение по сетке особого труда не составляло. Вторая проблема была в большой стоимости — в разы выше, чем у шариковых мышей, которые к тому же еще и работали почти с любой поверхностью. Однако и плюсов у оптических мышек хватало: во-первых, это повышенная точность: если в случае с энкодерами было множество передач импульса (стол — колесо — ролик — энкодер), что достаточно сильно снижало точность и уменьшало максимальную скорость передвижения манипулятора, и в итоге если попасть по крестику или ссылку особого труда не составляло, то вот более точные (или быстрые) действия были затруднены, то в случае с оптическими мышками точность была уже на уровне пары пикселей, что позволяло более удобно работать с графикой. Ну и к тому же оптические мыши были все же более надежными — ничего чистить не надо, да и шансов поломки было меньше, так как нет механических элементов.

Оптические мыши с матричным сенсором

Вот мы и подобрались к современности: если вы пойдете в любой магазин электроники, то в дешевом сегменте вы встретите скорее всего именно такие мыши (их от лазерных отличает видимая подсветка сенсора, но об этом ниже). Как же такие мыши работают? Да очень просто: в мыши установлена сверхбыстрая видеокамера, способная делать сотни и тысячи снимков в секунду, и микроконтроллер, сравнивая их, определяет направление и величину смещения мыши. Для упрощения работы камеры используется контрастная подсветка — обычно красная. Основной плюс в сравнении с первым поколением оптических мышей — не нужен специальный коврик, такая мышь в теории работает на любой, даже стеклянной, поверхности (хотя, конечно, максимальная точность достигается все же на ковриках). 

Лазерная мышь

Ну и самыми современными и дорогими являются лазерные мыши. Их принцип действия схож с оптическими — все также есть сверхбыстрая видеокамера, однако для подсветки поверхности используется уже не светодиод, а полупроводниковый лазер, а сенсор настроен на улавливание только его длины волны:
job-optical-and-lazer-mouse.png
Это позволяет добиться еще большей точности — до нескольких тысяч dpi. В общем-то, для обычных пользователей такие мыши не нужны, а вот геймеры их оценили, ибо они позволяют «стрелять в пиксель».

Индукционная мышь

Еще один тип мышей, который можно назвать псевдобеспроводными: они не требуют физического подключения к ПК, и, в отличии от обычных беспроводных мышей, не требуют еще и аккумуляторов — однако, для их работы обязателен специальный коврик, а сама мышь питается засчет индукции (внутри мыши есть катушка, и под действием переменного магнитного поля от коврика на этой катушке появляется электрический ток). Плюсы таких мышек очевидны — вы получаете и беспроводную мышь, и отсутствие проблем при разрядке аккумулятора или батареек. С другой стороны, работать вы сможете только на коврике, что тоже не всем удобно.

Гироскопические мыши

В общем-то, тут и так понятно — в данном случае манипулятор достаточно далек от обычных мышей, и имеет внутри себя гироскоп, который позволяет устройству ориентироваться в трехмерном пространстве. Для работы в системе, где все плоское, он, в общем-то бесполезен, зато при 3D-моделировании или играх позволяет управляться с объектами в пространстве без привлечения клавиатуры.

Эргономические мыши

Где-то с 90ых годов мыши особо не менялись по внешнему виду — это небольшие прямоугольные или овальные бруски с утолщением в центре, на верхнем крае расположены 1-2 кнопки и колесико — в общем-то, я мог этого не писать, и так все знают, как выглядят мыши. Однако не так давно стали появляться мыши, выглядящие как что угодно, но не как мышь — эдакие пирамидки с кнопками сбоку:

20130520235244.jpg

В чем их смысл? В том, что такой хват более удобен и привычен человеческой руке, что может позволить избежать для некоторых людей болей в кисти при длительном использовании мыши, ну и повысить точность. На деле, разумеется, все индивидуально, но попробовать стоить каждому — возможно, что именно вам такая нетрадиционная мышь понравится.

Ну а на этом, в общем-то, все по истории и устройству компьютерных мышей: удивительно, но за 50 лет человечество так и не придумало ничего более удобного и простого. Возможно, что все изменится в будущем, ну а пока что можете погладить своего хвостатого (или бесхвостого) зверька на столе и поздравить его с 49-летием.
5

Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий

Мы в соцсетях

Комментарии

Snegovik
+631
Зачетная история.. интересно узнать как клавиатура развивалась или она перешла с печатной машинки..
11 декабря 2017 в 14:38
#
Егор Морозов
+1765
Была у меня статья по типам клавиатур: Какие бывают клавиатуры https://www.iguides.ru/main/other/kakie_byvayut_klaviatury/ . Хотя именно исторический концепт я там почти не затрагивал, ибо между печатной машинкой и клавиатурой общее только то, что они позволяют набирать текст).
11 декабря 2017 в 14:54
#
Alll
+3757
Никогда не мог пользоваться тачпадом или только клавиатурой. Мышка всегда была (и наверное останется) необходимым атрибутом. Правда после того, как пересел на Мак Эйр все чаще начал замечать, что перестал пользоваться Маусом. На Маках тачы просто отпадные.
12 декабря 2017 в 00:06
#
thaviper
+373
Что есть, то есть — после макбучного тача вообще противно прикасаться к любому другому :)
12 декабря 2017 в 16:38
#