敲擊鍵盤後字符怎麼出現在顯示器

• 2021 年 3 月 11 日
• 筆記

我們每敲擊一次電腦鍵盤，按鍵對應的字符就會出現在顯示器上。這中間發生了什麼？請聽我慢慢細說。

相關概念

人對按鍵的操作，從兩個維度去描述，一個是「動作」，另一個是「內容」。

按下一個按鍵，鬆開一個按鍵，按下一個按鍵並且保持按住狀態一段時間（長按），這些都是動作。

每個按鍵和動作組合起來，會傳送給計算機一個編碼，這就是內容，術語是「掃描碼」，對應的英語詞彙是scan code。

按下按鍵、長按鍵對應的掃描碼叫「Make Code」，鬆開按鍵對應的掃描碼叫「Break Code」。

Break Code和Make Code的關係是：Break Code = Make Code & 0x80。

為什麼兩種編碼之間有上面的關係？設計人員特意這樣設計的。

三個硬件

8048

在鍵盤上執行某種操作（按鍵、長按、鬆開鍵）時，8048會檢測到這個操作，把這個操作對應的掃描碼發送給8042。

到現在為止，出現了三套編碼方案，我們現在的鍵盤一般使用第2套方案。

8042

8042從8048接收到第2套方案的掃描碼後，把它轉換成第1套掃描碼，並且放入緩衝區，最後，通知8259A發生了鍵盤中斷。

中斷例程取走緩衝區的數據後，8042才會接收新的數據。緩衝區的數據不被取走，8042就不會接收新數據。

8259A

8259A接收來自8042的鍵盤中斷，讓操作系統分派中斷例程處理緩衝區的數據。

流程

1. 人類敲擊鍵盤，8048監測到」敲擊了哪個鍵「，把對應的掃描碼傳送給8042。
2. 8042接收到8048的數據後，將數據轉換成第1套掃描碼，放入緩衝區；然後通知8259A。
3. 8259A接收到通知後，告訴操作系統發生了鍵盤中斷。
4. 操作系統運行鍵盤中斷例程把緩衝區的數據取走；8042又可以重新接收新數據了。

解析掃描碼

映射數組

在第1套掃描碼中，一個Make Code對應一個按鍵。我們可以通過Make Code識別出當前被按下的鍵是哪個鍵。例如，A鍵的Make Code是0x1E；當操作系統接收到的Make Code是0x1E時，就可以認為接收到的數據是A。

然而，問題出現了。我們在實際輸入中有輸入A和a的需求。可掃描碼方案中只有A的掃描碼，沒有a的掃描碼。類似的按鍵還有數字鍵1、2、3等。怎麼解決這個問題呢？

先看看下面這個表格。

在上面的表格中，Make Code是行號，每行有三個不同的值。0x1E行的第0列表表示a，0x1E行的第1列表示A。

這能夠實現一個鍵表示兩種不同的值。

我們平時怎麼獲得一個鍵的不同值呢？以數字鍵1為例。敲擊數字鍵1時，獲取的值是1；同時按下shift鍵和數字鍵1時，獲取的值是感嘆號!。

在具體實現中，根據是否同時按下了shift鍵來決定是獲取第X行的第0列還是第1列。顯然，按下shift鍵，獲取第1列；沒有按下shift鍵，獲取第0列。

第1套掃描碼一共有0x80個，其實就是ASCII碼錶中元素的個數。

我們仿照上面的表格建立一個元素更多的表格TB（表頭相同，行數擴充到0x80行）。

1. 第一列是行號，值是Make Code，假設是A。
2. 第二列是A對應的鍵的默認值（沒有按下shift鍵）。
3. 第二列是A對應的鍵的另一個值（按下了shift鍵）。

然而，在鍵盤上存在不可打印的字符，例如esc、F1、F2等。在TB中，這些不可打印的鍵對應的值是我們設置的某個數值（這一行的第0列和第1列的數值相同）。

怎麼使用TB？根據Make Code找到對應的行，根據是否按下了shift鍵決定是獲取第0列還是第1列的值。

要在C語言中使用這個表格，只能將它用數組表示出來。把這個表格的每一行的第0列、第1列、第2列按順序組成一個數組keyMap。

如果接收到的Make Code是MC，沒有按下shift鍵，對應的值是keyMap[MC * 3]；按下shift鍵，對應的值是keyMap[MC * 3 + 1]。

反正就是這麼回事，硬是要解釋一下怎麼弄出這個數組的，我解釋不清楚。

Pause

Pause鍵只有Make Code，沒有Break Code。這是僅有的特例，其他鍵同時具有Make Code和Break Code。

Pause鍵的Make Code是E1、1D、45、E1、9D、C5。識別一個鍵是不是Pause的算法是：

1. 檢查Make Code的開頭是不是`E1。
   1. 不是，不是Pause鍵。
   2. 是，繼續檢查剩餘的掃描碼是不是1D、45、E1、9D、C5。不是，不是Pause鍵；是，是Pause鍵。

Print Screen

識別算法和Pause鍵相同。

其他

下回分解。