Xuân Canh Tý, nói về chuột máy tính

54

Khi các bạn cầm trong lòng bàn tay chuột máy tính, di chuyển nó trên mặt phẳng để điều khiển máy tính thông qua việc quan sát tọa độ di chuyển con trỏ màn hình thì ít ai nghĩ đến nguồn gốc tên gọi, cấu tạo cũng như mối liên hệ giữa chuột và máy tính. Nhân dịp đầu xuân Canh tý, năm Chuột chúng tôi sẽ giúp các bạn làm sáng tỏ điều này.
TÊN GỌI CHUỘT MÁY TÍNH BẮT ĐẦU TỪ ĐÂU?
Chúng ta đang ở thời đại Cách mạng công nghiệp 4.0, máy tính số đóng vai trò quyết định của cuộc cách mạng công nghiệp này, giống như máy hơi nước đối với cách mạng công nghiệp 1.0.
Sau Chiến tranh thế giới lần thứ hai, máy tính điện tử thế hệ thứ nhất ra đời với máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) thuộc đại học Pennsylvania sử dụng 18.000 bóng đèn điện tử, 70.000 điện trở, 5 triệu mối hàn, tiêu thụ công suất 140kW, bắt đầu vận hành từ năm 1946.
Năm 1946 Ralph Benjamin của Hải quân Hoàng gia Anh phát minh hệ thống điều khiển radar, sử dụng cần gạt cho máy tính tương tự để tính toán vị trí mục tiêu máy bay. Thiết bị con trỏ điều khiển đầu vào máy tính này được gọi là “quả bóng xoay”.
Năm 1952 Hải quân Canada sử dụng một thiết bị như quả bóng bowling gắn trên máy tính ghi lại chuyển động của quả bóng và truyền thông tin lên màn hình. Vì là phạm vi bí mật nên chi tiết thiết bị chưa bao giờ được công bố. Đây có thể coi là bước sơ khai của chuột máy tính dùng để điều khiển màn hình tương tự.
Thế hệ máy tính điện tử thứ hai ra đời sử dụng mạch tranzito. Năm 1963 tại Viện nghiên cứu Stanford, Douglas Engelbart (hình 1) đã tạo nên một hộp nhỏ, bên trong có hai bánh xe cung cấp dữ liệu theo hai trục XY, mặt trên có một nút ấn dùng để giao tiếp giữa người và máy tính số. Vì con trỏ đầu vào máy tính có kích thước nhỏ nằm gọn trong lòng bàn tay, có hình dạng giống con chuột nhắt với dây nối đến máy tính dài như đuôi chuột nên thiết bị này được gọi là chuột máy tính.

Hình 1. Douglas Engelbart (1925- 2013)

Thế hệ máy tính số thứ ba sử dụng mạch tích hợp bán dẫn đã cho phép thu nhỏ chiếc máy tính số cồng kềnh. Máy tính cá nhân xuất hiện từ những năm 1970 với yêu cầu là cần có một con trỏ giao tiếp với màn hình, cho phép người sử dụng, nói chung không phải là chuyên gia công nghệ máy tính có thể điều khiển và làm việc được với máy tính cá nhân. Năm 1970, Bill English của Xerox PARC đã thay thế bánh xe bằng một viên bi giúp cho chuột di chuyển linh hoạt (hình 2).
Năm 1981 Giao diện người sử dụng đồ họa Graphical User Interface (GUI) ra đời làm cho chuột máy tính phát huy được sức mạnh vượt trội so với các thao tác bằng bàn phím và các lệnh quen thuộc trước đó. Thực tế, chuột thương mại đầu tiên ra đời vào năm 1981.

Hình 2 Chuột bi do Bill English phát minh

CHUỘT BI
Mục tiêu của chuột là chuyển đổi sự di chuyển của bàn tay cầm chuột thành các tín hiệu điện mà máy tính có thể sử dụng. Chuột cơ sử dụng nguyên lý xác định chiều lăn của viên bi thay đổi khi di chuyển chuột để xác định sự thay đổi toạ độ của con trỏ trên màn hình máy tính.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chuột bi có dây được cho trên hình 3a bao gồm:
1) Chuyển động của bàn tay làm cho viên bi đặt ở đáy chuột tiếp xúc với mặt phẳng có thể lăn tự do theo các chiều khác nhau.
2) Hai thanh lăn bố trí tiếp xúc với viên bi. Sự di chuyển của viên bi theo phương nào đều được quy đổi chuyển động theo hai phương X và Y và làm quay hai thanh lăn này.
3) Tại các đầu thanh lăn có các đĩa đục lỗ đồng trục với thanh lăn dùng để xác định sự quay của thanh lăn.
4) Hai bộ cảm biến ánh sáng gồm LED hồng ngoại phát và thu để xác định chiều quay, tốc độ quay tại các đĩa đục lỗ trên thanh lăn.
5) Mạch phân tích và chuyển đổi, tín hiệu theo dây dẫn và đầu cắm giao tiếp của chuột truyền kết quả điều khiển về máy tính.

Hình 3a Cấu tạo của chuột bi Hình 3b Chuột bi nhìn từ dưới lên

Ngoài ra, mặt trên của chuột còn bố trí vòng xoay cho phép di chuyển con trỏ theo chiều tiến lùi và các phím bấm điều khiển khác. Hình 3b là hình ảnh chuột bi nhìn từ đáy lên. Khi sử dụng, bề mặt chuột bi có thể bị bám bụi bẩn hoặc bị mòn nên cần được lau sạch.

Hình 4 Chuột quang

CHUỘT QUANG
Chuột quang ra đời năm 1999 do Agilent Laboratories phát triển nhằm khắc phục các nhược điểm của chuột cơ. Cấu tạo của chuột quang được cho trên hình 4. Nguyên lý hoạt động của chuột quang là phát hiện sự thay đổi ánh sáng phản xạ từ nguồn sáng LED hoặc LASER phát ra từ nguồn sáng để xác định sự thay đổi tọa độ con trỏ. Ưu điểm của chuột quang là có độ phân giải cao so với chuột bi, việc điều khiển cũng linh hoạt hơn, trọng lượng nhẹ hơn. Tuy nhiên chuột quang thường yêu cầu cao về mặt di chuyển, một số không thể làm việc trên mặt kính. Năm 2004, Logitech giới thiệu chuột laser đầu tiên có độ chính xác tăng hơn 20 lần so với chuột quang truyền thống. Hiện nay chuột quang làm việc hầu như trên tất cả các bề mặt và không cần tấm lót nên rất phổ biến làm cho chuột bi có nguy cơ tuyệt chủng.

Hình 5 Chuột không dây của Microsoft

CHUỘT KHÔNG DÂY
Chuột không dây (hình 5) sử dụng công nghệ sóng radio RF để truyền tín hiệu từ chuột về máy tính. Thường sử dụng giao tiếp NFC (Near Field Communication) với khoảng cách 4 m và Bluetooth với khoảng cách 10-100m để kết nối chuột với máy tính.

Hình 6 Chuột 3D siêu âm của Logitech

MỘT SỐ LOẠI CHUỘT ĐẶC BIỆT
Chuột quán tính còn gọi là “chuột không khí” vì không cần bề mặt thao tác. Trong chuột quán tính sử dụng thanh rung hay gia tốc kế để phát hiện chuyển động đối với trục quay. Các loại chuột sử dụng sự quay hai bậc tự do rất nhạy với di chuyển không gian do Logitech và Gyration phát triển. Phối hợp với bàn phím không dây, chuột quán tính không đòi hỏi mặt bàn làm việc nên rất thuận tiện thao tác điều khiển máy tính lớn.
Chuột 3D sử dụng sóng siêu âm (hình 6) điều khiển chuyển động không gian ba bậc tự do dưới dạng chiếc nhẫn có 3 núm để truy cập, tuy nhiên nó không được tiếp tục phát triển do có độ phân giải thấp.

Hình 7 chuột 3D Silicon Graphics SpaceBall

Một chuột 3D khác là Wii Remote ra đời năm 2000 có thể phát hiện chuyển động không gian bằng cách so sánh khoảng cách và vị trí của tia sáng phát ra từ máy phát hồng ngoại với camera hồng ngoại. Hình 7 là chuột 3D Silicon Graphics SpaceBall cho phép thao tác các đối tượng 6 bậc tự do.

Chuột cảm ứng trên bàn phím:
Trong các máy vi tính thường có chuột cảm ứng (touchpad) (hình 8) nằm ở phía dưới bàn phím cho phép điều khiển con trỏ chuyển động trong mặt phẳng XY thay cho chuột bố trí rời khỏi bàn phím, có kết cấu nhỏ gọn. Tuy nhiên thao tác chuột kiểu này không linh hoạt bằng chuột tách rời bàn phím.

Hình 8 Chuột cảm ứng trên bàn phím

Chuột tích hợp trong đó ngoài tính năng như chuột thông thường có thêm các tính năng khác, ví dụ như bút chiếu Laser dùng cho trình chiếu.

Hình 9 Chuột Laser Logitech G5 dành cho chơi game

Chuột dành cho chơi game
Những chuột loại này được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các trò chơi máy tính. Các loại chuột này thường có một loạt núm điều khiển khác với chuột truyền thống và được thiết kế thuận tiện, đảm bảo sự thoải mái cho người chơi (hình 9).

Hình 10 Công nghệ phối hợp màn hình cảm ứng và xúc giác

TƯƠNG LAI NÀO CHO CHUỘT MÁY TÍNH?
Gần đây màn hình cảm ứng được sử dụng rộng rãi trong các smartphone thay cho các bàn phím vật lý. Chất lượng hiển thị, độ sáng, độ phân giải màn hình được nâng cao. Nhiều công ty đã phát triển màn hình cảm ứng với khả năng phản hồi xúc giác khi tác động lên màn hình. Khi thao tác người sử dụng có cảm giác như đang đánh máy văn bản bằng bàn phím vật lý mà không phải là sờ vào màn hình cảm ứng thông thường. Hình 10 tóm tắt công nghệ phối hợp màn hình cảm ứng và điều khiển xúc giác của hãng Nhật Bản Kyocera.
Với việc phát triển của trí tuệ nhân tạo, công nghệ nhận dạng khuôn mặt, điều khiển bằng cử chỉ và điều khiển bằng giọng nói… có lẽ trong tương lai gần chuột màn hình sẽ hoàn thành sứ mạng lịch sử của mình và đi vào dĩ vãng.

Lê Văn Doanh – Phạm Văn Bình
(Trường Cao đẳng nghề Bách Khoa Hà Nội)