تاريخ فأرة الحاسوب وطريقة التصنيع

التاريخ

طور الدكتور دوغلاس إنجلبارت ، الأستاذ بمعهد ستانفورد للأبحاث في مينلو بارك بكاليفورنيا ، أول جهاز عُرف باسم الماوس في عام 1964. في ذلك الوقت ، كانت مفاتيح الأسهم على لوحة المفاتيح هي الطريقة الوحيدة لتحريك المؤشر على شاشة الكمبيوتر ، وكانت المفاتيح غير فعالة ومحرجة. صنع الدكتور إنجلبارت آلية صغيرة تشبه الطوب مع زر واحد في الأعلى وعجلتين في الجانب السفلي. كشفت العجلتان عن حركة أفقية ورأسية ، وكان من الصعب بعض الشيء مناورة الوحدة. تم ربط الوحدة بالكمبيوتر بواسطة كابل بحيث يمكن إرسال إشارات الحركة كهربائيًا إلى الكمبيوتر لعرضها على الشاشة. أحد الدكتور إنجلبارت

كان علماء آخرون ، لا سيما في الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) ، يبحثون أيضًا عن طرق لتحريك المؤشرات والإشارة إلى الأشياء على شاشة الكمبيوتر. لقد جربوا عجلات القيادة ومفاتيح الركبة وأقلام الإضاءة ، ولكن في اختبارات هذه الأجهزة مقابل فأرة إنجلبارت ، كان الفأر هو الذي هدير. ومع ذلك ، كان مهندسو ناسا قلقين بشأن عمليات السير في الفضاء التي سيأخذها الفأر من سطح عمله في انعدام الوزن في الفضاء.

بحلول عام 1973 ، تم استبدال العجلات الموجودة على الهيكل السفلي للفأرة بكرة واحدة تتدحرج بحرية ؛ وأضيف اثنان من الأزرار (ليصبح المجموع ثلاثة) إلى الأعلى. كان يسمى المخلوق بالماوس وجهاز التأشير ، وقد قامت زيروكس بدمجه مع كمبيوتر ألتو ، وهو أحد أوائل أجهزة الكمبيوتر الشخصية. يحتوي Alto على واجهة مستخدم رسومية (GUI) ؛ أي ، أشار المستخدم إلى الرموز ، أو رموز الصور ، وقوائم العمليات المسماة القوائم والنقر عليها لجعل الكمبيوتر يفتح ملفًا ويطبع ويؤدي وظائف أخرى. تم تعديل طريقة تشغيل الكمبيوتر هذه لاحقًا بواسطة أنظمة تشغيل Macintosh و Windows.

أدى تطوير الكمبيوتر الشخصي إلى حدوث انفجار في تطبيقات الجهاز الذي كان صغيرًا بما يكفي لاستخدامه في عدد من محطات العمل. يمكن للمهندسين تطوير تصميمات بمساعدة الكمبيوتر في مكاتبهم الخاصة ، وكان الماوس مثاليًا للرسم والصياغة. بدأ الفأر أيضًا في تكوين نسل ، يُطلق عليه بشكل جماعي أجهزة الإدخال / الإخراج ، مثل كرة التتبع ، وهي عبارة عن فأرة مستلقية على ظهرها حتى يتمكن المستخدم من دحرجة الكرة بدلاً من تحريك الوحدة بأكملها فوق سطح. أصبح لدى الجيش ومراقبو الحركة الجوية ولاعبو ألعاب الفيديو حيوان أليف خاص بهم. تم استبدال المستشعرات الميكانيكية في كلا النوعين من الأجهزة بأنظمة استشعار بصرية إلكترونية حاصلة على براءة اختراع بواسطة Mouse Systems ؛ كانت هذه أكثر كفاءة وأقل تكلفة. تم تطوير ماوس ضوئي بدون أجزاء متحركة لاستخدامه في لوحة ماوس خاصة بخطوط شبكية ؛ يضيء الضوء من داخل الماوس الشبكة ، ويقوم جهاز الكشف الضوئي بحساب عدد خطوط الشبكة المتقاطعة واتجاهها ، ويتم ترجمة بيانات الاتجاه إلى حركات المؤشر على الشاشة.

بدأ الفأر في التكاثر بسرعة. طرحت أجهزة كمبيوتر Apple Macintosh في عام 1984 ، وكان نظام التشغيل الخاص بها يستخدم الماوس. أنظمة تشغيل أخرى مثل Commodore’s Amiga و Microsoft Windows و Visicorp’s Vision والعديد من واجهات المستخدم الرسومية المدمجة والفئران. تمت إضافة تحسينات لجعل المستشعرات أقل عرضة لتجميع الغبار ، ولجعل التمرير أسهل من خلال عجلة إضافية في الجزء العلوي ، ولجعل الماوس لاسلكيًا باستخدام إشارات التردد اللاسلكي (المستعارة من فتاحات باب المرآب) أو إشارات الأشعة تحت الحمراء (مقتبسة من التلفزيون أو أجهزة التحكم عن بعد).

تشريح الفأرة

الجسم

“جلد” الماوس هو الجسم الخارجي البلاستيكي الصلب الذي يوجهه المستخدم عبر سطح مستو. إنه “الذيل” هو الكبل الكهربائي الذي يخرج من أحد طرفي الماوس وينتهي عند الاتصال بوحدة المعالجة المركزية (CPU). في نهاية الذيل ، هناك من واحد إلى ثلاثة أزرار هي جهات الاتصال الخارجية للمفاتيح الكهربائية الصغيرة. الضغط على زر يغلق المفتاح بنقرة ؛ كهربائيًا ، الدائرة مغلقة ، وتلقى الكمبيوتر أمرًا.

على الجانب السفلي من الفأرة ، توجد فتحة بلاستيكية فوق كرة مطاطية ، مما يؤدي إلى كشف جزء من الكرة. في الداخل ، تُثبت الكرة في مكانها بواسطة عجلة دعم وقضيبين. عندما تتدحرج الكرة على سطح ما ، يدور عمود واحد بحركة أفقية ويستجيب الثاني للحركة العمودية. في أحد طرفي كل من العمودين ، تدور أيضًا عجلة بقولبة. أثناء دوران هذه الأسلاك ، تومض إشارات ضوء الأشعة تحت الحمراء من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) عبر الأسلاك ويتم اعتراضها بواسطة كاشف الضوء. يتم ترجمة الظلام والضوء بواسطة الترانزستورات الضوئية إلى نبضات كهربائية تذهب إلى الدائرة المتكاملة للواجهة (IC) في الماوس. تخبر النبضات IC أن الكرة قد تتبعت اليسار واليمين ومن أعلى إلى أسفل ، ويوجه IC المؤشر للتحرك وفقًا لذلك على الشاشة.

يتم تثبيت الدائرة المتكاملة للواجهة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وهي الهيكل العظمي الذي يتم توصيل جميع الأعمال الداخلية للماوس به. تقوم الدائرة المتكاملة ، أو شريحة الكمبيوتر ، بجمع المعلومات من المفاتيح والإشارات من الترانزستورات الضوئية وترسل تدفق البيانات إلى الكمبيوتر.
دماغ

يحتوي كل تصميم ماوس أيضًا على برنامج خاص به يسمى برنامج التشغيل. السائق هو دماغ خارجي يمكّن الكمبيوتر من فهم إشارات الماوس. يخبر السائق الكمبيوتر بكيفية تفسير دفق بيانات IC الخاص بالماوس بما في ذلك السرعة والاتجاه والأوامر التي تم النقر عليها. تسمح بعض برامج تشغيل الماوس للمستخدم بتعيين إجراءات محددة للأزرار وضبط دقة الماوس (المسافات النسبية بين الماوس وحركة المؤشر). تحتوي أجهزة الماوس التي يتم شراؤها كجزء من حزم الكمبيوتر على برامج تشغيل مضمنة أو مبرمجة مسبقًا في أجهزة الكمبيوتر.
مواد أولية

الغلاف الخارجي للماوس ومعظم أجزائه الميكانيكية الداخلية ، بما في ذلك الأعمدة والعجلات ذات القضبان ، مصنوعة من بلاستيك أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) المصبوب بالحقن. الكرة معدن مطلي بالمطاط ؛ وهي مصنوعة من قبل مورد متخصص. المفاتيح الكهربائية الدقيقة (مصنوعة من البلاستيك والمعدن) هي أيضًا عناصر جاهزة يتم توفيرها من قبل مقاولين من الباطن على الرغم من أن مصممي الماوس يمكنهم تحديد متطلبات القوة للمفاتيح لتسهيل النقر عليها أو تثبيتها. يمكن أن تكون الدوائر أو الرقائق المتكاملة عناصر قياسية ، على الرغم من أن كل مصنع قد يكون لديه رقائق ملكية مصنوعة للاستخدام في خط منتجاته الكامل. يتم أيضًا توفير الكابلات الكهربائية والقوالب (موصلات النهاية) من قبل مصادر خارجية.

لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التي تُركب عليها المكونات الكهربائية والميكانيكية مصنوعة خصيصًا لتلائم تصميم الماوس. إنها ورقة مسطحة مطلية بالراتنج. المقاومات الكهربائية والمكثفات والمذبذبات والدوائر المتكاملة (ICs) ومكونات أخرى مصنوعة من أنواع مختلفة من المعدن والبلاستيك والسيليكون.

التصميم

يبدأ تصميم الماوس الجديد باجتماعات بين مدير تطوير المنتج ، والمصمم ، وممثل التسويق ، وخبير الهندسة البشرية (متخصص في الحركة البشرية والتأثيرات التي تحدثها الحركات المختلفة على أجزاء الجسم). تم وضع قائمة بإرشادات العوامل البشرية لتحديد نطاق حجم اليدين ، وحساسية اللمس ، ومقدار العمل ، ودعم اليد في وضع محايد ، ووضعية المستخدم أثناء تشغيل الماوس ، وامتداد الإصبع المطلوب للوصول إلى الأزرار ، واستخدام كلاهما على اليسار – والأفراد الذين يستخدمون اليد اليمنى ، ولا توجد كهرباء ساكنة لفترات طويلة ، ومتطلبات الراحة والسلامة الأخرى ؛ يمكن أن تختلف بشكل كبير ، اعتمادًا على ما إذا كان سيتم استخدام الماوس في المكاتب أو مع أجهزة الكمبيوتر المنزلية ، على سبيل المثال. تمت كتابة ملخص تصميم الماوس المقترح لوصف الغرض من المنتج وما يحققه ؛ يتم اقتراح نظرة أيضًا تمشيا مع السوق المتوقع.

يعود فريق التصميم إلى الطاولة بنماذج الرغوة ؛ يمكن عمل عشرات من الأشكال المختلفة لتصميم ماوس واحد. يتم إجراء اختبار المستخدم على هذه النماذج ؛ قد يقوم المهندسون بهذا الاختبار الأولي بأنفسهم ، أو قد يستخدمون مجموعات التركيز كمستخدمين نموذجيين أو يلاحظون الاختبار الفردي مع عينة من المستخدمين. عندما يتم تضييق نطاق اختيار النماذج ، يتم صنع النماذج الخشبية الأكثر دقة والمطلية من التصاميم الفائزة. يتم جمع المدخلات مرة أخرى على شكل النماذج وشكلها ؛ يراجع خبير الهندسة البشرية أيضًا التصميمات المحتملة ويؤكد أن إرشادات العوامل البشرية قد تحققت.

عند اختيار النموذج الأمثل ، يبدأ الفريق الهندسي في تصميم المكونات الداخلية. يتم إنشاء العرض ثلاثي الأبعاد بواسطة الكمبيوتر ، ويتم استخدام نفس البيانات لقص أشكال الغلاف الخارجي آليًا بكل تفاصيلها. يلائم مهندسو الميكانيكا والإلكترونيات لوحة الدوائر المطبوعة (والإلكترونيات الخاصة بها) وآلية التشفير (الكرة والأعمدة والعجلات ومصدر LED والكاشف) داخل الهيكل. عملية تركيب الأعمال على الغلاف تكرارية ؛ يتم إجراء التغييرات ، وتتكرر عملية التصميم والملاءمة حتى يلبي الماوس أهداف التصميم ويسعد فريق التصميم بالنتائج. يتم تصميم الشرائح المخصصة وإنتاجها على أساس تجريبي واختبارها ؛

يتم تسليم مخططات التصميم المكتملة إلى أداة المشروع التي تبدأ عملية تعديل الآلات لإنتاج الماوس. يتم إنشاء مخططات الأدوات لحقن الغلاف ، على سبيل المثال. تم تخطيط ودراسة حجم التجويف وشكله وحجمه وعدد البوابات التي سيتم من خلالها حقن البلاستيك في القالب وتدفق البلاستيك عبر القالب. بعد مراجعة خطة الأدوات النهائية ، يتم قطع الأدوات باستخدام البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر. يتم صنع عينات من الأصداف البلاستيكية “كطلقات تجريبية” لفحص خطوط التدفق الفعلية والتأكد من عدم حدوث فراغات. يتم إجراء التغييرات حتى تصبح العملية مثالية. يضاف الملمس إلى المظهر الخارجي للقشرة عن طريق الحفر الحمضي أو بواسطة السفع الرملي.

في غضون ذلك ، قام الفريق الهندسي بإعداد خط التجميع لتصميم الماوس الجديد وأجرى التجميعات التجريبية. عندما يتم الانتهاء من تفاصيل التصميم ، ويتم إنتاج الأدوات ، وتفي نتائج الاختبار بأهداف ومعايير فريق التصميم ، يكون الماوس جاهزًا للإنتاج بالجملة.

عملية التصنيع

لتصنيع فأرة الكمبيوتر ، يتم إجراء العديد من عمليات التصنيع في وقت واحد لعمل أجزاء مختلفة من الوحدة. يتم وصف هذه العمليات في الخطوات الثلاث الأولى أدناه. ثم يتم تجميع القطع معًا للتجميع النهائي ، كما هو موضح في الخطوات من 4 إلى 7.
في إحدى مجموعات خطوات التصنيع والتجميع ، يتم قطع وإعداد لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). إنها ورقة مسطحة مطلية بالراتنج يمكن أن تكون ذات تصميم مثبت على السطح أو تصميم من خلال الفتحة. يتم تجميع النسخة المثبتة على السطح بالكامل تقريبًا بواسطة الآلة. جهاز التسلسل التلقائي الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر يضع المكونات الكهربائية بالترتيب الصحيح على اللوحة بنمط محدد.

لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبر الفتحة ، يتم إدخال أسلاك توصيل المكونات الإلكترونية في ثقوب في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. كل عامل في خط التجميع لديه رسم لجزء من اللوحة ووحدات محددة لإضافتها. بعد تثبيت جميع المكونات على اللوحة ، يتم تمرير السطح السفلي للوحة من خلال لحام الرصاص المنصهر في آلة لحام الموجة. تقوم هذه الآلة بغسل اللوح بالتدفق لإزالة الملوثات ، ثم يقوم بتسخين اللوح والمكونات التي يحملها بواسطة حرارة الأشعة تحت الحمراء لتقليل احتمالية حدوث صدمة حرارية. عندما يتدفق الجانب السفلي من اللوحة فوق الصفيحة السائلة الرقيقة والناعمة تمامًا من اللحام المنصهر ، يتحرك اللحام لأعلى كل سلك عن طريق عمل شعري ، ويغلق الثقوب ، ويثبت المكونات في مكانها. يتم تبريد الألواح الملحومة. يتم فحص PCB بصريًا في هذه المرحلة ، ويتم رفض اللوحات غير الكاملة قبل إرفاق آلية التشفير.
يتم تجميع آلية التشفير (بما في ذلك الكرة المغطاة بالمطاط ، وعجلة الدعم ، وكلا من العجلات الملفوفة ومحاورها ، والصمام ، وكاشفها) كوحدة منفصلة. تم تصنيع الأجزاء البلاستيكية أيضًا عن طريق القولبة بالحقن وفقًا لمواصفات الملكية وتم تقليمها من خردة البلاستيك. بعد تجميع الآلية ، يتم تثبيت الوحدة على لوحة الدوائر المطبوعة باستخدام إما مشابك أو براغي. تم الآن تجميع اللوحة بالكامل وتخضع لاختبار مراقبة جودة الإلكترونيات.
كما تم تصنيع ذيل الفأرة – كبلها الكهربائي – باستخدام مجموعة من الأسلاك ، والغطاء المطاطي. يحتوي الكبل على قطعتين إضافيتين من المطاط المقولب تسمى overmolds. هذه هي أجهزة تخفيف الضغط التي تمنع الكبل من الانفصال عن الماوس أو قابس الموصل الخاص به في حالة سحب الكابل. يصمم صانعو الماوس عادةً أشكالهم الخاصة للقوالب المفرطة. يتم ربط الغطاء الزائد القريب من الماوس بالمبيت ، وفي الطرف المقابل من الذيل ، يتم لحام الموصل بالأسلاك ويتم وضع الموصل في مكانه.
يتم فحص قطع الغلاف الخارجي بصريًا بعد التشكيل والتشذيب ومعالجة السطح (الإنهاء) وقبل التجميع. يتم تجميع الغلاف الخارجي في أربع خطوات. يتم إدخال مجموعة PCB والمشفرة المكتملة في الجزء السفلي من الغلاف. يتم قطع الأزرار في الجزء العلوي من الغلاف ، ويتم توصيل الكابل ، ويتم ربط الجزء العلوي والسفلي معًا باستخدام مفكات براغي آلية.
يتم إجراء فحص جودة الإلكترونيات والأداء النهائي عند اكتمال التجميع بشكل أساسي. تتم إضافة أقدام مطاطية أو نيوبرين مع صفائح لاصقة مطبقة مسبقًا على جانب واحد إلى الجانب السفلي من الماوس.
بينما كانت تصميمات الأدوات والتجميع المادي الموصوف أعلاه قيد التقدم ، كان فريق البرمجة يعمل على تطوير البرنامج الثابت لبرنامج تشغيل الماوس واختباره وإعادة إنتاجه. يسمى البرنامج الثابت لأنه يقع في المجال بين البرامج والأجهزة ويتكون من مجموعة من الرموز في الدائرة المتكاملة وترجمة حركات اتجاه الماوس وإشارات التبديل الجزئي التي يحتاج الكمبيوتر المستلم إلى فهمها عند توصيل الماوس . عندما يتم تطوير برنامج التشغيل ، يقوم مختبرو الشركة المصنعة بتشغيله من خلال تجارب صارمة ، كما وافقت كل من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) والمفوضية الأوروبية (CE – وهي منظمة تتحكم في انبعاثات الراديو والتفريغ الكهروستاتيكي) على الإلكترونيات. يتم تشفير بيانات برنامج التشغيل المعتمد وإنتاجها بكميات كبيرة على أقراص مرنة.
تتطلب لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) أن تكون أجهزة الإشارات أو الاتصالات بما في ذلك ملصقات تحمل الماوس تحدد الشركة ومواصفات معينة للمنتج. الملصقات مطبوعة مسبقًا على ورق متين بمادة لاصقة قوية بحيث لا يمكن إزالتها بسهولة. يتم لصق ملصق على الجزء السفلي من الماوس ، ويتم تغليف الماوس في أكياس بلاستيكية. يتم تغليف الجهاز وقرص التشغيل الخاص به وكتيب التعليمات مع معلومات التسجيل والضمان وإعدادها للشحن والبيع.