Le rôle du pointeur et de ses capteurs

Le rôle essentiel d’une souris est de déplacer le pointeur à l’écran. Elle doit donc collecter des informations sur son propre déplacement pour servir de relais à la volonté de l’utilisateur. Si cette opération s’est longtemps effectuée de façon mécanique, par l’antique système de boule et d’engrenages, elle s’opère aujourd’hui de façon optique. Sous la souris prend place un capteur, véritable micro caméra qui scrute en permanence la surface sur laquelle la souris est déplacée. Elle fonctionne en réalité comme un petit appareil photo numérique, qui photographie en niveaux de gris - et en plusieurs milliers de fois par seconde ! - la surface en question. Ces acquisitions de 16 à 30 pixels de large constituent la base de la détermination du déplacement de la souris. La résolution du capteur, ou sa sensibilité, intervient dans les dimensions réelles de la surface analysée. Pour un capteur 2 000 dpi, fonctionnant sur une base de capture de 30 x 30 pixels, cette surface est ainsi de moins de 0,15 mm2 : le capteur optique est plus proche du microscope que du caméscope ! Théoriquement, plus la résolution du capteur est élevée, meilleure est sa précision : pour une même surface analysée, il décompose l’image en autant de pixels. Le principe est le même que pour une photographie numérique classique.

L’importance de l’éclairage

Comme pour toute photographie, la lumière est nécessaire. Or, étant donné les temps de pose très réduits (jusqu’à 1/7 080 s) et l’emplacement du capteur, à savoir sous la souris, la lumière ambiante est tout sauf suffisante. Il est donc nécessaire d’éclairer la surface analysée. À cet effet, on a dans un premier temps utilisé des diodes électroluminescentes, typiquement rouges (la longueur d’onde associée à cette couleur étant celle privilégiée par les capteurs). Étant donné le caractère particulièrement réduit des surfaces en jeu, il est cependant intéressant d’utiliser plutôt un laser, comme le font les plus performants des capteurs optiques actuels. Avec cette technologie, le capteur optique ne se place plus à la verticale de la surface éclairée de façon diffuse, mais dans l’axe de réflexion directe du faisceau laser, cohérent et parfaitement focalisé sur la surface analysée par un jeu de lentilles. L’intérêt de cette technologie est de fournir un meilleur contraste et une meilleure précision sur les clichés obtenus, facilitant ensuite leur traitement.

Le traitement des clichés

Un minuscule microprocesseur analyse les images produites afin de déterminer la direction et l’amplitude du déplacement. En comparant les clichés successifs, il recherche dans un premier temps leurs points communs. Une fois ceux-ci établis, il définit les coordonnées du vecteur déplacement (∆x ;∆y) de ces points communs entre une capture et la précédente. Ce faisant, il a donc une indication du déplacement entre deux acquisitions, exprimées par un couple de coordonnées. Intervient ensuite un microcontrôleur : celui-ci est chargé de récupérer les informations que lui transmet le microprocesseur en les transformant pour être prêtes à être transmises ensuite à l’ordinateur. Son rôle est d’additionner les vecteurs déplacements obtenus à la suite de chaque capture afin de déterminer des coordonnées à fréquence constante, par exemple 125 Hz, ou jusqu’à 1 000 Hz pour les souris les plus performantes. Ainsi, si l’on appelle ce nouveau couple de coordonnées (X ;Y), on aurait par exemple 125 fois par seconde : (X=x1+x2...+xn ; Y=y1+y2+...+yn) Le microcontrôleur calme ainsi la vivacité du capteur tout en limitant l’importance de ses éventuelles erreurs, dissoutes dans une somme de coordonnées plus importante. On aboutit ainsi à la collecte régulière d’informations quant aux déplacements de la souris, exprimées sous forme de coordonnées (X ;Y). Il ne restera plus qu’à transmettre ces informations à l’ordinateur

les comamandes d'une souris et son analogie

En réalité, les commandes d’une souris présentent une certaine analogie avec les touches d’un clavier. En effet, elles reprennent globalement leur fonctionnement, très simplifié. Derrière chaque bouton prend également place un contacteur qui va fermer un circuit électrique lors de sa pression. Cette fermeture de circuit sera elle aussi détectée par un petit processeur qui transformera le signal de la même façon que le fait celui du clavier, afin de l’envoyer à l’ordinateur. Cependant, les contraintes sont ici nettement moins nombreuses. Ainsi, aucune matrice complexe n’est nécessaire puisque le nombre de ces commandes n’excède pas la dizaine, tandis qu’elles sont disposées à des endroits très différents de la souris, et non à plat comme sur un clavier. Par ailleurs, les exigences en termes de réactivité, résistance ou encore course des touches sont ici relativement absentes et seule demeure celle du silence, qui reste assez facile à assurer.

L’avantage théorique d’une liaison filaire

Une fois les informations collectées par ces périphériques, il faut qu’ils les transmettent à l’ordinateur, sans quoi elles ne présenteraient aucun intérêt. Cette transmission peut se faire de deux façons différentes : soit en utilisant un fil, soit par le biais d’une liaison sans- fil. Chaque solution présente en réalité ses avantages et ses inconvénients. Ainsi, le fil pourrait être présenté comme une solution d’assurance. Il présente en effet des performances constantes, au contraire du sans fil, sensible aux interférences diverses. Ainsi, il est parfaitement insensible aux problèmes de latence, de pertes ou de blocages virtuels de touches et de commandes qui affectent parfois les liaisons sans fil.

Les perfomances filaires

Il peut également présenter des performances supérieures, même opposé à des liaisons sans fil très qualitatives et parfaitement stables. En effet, notamment en ce qui concerne les souris destinées aux joueurs, il est parfois possible d’augmenter la fréquence de collecte des informations. Par défaut, un port USB se caractérise par une fréquence de rafraîchissement de 125 Hz, contre 100 Hz pour un port PS/2. La souris transmet donc les informations qu’elle collecte respectivement 125 ou 100 fois par seconde, dans une configuration normale. Il est cependant possible d’augmenter ces fréquences par des modifications logicielles plus ou moins propres. Les informations sont ainsi collectées jusqu’à respectivement 1 000 et 200 fois par seconde, pour un port USB ou PS/2, et pour peu que la souris soit conçue pour envoyer ces informations de manière aussi fréquente. Ainsi, il est possible de réduire la latence de la souris, à savoir le délai entre son déplacement physique et le déplacement du pointeur à l’écran, tout en augmentant la fluidité de ses déplacements.

les sans fils et des qualités

Celle-ci fonctionne en effet à une fréquence de rafraîchissement bien définie, généralement de 125 Hz, et impossible à modifier de la sorte. Ainsi, même si le port USB ou PS/2 et la souris sont théoriquement capables de collecter des informations à une fréquence plus élevée, la transmission sans fil à fréquence fixe joue le rôle de goulot d’étranglement. De telles améliorations de performance ne sont cependant sensibles que dans le cadre d’utilisations extrêmement exigeantes comme le jeu à haut niveau et passeront totalement inaperçues pour l’immense majorité des utilisateurs. Cependant, les problèmes liés à l’instabilité potentielle des liaisons sans fil sont eux nettement plus sensibles et fortement dépendant de la technologie sans fil employée.

la technologie RF classique

la technologie RF est la plus répandu, utilisée aussi bien par les souris seules que les ensembles de bureau. Celle-ci fonctionne sur la bande des 27,7 MHz et se retrouve aussi bien sur du matériel d’entrée de gamme que sur les modèles les plus performants. Cette technologie n’est pas ouverte ou inter opérable et il est par conséquent impossible de connecter sur le récepteur un autre périphérique que la souris ou le kit clavier, souris qui lui est associé. On retrouve quelques exceptions à cette règle avec la possibilité, néanmoins assez rare, de connecter sur le récepteur d’un ensemble de bureau, une autre souris que celle initialement prévue. Cette possibilité se limite cependant à des souris de la même marque et dotées d’une transmission sans fil en tous points identiques, ce qui limite d’autant le nombre de ces exceptions. La technologie RF à 27,7 MHz semble relativement constante en termes de stabilité : celle-ci est généralement satisfaisante, tant que la distance entre les éléments ne dépasse pas quelques mètres. Si des pertes et blocages de touches se produisent, ils sont cependant assez rares pour ne pas être handicapants. Cependant, la latence de cette technologie est très variable selon la qualité des composants employés et surtout selon celle de leur gestion, différant parfois même entre le clavier et la souris d’un même kit. Pour ces raisons, il est impossible de recommander fermement cette technologie aux fanatiques du jeu.

Bluetooth, une technologie ouverte

La technologie utilisé dans les ensembles du bureau haut de gamme est la technologie Bluetooth, fonctionnant sur la bande des 2,4 GHz et actuellement en version 2.0 EDR. Malgré cette actualisation, elle présente, elle aussi, parfois des performances peu enviables et souffre essentiellement d’un certain nombre de bugs dans sa gestion. Ainsi, un ensemble Bluetooth inutilisé se met par exemple rapidement en veille ; à sa réactivation, une latence importante ou des pertes sont courantes. Des problèmes de coordination entre les différents éléments sont également parfois à déplorer. Il reste donc encore un certain chemin à parcourir avant que cette technologie, qui assure pourtant une excellente portée et une bonne réactivité, soit pleinement exploitée. Contrairement au RF à 27,7 MHz, Bluetooth est une technologie ouverte : il est donc possible de connecter d’autres périphériques que les seuls claviers et souris associés au récepteur. À la différence de la technologie RF classique, cette connexion ne s’effectue cependant pas de façon transparente, mais nécessite un appairage des périphériques par l’utilisateur. Typiquement, il est nécessaire de les rendre détectables avant de saisir un code identique sur l’un et l’autre des périphériques à associer. Une fois cette opération accomplie, il est possible de les connecter et de les déconnecter à loisir sans réitérer cet appairage.

Logitech, l'autre alternative

Cette technologie est utilisé exclusivement par la firme Logitech, à mi-chemin entre les deux précédentes et utilisée sur certaines souris Logitech uniquement. Sur la bande des 2,4 GHz, elle ne propose aucune interopérabilité comme Bluetooth. Ses performances semblent à l’heure actuelle très satisfaisantes, avec en particulier une portée supérieure au RF classique ainsi qu’une réactivité au top ; elle semble cependant légèrement plus sensible aux interférences et surtout reste relativement marginale.

La gestion de la souris et son pointeur

Des coordonnées (X ;Y) collectées par la souris ne se traduiront pas nécessairement par un déplacement équivalent du pointeur à l’écran. En effet, ces coordonnées sont bien souvent inexploitables dans le cas d’un capteur à haute sensibilité car bien trop grandes en valeur absolue. Il est donc nécessaire d’appliquer un coefficient multiplicateur à ces dernières, compris entre 0 et 1, afin de réduire l’amplitude des déplacements du pointeur et ainsi les rendre exploitables. Cette opération peut s’opérer à deux niveaux : soit par le microcontrôleur de la souris, pour les modèles gérant de façon matérielle les ajustements de sensibilité à la volée, soit par les pilotes de la souris et le système d’exploitation. À l’inverse, il est également possible d’augmenter l’amplitude des déplacements par un multiplicateur supérieur à 1, lorsque la sensibilité matérielle du capteur est insuffisante pour déplacer facilement le capteur sur toute la largeur de l’écran. L’ensemble de ces ajustements est configurable dans les pilotes, qui gèrent également la transformation des signaux transmis par la souris lors de l’activation de ses commandes, boutons et molette, en des actions interprétables par les applications. À cette utilisation d’un coefficient multiplicateur fixe vient également s’ajouter celle d’un coefficient dynamique. Il ne s’agit alors plus d’agir sur la vitesse du pointeur, mais sur son accélération. Il est souvent possible d’activer grâce aux pilotes cette option censée améliorer le confort en utilisation bureautique. Son principe consiste à augmenter plus que proportionnellement la vitesse du pointeur par rapport à la vitesse de déplacement de la souris en utilisant le coefficient multiplicateur. Ainsi, pour une même distance physique parcourue par la souris, la distance parcourue par le pointeur sera plus ou moins importante selon la vitesse du déplacement de la souris. Pour une vitesse faible, le coefficient sera par exemple égal ou inférieur à 1, entraînant un faible déplacement du pointeur ; au contraire pour une vitesse élevée, le coefficient sera nettement supérieur à 1, entraînant un important déplacement.

L'utilisation du caoutchouc

La plus courante à l’heure actuelle fait appel à des dômes de caoutchouc, reprenant d’eux-mêmes leur forme après avoir été écrasés. Au centre de ces dômes prend place un élément rigide en carbone qui vient établir un contact en formant un pont entre deux connecteurs présents sur le fond. Cette technologie est très répandue car elle garantit un certain silence lors de la frappe tout en rendant cette dernière assez souple, et est actuellement utilisée par la plupart des grands fabricants.

les interrupteurs couplés a des ressorts classique

Le fabricant Cherry, réputé pour la qualité et la fiabilité des mécaniques de ses claviers haut de gamme, fait appel à de véritables interrupteurs couplés à des ressorts classiques. Ces touches sont cependant moins silencieuses que des touches à dômes et leur sonorité plus sourde, et produisent un cliquetis tout à fait typique, fournissant une indication précise de la pression ou non d’une touche. Les autres caractéristiques de ces touches sont assez variables selon les ressorts et interrupteurs utilisés.

la technologie IBM

Cette technologie présente dans les seuls claviers IBM, qui fait appel à un simple ressort, sans interrupteur. Lors de la pression de la touche, celui-ci ne va pas se comprimer mais se tordre, faisant alors s’incliner un élément fixé à sa base, qui va servir de pont au courant. Ces touches ne sont également pas réputées pour leur silence, mais plutôt pour leur réponse tactile et auditive très distinctive quant à leur pression.

Les technologies plus "exotiques"

On retrouve cependant un certain nombre de technologies plus exotiques et bien souvent absentes des claviers destinés aux ordinateurs grand public, telles que :
- les claviers à membrane : une membrane continue sur toute la surface et constituée de plusieurs couches établit un contact lorsqu’une touche oblige deux de ses couches conductrices à s’atteindre. Cette technologie équipe principalement les claviers pliables, par exemple ;
- les claviers laser, projetant leurs touches sur une surface plane et par conséquent dénués de tout élément mécanique.

Le clavier et ses lettres de frappe

Sans qu’on sache réellement si cette légende informatique est véritablement fondée, il n’en reste pas moins que les dispositions actuelles dérivent effectivement du temps des machines à écrire. Il existe cependant aujourd’hui un certain nombre de dispositions différentes, à commencer par les grands classiques que sont Azerty et Qwerty. On retrouve aussi occasionnellement des dispositions alphabétiques, bien que très rares pour les ordinateurs, ou encore de type Dvorak - du nom de son créateur, et non des premières lettres ! - dont l’ambition est de limiter la fatigue à l’usage et d’augmenter la vitesse de frappe.

Le processus de transfert des données

L’ensemble de cette disposition est matérialisé dans une table gérée par un petit processeur intégré au clavier. Lors de la frappe d’une touche, celui-ci va percevoir l’augmentation d’intensité du courant associée à la fermeture du circuit correspondant à cette touche. Son rôle est donc ensuite de transformer cette information en un signal compréhensible par l’ordinateur, ce qu’il effectue en le convertissant sous forme hexadécimale avant de le transmettre. Cette transmission s’effectue comme pour la souris à fréquence constante, les informations étant stockées dans une mémoire tampon avant d’être envoyées, à une fréquence de 125 ou 100 Hz généralement, selon que le clavier soit branché sur un port USB ou PS/2.

Les performances filaires

Il peut également présenter des performances supérieures, même opposé à des liaisons sans fil très qualitatives et parfaitement stables. En effet, notamment en ce qui concerne les souris destinées aux joueurs, il est parfois possible d’augmenter la fréquence de collecte des informations. Par défaut, un port USB se caractérise par une fréquence de rafraîchissement de 125 Hz, contre 100 Hz pour un port PS/2. La souris transmet donc les informations qu’elle collecte respectivement 125 ou 100 fois par seconde, dans une configuration normale. Il est cependant possible d’augmenter ces fréquences par des modifications logicielles plus ou moins propres. Les informations sont ainsi collectées jusqu’à respectivement 1 000 et 200 fois par seconde, pour un port USB ou PS/2, et pour peu que la souris soit conçue pour envoyer ces informations de manière aussi fréquente. Ainsi, il est possible de réduire la latence de la souris, à savoir le délai entre son déplacement physique et le déplacement du pointeur à l’écran, tout en augmentant la fluidité de ses déplacements.

les sans fils et des qualités

Celle-ci fonctionne en effet à une fréquence de rafraîchissement bien définie, généralement de 125 Hz, et impossible à modifier de la sorte. Ainsi, même si le port USB ou PS/2 et le clavier sont théoriquement capables de collecter des informations à une fréquence plus élevée, la transmission sans fil à fréquence fixe joue le rôle de goulot d’étranglement. De telles améliorations de performance ne sont cependant sensibles que dans le cadre d’utilisations extrêmement exigeantes comme le jeu à haut niveau et passeront totalement inaperçues pour l’immense majorité des utilisateurs. Cependant, les problèmes liés à l’instabilité potentielle des liaisons sans fil sont eux nettement plus sensibles et fortement dépendant de la technologie sans fil employée.

La gestion du clavier et son interprétation

Celle-ci s’opère de façon sensiblement différente. Contrairement à la souris qui se charge d’une grande partie de l’interprétation des informations qu’elle collecte et confie le reste de sa gestion à ses pilotes, le clavier est extrêmement dépendant de l’ordinateur et sa gestion s’effectue déjà à un niveau logiciel inférieur, en grande partie par le BIOS. Celui-ci va interpréter les codes transmis par le clavier sous forme hexadécimale. En réalité, à chaque pression de touche, le clavier va envoyer à l’ordinateur le code correspondant à la touche pressée de façon répétée jusqu’à son relâchement ou jusqu’à la pression d’une autre touche. Il est incapable d’envoyer plus d’un code à la fois et n’a donc aucune gestion des combinaisons de touche. En réalité, au relâchement d’une touche, un code d’effacement suivi du code désignant la touche en question est à nouveau envoyé à l’ordinateur. Le BIOS considère donc une touche pressée jusqu’à recevoir ce code d’effacement en deux parties, ce qui lui permet de gérer les combinaisons. C’est aussi ce qui explique les blocages de touche virtuels parfois rencontrés avec les claviers sans fil : ces blocages surviennent lorsque le code d’effacement n’est pas transmis de façon correcte.

De façon identique, la gestion des verrouillages de touches et des diodes qui leur sont associées est effectuée par le seul BIOS, qui reçoit les signaux correspondant à l’activation d’une de ces touches et commande par réaction l’activation de la diode la signalant, tout en tenant compte de ce verrouillage dans l’interprétation des signaux suivants. L’ensemble de ces opérations n’est pas effectué par le système d’exploitation pour une raison simple : il est nécessaire de pouvoir contrôler les fonctions basiques de l’ordinateur sans que celui-ci ne soit installé ou démarré. C’est donc le BIOS qui s’en charge, et il reviendra au système d’exploitation de récupérer les informations interprétées par celui-ci. Après avoir vérifié que la touche ou combinaison de touches ne constituait pas une commande système comme « Ctrl-Alt-Suppr », le BIOS transmet cette information à l’application ad hoc. Il assure également par l’utilisation d’une table la conversion des codes en caractères affichables. Enfin, il gère par les pilotes toutes les fonctions auxiliaires, qu’il s’agisse de touches multimédia, d’écran, etc. On retrouve donc bien une chaîne complète de l’action de l’utilisateur sur un périphérique de saisie jusqu’à sa répercussion à l’écran.