Введение

Входное устройство

Клавиатура – это блок или панель кнопок с набором цифр, символов или букв. Клавиатуры, преимущественно содержащие числа и используемые с компьютерами, называются цифровыми клавиатурами. Клавиатуры используются в устройствах, требующих преимущественно числового ввода, таких как калькуляторы, пульты дистанционного управления телевизорами, кнопочные телефоны, торговые автоматы, банкоматы, терминалы для розничной торговли, кодовые замки, сейфы и цифровые замки для дверей. Многие устройства соответствуют стандарту E.161 в отношении расположения кнопок.

Использование и функции

На компьютерной клавиатуре обычно есть небольшая цифровая панель сбоку, в дополнение к другим клавишам с цифрами в верхней части, но с компоновкой кнопок, напоминающей калькулятор, что обеспечивает более эффективный ввод числовых данных. Эта цифровая панель (обычно сокращается до numpad) обычно располагается справа от клавиатуры, поскольку большинство людей – правши. Многие ноутбуки имеют специальные функциональные клавиши, которые превращают часть буквенно-цифровой клавиатуры в цифровую панель, так как места для установки отдельной панели в корпусе ноутбука недостаточно. Отдельную внешнюю цифровую панель можно приобрести. Цифровые панели для ввода PIN-кодов и выбора товаров используются во многих устройствах, включая банкоматы, торговые автоматы, платежные терминалы, системы учета рабочего времени, кодовые замки и цифровые замки для дверей. В 1984 году впервые была применена проекционно-емкостная цифровая панель для взаимодействия через витрину туристического агентства (см. изображение проекционно-емкостной/оконной цифровой панели). Позже они были установлены во многих витринах туристических информационных центров по всей Великобритании. Благодаря способности работать через толстое стекло и устойчивости к пролитому пиву, в 1990 году компания MHG (Music Hire Group) использовала проекционно-емкостные цифровые панели для замены кнопок выбора в музыкальных автоматах для пабов.

Технологии клавиатуры

Помимо механических клавиатур, существует широкий спектр технологий, которые могут быть использованы в качестве клавиатур, каждая из которых обладает своими уникальными преимуществами и недостатками. К ним относятся резистивные, емкостные, индуктивные, пьезоэлектрические и оптические.

Размещение ключей

Первые механические калькуляторы и многие кассовые аппараты использовали "параллельные" клавиши с одним рядом цифр от 0 до 9 для каждой позиции, которую могла использовать машина. Более компактный, 10-клавишный ввод впервые появился на машине для сложения Standard в 1901 году. На этом калькуляторе цифровые клавиши были расположены в один ряд, с нулем слева и 9 справа. Современная четырехрядная компоновка впервые появилась на машине для сложения Sundstrand в 1911 году. Не существует единого стандарта для расположения клавиш четырех арифметических операций, десятичной точки, знака равенства или других более сложных математических функций на клавиатуре калькулятора. Изобретение клавиатуры с кнопочным набором для телефона приписывается Джону Е. Карлину, промышленному психологу из Bell Labs в Мюррей-Хилле, штат Нью-Джерси. На телефонной клавиатуре цифры от 1 до 9 расположены слева направо, сверху вниз, а 0 – в ряду под 789 и по центру. Телефонные клавиатуры также имеют специальные кнопки с обозначениями * (звезда) и # (октоторп, решётка, "фунт", "шестнадцатеричный знак" или "хеш") по обе стороны от клавиши с нулем. На клавишах телефона также могут быть буквы, которые использовались для вспомогательных целей, например, для запоминания кодов городов или полных телефонных номеров. Расположение клавиш на калькуляторах и телефонных номеронабирателях разошлось, поскольку они развивались примерно в одно и то же время. Bell Labs установила, что телефонная компоновка является самой быстрой в ходе тестирования для этой цели, и в то время контролировала все общедоступные телефоны в Соединенных Штатах.

Источник разницы порядка

Хотя клавиатура калькулятора предшествовала клавиатуре телефона почти на тридцать лет, порядок клавиш сверху вниз для телефонов был результатом исследований, проведенных группой по эргономике Bell Labs под руководством Джона Карлина. Они протестировали различные раскладки, включая раскладку, подобную Facit с двумя рядами, кнопки в круге, кнопки в дуге и ряды из трех кнопок. Это исследование привело к выводу, что принятая раскладка является оптимальной, а раскладка калькулятора примерно на 3% медленнее, чем принятая телефонная клавиатура. Несмотря на выводы, полученные в ходе исследования, существует несколько популярных теорий и народных объяснений, касающихся обратного порядка клавиш на телефонных и калькуляторных клавиатурах. Одна из популярных теорий предполагает, что причина схожа с объяснением раскладки QWERTY: непривычный порядок замедлял пользователей, чтобы адаптироваться к медленным переключателям конца 1950-х и начала 1960-х годов. Другое объяснение заключается в том, что во время внедрения телефонной клавиатуры телефонные номера в США часто называли, используя буквенные обозначения для первых двух цифр. Например, номер 555 1234 могли назвать как KL5 1234. Эти буквенные последовательности соответствовали словам: "27" – "CRestview", "26" – "ATwood" и так далее. Разместив клавишу "1" в верхнем левом углу, алфавит был упорядочен в обычном порядке слева направо для английских букв. Кроме того, на дисковом телефоне отверстие для "1" находилось вверху, хотя и в правом верхнем углу.

Отдельные соединения

Ключатель с механическим переключением 16 клавиш может быть подключен к управляющему устройству через 16 отдельных соединительных линий, а также заземляющий провод (рисунок 1, слева). Нажатие клавиши замыкает цепь на землю, что и обнаруживается управляющим устройством. Такая конструкция позволяет одновременно нажимать любое количество клавиш или их комбинации. Для экономии линий ввода/вывода можно использовать сдвиговые регистры с параллельным входом и последовательным выходом.

Мультиплексирование X/Y

Эти 16 + 1 вывода можно сократить до 8, используя мультиплексирование x/y (рисунок 1, центр). 16-клавишная клавиатура использует матрицу 4 × 4, состоящую из 4 линий ввода/вывода в качестве выходов и 4 – в качестве входов. Электрическая цепь замыкается между выходом и входом при нажатии клавиши. Каждое нажатие клавиши генерирует уникальный сигнал для контроллера. При необходимости, и если процессор это поддерживает, две клавиши можно нажать одновременно без возникновения неоднозначности. Добавление диодов последовательно с каждой клавишей предотвращает ложные срабатывания, позволяя осуществлять несколько одновременных нажатий.

Чарлиплексинг

8 выводов могут обнаружить гораздо больше клавиш, если вместо этого используется мультиплексирование с тремя состояниями (рисунок 1, справа), что позволяет обнаруживать (n-1) × (n/2) клавиш, используя всего n линий ввода/вывода. 8 линий ввода/вывода могут обнаруживать 28 отдельных клавиш без неоднозначности. Возможны проблемы с некоторыми комбинациями при одновременном нажатии двух клавиш. При использовании диодов количество обнаруживаемых уникальных клавиш удваивается.