05-08-2023
Клавиатуры (компьютерные и не только) делятся на типы в зависимости от используемой технологии. От типа выключателей зависит тактильная отдача от кнопок, их ход, долговечность и цена. В новых компьютерных клавиатурах используются гибридные технологии, экономящие расходы.
Мембранные клавиатуры часто используются в устройствах наподобие микроволновых печей и ксероксов. Обычно мембранная клавиатура состоит из трёх слоёв. На верхнем нанесены надписи и токопроводящие дорожки. На среднем слое отверстия в местах клавиш. На нижнем слое — только проводящие дорожки. Когда пользователь нажимает на клавишу, он продавливает мембрану, и дорожки замыкаются.
Мембранные клавиатуры обычно имеют плохой отклик, поэтому нажатия подтверждаются миганием или звонком. Они часто используются на кухне, в медицинском оборудовании и в прочих местах, где требуется полная герметичность. Хотя плёночные клавиатуры использовались в первых компьютерах (Sinclair ZX80, БК-0010), в современных компьютерах используются более удобные резиноплёночные клавиатуры.
На листе тонкой жести или прочной пластмассы выдавливают клавиши. Клавиши продавливаются с характерным «щелчком», обеспечивая полную герметичность и неплохую тактильную отдачу. Применяются повсеместно в бытовой технике и медицинском оборудовании.
Клавиши резиновой клавиатуры отливаются из резины (иногда приклеивается пластмассовый колпачок). Резиновые клавиатуры имеют отклик, но довольно специфичный, непригодный для печати. Очень тихие и применяются, например, в телефонах, телевизионных пультах и игровых контроллерах. Сворачивающиеся в рулон компьютерные клавиатуры являются именно резиновыми.
Главный недостаток резиновой клавиатуры — для чёткого замыкания требуется сильный прижим, причём на изношенной клавиатуре этот прижим сильнее. От этого недостатка свободен гибрид резиновой и плёночной клавиатуры.
Практически все современные компьютерные клавиатуры являются резиноплёночными. Клавиша современной клавиатуры состоит из толкателя, резинки (на манер резиновой клавиатуры) и трёх плёнок (на манер мембранной). В настольных клавиатурах толкатель расположен в особого рода шахте и этим защищён от перекоса. В ноутбуках, где потребная толщина клавиатуры — единицы миллиметров, клавиша двигается без перекосов с помощью ножничного механизма. Отдельные производители предлагают ножничные клавиатуры и для настольных компьютеров.[1] И в тех, и в других клавиатурах длинные клавиши (пробел, ввод) дополнительно защищаются от перекоса особой скобой (так называемым стабилизатором).[2]
Надлежащая кривая отклика моделируется с помощью сложной формы резинки. На кривой есть три участка: 1) резинка сопротивляется, усилие среднее; 2) резинка продавлена, усилие низкое; 3) палец резинки упёрся в плёнку, клавиша нажата, усилие высокое.
Ножничные клавиатуры дороже и сложнее в разборке, чем шахтные, но и меньше загрязняются из-за узких щелей.[3]
На плате нанесены два проводника, на толкателе расположен третий. Эти три проводника являются, по сути, двумя последовательно соединёнными конденсаторами. Клавиатура реагирует не на замыкание, а на изменение ёмкости и потому срабатывает при неполном нажатии.
В механических клавиатурах под каждой клавишей располагается настоящий выключатель с металлическими контактами. Отклик зависит от типа выключателя — бывает как «линейный» геймерский, так и «проваливающийся» для машинисток. Современные клавиатурные выключатели далеко ушли от традиционных микропереключателей, и момент срабатывания обычно где-то в середине хода. Наиболее известная из механических клавиатур — Apple Extended Keyboard.
Одна из разновидностей — клавиатура с изгибающейся пружинойU.S. Patent 4 118 611). Механизм состоит из пружины и молоточка, который замыкает ёмкостный или плёночный выключатель.[7] Очень шумна, однако любима многими профессиональными машинистками: это единственный тип клавиатуры, где щелчок привязан к моменту срабатывания. В 1993, после того, как Lexmark откололся от IBM, «голубой гигант» передал производство клавиатур дочерней компании. В 1996 году компания Unicomp приобрела патент и продолжает заниматься продажей и ремонтом клавиатур.
Используется геркон или эффект Холла. Надёжность таких клавиатур очень высока, они используются в критичных местах наподобие АЭС и самолётных кабин.
Лазер проецирует на стол изображение клавиатуры. Такую клавиатуру можно носить вместе с карманным компьютером или смартфоном, у многих моделей есть сматывающийся шнур или радиомодуль. Проекционные клавиатуры крайне неудобны и используются только ради компактности.
Разработала Харли Келхнером в 1962 году в попытке уменьшить шум от пишущей машинки. Под клавишами располагается сетка световых лучей; нажатая клавиша пересекает два луча (вертикальный и горизонтальный). На первых клавиатурах требовался специальный светозащитный корпус, а нажатие нескольких клавиш не поддерживалось (позже эти недостатки обошли). Это даёт по-настоящему герметичную клавиатуру, к тому же уменьшается объём электронной части, упрощая утилизацию. Оптическая клавиатура дешевле магнитной, и механизмы клавиш могут быть любыми, к каким привыкли машинистки — поэтому удавалось в западных компьютерах отдачу от клавиш делать такой же, как на пишущих машинках.
В необычной клавиатуре Datahand используется оптическая технология, а клавиши держатся в исходном положении магнитами. Когда пользователь преодолевает силу магнита, открывается путь лучу и нажатие регистрируется.
В компьютерных клавиатурах клавиши бывают цилиндрические, сферические и плоские. Машинки, дававшие длинный ход и требовавшие удар с усилием, имели сферические клавиши. В современных клавиатурах используются цилиндрические и плоские.
В различных клавиатурах, не приспособленных под скоростной набор (например, на телефонах, игровых контроллерах) бывают и выпуклые кнопки.
Есть несколько способов подписывания клавиш.
Самый простой способ подписать клавишу — нанести изображение краской. В современных компьютерных клавиатурах применяется изредка, исключительно с высококачественными красками ультрафиолетового отверждения.[9] Чаще используется в мобильных телефонах, телевизионных пультах и прочих недорогих устройствах. В мобильных телефонах надписи наносятся, как правило, вывороткой (чистый текст и закрашенный фон): это позволяет подсвечивать клавиатуру, а наполовину стёртая клавиша всё ещё остаётся читаемой.
В некоторых мобильных телефонах (Sony Ericsson Z550i) печатают краской на обратной стороне прозрачного колпачка, такая надпись не чувствуется и не изнашивается.
Иногда краску заливают в углубления на клавише, такая надпись ощущается пальцами, но и долго служит — а после стирания краски рельефная надпись всё ещё продолжает читаться. Такая технология применяется в устройствах общего доступа наподобие домофонов и таксофонов.
Надпись нанесена на обратной стороне тонкой плёнки. Плёнка приплавляется к клавише. Это наиболее распространённый способ нанесения надписей на компьютерные клавиатуры.
Надпись на клавише выжигается лазером.
Краска превращается в пар и оседает на клавише, внедряясь глубоко в пластмассу.
Клавиша составляется из двух пластмассовых компонентов. Один из них — надпись, второй — клавиша.
Интересно, что многие из недорогих компьютеров 1980-х годов (BBC Micro, Amstrad CPC) использовали именно дорогие двухкомпонентные клавиши.[10]
Современная клавиатура содержит также микроконтроллер и светодиоды Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock и Kana (на японских клавиатурах). Процессор — обычно аналог Intel 8048. На входе микропроцессора матрица клавиш, на выходе — интерфейсный провод. Тот же процессор управляет зажиганием лампочек.
Распространённая проверка на зависание — нажать Caps Lock. Клавиатура посылает код компьютеру, и уже компьютер командует «зажечь лампочку».
В IBM-совместимых компьютерах клавиши передают компьютеру так называемые скэнкоды (максимум 252 шт., зависят только от физического положения клавиши, то есть английское Q и французское A будут иметь один и тот же скэнкод). BIOS или ОС в соответствии с раскладкой клавиатуры преобразует скэнкоды в коды клавиш. Автоповтор клавиш на PS/2 реализуется повторной передачей скэнкодов нажатия, на USB — программно.
Клавиши обычно считываются с помощью схемы, которая называется «матрица кнопок». Есть сетка проводов; на пересечениях находятся кнопки. В настоящей матрице кнопок (например, в джойстиках) последовательно с каждой кнопкой включён диод.[11] В клавиатурах для удешевления диодов не ставят, поэтому одновременное нажатие трёх клавиш A1, A2 и Б1 зарегистрирует замыкание проводов Б и 2. Первые клавиатуры в таких случаях действительно регистрировали фантомное нажатие, во всех без исключения современных контроллерах есть логика защиты от подобного (однако, разумеется, клавиша Б2 временно перестаёт работать). Современная клавиатура без диодов гарантирует регистрацию одновременного нажатия любых двух клавиш с любой комбинацией кнопок-модификаторов наподобие ⇧ Shift. Компьютерные игры для двух игроков страдают от этого, в Star Control была даже утилита для экспериментирования с одновременными нажатиями.
В дорогих геймерских клавиатурах диоды есть, однако особенности протокола USB HID ограничивают количество одновременных нажатий шестью. Использование специализированного драйвера и подключение через PS/2 такого недостатка не имеют. При подключении через USB без специального драйвера такая клавиатура ведёт себя как обычная HID- и потому с лёгкостью «подхватывается» всеми BIOS и ОС.
При нажатии-отпускании клавиши выключатель некоторое время замыкается-размыкается. Хотя дребезг длится сотые доли секунды, этого достаточно, чтобы компьютер зарегистрировал несколько нажатий.
Технологии антидребезга обычно встраиваются в клавиатурный контроллер — после того, как клавиша нажата, она не опрашивается некоторое время, заведомо превышающее длительность переходных процессов. На первых мембранных клавиатурах (ZX81) время антидребезга было настолько большим, что мешало быстро печатать.
Технологии клавиатур.
