Компьютерная клавиатура

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
клавиатура IBM Model M

Компью́терная клавиату́ра — устройство, позволяющее пользователю вводить информацию в компьютер (устройство ввода). Представляет собой набор клавиш (кнопок), расположенных в определённом порядке.

История[править | править код]

Видеотерминал ADM-3A — таким пользовался Билл Джой, когда разрабатывал текстовый редактор vi

Первые компьютеры клавиатуры не имели: данные вводились в компьютер либо установкой механических переключателей и проводов, либо с помощью перфокарт (пример — ENIAC). По мере повышения производительности ЭВМ, а особенно с появлением режима разделения времени появилась необходимость вводить команды, не прерывая работу машины. Первоначально для этой цели использовались электромеханические телетайпы, позже их сменили специализированные видеотерминалы. В таком терминале клавиатура являлась его частью, даже если выполнялась в отдельном корпусе. Никаких стандартов как по электрической части, так и по составу и расположению кнопок не было. Такие терминалы могли иметь отдельные клавиши для управления курсором, прокрутки текста на экране или подачи управляющих сигналов.

Клавиатура Symbolics[en] LM-2 «space-cadet[en]» со множеством управляющих клавиш и клавиш-модификаторов, специфичных для этой машины. Под эту клавиатуру писался редактор Emacs
Клавиатура Macintosh 128K

С появлением мини- и микрокомпьютеров клавиатура могла подключаться непосредственно к компьютеру. Однако эти клавиатуры также не были законченными универсальными устройствами: они подключались, напрямую или через согласующие устройства, к портам компьютера, на нажатие клавиш либо генерировалось прерывание, либо загруженная в компьютер программа периодически производила опрос матрицы клавиш. Компьютеры разных архитектур использовали уникальные, несовместимые друг с другом клавиатуры. У некоторых компьютеров, преимущественно одноплатных, таких как ZX80, клавиатура располагалась на корпусе, у других — соединялась многожильным кабелем с системным блоком. Некоторые клавиатуры содержали минимум клавиш — алфавитно-цифровые, Enter и несколько управляющих. Другие, как space-cadet[en] для лисп-машин MIT, содержали большое количество управляющих клавиш, специфичных для данной архитектуры. Также стали появляться функциональные клавиши, не имевшие предопределённого назначения. Проводились эксперименты по использованию аккордных клавиатур.

83-клавишная «XT» — клавиатура

Единый стандарт клавиатуры, как и многие другие стандарты компьютерного оборудования, связан с компьютером IBM PC. Первая версия клавиатуры для IBM PC, так называемая «XT-клавиатура» заметно отличалась от последующих как по раскладке, так и по протоколу обмена с компьютером: на ней было 83 клавиши (из них 10 — функциональных), отсутствовали индикаторы режимов ввода. В 1984 году вместе с компьютером IBM PC/AT появился и новый, получивший в дальнейшем широкое распространение стандарт клавиатуры — протокол обмена стал двусторонним, что позволило разместить над цифровым блоком три светодиодных индикатора режима ввода. Однако раскладка изменилась незначительно: была добавлена клавиша SysRq, цифровой блок был отделён от основного буквенно-цифрового, некоторые клавиши были перенесены на другие места. Несмотря на внешнее сходство и использование одинакового разъёма DIN, новая клавиатура была несовместима с прежними моделями компьютеров IBM PC и IBM PC/XT — для подключения к ним у некоторых клавиатур был специальный переключатель. Следующее поколение клавиатур началось с представления в 1986 году клавиатуры «Model M[en]», имевшей в зависимости от локализации от 101 (в американской раскладке) до 106 (в японской) клавиш, и стало стандартом. Дальнейшее развитие клавиатур шло от модели «Model M»: порт подключения был заменён на PS/2 и USB, были добавлены клавиши Windows и меню, на некоторых — мультимедийные клавиши. В ноутбуках и на компактных клавиатурах расположение клавиш может отличаться; некоторые клавиши могут быть доступны с помощью модификатора Fn, но большинство компьютеров использует клавиатуру, произошедшую от компьютеров IBM PC, за исключением клавиатур от Apple и клавиатур от специализированных рабочих станций, наподобие терминалов Блумберга.

Раскладка 105-клавишной клавиатуры IBM/Windows
Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 PrtSc
SysRq
Scroll
Lock
Pause
Break
ТильдаВосклицательный знакКоммерческое atМашинописная кавычкаРешёткаНомерДолларТочка с запятойПроцентЦиркумфлексДвоеточиеАмперсандВопросительный знакЗвёздочкаКруглые скобкиПодчёркиваниеПлюсМашинописный обратный апострофЁОдинДваТриЧетыреПятьШестьСемьВосемьДевятьНольДефисРавноBackspaceQWERTYUIOPФигурные скобкиТабуляцияЙЦУКЕНГШЩЗКвадратные скобкиХ (кириллица)Квадратные скобкиЪВводASDFGHJKLДвоеточиеМашинописная кавычкаВертикальная чертаКосая чертаCaps LockФЫВАПРОЛДТочка с запятойЖМашинописный апострофЭОбратная косая чертаВертикальная чертаZXCVBNMУгловые скобкиВопросительный знакЗапятаяShiftОбратная косая чертаЯЧСМИТЬЗапятаяБТочкаЮКосая чертаТочкаShiftCtrlWindowsAltПробелAltWindows (клавиша)МенюCtrlKB Eng-Rus QWERTY(ЙЦУКЕН).svg
Ins Home PgUp NumLk / *
Del End PgDn 7 8 9 +
4 5 6
1 2 3 Ent
0 ,

Устройство[править | править код]

Мембрана плёночной клавиатуры с дорожками и контактными площадками
Основная статья: Технологии клавиатур

В большинстве компьютерных клавиатур контакты клавиш соединены в матрицу. Контроллер клавиатуры последовательно подаёт потенциал на ряды клавиш и по появлению сигнала на выходном шлейфе распознаёт, какая клавиша нажата. Нажатие трёх клавиш, одна из которых находится на пересечении дорожек, ведущих к двум другим клавишам, приводит к регистрации фантомного нажатия четвёртой. В недорогих клавиатурах производится оптимизация разводки с целью не допустить подобных случаев для наиболее распространённых сочетаний, а в неоднозначных случаях нажатие третьей клавиши игнорируется. Более дорогие клавиатуры могут иметь на каждой клавише диод[1].

Наиболее распространённый тип клавиатур — мембранные с резиновыми толкателями, служащими одновременно и для создания усилия нажатия на мембрану и возврата после отпускания клавиши. Более дорогие модели могут использовать подпружиненные металлические контакты, герконы или ёмкостные сенсоры.

За опрос матрицы клавиш, формирование скан-кодов и передачу их в компьютер по протоколу PS/2 или USB, а также за индикацию режимов ввода отвечает контроллер клавиатуры. Многие микрокомпьютеры 1970-80-х не имели отдельного контроллера клавиатуры: клавиатуру опрашивал центральный процессор. В клавиатурах стандарта IBM PC/AT опросом клавиатуры занимается микроконтроллер, аналогичный Intel 8042[2]. Клавиатуры, подключаемые к компьютеру через порт PS/2, генерируют прерывание при нажатии, длительном удержании и отпускании клавиш. Клавиатуры, подключаемые к компьютеру через порт USB, передают состояние клавиатуры после каждого цикла опроса.

Группы клавиш[править | править код]

Клавиатура, соответствующая стандарту PC/AT. 104 клавиши расположены согласно раскладке QWERTY

По своему назначению клавиши на клавиатуре условно делятся на основные группы:

Дополнительные группы:

Некоторое количество (в PC/AT-клавиатуре — двенадцать) функциональных клавиш расположено в верхнем ряду клавиатуры. Ниже располагается блок алфавитно-цифровых клавиш. Правее этого блока находятся клавиши управления курсором, а у самого правого края клавиатуры — цифровая панель, которая может выполняться съёмной.

Буквенно-цифровой блок[править | править код]

Буквенно-цифровые клавиши также именуются алфавитно-цифровыми клавишами, клавишами данных, клавишами для ввода данных. Основу этого блока составляет набор символов, аналогичный набору символов пишущей машинки. Обычно к одной клавише данных привязано несколько букв, цифр, знаков препинания и символов. Какая будет введена буква, определяется заданным регистром клавиатуры — режимом работы клавиатуры, установленным клавишами управления или клавишами переключения регистра.[3][4]

К алфавитно-цифровому блоку относятся клавиши для ввода букв, цифр, знаков пунктуации и символов основных[en] арифметических операций, а также специальных символов. В стандартной клавиатуре PC/AT этот блок включает в себя 47 клавиш. Для некоторых языков, где число букв в алфавите больше 26, производители клавиатур выпускают клавиатуры с дополнительными клавишами в алфавитно-цифровом блоке — например, на клавиатурах для украинского языка (33 буквы) их уже 48 (см.: Украинская раскладка клавиатуры). Для русского алфавита с его 33 буквами специальные клавиатуры не производятся — все буквы русского алфавита размещены на клавишах стандартной клавиатуры PC/AT.

Клавиши алфавитно-цифрового блока делятся по рядам и по зонам.[источник не указан 2432 дня] Нижний ряд блока находится над клавишей «пробел» и клавишами-модификаторами Ctrl, Alt, AltGr. Он считается первым. Выше — второй, в методе слепой десятипальцевой печати также называемый «домашним» рядом[источник не указан 2432 дня]. Ещё выше — третий. Самый верхний ряд клавиш блока — четвёртый — в латинской раскладке QWERTY не содержит клавиш для ввода букв, но включает все клавиши ввода цифр. По этой причине его часто называют цифровым рядом[источник не указан 2432 дня].

Для большего удобства набора текста поверхность клавиш может располагаться не в одной плоскости, а по дуге. В некоторых клавиатурах, например «IBM Model M[en]», или некоторых клавиатурах с раздельными зонами левой и правой руки, используется изогнутая плата, но гораздо чаще используются клавиши разной высоты. Наиболее распространённая разновидность профиля клавиш известна также, как OEM-профиль. Недостаток такого подхода в том, что клавиши из разных рядов невзаимозаменяемы. Кроме того, обе технологии невозможно применять в ноутбуках и низкопрофильных ножничных клавиатурах.

Зоной называется совокупность клавиш, закреплённых в методе слепой десятипальцевой печати за пальцами каждой из рук. Нумерация зон идёт слева направо.[источник не указан 2432 дня]

Результат действия алфавитно-цифровых клавиш зависит от регистра (нижний или верхний) и уровня (первый или второй), в котором осуществляется нажатие этих клавиш.

Клавиши управления[править | править код]

Клавиши управления (англ. control keys) предназначены для выполнения определённых действий, могут использоваться отдельно или в сочетании с другими клавишами[3], включают следующие клавиши: Esc, Tab ↹, Ctrl, Alt, ← Backspace, ↵ Enter, PrtSc, Ins, Num Lock, Del, Scroll Lock, Break[5], ⊞ Win[3].

Клавиши-модификаторы
Основная статья: Клавиша-модификатор

Клавиши-модификаторы предназначены для изменения (модификации) действий других клавиш, включают следующие клавиши: Shift, Ctrl, Caps Lock, Alt, AltGr (правая Alt) и ⊞ Win. Включение верхнего регистра клавиш (при отключённом ⇪ Caps Lock) осуществляется нажатием и удержанием клавиши ⇧ Shift. Нажатие и удержание клавиши AltGr используется для перехода на второй уровень клавиатуры. Особое значение имеет клавиша Fn: она не генерирует скан-кода, а изменяет скан-код других клавиш.

Клавиши-модификаторы используются наиболее часто, поэтому имеют увеличенный размер. А часто используемые клавиши ⇧ Shift и Ctrl продублированы по обеим сторонам блока алфавитно-цифровых клавиш.

Клавиши системных команд

К клавишам системных команд относятся следующие клавиши: SysRq, Esc, PrtSc, Pause, Break, ≣ Menu.

Функциональные клавиши[править | править код]

В верхней части клавиатуры стандарта PC/AT располагается блок так называемых функциональных клавиш — клавиши от F1 до F12. На клавиатурах компьютеров PC/XT было 10 функциональных клавиш (от F1 до F10), расположенных в два столбца в левой части клавиатуры. Назначение (функции) функциональных клавиш определяется в зависимости от системного или прикладного ПО: после включения компьютера — программой конфигурации материнской платы (Setup BIOS), а в последующем — запущенной операционной системой.

Назначение (функции) отдельных функциональных клавиш, комбинации функциональных клавиш с клавишами Shift, Ctrl и Alt и «обычными» клавишами составляют часть интерфейса пользователя и, как правило, являются постоянными для отдельно взятого вида ПО. Существует ряд универсальных назначений, применяемых наиболее широко: зачастую при нажатии клавиши F1 на экран выводится встроенный справочник по программе (часто уже открытый на странице, соответствующей режиму программы, в котором она находится), а нажатие клавиши ESC приводит к прерыванию текущей операции.

Цифровая клавиатура[править | править код]

Основная статья: Цифровая клавиатура

Цифровой блок клавиатуры содержит 17 клавиш, аналогичных применяемым в калькуляторах, кассовых аппаратах и тому подобном. Основное назначение клавиш блока цифровой клавиатуры — дублирование функций клавиш алфавитно-цифрового блока в части ввода цифр и символов основных арифметических операций. Считается, что клавиши цифрового блока более удобны для ввода цифр и знаков арифметических операций, нежели клавиши алфавитно-цифрового блока. При отключённом Num Lock клавиши цифрового блока дублируют клавиши управления курсором.

Специализированные клавиши[править | править код]

Мультимедийные клавиши[править | править код]

Мультимедийная компьютерная клавиатура, оснащённая клавишами для изменения громкости звука и для выполнения других действий

Многие современные компьютерные клавиатуры помимо стандартного набора из 104 клавиш снабжаются дополнительными клавишами (как правило, другого размера и формы), которые предназначены для управления некоторыми основными функциями компьютера:

  • для управления громкостью звука: громче, тише, включить или выключить звук;
  • для управления лотком в приводе для компакт-дисков: извлечь диск, принять диск;
  • для управления проигрывателем: воспроизводить, поставить на паузу, остановить воспроизведение, промотать запись вперёд или назад, перейти к следующей или предыдущей записи;
  • для управления сетевыми возможностями компьютера: открыть почтовую программу, открыть браузер, показать домашнюю страницу, двигаться вперёд или назад по истории посещённых страниц, открыть поисковую систему;
  • для запуска часто используемых программ: открыть калькулятор, открыть файловый менеджер;
  • для управления состоянием окон операционной системы: свернуть окно, закрыть окно, перейти к следующему или к предыдущему окну;
  • для управления состоянием компьютера: перевести в ждущий режим, перевести в спящий режим, пробудить компьютер, выключить компьютер.

Так как многие из этих функций (управление звуком и воспроизведением звукозаписей, управление компакт-дисками и т. п.) относятся к сфере мультимедиа, то такие клавиатуры часто называются «мультимедийными клавиатурами».

Фирменные драйверы таких клавиатур, как правило, не предоставляют пользователям возможности управлять назначением большинства дополнительных клавиш (кроме, возможно, специальной группы «пользовательских клавиш»), а также не дают возможности определять дополнительные сочетания, состоящие из нескольких клавиш (с участием мультимедийных) и назначать им новые специальные функции. Однако эта проблема может быть решена при помощи независимых универсальных драйверов от сторонних разработчиков.

Программируемые клавиатуры[править | править код]

Существуют клавиатуры, для которых можно переназначить любую клавишу произвольным образом: не только поставить в соответствие любой клавише тот или иной скан-код, но и назначить макросы[6], и даже динамически изменять обозначение на клавише, для чего в такие клавиши встраиваются миниатюрные дисплеи — OLED или жидкокристаллические[7]. Большинство подобных клавиатур позиционируются как игровые.

Компактные клавиатуры[править | править код]

С целью экономии места на рабочем столе или для того, чтобы уместить клавиатуру на устройстве, на котором полноразмерная клавиатура не может поместиться, производители клавиатур могут располагать клавиши на клавиатуре в не стандартном порядке или удалять клавиши с клавиатуры. Компактные программируемые клавиатуры популярны, например, среди геймеров и системных администраторов, так как такую клавиатуру легче носить с собой. Наиболее популярные форматы компактных клавиатур:

  • 80 % или TKL (от англ. tenkeyless — буквально «без десяти клавиш») — клавиатура стандартной раскладки без цифрового блока. Цифровой блок также может эмулироваться в пределах основной буквенно-цифровой клавиатуры при включении режима NumLock;
  • 75 % — распространённый на ноутбуках формат, при котором клавиши Home, End, PgUp и PgDown могут либо располагаться в один столбец по правому краю клавиатуры, либо эмулироваться через клавишу Fn совместно с курсорными клавишами. Малоиспользуемые клавиши (Scroll Lock, Pause, Insert), как правило, тоже эмулируются;
  • 60 % — формат, при котором клавиатуры состоят исключительно из буквенно-цифрового блока, клавиш-модификаторов, клавиш Esc, Enter и Backspace. Все остальные клавиши (F1-F12, стрелки и другие) эмулируются с помощью клавиши Fn. Наиболее известный представитель — Happy Hacking Keyboard[en].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Dave Dribin: Keyboard Matrix Help
  2. В.А. Авдеев, В.Ф. Гузик. Компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства. — Таганрог : ТРТУ, 2001.
  3. 1 2 3 Использование клавиатуры. Справка Windows. support.microsoft.com. Дата обращения 17 декабря 2016.
  4. С. И. Адян. Математический энциклопедический словарь. — Сов. энцикл., 1988-01-01. — С. 823. — 856 с.
  5. Brice Carnahan, James O. Wilkes. The IBM Personal Computers and the Michigan Terminal System. — UM Libraries, 1987-01-01. — 366 с.
  6. Игровые клавиатуры: Макросы вам в помощь
  7. Клавиатура Optimus Maximus: $500 за OLED-пробел — 3dnews

Ссылки[править | править код]