Klawiatura komputera PC
Budowa klawiatury
We współczesnych klawiaturach wykorzystuje się kilka różnych
rozwiązań związanych z rejestrowaniem naciskanych klawiszy.
Podstawowe rozwiązanie to mechaniczny przełącznik stykowy,
powodujący zamknięcie obwodu elektrycznego. W najlepszych
rozwiązaniach korzysta się natomiast z przełączników pyłkowa
potkali pojemnościowych. Ogólnie więc wyróżniamy dwa typy
klawiatur: stykowe i pojemnościowe.
Klawiatur z przełącznikami stykowymi
Rozwiązania mechaniczne wykorzystuj ą przełączniki o różnej budowie:
•
Przełącznik w pełni mechaniczny - naciśnięcie klawisza powoduje chwilowe zetknięcie
dwóch metalowych styków. Często w takich klawiaturach stosuje się mechanizm
sprzężenia dotykowego, zapewniany przez zacisk i sprężynę, czego wynikiem jest
charakterystyczny „klik" klawiatury i wyczuwalny lekki opór klawiszy. Przełączniki
mechaniczne są bardzo trwałe. Same styki najczęściej są samoczyszczące i wytrzymują
nawet 20 milionów uderzeń, co pod względem wytrzymałości stawia je zaraz po
klawiaturach pojemnościowych. Niestety tego typu rozwiązanie jest wypierane przez
tańsze przełączniki membranowe.
•
Przełącznik z elementem piankowym - charakterystycznym elementem tego typu
przełącznika jest element piankowy, na którego spodniej stronie umieszczona jest
przewodząca błona. Element piankowy jest przymocowany do trzpienia, a ten do
klawisza. Wciśnięcie klawisza powoduje zetknięcie błony z płytką drukowaną i
zamknięcie obwodu. Sprężyna powrotna powoduje wyniesienie klawisza do pozycji
wyjściowej. Element piankowy tłumi efekt zetknięcia, co przy braku sprzężenia
zwrotnego, powoduje iż tego typu klawiatury są miękkie i nie wydają
charakterystycznego „kliku" (w niektórych rozwiązaniach stosuje się przesyłanie
dźwięku „klikania" do głośnika komputera). Tego typu rozwiązanie należy raczej do
przeszłości.
•
Przełącznik z gumową kopułką - w miejscu sprężyny stosuje się gumową kopułkę
(kapturek) osadzoną wybrzuszeniem w górę na płytce obwodu klawiatury. Na spodzie
kopułki znajduje się styk węglowy. Wciśnięcie klawisza powoduje wgniecenie kopułki,
która zapadając się, zwiększa stawiany opór. Użytkownik odczuwa sprzężenie dotykowe,
a styk węglowy zapewnia zamknięcie obwodu. Zwolnienie klawisza powoduje, iż
kopułka wraca do stanu spoczynkowego wypychając klawisz do góry. Tego typu
rozwiązanie jest jednym z najtańszych z najmniejszą liczbą elementów, jednakże zbyt
małe sprzężenie dotykowe sprawiło, że tego typu przełączniki nie są już w zasadzie
używane.
•
Przełącznik membranowy - to rozwiązanie bazuje na konstrukcji przełącznika
kopułkowego. Wykorzystywana jest płaska elastyczna płytka drukowana zapewniająca
przekazywanie wprowadzanych danych. Bardzo często gumowe kopułki, jak i same
klawisze to dwa scalone arkusze. Klawiatury tego typu są twardsze od klawiatur
kopułkowych, jednak nie dorównują komfortem pracy klawiaturom mechanicznym i
pojemnościowym. Mimo tego są najczęściej występującym obecnie rodzajem klawiatur,
co jest możliwe dzięki niskim kosztom produkcji.
Naciśnięcie klawisza powoduje zwarcie obwodu co powoduje przepływ prądu. W zależności od
tego, jaki klawisz wciśniemy generowany jest prąd o innym natężeniu. Cały proces kontrolowany
jest przez mikroprocesor (np. 8048), który sprawdza zmiany natężenia w obwodach pomiędzy
klawiszami. Każdy z klawiszy ma określony układ kodów, co pozwala odróżnić je od siebie - nawet
jeżeli są oznaczone tak samo (np. prawy i lewy Alt). W celu rozróżnienia, czy nastąpiło wciśnięcie
klawisza, czy fluktuacja prądu procesor sprawdza obwody setki razy na sekundę i bierze pod uwagę
tylko te sygnały, które powtórzyły się co najmniej dwa razy. Kiedy mikroprocesor otrzyma sygnał
o akcji klawisza przerabia go na odpowiednik kodowy. Każdy klawisz ma dwa odpowiedniki
kodowe. Jeden znamionujący wciśnięcie klawisza i drugi - jego zwolnienie. Odpowiedniki kodowe
przechowywane są w pamięci wewnętrznej klawiatury, z której następnie przekazywane są do
komputera. Tam z kolei odbiera je BIOS i przekazuje procesorowi, a następnie wysyła do
klawiatury impuls mówiący, że może usunąć odebrane przez komputer odpowiedniki kodowe z
bufora (pamięci wewnętrznej).
Klawiatury z przełącznikami pojemnościowymi
Tego typu klawiatury są znacznie droższe od rozwiązań mechanicznych, ale za to są bardziej
odporne na zanieczyszczenia i korozje. Zapewniają także największy komfort pracy poprzez
właściwe sprzężenie dotykowe.
W przełączniku pojemnościowym nie występuje zjawisko zetknięcia styków. Do każdego klawisza
wykorzystywane są pary płytek przyłączone do matrycy przełączników, która wykrywa zmiany w
pojemności obwodu. Wciśnięcie klawisza powoduje przesunięcie płytki w stronę płytki dolne.
Umieszczona pod klawiszem sprężyna zapewnia w tym czasie wyraźne sprzężenie dotykowe,
którego efektem jest oczywiście charakterystyczny „klik". Przesunięcie płytki powoduje zmianę
pojemności układu. Specjalny układ wykrywa zmiany pojemności i informuje o naciśnięciu i
zwolnieniu danego klawisza.
Ponieważ przełączniki tego typu nie wymagają zwierania obwodu, to wrażliwość na
zanieczyszczenia i korozję zredukowano niemal do zera, dzięki czemu są to przełączniki
najbardziej trwałe - średnia żywotność wynosi około 25 milionów uderzeń. Niestety nie są to tanie
rozwiązania i są stosowane wyłącznie w klawiaturach z górnej półki cenowej.
Podstawowy układ klawiszy
Podstawowe rodzaje klawiatur to:
•
101 -klawiszowa klawiatura rozszerzona,
•
104-klawiszowa klawiatura rozszerzona typu Windows (współczesny układ klawiszy
obejmuje o trzy klawisze więcej - Sleep, Power, Wake up),
•
83-klawiszowa klawiatura typu PC i XT,
•
84-klawiszowa klawiatura typu AT.
Obecnie w praktyce wszystkie produkowane klawiatury są zgodne z rozmieszczeniem klawiszy w
układzie klawiatury rozszerzonej 101 lub 104-klawiszowej. A wśród najnowszych rozwiązań
dotyczących układu klawiszy warto wspomnieć o rezygnacji z samodzielnego klawisza Insert, co
powoduje redukcję jednego klawisza.
Powszechnie używamy klawiatury w tzw. układzie QWERTY, co odpowiada rozmieszczeniu
poszczególnych klawiszy podobnie jak na maszynie do pisania. Na klawiaturach niemieckich
obowiązuje standard QWERTZ, co oznacza, że klawisze Z i Y są zamienione miejscami. Układ
klawiszy QWERTY został opracowany ponad 130 lat temu i miał on za zadanie utrudnić (!) zbyt
szybkie pisanie. Związane to było z niedoskonałością mechanizmów ówczesnych maszyn do
pisania, na których przy zbyt szybkim uderzaniu w klawisze dochodziło do zakleszczania się
ramion z czcionkami. Pomimo tego, że już kilkanaście / kilkadziesiąt lat później budowa
mechaniczna klawiatur była na tyle sprawna, że tego typu problem by nie występował, to
opracowany układ rozmieszczenia klawiszy zadomowił się wśród użytkowników
i nikt go już nie zamierzał zmieniać. Także w klawiaturach komputerowych nie istnieje
oczywiście żadne ryzyko zakleszczania klawiszy, ale mimo tego to ten właśnie układ klawiszy
wykorzystano do budowy klawiatur. Dużo bardziej naturalny dla człowieka j est natomiast układ
alfabetyczny ABCDEF bądź układy klawiszy ułatwiające szybsze wprowadzanie całych sylab.
W historii rozwoju komputerów
podejmowano już kilka prób
popularyzacji bardziej naturalnego,
alfabetycznego układu klawiatury.
Jedną z pierwszych takich prób
było wprowadzenie klawiatury
komputerowej zgodnej z układem
klawiszy opracowanym przez August Dworaka. Klawiatura Dworaka posiada zupełnie inny
układ klawiszy, opracowany z założeniem maksymalnego ułatwienia i przyśpieszenia pisania na
klawiaturze. Mimo to, tego typu klawiatury można potraktować raczej jako ciekawostki, gdyż
nie przyjęły się one na szerszą skalę.
Obecnie od czasu do czasu pojawiają się kolejne próby zmiany dominacji układu QWERTY.
Najnowszym pomysłem jest klawiatura opracowana przez Johna Parkinsona, która ma trafić
na rynek w drugim kwartale 2005 r. jako produkt firmy NewStandard. Taka klawiatura posiada
tylko 53 kolorowe klawisze. Jest podłączana do komputera przez złącze USB. Dodatkowym
ułatwieniem obsługi jest
centralnie położony Enter i
klawisze
sterowania
kursorami. W lewej części
klawiatury znajdują się
klawisze od A do M, zaś po
prawej stronie pozostałe
przyciski.
Ograniczenie
liczby klawiszy oczywiście
spowodowało zmniejszenie
wymiarów zewnętrznych
urządzenia do 32 x 12,5 x 2,5 cm.
Obecnie wiele klawiatur posiada całe zestawy dodatkowych przycisków np. do obsługi
multimediów, wywoływania najczęściej otwieranych programów bądź wspomagających
przeglądanie stron internetowych.
Dość popularne są także klawiatury ergonomiczne, na których
układ poszczególnych klawiszy ma przyspieszać wprowadzanie
tekstów (tego typu rozwiązania nie bardzo sprawdzają się przy
wprowadzaniu polskich tekstów).
Interfejsy klawiatur
Najczęściej klawiatury podłączane są do komputera poprzez złącze PS/2. Wcześniej było to
złącze DIN. Występują także klawiatury wykorzystujące USB (niektóre posiadają nawet
wbudowany koncentrator). Współczesne rozwiązania to także klawiatury bezprzewodowe
wykorzystujące podczerwień bądź fale radiowe.
Wśród innych rozwiązań dotyczących interfejsu warto wspomnieć o klawiaturach wirtualnych
sterowanych myślami, czy też klawiaturach sterowanych ruchami palców w powietrzu. Pojawiły
się także klawiatury świetlne, które umożliwiają np. szybkie wprowadzanie tekstów do
palmtopów i innych urządzeń przenośnych.
Oprócz tego klawiatury mogą przyjąć najróżniejsze kształty. Mogą być składane, obsługiwane
jedną ręką, rozsuwane, itp.