Клавиатура

Клавиату́ра (нем. Klaviatur от лат. clavis — ключ) — комплект расположенных в определенном порядке рычагов-клавиш у какого-либо механизма для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Как правило, кнопки нажимаются пальцами рук. Бывают, однако, и сенсорные.

Согласно Википедии, "существует два основных вида клавиатур: музыкальные и алфавитно-цифровые".. Первые рассматривать смысла нет, так как сайт посвящён исключительно вводу текстовых и числовых данных.

Классификация

Клавиатуры можно классифицировать по следующим признакам:

По устройству

• Мембранные
  • Шахтные
  • Ножничные
  • Плунжерные («полумеханические»)
• Механические
  • На дискретных выключателях (в основном Cherry, Alps и их клоны)
  • На изгибающихся пружинах (Buckling springs)
  • Ёмкостные
  • Оптические
  • Магнитные (герконовые и на эффекте Холла)
• Альтернативные
  • Аккордные
  • Сенсорные
  • Проекционные

По составу и расположению клавиш

• Полноразмерные
• Расширенные (с мультимедиа-кнопками и/или макрокнопками)
• Компактные
  • Без цифрового блока
  • 75% (ноутбучный формат)
  • 60% (только алфавитно-цифровой блок)
  • 40% (без цифр)
  • Разделяемые (Split)
  • Эргономичные
  • Аккордные
  • Стенографические

Также, производители клавиатур нередко экспериментируют с раскладками, располагая некоторые группы клавиш в нестандартных местах, для экономии места.

Отдельно стоит выделить клавиатуры для компьютеров Apple, отличающиеся нижним рядом и назначением некоторых редкоиспользуемых клавиш.

Также по раскладке алфавитно-цифрового блока можно выделить следующие виды:

• Ansi-раскладка;
• ISO-раскладка;
• раскладка Mitsumi Classic (известная как Bigass-Enter)
• Другие, например раскладка HHKB

По профилю клавиш

• Плоский (все клавиши имеют одинаковую высоту)
  • Островной
• Ступенчатый
• Фигурный (Sculptured, клавиши каждого ряда имеют разную высоту, в таком формате выпускается большинство механических клавиатур)
• На изогнутой плате (Barrel-plate, сами клавиши одинаковые, но верхняя часть корпуса клавиатуры имеет изгиб. Примеры — dialog kp-112, IBM Model M)

Также разные профили имеют разную форму выемки под палец:

• Плоские (выемка отсутствует, практически все низкопрофильные клавиатуры такие)
• Цилиндрические
• Сферические

По высоте профиля различают:

• Классические (высокопрофильные)
• Низкопрофильные
• Пониженного профиля (полуслим)

Среди механических клавиатур существует несколько стандартных профилей: например, OEM (высокий цилиндрический фигурный, стандарт для большинства игровых клавиатур), SA (олдскульного вида, очень высокий, фигурный, сферический), DSA (пониженный, равновысотный, сферический) и т.д. Но на мембранных клавиатурах производители такой стандартизацией не заморачиваются, так как взаимозаменяемость клавиш в них не предполагается.

По возможности изменения раскладки

• С неизменной раскладкой
• С переключаемыми предустановленными раскладками
• Программируемые

По способу подключения

• AT (устаревший разъём, не производится)
• PS/2 (часто бывает доступен через переходник)
• USB
• Bluetooth (беспроводная)
• 2,4 ГГц (тоже беспроводная, но с отдельным USB-приёмником)

Клавиатуры по устройству

Как правило, клавиатуры, за исключением экзотических видов, делят на две группы: мембранные и механические. Правда, это деление не отражает реального различия их устройства, просто исторически сложилась именно такая классификация. К «мембранным» относят клавиатурный «мейнстрим», а «андеграундные», «хипстерские» модели без размышлений относят к «механическим». Несмотря на ошибочность такой классификации, мы будем придерживаться её.

Мембранные клавиатуры

Изначально мембранные клавиатуры делались для устройств, не предполагавших возможности быстрой печати. Среди них были и компьютеры, но в основном домашние модели, в которых старались максимально снизить стоимость: например ZX-Spectrum, ранние версии Commodore PET, IBM PCjr. В дальнейшем для улучшения тактильной обратной связи и более надёжного нажатия на клавиши в конструкцию клавиатуры добавили резиновый купол, что позволило создавать недорогие клавиатуры, которые можно было использовать для быстрой печати.

Современная мембранная клавиатура устроена следующим образом: на нижней части корпуса уложена мембрана, состоящая из трёх слоёв гибкого пластика. На два слоя нанесены токопроводящие дорожки, а в третьем слое, расположенном между ними, имеются отверстия в местах расположения клавиш. Если в этом месте нажать на мембрану, дорожки на двух её слоях соприкасаются и регистрируется нажатие клавиши.

Другая важная деталь современной мембранной клавиатуры — эластичный купол. Он выполняет сразу несколько функций: распределяет усилие нажатия на мембрану для лучшего контакта, создаёт тактильную обратную связь, позволяющую легче дозировать нажатие, и возвращает клавишу при отпускании. Во многом от качества этих куполов зависит удобство работы на конкретной мембранной клавиатуре. Для всех видов мембранных клавиатур характерны следующие достоинства и недостатки:

достоинства

• Технологичность в производстве, и следовательно низкая цена;
• Относительно тихая работа (см. ниже);
• Небольшая высота клавиш — подставка для рук в таких клавиатурах скорее декоративный элемент, чем необходимость.

недостатки

• Некоторым не нравится ощущение от нажатия;
• Клавиша срабатывает в конце хода и отпускается при малейшем снижении усилия нажатия;
• Нет гарантии регистрации нажатия любых трёх клавиш: некоторые сочетания не могут быть распознаны однозначно, появляются т.н. фантомные нажатия («гостинг»). Обычно это стараются компенсировать такой разводкой, чтобы вероятность подобных нажатия была минимальной, плюс при появлении гостинга можно блокировать не всю клавиатуру, а только те ряды, в которых замечены фантомные нажатия.
• Меньший ресурс. Износ в мембранных клавиатурах происходит постепенно: нажимать некоторые клавиши становится всё труднее, пользователи часто этого не замечают и вырабатывают привычку бить по клавишам со всей силы, что ускоряет её износ, а также делает печать на ней даже более громкой, чем на механических клавиатурах.

В свою очередь, мембранные клавиатуры бывают двух типов: с шахтным и ножничным механизмом.

Шахтные клавиатуры

Наиболее распространённый тип мембранной клавиатуры. Данный тип клавиатур наиболее прост и дёшев: в верхней пластине корпуса под каждой клавишей имеются трубочки («шахты» или «колодцы»), в которых движется толкатель самой клавиши. Эти шахты нужны для того, чтобы клавиша не болталась из стороны в сторону. Такая конструкция содержит минимум движущихся деталей. Однако эти шахты не дают сделать такую клавиатуру достаточно низкой, чтобы использовать её в ноутбуках. Кроме того, такая клавиатура работает не так уж и тихо: имеется достаточно резонирующих полостей, кроме того, при обратном ходе клавиши бьются об ограничитель. Такие клавиатуры самые дешёвые, и это скорее недостаток: чтобы сделать изделие ещё дешевле, производители применяют низкокачественные материалы, поэтому именно в таких клавиатурах отваливаются ножки, стираются легенды (хоть и владея слепой печатью, на клавиатуру смотришь редко, но всё равно неприятно на неё смотреть), а стабилизаторы длинных клавиш гремят, скрипят, заедают, а своей функции не выполняют. Качественные же клавиатуры этого типа либо со временем удешевляются, либо уходят с рынка, не выдержав конкуренции.

Ножничные клавиатуры

В ножничной клавиатуре за движение клавиши без перекосов отвечает ножничный механизм: две детали, которые складываются наподобие ножниц. У ножничных клавиатур есть несколько принципиальных достоинств: они очень тонкие (собственно, для этого ножничный механизм и разрабатывался) и очень тихие, несмотря на наличие большего количества движущихся деталей. Детали ножничного механизма изготавливаются из достаточно мягкого пластика, чтобы можно было снимать клавиши для чистки, и потому хорошо демпфируют звук, к тому же в таких клавиатурах гораздо меньше резонирующих полостей, а сами клавиши максимально лёгкие. Ножничные клавиатуры из-за большого количества деталей стоят дороже, но зато среди них гораздо меньше откровенно некачественных изделий. При этом обычные мембранные клавиатуры часто маскируют под ножничные, делая их островными и скашивая края корпуса так, чтобы со стороны казалось, что клавиатура — тонкая.

Полумеханические

В то время, как офисные клавиатуры часто маскируют под ножничные, игровые могут маскироваться под механические. В такой клавиатуре толкатель — не единая целая деталь, а имеет дополнительную пружину для создания ощущения «как на механике».

Механические

Несмотря на название «механические», в эту категорию складывают всё, что внешне ещё похоже на классическую клавиатуру, но не является мембранно-купольной. Разновидностей «механических» клавиатур достаточно много, здесь перечислим только наиболее распространённые.

Клавиатуры на дискретных ключах (Cherry- или Alps-подобные)

Наиболее популярный вид механической клавиатуры. Собственно эти клавиатуры правильнее всего называть механическими: в них используются бронзовые контакты, которые замыкаются при движении толкателя. Контакты в такой клавиатуре замыкаются перпендикулярно ходу клавиши, и сила нажатия зависит от положения клавиши и профиля толкателя, а не от усилия нажатия, а активация клавиши происходит в середине, а не в конце хода. Поэтому такие клавиатуры имеют достаточно длинный ход и малое усилие нажатия. Устройство переключателей может быть очень разнообразным: они могут специально быть сделаны так, чтобы издавать щелчок при срабатывании, так и наоборот иметь резиновые демпферы для поглощения шума. Размеры и форма таких выключателей стандартизированы, что позволяет энтузиастам изготавливать клавиатуры самостоятельно, воплощая самые смелые идеи: левый нумпад, разделяемый корпус, ортолинейная раскладка (без сдвига рядов), подсветка дна клавиатуры, опорная плита из углеволокна, уменьшенная сила нажатия для клавиш под мизинцами, деревянный корпус, клавиши в стиле «розочка на рычаге КПП» — всё, на что хватит фантазии. Даже купленную в магазине клавиатуру можно обновить, заказав набор клавиш весёленькой расцветки. Из этого следует и ремонтопригодность: при наличии навыков пайки неисправный ключ несложно заменить, сломанный или потерянный кейкап тем более. Некоторые клавиатуры даже позволяют заменять выключатели без выпаивания: так называемые хотсвап-клавиатуры. Изготовление и коллекционирование таких клавиатур вполне может превратиться в хобби.

Ёмкостные клавиатуры

В ёмкостных клавиатурах отсутствует электрический контакт, что позволяет сделать такую клавиатуру очень долговечной. Однако, клавиатуры на ёмкостных датчиках стоят очень дорого. Конструкция ёмкостных клавиатур может быть различной, но наиболее известны клавиатуры с механизмом типа Topre: в такой клавиатуре над печатной платой расположены эластичные колпачки, как на мембранных клавиатурах, однако эти колпачки большего размера, и под ними расположена пружина, которая служит одной из обкладок конденсатора. Такие клавиатуры, как правило, очень тихие и с малым усилием срабатывания. Некоторые модели позволяют изменять точку срабатывания, и даже передавать информацию об усилии нажатия. Главный недостаток таких клавиатур — цена, даже недорогие клоны Topre стоят больше 100$, что уж говорить про оригинальные Topre.

Изгибающиеся пружины (Buckling spring)

Именно с такими клавиатурами поставлялись первые IBM PC. В таких клавиатурах механизм состоит из пружины и молоточка. При отпущенной клавише молоточек находится в одном положении, но по мере нажатия на клавишу пружина изгибается, и молоточек резко перескакивает из одного положения в другое. Изначально такие клавиатуры делались с ёмкостными датчиками, но в Model M стали использовать мембрану. Такие клавиатуры любят за чёткое ощущение момента срабатывания, однако они в работе очень шумные. Сейчас такие клавиатуры небольшими партиями производит фирма Unicomp, но энтузиасты предпочитают оригинальные Model F и Model M, как более качественно сделанные.

Прочие виды «механики»

Сейчас производители экспериментируют с различными видами выключателей, как с целью удешевления, так и для повышения ресурса, защиты от влаги и т.д. Популярность набирают оптические датчики, в которых толкатель прерывает луч света, а также датчики Холла. В Советском Союзе были популярны герконовые клавиатуры, их изредка можно найти в старом заводском оборудовании или на военных складах.

Виртуальные клавиатуры

Виртуальная клавиатура — клавиатура, которая отображается на экране, а какую клавишу нажать выбираешь с помощью курсора мыши, джойстика, либо касанием к сенсорному экрану. Такие клавиатуры используются в мобильных устройствах, не имеющих физической клавиатуры. Вне сенсорных устройств используется очень редко, например, если физическая клавиатура неисправна, либо если нужно ввести символ, отсутствующий в раскладке обычной клавиатуры.

Альтернативные

Сюда попадают клавиатуры, не имеющие нажимающихся кнопок, но всё же реализованные как отдельное устройство. Большинство из них для быстрого набора не приспособлены и годятся лишь как сувенир, либо предназначены для специфических условий применения. Примеры:

• Проекционная (лазерная) клавиатура. На самом деле лазерный проектор нужен исключительно для отображения раскладки, регистрация нажатий происходит с помощью инфракрасной камеры, по принципу Microsoft Kinect;
• Сенсорная — в отличие от виртуальных клавиатур, раскладка выполнена с помощью гравировки на стекле, и потому несменяема;
• Гибкая клавиатура — может скатываться в рулон. Как правило герметична — можно пользоваться хоть в ванной, если найдётся ровная поверхность, где её расстелить.
• OrbiTouch — не требует движений пальзцами, нужно двигать пару полусферических контроллеров в сторону желаемой буквы. Можно пользоваться в гипсе, в рукавицах, при повреждении пальцев и т.д.;
• Клавиатура для VR — надевается на руку как кастет или перчатка. Может использоваться не только для виртуальной реальности, но и просто в условиях, когда обычную клавиатуру некуда поставить.

Фантомные нажатия и NKRO

Так как протягивать провод от контроллера клавиатуры к каждой клавише слишком накладно, клавиши объединяют в матрицу. Контроллер клавиатуры с определённой периодичностью подаёт сигнал на ряды клавиш и по сигналам на выходе определяет, какая клавиша нажата. Проблема возникает, когда одновременно нажато три клавиши, и при этом две клавиши расположены на разных входных и выходных шинах, а третья делит входную шину с первой и выходную со второй. В этом случае сигнал с первой входной шины распространяется на вторую, и сигнал на выходе показывает, будто нажата четвёртая кнопка, которая нажата не была. Чтобы исключить подобные ситуации, на механических клавиатурах каждая клавиша подключена через диод, который не даёт проникнуть сигналу на соседнюю шину. Однако, в мембранных клавиатурах диоды разместить негде, и поэтому их контроллеры запрограммированы так, чтобы в подобных неоднозначных случаях отключать ряд клавиш, или всю клавиатуру, пока спорная клавиша не будет отпущена. Так что когда на механической клавиатуре пишут Anti-ghosting, это не имеет смысла, точно так же как надпись «без ГМО» на пачке соли.

Что касается понятия Key Rollover, обычно имеют ввиду количество регистрируемых одновременно нажатых клавиш. При подключении через PS/2 можно передать столько нажатых клавиш, сколько нужно, однако реализация подключения через USB по стандартному HID-протоколу не позволяет регистрировать более 6 одновременных нажатий. Для компенсации этого клавиатура может регистрировать в системе несколько HID-устройств, однако это может создать проблемы при работе с некоторыми устаревшими версиями BIOS. Поэтому, клавиатуры с функцией NKRO обычно имеют возможность эту функцию отключить.

Для клавогонщика проблемы с фантомными нажатиями маловероятны, хотя и возможны при больших скоростях печати. Регистрация же одновременного нажатия более 6 клавиш — это уже чисто игровая фишка, на наборе текста она не сказывается вообще.

Стабилизаторы

Стабилизаторы устанавливаются на длинные клавиши: прежде всего на пробел, также на Shift, Enter, Backspace и цифровые 0 и +. В 80-х встречались клавиатуры в которых стабилизатор устанавливался только на пробел, а остальные клавиши либо никак не защищали от перекоса, либо делали клавиши со ступенькой на «юбке», наподобие того, как в некоторых современных клавиатурах делают, правда с другой целью, клавишу Caps Lock.

Как правило, стабилизатор представляет собой стальную скобу, которая при нажатии на один край клавиши передаёт усилие на другой край. Из-за стабилизаторов, нажатие на длинные клавиши производит больше шума, чем на обычные, особенно на пробел, и требует несколько большего усилия. В мембранных клавиатурах, как правило, скоба стабилизатора входит в специальный желоб на клавише. В механических клавиатурах распространены две конструкции стабилизатора: типа Cherry и типа Costar. Стабилизаторы типа Costar проще по конструкции и, как правило, лучше стабилизируют клавишу и почти не ограничивают длину хода, но установка на место клавиши, оснащённой таким стабилизатором требует определённого навыка, к тому же есть вероятность установить его неправильно, отчего клавиша будет заедать.

Программируемые клавиатуры

Многие современные клавиатуры, особенно позиционируемые как игровые, имеют возможность перепрограммирования. Возможные варианты:

• Несколько отдельных клавиш, на которые можно запрограммировать те или иные сочетания клавиш или последовательность нажатий (так называемые макроклавиши);
• Возможно перепрограммировать любую клавишу (кроме, например, нескольких зарезервированных), включая смену раскладки, макросы и т.д.
• Возможно использовать несколько режимов, так называемых слоёв;
• Возможность запрограммировать разное поведение при разном способе нажатия (быстрое нажатие, нажатие с удержанием, двойное нажатие, одновременное нажатие нескольких клавиш и т.д.)

По способу программирования можно выделить:

• С помощью комплектного ПО. Как правило, использовать клавиатуру можно и без постоянно запущенного ПО, однако с ним могут быть дополнительные возможности: переключение слоёв при запуске определённых программ, управление подсветкой, быстрый запуск программ и т.д.
• Без помощи ПО — с помощью специального сочетания клавиш. Как правило, такая функция доступна для отдельных макро-клавиш, однако встречаются и такие, где так перепрограммировать можно любую клавишу: например, клавиатуры от Vortex;
• Клавиатуры на основе контроллеров Atmega32U4 или STM32 — позволяют использовать различные прошивки со множеством функций, в том числе написанные самостоятельно. Наиболее распространённая прошивка для таких клавиатур — qmk, возможности которой ограничены лишь объёмом памяти контроллера и вашей фантазией. Тут может быть экранчик, отображающий вашу скорость печати; аккордные клавиатуры и стенотайпы; встроенные в клавиатуру автозамены; ввод символов, отсутствующих в раскладке (через эмуляцию Alt-кодов) и т.д. Если нет желания переплачивать за готовую (или сборную) клавиатуру с поддержкой qmk — можно изготовить переходник на основе тех же Atmega32U4 или STM32.

Статьи по которых изучался материал

• http://www.verseq.ru
• http://www.combimouse.com/
• клавиатура для компьютера
• электронный учебник
• что такое клавиатура
• компьютер -Покупай с умом
• выбираем клавиатуру
• Как выбрать компьютерную клавиатуру?
• qmk

Примечания

Эта статья не завершена. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.