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键盘的起源

电脑键盘是从英文打字机键盘演变而来的。当它第一次出现在计算机上时,它是作为一种叫做“电传打字机”的部件出现的。

磁带打字机和卡片打字机

事实上,键盘比电传打字机更早出现在电脑配件上。在计算机还能占据一个大厅的时代,主要的计算机输入设备是穿孔纸带和穿孔卡片。当然,这些纸带和卡片不能用手一点一点地磨损。它们被特殊的“纸带穿孔机”和“卡片穿孔机”磨损了,两台机器也都有一台电动打字机作为输入设备。只是相对而言,这两个设备不是电脑的一部分,与电传打字机不同,所以我们不把它们作为电脑键盘发展史的一部分。

在键盘+显示器输入输出设备出现之前,“电传打字机”是计算机主要的交互输入输出设备。你可以把它想象成一台打印机,上面有一个键盘,用户输入的文字和计算机输出的结果都会打印在键盘前面的打印输出端口上。

电传打字机是主计算机和小型计算机时代最重要的计算机交互输入输出设备。70年代中期以后,随着显示器设计的成熟,电传打字机逐渐退出了计算机的世界,而键盘成为了一个独立的设备。

“电传打字机”的键盘不像今天的电脑键盘那样按键多、功能全。其实和全尺寸打字机键盘差不多,胶木塑料下面有机械按键结构。这种设计也被早期的电脑键盘所继承。

这个时期由于个人电脑体积小,流行的设计是把键盘直接做在主机上,著名的APPLEII系列电脑就是这样的结构。然而,随着IBM PC开始将当时巨大的硬盘引入个人电脑,在80年代中期,独立键盘成为主流设计。

早期的键盘几乎都是机械键盘,准确的说是机械触点键盘,以电触点为标志,以机械金属弹簧为弹性机构。这种键盘手感硬,键长,键阻变化快而脆,与打字机键盘的触感很接近,在当时非常流行。至今仍有相当一部分人怀念这种键盘的触感。

但是机械触点键盘最大的两个缺点是机械弹簧容易损坏,长期使用后电触点会氧化,导致按键失效。因此,90年代以后,机械触摸键盘逐渐退出了历史舞台。

起初,它被电磁机械键盘所取代。电磁机械键盘仍然是机械键盘,但与机械触点键盘不同的是,它不是依靠机械力来连接两个电触点,而是将电触点闭合在一个微型电位器中,在按键下放置一块磁铁,通过磁力来连接电流。

电磁机械键盘相对于机械接触式键盘,使用寿命要长得多,但还是没能解决机械键盘的机械运动部分容易损坏的问题,所以电磁机械键盘并没有在市场上存活多久,很快就被80年代后期出现的非接触式键盘所取代。

因此,非接触式键盘相对于以前的“接触式键盘”有所不同。与“触点键盘”不同,它们不是依靠导电触点的机械通讯来获得按键信号,而是依靠按键本身电参数的变化来获得按键信号。因为不需要触点的机械接触,所以它的使用寿命可以强很多。

主要的非接触式键盘有电阻式键盘和电容式键盘。其中电容式键盘由于工艺更简单,成本更低,应用更广泛。与机械键盘相比,它最大的两个特点是用弹性橡胶制成的弹簧代替了机械金属弹簧,同时通过键底与键盘底部两块电容板之间的距离变化带来的电容变化,改变机械键盘的电气连通来获得按键信号。

和机械键盘相比,电容键盘的手感变化很大,变得柔软灵活。这种手感一直延续至今,成为了目前键盘的主流设计手感,这也是为什么很多文章都说现在的键盘都是电容键盘,但其实这种手感并不是来自电容结构而是来自于橡胶弹簧对机械金属弹簧的替代,这并不是电容键盘是电容键盘的原因。

由于电容式键盘的原理,每个按键都必须做成独立的封闭结构,这样的键盘也被归类为“封闭键盘”。

对于大部分键盘文章来说,电容键盘已经走到了尽头,但其实他们的错误也在这里。为什么?这里先卖一个键,讲到键盘的结构再继续。

键盘的键位设计

一个键盘的键位设计包括两个概念,一个是主英文和数字键的设计,一个是各种辅助键的设计。

最常见的英文和数字的设计方案就是俗称的“QWERTY”科迪键盘。这是Christopher Latham Sholes在1868中发明的一个密钥方案。

众所周知,黄凤英键盘的主要设计目的是让击键速度不要太快。但是很多文章都有一个小错误,就是科迪键盘的键位设计并不是为了“让击键速度不要太快造成卡顿”,而是为了“尽量提高打字速度而不卡顿”。

这两种说法有一个微妙的区别,也就是说降低打字速度不是最终目的,QWERTY键盘也不是一味的降低速度。虽然它有一个减速设计,把ED这样的常用组合放在一个手指上,但也有er这样的加速组合键。

其实这样设计的根本原因在于机械打字机的结构。型杆的结构决定了当两个离得近的型同时按下时会卡死,而离得远的两个型不会发生同样的问题。我相信有使用英文打字机经验的人应该都有一些体会。

在科迪的键盘上,一些常用的字母放在无名指、小指等位置,一直被认为是利用小指的不灵活来减缓速度。但是,这种说法没有考虑到机械打字机的实际情况。虽然食指最灵活,但食指键位上的按键也最容易卡,所以很自然的把常用字母放在边缘,保证高速打字时不会卡。

因此,设计黄凤英键盘的最终目的不是简单地降低打字速度。其实黄凤英键盘的设计方案只是为了提高打字速度,只是为了“尽量提高打字速度而不卡”。

进入20世纪后,机电打字机的发明使得机械打字机的打字臂卡死不再是一个重要问题,许多高速打字键盘应运而生。其中最著名的是德沃夏克DVORAK键盘。

Dvorak键盘是奥古斯特·德沃夏克教授在1930中设计的一种键位方案。因为不再考虑按键的机械结构,所以按键排列完全按照理想化的击键率分布来设计。手指移动的行程比科迪键盘小很多,平均打字速度几乎快一倍。然而,就像许多事情一样,习惯的力量是不可抗拒的。到目前为止,德沃夏克键盘只在少数专业场合使用。不过想尝试的可以试试Windows自带的dvorak键盘方案。

非英语键盘方案

各种语言的键盘基本都是英文键盘改过来的,大部分按键的排列和英文键盘相差不远,只有一些细微的差别。比如英国键盘上的美元符号变成了英镑符号,而德国键盘上的母女Y和Z互换了位置。

各种远东语言的键盘在英文键上与非标准美式英语键盘差别不大,但在一些辅助键上有明显的区别。对于中国的用户来说,最容易看到的非美语键盘大概就是二手市场常见的日语键盘了。与标准英文键盘相比,其按键大部分相同,但部分标点符号位置存在明显差异,导致在英文系统中使用部分标点符号时,按键的标识与实际内容并不对应。

键位设计的另一个概念是辅键的设计。从最早的IBM PC 83键盘到现在主流的108键盘,已经更新了几代,但总体上没有根本性的变化。虽然有些是紧凑型设计,但从市场反应来看并不成功。可见,目前的键盘键位设计已经经过了多年的实践检验,已经是非常成熟和理想的设计了。

弄巧成拙的交叉方向键设计

所谓十字方向键,是指键盘上独立的方向键排列成十字形状。这种设计原本是为了在形象上更接近传统的83键盘设计,但实际效果相当差。

最早的十字形键用在微软第一代人体工学键盘上,但从此成为这一代名品中最遭人唾骂的设计。十字形键位看起来不错,但实际使用时会发现,这种键位设计的手指会笨拙地挤在一起,无论是日常使用还是游戏中,尤其是赛车游戏中,都极其不方便。于是微软在第二代产品中改回了最初的设计。

然而具有讽刺意味的是,始作俑者微软已经不再使用十字形方向键了,但最近一些国内厂商却拿起了这种弄巧成拙的设计,并将其作为特色设计之一进行宣传。强烈建议你不要想了,不然买回去就够你受的了。

键盘的结构

前面我们提到现在的键盘并不是真正意义上的电容式键盘,那么它属于哪种键盘呢?我们来拆开一个键盘看看。

从照片中,我们可以看到一个普通的超薄键盘。拆下背面的螺丝后,键盘可以拆成如图所示的几个部分。

首先是键盘,上盖和嵌入其中的各个按键的键帽,是用户主要接触的部分。

在上盖下方,有一层橡胶膜,每个按键的位置都有一个弹性键帽。这部分是键盘的主要弹性元件。键盘的手感主要是由这部分的性质和材质决定的,所以它的外形设计和橡胶成分是各大键盘厂商的秘密。需要指出的是,并不是所有的厂商都使用这样的一体式橡胶膜。一些制造商,如明基,习惯于为一些键盘上的每个键使用单独的橡胶弹簧。这样的设计更有利于保持各个按键手感的统一,但是制作工艺比较复杂。

橡胶膜下面是三层重叠的塑料薄膜,上下两层覆盖着薄膜导线,每个按键的位置有两个触点,而中间的塑料薄膜不含任何导线,将上下两层导电膜隔开绝缘,而按键触点的位置有圆孔。

这样,正常情况下,上下导电膜被中间层隔开,不会导电。但上膜压缩后,会在开口位置与下膜结合,从而产生按键信号。

可以看出现在的键盘其实是接触式键盘。虽然外观差别很大,但其基本原理其实和机械触点键盘一样,都是依靠机械导电触点产生按键信号。根本不是电容式键盘。

其实这种键盘真正的名字叫“薄膜接触键盘”,是一种机械接触式键盘。和机械触点键盘一样,有寿命短,容易损坏的问题,但是因为橡胶弹簧代替了金属弹簧,手感比机械触点键盘好,接近电容键盘,寿命没有电容键盘长,但是比机械触点键盘长很多。

真正的电容式键盘是基于非接触式电容导通触发的原理,所以电路结构要比薄膜接触式键盘复杂得多,而且电容式键盘的每个按键都采用了封闭式结构,其整体成本要比开放式薄膜接触式键盘高得多。所以现在除了少数高端专用键盘,没有真正的电容式键盘出售。

目前,除了薄膜触摸键盘之外,还有另一种“导电橡胶触摸键盘”,其特点是只有一层导电膜,每个键位有两个不相连的触点,而橡胶弹簧的下部是导电橡胶,按压时会将两个触点连接起来。

可以看出,这种键盘的原理和计算器按键的原理非常接近。其实早在个人电脑早期,这种设计就经常被用在一些超薄笔记本电脑上。只是这种结构和薄膜触点键盘相比,寿命更短,所以除了一些特殊用途,正在逐渐消失。

在键盘的右上角,有一块带膜的电路板,这是键盘的核心部分。来自导电膜的传导信号将通过导线输入到电路板上的运算芯片。这个芯片会根据上下表面的线数,通过芯片中的一个按键排列表,找出对应按键的ASCII码,通过接口输出。

这种通过查表获得键码的方式称为“非编码键盘”,与“编码键盘”相对。这个键盘的ASCII码是由每个键的数字电路直接生成的。与非编码键盘相比,编码键盘价格昂贵,难以重新定义,所以现在已经很少见了。电容式键盘因为其工作原理,大多是编码键盘,从另一个角度证明了目前主流的键盘都不是电容式键盘。

ASCII码

ASCII码是“美国国际交换标准码”的缩写。相信学过编程的朋友都不陌生,但可能有必要介绍给没学过编程的朋友。

ASCII码是从ANSI X.3.4和ISO646集成而来的早期编码规范。国家标准化委员会1970通过。它规定了128个基本英文字符的二进制编码规则。例如,大写字母“A”编码为64,而空格编码为32。ASCII问世后,逐渐取代其他旧码,成为计算机编码的统一标准,并在80年代被ISO认定为国际标准。

由于ASCII只规定了128个最常用的英文字符,随着计算机字符集的增长,在ASCII上扩展的编码方式有很多种,大家熟悉的Unicode编码就是其中一种,它是在标准ASCII 5号和ISO10646的基础上发展起来的32位编码方案。网O10646是在ISO08859-1(ISO 08859-1是在ASCII标准版本ASCII NO.5上开发的256字符的标准扩展ASCII编码)的基础上开发的编码方案,它包括了目前所有的计算机字符,但因为太大,所以在此基础上开发了16 bit。

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键盘的起源—

键盘的英文字母顺序是由被称为“打字机之父”的美国人克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯决定的,原因如下:

最早的键盘可能出现在17世纪初,当时欧洲有人发明了格式不成熟的打字机,键盘被应用到这些打字机上。1868年,被誉为“打字机之父”的美国人克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯获得了打字机型号专利和打字机操作权。随后的几年里,人们设计出了实用的现代打字机,并首次将基本键盘模式标准化,也就是现在的“QWERTY”键盘出现了。但目前使用较为广泛的电脑键盘通常被称为“键盘”。

在我们现在使用的电脑键盘上,从A到Z的英文字母键并不像音标那样按顺序排列。目前世界各地普遍使用的英文电脑键盘的排列方式称为“QWERTY”(这六个字母是键盘第一列的前六个字母),实际上是从过去的打字机键盘继承来的。这种排列是打字机设计的延续,主要是为了防止打字时打字机按键的机械杆相互碰撞。

键盘早在1868年克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯发明的电动打字机中就出现了。当时,键盘由26个按字母顺序排列的按钮组成。打字时,按下的键会触发棒在纸上打印。人们熟悉应用后,打字速度加快,移动持字器打字速度赶不上人手。它们经常重叠甚至互相殴打而受损。为了解决这个问题,克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯试图降低打字速度。他把比较常用的键设计在外面,不常用的键设计在中间,就是今天常见的键盘。

标准键盘

为什么键盘要标准化到现在的“QWERTY”键盘按键布局?这是因为,最初,打字机的键盘完全是按字母顺序排列的,打字机是机械式的打字机器。所以如果打字速度太快,有些组合键非常容易出现卡键问题。克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯解决了这个问题。他发明了QWERTY键盘的布局。他把最常用的字母放在相反的方向,尽量降低打字速度,避免卡壳。克里斯托弗·拉森·肖尔斯(Christopher Larsen Shoals)于1868年为此设计申请了专利,第一台采用这种布局的商用打字机于1873年成功投放市场。

但是在实际使用中发现,QWERTY的键盘按键布局效率非常低。比如人通常都是右撇子,但是用QWERTY结果的键盘确实让左手承担了57%的工作量。小指和左手无名指都是弱指,但要经常使用。字母行只占整个打字工作量的30%左右,放在键盘的中间一栏。因此,为了打出一个单词,人们经常需要上下移动手指。

1888年在美国举办了一场公开的打字比赛。一个叫马加林的法庭速记员,按照明确的指法分工,盲目地打字。速度很快,误差只有万分之三,让在场的人都很惊讶。根据记录,马加林当时获得了500美元的奖金。从那时起,许多人开始遵循这种打字方法。盲人打字技术在专业打字领域开始流行,美国也开始出现专门培养打字员的学校。

德沃夏克键盘

由于上述盲打技术的广泛使用,打字机的打字速度基本可以满足日常工作的需要。然而,一个叫德沃夏克的华盛顿人在1934年发明了一种新的键盘排列方法。这种设计的键盘使左右手交替敲击键盘,可以缩短一半的训练周期,平均打字速度提高约1/3。德沃夏克键盘布局的原则如下:1。尽量让左右手交替敲击键盘,避免单手连击;第二,尽可能缩短口头攻击键的平均移动距离;第三,将最常用的字母排列在导键的位置。

Windows内置了对DVORAK键盘的支持。点击控制面板-键盘,进入输入法区域设置选项,然后点击添加,将输入法区域设置为英语(美国),在键盘布局/输入法栏中找到美式英语-DVORAK。

麦芽键盘

后来,mault设计了比“德沃夏克”键盘更合理高效的“麦芽”键盘。Mault改变了原来交错排列的键排,Back键和其他原本远离键盘中心的键更容易够到,打字时更频繁使用拇指。然而,“麦芽”键盘并没有得到广泛应用。