2. Устройства ручного ввода текста

2.1. Конструкция клавиатуры

Основным устройством ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации является клавиатура (keyboard), состоящая из набора клавиш и позволяющие кодировать передаваемые в ПК символы. Число клавиш на клавиатуре всегда меньше числа символов в алфавите, поэтому используются специальные клавиши, изменяющие коды для остальных клавиш. Вначале IBM-совместимые компьютеры использовали стандартную клавиатуру AT (86 клавиш), затем так называемую улучшенную (enhanced) или расширенную клавиатуру. Основное улучшение касалось общего числа (101 (США), 102 (международный стандарт)) и расположения клавиш. Для использования с Windows-95 число клавиш увеличено до 105, добавились левая и правая клавиша вызова ОС Windows и клавиша приложений.

Наиболее распространенным стандартом расположения клавиш является QWERTY (ЙЦУКЕН) аналогичный расположению клавиш в пишущей машинке. История появления этого стандарта такова: при работе механических печатных машинок из-за быстрой работы машиниста возникал перехлест рычагов печатной машинки, и в 1975 году Р. Ди придумал данный стандарт. Он интересен тем, что в средний ряд клавиатуры, наиболее используемый при работе, были внесены наименее употребительные буквы латинского алфавита (G, F, J), а наиболее употребительные были разнесены по краям клавишной панели. Скорость работы сократилась, и от неприятного эффекта – перехлеста удалось избавиться.

В дальнейшем данный тип был переложен на компьютерную клавиатуру, но для нее он не совсем удобен по расположению клавиш, так как для ЭВМ перехлест клавиатуры не страшен. Форма и размеры клавиш определяются эргономическими факторами.

В современной клавиатуре предусмотрено около 60 клавиш с буквами, цифрами, значками пунктуации и другими символами, встречающимися в печатных текстах, и еще около 40 клавиш, предназначенных для управления компьютером и исполнением программ. Продублированы клавиши управления курсором, а также клавиши Ctrl и Alt. Функциональные клавиши F1-F10 перенесены в верхний ряд и к ним добавлены две новые (F11 и F12). Габаритные размеры стандартной клавиатуры составляют примерно 3х19х45 см, а вес – около 1 кг.

Кроме того, наряду с этими типами существует и специальный стенографический стандарт (Stenographic International Keyboard Standard (SIKS)) в англоязычных странах, и Стандарт «стенограмма» в бывшем СССР и России.

В 70-е, 80-е в Советском Союзе была распространена стенографическая клавиатура «Стен-2Про», наиболее удобная для работы стенографиста. Использовалось 34 клавиши, позволяющих вводить текст не посимвольно, а по слогам с возможностью расширения этой функции до ввода пословно и отдельных фраз целиком. Работа с такой клавиатурой позволяло квалифицированному оператору без усилий регистрировать устную речь со скоростью до 100 слов/мин.

Клавиатура включает в себя совокупность ключей, замыкаемых при нажатии соответствующих клавиш, а также схемы управления для формирования кода при замыкании ключа, исключения неоднозначности кода из-за «дребезга» контактов и выполнения других управляющих функций.

В последнее время появилась прогрессивные разновидности механической клавиатуры – клавиатура с мембранными ключами и с ключами на основе проводящей резины. В первом случае, ключ представляет собой набор мембран: активная – верхняя, пассивная – нижняя, а третья мембрана – прокладка разделяет первые две.

Ориентировочная стоимость клавиатуры: механическая – 12$, мембранная – 20$, фирмы MS – 90$ .

Нажатие на клавишу приводит к опусканию плунжера и переходу состояния ключа из состояния, соответствующего логическому «0», в состояние логической «1». Так как такой переход связан с физическим замыканием (размыканием) контактов или изменением напряжения, то он происходит не мгновенно, а в течение короткого интервала времени и сопровождается возможными обратными изменениями состояний, называемыми дребезгом контактов. Схемы управления должны устранять влияние дребезга контактов, в противном случае при однократном нажатии клавиши формируется последовательность неопределенной длины из одинаковых кодов.

Описанные выше явления отсутствуют в клавиатуре со щелчком. При нажатии клавиши на такой клавиатуре механическое сопротивление клавиши тем больше, чем глубже она нажимается. Для преодоления этого сопротивления нужно затратить определенную силу, после чего клавиша идет очень легко. Таким образом, обеспечивается однозначный контакт. Клавиатуры со щелчком предпочтительнее клавиатур без щелчка, потому что в этом случае можно быть уверенным в обеспечении относительно «чистого» нажатия на клавишу.

Клавиатуры с механическими микропереключателями имеют характеристики, аналогичные клавиатурам со щелчком. Но микропереключатели характеризуются большей прочностью и большим сроком службы.

Еще лучше функционируют клавиатуры с герконами (герметическими контактами), которые представляют собой переключатели с пружинными контактами (в виде пластин) из ферромагнитного материала, помещенными в герметизированный стеклянный баллон. Контакты приходят в соприкосновение (размыкаются) под действием магнитного поля электромагнита, установленного снаружи баллона.

Принцип действия сенсорной клавиатуры основан на усилении разности потенциалов, приложенной к чувствительному элементу. Количество этих элементов соответствует количеству клавиш. В качестве чувствительных элементов используются токопроводящие контактные площадки в виде, например одного или двух прямоугольников, разделенных небольшим зазором. В момент касания пальцем контактных площадок статический потенциал усиливается специальной схемой, на выходе которой формируется сигнал, аналогичный формируемому при нажатии клавиши обычной механической клавиатуры. Сенсорные клавиатуры самые долговечные, поскольку в них отсутствуют какие-либо механические элементы и информация о нажатии той или иной «клавиши» (касании чувствительного элемента) формируется только электроникой. Однако за счет этого электронная схема сенсорной клавиатуры сложнее.

Привлекательность той или иной клавиатуры в основном зависит от расположения клавиш, тактильных ощущениях и усилия при нажатии клавиши. Независимо от используемой технологии, сила, требуемая при нажатии клавиши, составляет 20-50г, а рабочий ход – около 4мм. Минимальное число нажатий «фирменной» клавиатуры – 30-50 млн. раз.