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.

---