что такое аппаратная клавиатура
Анатомия клавиатуры
Устройства ввода играют важнейшую роль в работе с компьютером и играх, поэтому довольно любопытно будет изучить их внутренности. Диапазон цен на клавиатуры сегодня просто огромен, однако их можно отнести к одной из двух широких категорий: мембранным или механическим. Эти понятия описывают систему, используемую для распознавания нажатия клавиш, и начнём мы с первой категории.
Щёлкать иль не щёлкать, вот в чём вопрос
На представленной ниже фотографии показана бюджетная клавиатура, похожая на бесчисленное множество других, используемых сегодня в школах, офисах и дома. Схема расположения её клавиш является почти полной копией классической IBM Model M 102, но это справедливо для большинства современных клавиатур.
И корпус, и отдельные клавиши изготовлены литьём под давлением из АБС-пластика, потому что этот процесс изготовления недорог, а материал слабо подвержен износу.
Работа с клавиатурой даёт полную информацию о том, к какой категории она относится. Полное отсутствие щёлканья и треска при нажатии на клавиши сообщает нам, что это мембранная клавиатура. Ещё одна подсказка — ощущения при нажатии клавиши; несмотря на бюджетность клавиатуры, нажатие ощущается мягким и слабым.
Вскрытие корпуса это подтверждает — первым делом мы видим мягкий слой силикона.
Недостаток такой схемы заключается в отсутствии чёткого указания того, успешным ли было нажатие на клавишу — чтобы понять, нажалась ли клавиша, нужно смотреть на монитор. Для некоторых пользователей притупленность обратной связи становится причиной не пользоваться мембранными клавиатурами.
Благодаря мягкости нажатий клавиатура довольно тиха, поэтому если вы работаете в одном пространстве со множеством людей, клавиатуры такого типа могут оказаться спасением от шума.
Сняв слой силикона, мы увидим набор из трёх пластиковых листов: два создают «контакты переключателей», а третий способствует их разделению, предотвращая ошибочные считывания.
При нажатии клавиши мембраны сдвигаются друг к другу, после чего соединяются и «точки» под клавишей, в результате чего цепь замыкается, и это считывает соответствующий чип.
Если мы пройдём по дорожкам от мембран к небольшой печатной плате, то увидим, что всего есть 26 дорожек. Они выстроены таким образом, что несколько точек находятся на одной дорожке, допустим, у верхней мембраны, но соответствующие точки нижней мембраны расположены на отдельных дорожках.
Это может показаться чересчур сложным, но на самом деле такая система намного проще, чем создание отдельных дорожек для каждой клавиши. В этой модели соединения не прикреплены несъёмно к плате (что позволяет снизить стоимость), поэтому её нужно надёжно прикрепить прижать к мембране, чтобы обеспечить надёжное соединение.
Плата также содержит пару светодиодов, сообщающих о нажатии определённых клавиш, а именно Caps Lock, Num Lock и Scroll Lock.
Перевернув печатную плату, мы увидим чип контроллера. К сожалению, он залит твёрдым пластиком (для герметизации от жидкостей), который невозможно снять, не повредив остальную часть платы.
Чип может быть стандартным микроконтроллером USB HID (human interface device), которых на рынке есть тысячи разновидностей (например, такая).
Подобные типы клавиатур могут работать годами, не вызывая при этом никаких проблем. Когда же они всё-таки возникают, это часто связано с соединяющимися точками — постоянное нажатие и отпускание приводит к их постепенному стиранию, пока, наконец, они не протрутся до такой степени, что не смогут обеспечивать контакт.
После этого остаётся или заменить мембраны, или, как поступает большинство людей, отправить клавиатуру в рай для электроники и купить новую. Но, разумеется, не каждую клавиатуру можно купить за пару долларов и не в каждой используются мембраны.
Механические клавиатуры относятся к другой категории, обычно находящейся на другом крае спектра цен, и на то есть уважительная причина.
На фотографии выше показана механическая клавиатура Corsair K100 RGB, продающаяся по довольно неожиданной цене в 210 долларов. Не все модели такого типа настолько дороги, однако подобный дизайн и набор функций сегодня очень популярен.
Под каждой клавишей расположена отдельная система микропереключателя. В рассматриваемой K100 используются системы, изготовленные знаменитой немецкой компанией Cherry. Переключатели Cherry MX уже приобрели почти легендарную репутацию, но в конечном итоге это всего лишь качественно изготовленные устройства.
Cherry производит широкий ассортимент переключателей, каждый тип имеет свою силу и размер пружин, что обеспечивает разные уровни тактильных ощущений. Также конструкции разнятся в зависимости от того, насколько глубоко нужно нажать клавишу для активации контакта и необходимости создания аудиальной обратной связи.
Из-за наличия подвижных деталей механические клавиатуры обладают отчётливым «стуком». Благодаря использованию переключателей клавиатура становится более надёжной и тактильной по сравнению с мембранными моделями.
Какими бывают механические переключатели?
Современная мода на светодиодную RGB-подсветку в комплектующих PC нравится не всем, однако когда дело касается клавиатур, она обладает определёнными преимуществами: настраиваемая подсветка позволяет выбрать наиболее подходящий пользователю цвет и можно задать комбинацию цветных клавиш (если есть возможность RGB-подсветки каждой клавиши), что бывает полезным в приложениях или играх.
Некоторые клавиатуры можно назвать гибридами, сочетающими в себе механику и мембраны, особенно это относится к ноутбукам. В этих устройствах нет места для полностью механических переключателей, но производители создали конструкции, придающие мембранным клавишам более жёсткую и предсказуемую обратную связь.
Внутри клавиатуры-бабочки Apple
Естественно, это повышает стоимость изготовления, а в случае показанной выше системы Apple могут возникать проблемы, но для многих пользователей добавление механических систем для улучшения ощущений и обратной связи в ноутбучных клавиатурах — желанный результат.
Я не буду подробно рассказывать об эргономических клавиатурах просто потому, что внутри они устроены точно так же, как описанные выше типы. Они отличаются только расположением клавиш на корпусе, а также снижением нагрузки на запястья и предплечья при длительном использовании.
У всех нас есть любимые модели мышей и клавиатур, и наш выбор всегда определяется тем, как продукт ощущается в работе. В основном это относится к внешнему виду, но и внутренности тоже играют свою роль.
На правах рекламы
Виртуальные серверы с новейшим железом, защитой от DDoS-атак и огромным выбором операционных систем. Максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe.
Клавиатура — что это?
Компьютерная клавиатура — это устройство для ввода или вывода информации. Ввод осуществляется через обращение к операциям, проводимым в процессоре и отображаемым на экране. Вывод происходит, как правило, на дополнительно подключаемые устройства, такие как — принтеры, копиры, сканеры, флеш-накопители. Клавиатура имеет стандартно расположенные 101 или 102 кнопки. В зависимости от модели и производителя могут быть включены и дополнительные, которые выполняют определённые функции.
Все имеющиеся кнопочки можно распределить на:
Всё разнообразие клавиатур можно классифицировать с трёх точек зрения.
Принцип работы
Внутри находится мини-компьютер, а точнее, микросхема, которая обеспечивает выполнение всех функций, заложенных в эту часть компьютера или ноутбука. Основное функциональное назначение микросхемы — это отслеживание сигнала, поступаемого от той или иной кнопки. Далее микросхема осуществляет отправку этого сигнала на обработку в центральный процессор компьютера. Для того чтобы сигнал поступил на микросхему, используются определённые датчики, отслеживающее силу нажатия. Когда сила давления достигает определённого уровня, замыкается электрическая цепь.
Программная поддержка
Любое аппаратное обеспечение, в том числе и рассматриваемое, требует программной поддержки, которое отвечает за обработку всей информации. Для клавиатуры программное обеспечение называется драйвером, который в преобладающем большинстве случаев поставляется вместе с аппаратурой и операционной системой. Именно этот тип драйвера позволяет пользователю выбрать раскладку языка и кнопок.
Разновидности
На сегодняшний день в развитии компьютерной техники можно выделить два типа клавиатур:
В механических передача данных, непосредственно от клавиатуры, осуществляется путём физического замыкания контакта между клавишей и принимающим устройством. Принцип работы сенсорной заключается в использовании специальных материалов и полупроводников, обладающих определёнными свойствами. Определение такой границы между механическими и сенсорными клавиатурами достаточно условно.
Механические клавиатуры
Принцип работы механической достаточно прост. Заключается он в таком механизме кнопки, который позволяет совершать возвратно-поступательные движения в вертикальном направлении. При опускании клавиши вниз происходит замыкание контактов. При этом на обрабатывающие узлы осуществляется передача сигнала. После того как логический сигнал передан, происходит отпускание клавиши оператором. Возврат в исходное положение осуществляется специальным пружинящим механизмом. Такой принцип работы имеют большинство клавиатур персональных компьютеров и ноутбуков.
Такой тип устройства имеет следующие преимущества:
Несмотря на наличие большого количества положительных характеристик, существуют и отрицательные моменты:
Мембранные
Принцип действия мембранной клавиатуры очень близок к механической. Но в данном типе работы получается снизить габаритные размеры изделия.
У мембранной как таковые отсутствуют кнопки. Вместо них располагаются упругие мембраны, нажатие на которые передаёт требуемый сигнал, при сжатии мембраны необходимо осуществить до такого уровня, чтобы она коснулась токопроводящего контакта. В свою очередь, токопроводящий контакт монтируется в один из слоёв многослойной конструкции непосредственно к стационарному контакту. А сам стационарный контакт прикреплён к плате устройства.
Плюсы мембранных клавиатур:
Несмотря на наличие существенных плюсов, всё же они имеют и минусы, которые, кстати, и сделали их использование в компьютерной технике достаточно редким явлением. К основным относятся:
СПРАВКА. На данный момент мембранные кнопки редко используются при производстве компьютерных клавиатур. Чаще всего это кнопки, расположенные на лицевых панелях бытовых приборов, таких как печи, микроволновки, стиральные машины, пульты от телевизора и др.
Ножничные клавиатуры
У многих, кто впервые слышит данное название, возникает вопрос — ножничная клавиатура что это такое? Это также компьютерное устройство для ввода-вывода данных, в этом случае представляет собой комбинацию из двух выше приведённых примеров. То есть это гибрид механической и мембранной.
Этим обусловлен внешний вид ножничной конструкции. Кнопки напоминают стандартную механическую. Но всё же контакт и воздействия в этом случае осуществляется на специальный шток. Для того чтобы шток совершал возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости используются две специальные пластинки. Они скрещиваются между собой, чем напоминают конструкцию ножниц. Кстати, именно из-за этого клавиатура и получила своё название. В месте крепления присутствует шарнир, который позволяет пластинам совершать движение вниз и возвращает их в верхнее положение – таким способом передаётся сигнал.
К плюсам такой конструкции относятся:
Но и недостатки у ножничных клавиатур всё-таки имеются:
ВАЖНО. Именно ножничная клавиатура позволит осуществлять быстрый набор текста с минимально негативным воздействием на руки.
Ёмкостные сенсоры
Стремление технологий всё время уменьшить размер используемого устройства привело к возникновению технологии ёмкостного сенсора. Такой тип клавиши применяется на большинстве планшетов, смартфонов, ноутбуков и моноблоков. Толщина в несколько миллиметров позволяет существенно сэкономить пространство, эргономичность и удобство пользования прибором, а, следовательно, и габариты изделия.
Принцип действия ёмкостного сенсора заключается в следующем: поверхность разбивается на сегменты, причём на небольшой площади таких сегментов может быть от нескольких тысяч до миллионов. Чем больше их количество, тем выше тактильная чувствительность сенсора. Каждый сегмент оснащается микроконденсатором. Размеры такого конденсатора весьма малы, что позволяет использовать их в значительном количестве. При нажатии осуществляется тактильное давление на конденсатор. Он в свою очередь изменяет от этого воздействия свою ёмкость, то есть свой основной параметр. Изменение ёмкости приводит к ответу со стороны процессора, который фиксирует это как сигнал, с последующей обработкой и передачей на центральный процессор изделия.
Если говорить обо всём разнообразии клавиатур, то в принципе, оно достаточно ограничено. Во всяком случае это касается непосредственно работы клавиш изделия. Так, ёмкостные сенсоры — непременные спутники всех новомодных гаджетов, включая смартфоны. Мембранные клавиши и кнопки используются в бытовой технике. Тогда так ножничные клавиатуры идеальный выбор для компьютерных целей.