Анатомия клавиатуры

Вы можете использовать компьютер на работе, в школе и дома – для составления налоговых деклараций или для игры в новейшие видеоигры; вы даже можете заниматься сборкой и настройкой компьютеров. Но насколько хорошо вы знаете комплектующие компоненты ПК? Устройства ввода, и в первую очередь клавиатуры, играют ключевую роль в компьютерной практике вообще и игровой в частности, поэтому будет полезно ознакомиться с их внутренним устройством (конечно, для разборки клавиатуры нужно будет вооружиться инструментами и соответствующим образом подготовить рабочее место).

Несмотря на то, что в наши дни цены на клавиатуры (как и на мышки) варьируются в крайне широком диапазоне, все клавиатуры можно разделить на две основные категории: мембранные и механические. Эти термины характеризуют технический принцип регистрации нажатия клавиш в клавиатуре соответствующего типа, и мы начнем с мембранных клавиатур.

Стучать или не стучать – вот в чем вопрос

На рисунке ниже изображена бюджетная клавиатура – одна из тех, которые в бесчисленном количестве встречаются повсеместно: в школах, офисах, домах и квартирах. Ее раскладка почти полностью соответствует классической модели IBM M 102, но эта раскладка используется в подавляющем большинстве современных клавиатур.

Корпус и отдельные клавиши изготовлены путем литья из пластмассы ABS – недорогой способ производства плюс износостойкий материал.

Эксплуатация клавиатуры дает нам всю необходимую информацию для того, чтобы мы могли определить ее тип. Полное отсутствие слышимого щелканья и клацанья при нажатии клавиш указывает на то, что мы имеем дело с мембранной клавиатурой. Еще один характерный признак – ощущение хода клавиши вниз: хотя это и бюджетная модель, она дает мягкое ощущение нажатия, как при нажиме на губку.

Вскрытие клавиатуры подтверждает наши предположения: первое, что мы видим, сняв верхнюю панель, – это мягкий силиконовый слой.

Каждую клавишу подпирает выделенный приподнятый участок силиконовой прокладки, который обеспечивает необходимое сопротивление при движении клавиши вниз (чтобы вы могли почувствовать обратную связь от нажатия) и конечную амортизацию хода клавиши (чтобы общее ощущение от нажатия оставалось мягким и плавным).

Недостатком этого является то, что здесь нет четкой индикации успешных нажатий клавиш – кроме соответствующих изменений на мониторе – и такая невнятная обратная связь побуждает некоторых пользователей вообще отказаться от мембранных клавиатур.

Зато эти клавиатуры работают бесшумно, поэтому для офисов с большим количеством людей мембранные клавиатуры могут быть хорошим решением.

Сняв силиконовую прокладку, мы находим под ней «сэндвич» из трех листов пластика: два обеспечивают 'контакты переключателей', а третий, располагаясь между ними, препятствует регистрации ложных нажатий.

При нажатии клавиши мембраны смыкаются в 'точке контакта', находящейся под этой клавишей, – в результате электрическая цепь замыкается в нужном месте и соответствующий сигнал поступает на чип контроллера.

Если мы отметим на мембранах все дорожки, соответствующие дорожкам на печатной плате контроллера, то увидим, что всего их 26. Такая схема подразумевает, что, например, на верхней мембране несколько контактных точек подключаются к одной дорожке, а соответствующие им контактные точки нижней мембраны подключаются к отдельным дорожкам.

Это может показаться сложным, но на самом деле намного проще, чем делать отдельные дорожки для каждой клавиши. Данная схема не предполагает постоянного подключения контактов клавиш к печатной плате (что также позволяет снизить стоимость клавиатуры) – вместо этого корректный сигнал обеспечивается плотным смыканием мембран в нужной точке в конкретный момент.

К плате также подключены светодиодные индикаторы нажатия определенных клавиш, а именно – Caps Lock, Num Lock и Scroll Lock.

Перевернув плату, можно увидеть, где находится сам управляющий чип. К сожалению, он запаян в жесткий пластиковый кожух (для защиты от возможного залива водой или другими жидкостями) и отсоединить его, не повредив печатную плату, невозможно.

Хотя этот чип представляет собой стандартный микроконтроллер USB HID (human interface device), которые продаются тысячами.

Клавиатуры этого типа могут служить годами без каких-либо проблем. Когда проблемы все же начинаются, то они чаще всего связаны с контактными точками – постоянные нажатия и отпускания клавиш постепенно приводят к их износу, и в конце концов они перестают обеспечивать контакт.

Когда наступает этот момент, то вам остается или менять мембраны, или, как поступает большинство людей, отправить клавиатуру на кладбище электронных устройств и купить новую. Но, конечно, не все клавиатуры работают на мембранах и стоят сущие копейки.

Механические клавиатуры – это совершенно другая категория, располагающаяся на другом конце ценового диапазона, и для этого есть все основания.

На рисунке выше – механическая клавиатура Corsair K100 RGB, которая отличается довольно впечатляющей ценой – $210. Не все модели этого типа стоят так дорого, хотя в основе конструкции и функционирования современных механических клавиатур лежат общие принципы.

Под каждой клавишей располагается отдельная система микропереключателя. Например, в клавиатуре K100 используются переключатели известной немецкой фирмы Cherry. Переключатели Cherry MX имеют репутацию легендарных, но на сегодняшний день это просто добротные качественные переключатели.

Cherry выпускает переключатели в широком ассортименте, где каждая серия отличается коэффициентом упругости и размерами пружины, что обеспечивает различные уровни тактильной обратной связи. Определяющим конструктивным параметром также является величина (глубина) хода клавиши до момента срабатывания (замыкания контакта), а также то, создается ли при этом акустическая обратная связь.

Из-за наличия подвижных элементов в механизме переключателей эти клавиатуры отличает характерное 'клацанье' (не стучите по клавишам со злостью в присутствии других людей). Благодаря своим переключателям механические клавиатуры более «отзывчивы» и «осязаемы» по сравнению с мембранными.

Разновидности механических переключателей

Бум светодиодной RGB-подсветки, встраиваемой буквально во все компоненты ПК, не всем по вкусу, но где подсветка может давать свой максимальный эффект, так это в клавиатурах: настраиваемая подсветка позволяет пользователю подобрать подходящий цветовой фон, а также (если клавиатура поддерживает поклавишную RGB-подсветку) выделить нужным цветом определенные комбинации клавиш, что может быть полезно в играх и приложениях.

Некоторые клавиатуры могут рассматриваться как гибридные, поскольку их переключатели сочетают в себе морфологические признаки механических и мембранных; чаще всего такие клавиатуры встречаются в ноутбуках. Эти устройства не располагают достаточным пространством для размещения полностью механических переключателей, но производители разработали для таких случаев мембранные конструкции с большей жесткостью и более предсказуемым ощущением от нажатия клавиш.

Клавиатура 'butterfly' в ноутбуках Apple

Разумеется, это увеличивает стоимость устройства и, как показала практика использования ноутбуков Apple, не избавляет сразу от всех проблем – но многие пользователи довольны этими элементами механики в клавиатурах ноутбуков, поскольку они улучшают обратную связь и ощущения от клавиатурного ввода.

Мы не будем здесь углубляться в особенности эргономичных клавиатур, просто потому, что принципиальных отличий в части внутреннего устройства у них нет. Они отличаются главным образом расположением клавиш, способствующим снижению нагрузки на запястья и предплечья во время длительной работы.

Мы все имеем свои предпочтения, когда речь идет о выборе мышки или клавиатуры, и наш выбор всегда определяется тем, какие ощущения оставляет данный продукт при его практическом использовании. Основное внимание, конечно, уделяется внешнему дизайну, но внутреннее устройство нашего устройства тоже влияет на его общую практичность и эргономичность.

И это еще не все

Компьютерные мышки и клавиатуры – не единственные устройства ввода: есть еще геймпады, авиаджойстики, трекболлы, рули, устройства 6 DOF, графические планшеты, трекпады, тачскрины и др. Ввод с помощью этих устройств осуществляется путем соответствующих физических манипуляций, есть и другие устройства, реагирующие на движение глаз или жесты пользователя.

Но даже при наличии всей этой электронной магии, детектирующей практически любую форму ввода, элегантная простота классического сочетания мышки и клавиатуры по-прежнему популярна.