Tangentbordsteknik - Keyboard technology
Den teknik datorns tangentbord innehåller många element. Bland de viktigaste av dessa är switchtekniken som de använder. Dator alfanumeriska tangentbord har vanligtvis 80 till 110 hållbara switchar, vanligtvis en för varje tangent. Valet av switchteknik påverkar nyckelsvaret (den positiva återkopplingen att en tangent har tryckts in) och förresan (det avstånd som behövs för att trycka på knappen för att kunna ange ett tecken på ett tillförlitligt sätt). Virtuella tangentbord på pekskärmar har inga fysiska switchar och ger istället ljud och haptisk feedback . Vissa nyare tangentbordsmodeller använder hybrider av olika tekniker för att uppnå större kostnadsbesparingar eller bättre ergonomi .
Det moderna tangentbordet innehåller också en kontrollprocessor och indikatorlampor för att ge användaren (och den centrala processorn ) feedback om i vilket tillstånd tangentbordet är. Plug and play -teknik innebär att dess "out of the box" -layout kan meddelas till systemet, vilket gör tangentbordet omedelbart klart att använda utan ytterligare konfiguration om inte användaren så önskar.
Typer
Membrantangentbord
Det finns två typer av membranbaserade tangentbord, platta membrantangentbord och membrantangentbord med full resa:
Plattmembrantangentbord finns oftast på apparater som mikrovågsugnar eller kopiatorer . En vanlig design består av tre lager. Det översta lagret har etiketterna tryckta på framsidan och ledande ränder tryckta på baksidan. Under detta har det ett distansskikt, som håller det främre och bakre skiktet isär så att de normalt inte tar elektrisk kontakt. Det bakre skiktet har ledande ränder tryckta vinkelrätt mot det i det främre lagret. När de placeras ihop bildar ränderna ett rutnät. När användaren trycker ner vid en viss position, trycker fingret det främre lagret ner genom distansskiktet för att stänga en krets vid en av korsningarna av nätet. Detta indikerar för datorn eller tangentbordets styrprocessor att en viss knapp har tryckts in.
I allmänhet ger platta membrantangentbord inte någon märkbar fysisk återkoppling. Därför avger enheter som använder dessa en pip eller blinkar när knappen trycks in. De används ofta i tuffa miljöer där vatten- eller läcksäkerhet är önskvärd. Även om de användes i persondatorns tidiga dagar (på Sinclair ZX80 , ZX81 och Atari 400 ), har de ersatts av de mer taktila kupolen och de mekaniska knapparna.
Full-travel membranbaserade tangentbord är de vanligaste datortangentborden idag. De har en knappsats/brytkolv i plast som trycker ner på ett membran för att aktivera en kontakt i en elektrisk omkopplingsmatris.
Dome-switch-tangentbord
Dome-switch-tangentbord är en hybrid av platta membran- och mekaniska switch-tangentbord. De för samman två kretskortspår under en knappsats av gummi eller silikon med antingen metallkupolbrytare eller polyuretanformade kupoler. Metallkupolbrytarna är formade bitar av rostfritt stål som, när de komprimeras, ger användaren en skarp, positiv taktil återkoppling. Dessa metalltyper av kupolbrytare är mycket vanliga, är vanligtvis tillförlitliga till över 5 miljoner cykler och kan pläteras i antingen nickel, silver eller guld. Gummidomkopplarna, oftast kallade polydomer, bildas polyuretankupoler där den inre bubblan är belagd med grafit. Medan polydomer vanligtvis är billigare än metallkupoler saknar de metallkupans skarpa snäpp och har vanligtvis en lägre livsspecifikation. Polydomer anses vara väldigt tysta, men purister tenderar att tycka att de är "grötiga" eftersom den kollapsande kupolen inte ger lika mycket positivt svar som metallkupoler. För antingen metall eller polydomer, när en knapp trycks ned, kollapsar den kupolen, som förbinder de två kretsspåren och slutför anslutningen för att komma in i tecknet. Mönstret på PC-kortet är ofta guldpläterat.
Båda är vanliga switchtekniker som används i massmarknadens tangentbord idag. Denna typ av switchteknologi råkar vara vanligast i handhållna styrenheter, mobiltelefoner, fordon, konsumentelektronik och medicinsk utrustning. Dome-switch-tangentbord kallas också direkt-switch-tangentbord.
Sax-switch tangentbord
Ett speciellt fall för datorns tangentbord dome-switch är sax-switch. Nycklarna fästs på tangentbordet via två plastbitar som låser sig på ett "sax" -liknande sätt och knäpper till tangentbordet och nyckeln. Den använder fortfarande gummikupor, men en speciell "sax" -mekanism av plast länkar nyckelhylsan till en kolv som trycker ned gummikupolen med en mycket kortare rörelse än det typiska gummikuppeltangentbordet. Typiskt använder sax-switch-tangentbord också 3-lagersmembran som switchens elektriska komponent. De har också vanligtvis en kortare total nyckelavstånd (2 mm istället för 3,5–4 mm för standard nyckelbrytare för kupolomkopplare). Denna typ av nyckelbrytare finns ofta på de inbyggda tangentborden på bärbara datorer och tangentbord som marknadsförs som "låg profil". Dessa tangentbord är i allmänhet tysta och knapparna kräver lite kraft att trycka på.
Sax-switch-tangentbord är vanligtvis något dyrare. De är svårare att rengöra (på grund av nycklarnas begränsade rörelse och deras flera fästpunkter) men också mindre benägna att få skräp i dem eftersom luckorna mellan knapparna ofta är mindre (eftersom det inte behövs extra utrymme för 'wiggle' i tangenten, som vanligtvis finns på ett membrantangentbord).
Kapacitivt tangentbord
I den här typen av tangentbord, genom att trycka på en tangent ändras kapacitansen för ett mönster av kondensatorplattor. Mönstret består av två D-formade kondensatorplattor för varje switch, tryckt på ett kretskort (PCB) och täckt av en tunn, isolerande film av lödmask som fungerar som ett dielektrikum .
Trots konceptets sofistikering är mekanismen för kapacitiv omkoppling fysiskt enkel. Den rörliga delen slutar med ett platt skumelement ungefär lika stort som en aspirintablett , färdig med aluminiumfolie. Mittemot omkopplaren finns ett kretskort med kondensatorplattor. När du trycker på tangenten klistrar folien tätt mot PCB -ytan och bildar en kedja med två kondensatorer mellan kontaktdynorna och separeras med en tunn lödmask och "kortar" därmed kontaktdynorna med en lätt detekterbar droppe kapacitiv reaktans mellan dem. Vanligtvis tillåter detta en puls eller pulståg att avkännas. Eftersom omkopplaren inte har en verklig elektrisk kontakt är det inte nödvändigt att avbryta. Knapparna behöver inte tryckas in helt för att aktiveras, vilket gör att vissa människor kan skriva snabbare. Sensorn berättar tillräckligt om nyckelns position för att låta användaren justera aktiveringspunkten (tangentkänslighet). Denna justering kan göras med hjälp av den medföljande programvaran och individuellt för varje nyckel, om så är genomfört.
IBM Model F-tangentbordet är konstruerat med mekanisk nyckel och består av en knäckfjäder över ett kapacitivt kretskort, på samma sätt som det senare modell M-tangentbordet som använde ett membran i stället för kretskortet.
Den Topre Corporation design för nyckelbrytare använder en fjäder under en gummikupol. Kupolen ger det mesta av kraften som gör att tangenten inte trycks, liknande ett membrantangentbord, medan fjädern hjälper till med den kapacitiva effekten.
Tangentbord med mekanisk omkopplare
Varje tangent på ett mekaniskt tangentbord innehåller en komplett omkopplare under. Varje omkopplare består av ett hölje, en fjäder och en stjälk, och ibland andra delar som ett separat taktilt blad eller en klickstång. Switchar finns i tre varianter: "linjär" med konsekvent motstånd, "taktil" med en icke-hörbar bult och "clicky" med både en bump och ett hörbart klick. Beroende på fjäderns motstånd kräver nyckeln olika mängder tryck för att manövreras och att bottna ut. Spindelns form såväl som omkopplarhusets utformning varierar omkopplarens manöveravstånd och reseavstånd. Ljudet kan ändras av plattan, fodralet, smörjningen och till och med knapplocket. Mekaniska tangentbord möjliggör borttagning och byte av nyckelhattar, men byte av dem är vanligare med mekaniska tangentbord på grund av gemensam stamform.
Mekaniska tangentbord har vanligtvis en längre livslängd än membran- eller dome-switch-tangentbord. Cherry MX -switchar har till exempel en förväntad livslängd på 50 miljoner klick per switch, medan switchar från Razer har en nominell livslängd på 60 miljoner klick per switch.
En stor tillverkare av mekaniska switchar är Cherry , som har tillverkat MX -switchar sedan 1980 -talet. Cherrys färgkodningssystem för kategorisering av switchar har imiterats av andra switchtillverkare.
Hot-swapable tangentbord
Hot-swappable tangentbord är tangentbord där switchar kan dras ut och bytas istället för att kräva den typiska lödanslutningen . Hot-swappable tangentbord är vanligtvis mekaniska eller opto-mekaniska. Istället för att omkopplaren löds till tangentbordets kretskort , löds istället hot-swap-uttag. De används mest av tangentbordentusiaster som bygger anpassade tangentbord och har nyligen börjat antas av större företag på produktionstangentbord. Hot-swap-uttag kostar vanligtvis mellan $ 10-25 USD för att fylla ett komplett kort och kan tillåta användare att prova en mängd olika switchar utan att ha de verktyg eller kunskaper som krävs för att löda elektronik.
Buckling-spring-tangentbord
Många maskinskrivare föredrar att knäppa fjädrande tangentbord. Den knäckfjädermekanism (löpt US patent 4.118.611 ) atop omkopplaren är ansvarig för den taktila och fonetiska svar på tangentbordet. Denna mekanism styr en liten hammare som träffar en kapacitiv eller membranomkopplare.
1993, två år efter att Lexmark lekte , överförde IBM sin tangentbordverksamhet till dotterföretaget. Nya modell M -tangentbord fortsatte att tillverkas för IBM av Lexmark fram till 1996, då Unicomp etablerades och köpte tangentbordspatent och verktygsutrustning för att fortsätta sin produktion.
IBM fortsatte att tillverka modell M i deras fabrik i Skottland fram till 1999.
Hall-effekt tangentbord
Hall -effekt -tangentbord använder magneter och Hall -effektsensorer istället för switchar med mekaniska kontakter. När en tangent trycks ned flyttar den en magnet som detekteras av en halvledarsensor. Eftersom de inte kräver någon fysisk kontakt för aktivering, är Hall-effekt-tangentbord extremt pålitliga och kan acceptera miljontals tangenttryckningar innan de misslyckas. De används för applikationer med extremt hög tillförlitlighet som kärnkraftverk, flygcockpits och kritiska industrimiljöer. De kan enkelt göras helt vattentäta och kan motstå stora mängder damm och föroreningar. Eftersom en magnet och sensor krävs för varje nyckel, liksom anpassad styrelektronik, är de dyra att tillverka.
Laserprojektionstangentbord
En laserprojektionsenhet som är ungefär lika stor som en datormus projicerar konturet av tangentbordstangenter på en plan yta, till exempel ett bord eller ett skrivbord. Denna typ av tangentbord är tillräckligt bärbar för att enkelt kunna användas med handdatorer och mobiltelefoner, och många modeller har infällbara sladdar och trådlösa funktioner. Plötslig eller oavsiktlig störning av lasern registrerar dock oönskade tangenttryckningar. Om lasern inte fungerar blir hela enheten värdelös, till skillnad från konventionella tangentbord som kan användas även om en rad olika delar (t.ex. knapparna) tas bort. Denna typ av tangentbord kan vara frustrerande att använda eftersom det är mottagligt för fel, även under normal skrivning, och dess fullständiga brist på taktil feedback gör det ännu mindre användarvänligt än membrantangentborden av lägsta kvalitet.
Upprullningsbart tangentbord
Tangentbord gjorda av flexibla silikon- eller polyuretanmaterial kan rulla ihop i ett bunt. Om tangentbordet fälls hårt kan det skada de inre membrankretsarna. När de är helt förseglade i gummi är de vattentäta. Precis som membrantangentbord rapporteras de vara mycket svåra att vänja sig vid, eftersom det finns liten taktil återkoppling och silikon tenderar att locka till sig smuts, damm och hår.
Optisk tangentbordsteknik
Kallas även fotooptiskt tangentbord, ljuskänsligt tangentbord, fotoelektriskt tangentbord och teknik för upptäckt av optisk nyckelaktivering.
Optisk tangentbordsteknik introducerades 1962 av Harley E. Kelchner för användning i en skrivmaskin i syfte att minska bullret som genereras genom att aktivera skrivmaskinens tangenter.
En optisk tangentbordsteknik använder ljusemitterande enheter och fotosensorer för att optiskt upptäcka aktiverade tangenter. Emitterarna och sensorerna är oftast placerade vid omkretsen, monterade på ett litet kretskort . Den ljus riktas från sida till sida av tangentbordet inre, och den kan endast blockeras av de påverkade tangenterna. De flesta optiska tangentbord kräver minst två strålar (oftast en vertikal stråle och en horisontell stråle) för att bestämma den aktiverade nyckeln. Vissa optiska tangentbord använder en speciell nyckelstruktur som blockerar ljuset i ett visst mönster, så att endast en stråle per rad nycklar tillåts (oftast en horisontell stråle).
Mekanismen för det optiska tangentbordet är mycket enkel - en ljusstråle skickas från sändaren till den mottagande sensorn, och den manövrerade nyckeln blockerar, reflekterar , bryts eller på annat sätt interagerar med strålen, vilket resulterar i en identifierad nyckel.
Vissa tidigare optiska tangentbord var begränsade i sin struktur och krävde ett speciellt hölje för att blockera externt ljus, ingen multi-key-funktion stöddes och designen var mycket begränsad till ett tjockt rektangulärt fodral.
Fördelarna med optisk tangentbordsteknik är att den erbjuder ett riktigt vattentätt tangentbord, motståndskraftigt mot damm och vätskor; och den använder cirka 20% PCB -volym, jämfört med membran- eller kupolomkopplare, vilket minskar elektroniskt spill betydligt . Ytterligare fördelar med optisk tangentbordsteknik jämfört med andra tangentbordstekniker som Hall-effekt, laser, upprullning och genomskinliga tangentbord kostar i kostnad (Hall-effekt-tangentbord) och känsla-optisk tangentbordsteknik kräver inte olika nyckelmekanismer och den taktila känslan av att skriva har förblivit densamma i över 60 år.
Det specialiserade DataHand -tangentbordet använder optisk teknik för att känna av knapptryckningar med en enda ljusstråle och sensor per tangent. Nycklarna hålls i viloläge med magneter ; när den magnetiska kraften övervinns för att trycka på en tangent, blockeras den optiska vägen och knapptryckningen registreras.
Debouncing
När du trycker på en tangent, pendlar den ( studsar ) mot sina kontakter flera gånger innan den sätter sig. När den släpps oscillerar den igen tills den kommer att vila. Även om det sker på en skala för liten för att vara synlig för blotta ögat, kan det räcka med att registrera flera tangenttryckningar.
För att lösa detta, avböjer processorn på ett tangentbord tangenttryckningarna, genom att medelvärdet av signalen över tiden ger en "bekräftad" knapptryckning som (vanligtvis) motsvarar ett enda tryck eller släpp. Tidiga membrantangentbord hade begränsad skrivhastighet eftersom de var tvungna att göra betydande avstängning. Detta var ett märkbart problem på ZX81 .
Nyckelringar
Nyckelringar används på tangentbord med full resa. Medan moderna nyckelhylsor vanligtvis är yttryckta, kan de också formsprutas i två skott , lasertryckas, sublimeringstryckas, graverade eller så kan de vara gjorda av transparent material med tryckta pappersinlägg.
Det finns också nyckelhöljen som är tunna skal som placeras över viktiga baser. Dessa användes på IBM PC -tangentbord.
Andra delar
Det moderna PC -tangentbordet innehåller också en kontrollprocessor och indikatorlampor för att ge feedback till användaren om i vilket tillstånd tangentbordet befinner sig. Beroende på sofistikeringen av styrenhetens programmering kan tangentbordet också erbjuda andra specialfunktioner. Processorn är vanligtvis en enda chip 8048 mikrokontrollervariant . Tangentbordets switchmatris är ansluten till dess ingångar och den bearbetar inkommande tangenttryckningar och skickar resultaten via en seriell kabel (tangentbordssladden) till en mottagare i huvuddatorboxen. Den styr också belysningen av lamporna " caps lock ", " num lock " och " scroll lock ".
Ett vanligt test för om datorn har kraschat är att trycka på "caps lock" -knappen. Tangentbordet skickar nyckelkoden till tangentbordets drivrutin som körs i huvuddatorn; om huvuddatorn är i drift, tvingar den lampan att tändas. Alla andra indikatorlampor fungerar på ett liknande sätt. Tangentbordsdrivrutinen spårar också tangentbordets skift , alt och kontrollläge .
Tangentbordskopplingsmatris
Tangentbordets switchmatris ritas ofta med horisontella trådar och vertikala trådar i ett rutnät som kallas en matriskrets . Den har en omkopplare vid vissa eller alla korsningar, ungefär som en multiplexdisplay . Nästan alla tangentbord har bara omkopplaren vid varje korsning, vilket orsakar "spöknycklar" och "tangentstopp" när flera tangenter trycks ned ( vältning ). Vissa, ofta dyrare, tangentbord har en diod mellan varje skärningspunkt, vilket gör att tangentbordets mikrokontroller exakt kan känna av hur många samtidiga tangenter som helst som trycks in, utan att generera felaktiga spöknycklar.
Alternativa metoder för textinmatning
Optisk teckenigenkänning (OCR) är att föredra framför ny sökning för att konvertera befintlig text som redan är nedskriven men inte i maskinläsbart format (till exempel en Linotype -komponerad bok från 1940 -talet). Med andra ord, för att konvertera texten från en bild till redigerbar text (det vill säga en sträng teckenkoder) kan en person skriva om den eller en dator kan titta på bilden och härleda vad varje tecken är. OCR -tekniken har redan nått ett imponerande tillstånd (till exempel Google boksökning ) och lovar mer för framtiden.
Taligenkänning omvandlar tal till maskinläsbar text (det vill säga en rad teckenkoder). Denna teknik har också nått ett avancerat tillstånd och är implementerat i olika mjukvaruprodukter . För vissa användningsområden (t.ex. transkribering av medicinsk eller juridisk diktering; journalistik, skrivande av uppsatser eller romaner) börjar taligenkänning ersätta tangentbordet. Bristen på integritet vid utfärdande av röstkommandon och diktering gör dock denna typ av inmatning olämplig för många miljöer.
Pekdon kan användas för att mata in text eller tecken i sammanhang där användning av ett fysiskt tangentbord skulle vara olämpligt eller omöjligt. Dessa tillbehör presenterar vanligtvis tecken på en skärm, i en layout som ger snabb åtkomst till de oftare använda tecknen eller teckenkombinationerna. Populära exempel på denna typ av input är Graffiti , Dasher och virtuella tangentbord på skärmen .
Andra problem
Tangenttryckningsloggning
Okrypterade Bluetooth -tangentbord är kända för att vara sårbara för signalstöld för keylogging av andra Bluetooth -enheter inom räckvidd. Microsofts trådlösa tangentbord 2011 och tidigare har dokumenterats med denna sårbarhet.
Tangenttrycksloggning (ofta kallad nyckelloggning) är en metod för att fånga och registrera användarknapptryckningar. Även om det kan användas lagligt för att mäta anställdas aktivitet, eller av brottsbekämpande myndigheter för att undersöka misstänkta aktiviteter, används det också av hackare för olagliga eller skadliga handlingar. Hackare använder keyloggers för att få lösenord eller krypteringsnycklar.
Tangenttrycksloggning kan uppnås med både hårdvara och programvara. Maskinvaruknapploggare är anslutna till tangentbordskabeln eller installerade inuti vanliga tangentbord. Programnyckelloggare arbetar på måldatorns operativsystem och får obehörig åtkomst till hårdvaran, kopplar in sig på tangentbordet med funktioner som tillhandahålls av operativsystemet eller använder fjärråtkomstprogramvara för att överföra inspelad data från måldatorn till en fjärrplats. Vissa hackare använder också trådlösa keylogger -sniffare för att samla paket med data som överförs från ett trådlöst tangentbord och dess mottagare, och sedan knäcker de krypteringsnyckeln som används för att säkra trådlös kommunikation mellan de två enheterna.
Antispionprogram kan upptäcka många nyckelloggare och ta bort dem. Ansvariga leverantörer av övervakningsprogramvara stöder upptäckt av antispionprogram, vilket förhindrar missbruk av programvaran. Aktivering av en brandvägg stoppar inte keyloggers i sig, men kan eventuellt förhindra överföring av det loggade materialet över nätet om det är korrekt konfigurerat. Nätverksmonitorer (även kända som reverse-firewalls) kan användas för att varna användaren när ett program försöker upprätta en nätverksanslutning. Detta ger användaren chansen att förhindra att nyckelloggaren " ringer hem " med sin skrivna information. Automatiska formulärfyllningsprogram kan helt förhindra keylogging genom att inte använda tangentbordet alls. De flesta nyckelloggare kan luras genom att växla mellan att skriva inloggningsuppgifterna och skriva tecken någon annanstans i fokusfönstret.
Tangentbord är också kända för att avge elektromagnetiska signaturer som kan detekteras med hjälp av speciell spionutrustning för att rekonstruera tangenterna som trycks på tangentbordet. Neal O'Farrell, verkställande direktör för Identity Theft Council, avslöjade för InformationWeek att "För mer än 25 år sedan visade ett par tidigare spooks mig hur de kunde fånga en användares ATM -PIN, från en skåpbil parkerad tvärs över gatan, helt enkelt genom att fånga och avkoda de elektromagnetiska signalerna som genereras av varje tangenttryckning, säger O'Farrell. "De kan till och med fånga knapptryckningar från datorer i närliggande kontor, men tekniken var inte sofistikerad nog att fokusera på någon specifik dator."
Fysisk skada
Användning av valfritt tangentbord kan orsaka allvarliga skador (såsom karpaltunnelsyndrom eller andra repetitiva belastningsskador ) på händer, handleder, armar, nacke eller rygg. Risken för skador kan minskas genom att ta korta pauser ofta för att gå upp och gå runt ett par gånger varje timme. Användare bör också variera uppgifter under dagen för att undvika överanvändning av händer och handleder. När man skriver på ett tangentbord ska en person hålla axlarna avslappnade med armbågarna vid sidan, med tangentbordet och musen placerade så att det inte är nödvändigt att nå. Stolens höjd och tangentbordsfacket bör justeras så att handlederna är raka, och handlederna ska inte vila på vassa bordskanter. Handleds- eller handledsstöd ska inte användas när du skriver.
Viss adaptiv teknik som sträcker sig från speciella tangentbord, musbyten och pennplattans gränssnitt till taligenkänningsprogram kan minska risken för skada. Pausprogramvara påminner användaren om att pausa ofta. Att byta till en mycket mer ergonomisk mus, till exempel en vertikal mus eller joystickmus, kan ge lättnad.
Genom att använda en pekplatta eller en penna med en grafisk surfplatta, istället för en mus, kan man minska den repetitiva belastningen på armar och händer.
Se även
Referenser
externa länkar
- Schofield, Jack (9 maj 2014). "Vilka ThinkPad -bärbara datorer har de bästa tangentborden?" . The Guardian . Hämtad 4 januari 2018 .
- Seo, Hannah (8 juni 2021). "Den färgstarka, kostsamma världen för anpassade tangentbordentusiaster" . Trådbunden . ISSN 1059-1028 .