Klávesnice a jejich historie
21.8.2006, Jan Vítek, článek
Vstupní periferie jsou typem hardware, jenž je spojen s počítači už od jejich počátků a vyvíjejí se v přímé závislosti s expandujícími možnostmi zařízení, která mají obsluhovat. Rozhodli jsme se pro vypracování přehledu vývoje počítačových klávesnic.
Kapitoly článku:
- Klávesnice a jejich historie
- Nástup počítačů a PC
- Konektory, ergonomie, multimédia a budoucnost
Zhruba v době, kdy Dvorak vymýšlel svou novou klávesnici, se objevil první psací stroj využívající elektrického motorku. Nebylo již tedy nutné využívat sílu prstů k vymrštění kladívka, to nyní byla práce elektřiny. Firmy IBM a Remington byly tehdy hlavními výrobci elektrických strojů, ovšem pak IBM přišla s touto novinkou, pojmenouvanou jako Selectric a s trhem pěkně zamíchala.
IBM Selectric nevyužíval vějiřovitého rozložení kladívek, ale něčeho zcela jiného. Základem byla kovová koule, na níž byly vymodelovány symboly. S touto koulí pohyboval elektrický motor napojený na systém kladek a kovových pásek a otáčel ji podle potřeby. U těchto strojů se také nepohyboval válec s papírem, ale celá koule a výhoda byla i v možnosti její výměny za alternativní s jiným fontem. Především se ovšem zcela eliminovalo nebezpečí zaseknutí psacího mechanismu, a to je jednoznačně předurčilo pro použití u počítačových terminálů. Ovšem tím již trošku odbíháme od tématu.
Správci Multixu při vysokém pracovním nasazení
S příchodem opravdových počítačů, které se již oprostily od překonaných děrných štítků, coby média pro vstupní zařízení a děrovačů, coby výstupních zařízení, se objevily i první terminály. Ty v podstatě položily základ pro vzhled počítačových systémů, jak je známe dnes. V polovině šedesátých let univerzita MIT a firmy Bell a General Electrics spojily své úsilí a vytvořily systém Multics (Multiplexed Information and Computing Service), jenž využíval obrazovek založených na katodových trubicích a elektrických psacích strojů. Tyto dohromady tvořily počítačové terminály, přes něž se uživatelé připojovali a konečně měli možnost napsaný text mazat a editovat, což byl jistě velký krok kupředu.
Na přelomu 70 a 80 let již všechny počítače využívaly elektronických klávesnic, u nichž již zmizely elektromechanické prvky (jaké měly například čtečky děrných štítků). Díky tomu se elektrické impulzy nesoucí informaci přenášely přímo do počítače a práce se tak stala daleko svižnější. Co se ovšem nezměnilo, bylo rozložení kláves QWERTY; pouze se postupně přidávaly dodatečné klávesy, ale Sholesův návrh bez větších problémů přežil sto let, během nichž jsme se jinak od železničních kolejí dostali až do vesmíru. Zde se tedy asi nejvíce ukazuje síla zažitých způsobů, zde ještě podpořených výrobní mašinérií.
Asi už nikoho nepřekvapí, že následující krok směrem k dnešním klávesnicím učinila opět firma IBM, když v roce 1981 spěšně uvedla na trh první osobní počítač – IBM PC 5150. Klávesnice se byla běžnou součástí dodávky a jednalo se o firemní, 83-klávesový model XT, na nějž si ale uživatelé stěžovali, zvláště kvůli nevhodně umístěným klávesám Return (Enter) a levého Shift. Tato klávesnice se ještě dnešním příliš nepodobala; funkční klávesy F1-F10 měla umístěny ve sloupci na levé straně, hlavní pole kláves bylo ve středu a na pravé straně byl numerický blok kláves, pořád ještě nepříliš jasně oddělen od hlavního pole kláves.
Původní klávesnice prvního PC
K novým typům osobních počítačů, PC AT, vybavených procesorem Intel 80286 a uvedeným na trh v roce 1984, byla vydána i nová klávesnice, jež měla o jednu klávesu navíc. Tato klávesa nesla popisek SysRq – System Request, vyvolávající low-level funkce operačního systému, aby se zabránilo konfliktu s právě spuštěným programem. Na dnešních klávesnicích můžete SysRq najít na klávese, již sdílí s funkcí Print Screen. Na AT klávesnici již můžeme vidět, že numerická část se viditelně oddělila od základní části, ale klávesy F stále zůstávají na předchozí pozici.
Klávesnice AT již v lecčemž připomíná dnešní standard
Pokud se přesuneme téměř mezi současné klávesnice, dostaneme se až do roku 1985, kdy IBM představilo svůj model M, dnes již legendární klávesnice, již dodnes někteří pravověrní pro její nesporné kvality používají. Byl to zástupce tzv. enhanced keyboard, tedy rozšířené klávesnice s původně 101 klávesou. Pole kláves již v podstatě odpovídají dnešnímu rozložení, tedy s F klávesami nad hlavním polem, samostatnými šipkami a od AT klávesnice nezměněnou numerickou částí. V průběhu vývoje této série se také již konečně v pravém horním rohu usídlily LED indikující stav kláves Caps Lock, Num Lock a Scroll Lock, což do této doby ještě stále nebylo pravidlem, ač je můžeme vidět i na starší AT klávesnici.
Model M je na dnešní poměry velice masivní a těžká klávesnice, které by se neznalí uživatelé ze srdce vysmáli a vyhodili do nejbližší popelnice. Avšak právě díky své robustnosti je IBM M (následně vyráběna firmami Lexmark a Unicomp) téměř nezničitelná, spolehlivá a především se na ní velmi dobře píše.
Model M bez numerického bloku
Od dnešních klávesnic, které využívají membránového systému, podobně jako mobilní telefony, se model M liší využitím ocelových pružinek. Tyto pružinky se ale při stisku kláves nesmršťují, nýbrž ohýbají (tzv. buckling springs). Při stisku se tedy tyto pružinky v těle klávesy ohnou a po překonání kritického ohybu za cvaknutí přeskočí i na ně napojená páčka a tím se vyšle elektrický signál o stisku klávesy. Právě toto ‘otravné‘ cvakání klávesnic je pro písaře důležitým znamením, že klávesa byla opravdu stisknuta a přispívá tak ke správnému komfortu rychlého psaní.
Schéma funkce kláves Modelu M
Za zmínku určitě také stojí způsob připojení klávesnic k počítačům. Tyto modely se dodávaly k počítačům IBM a měly původně odpojitelný kabel založený na DIN konektoru. Po roce 1987 se však již běžně objevují s rovněž odpojitelným PS/2 konektorem a spirálovitým „natahovacím“ kabelem. Na začátku devadesátých let se z IBM zformovala firma Lexmark, již byla následovně předána výroba klávesnice M. Lexmark vyráběl klávesnice srovnatelné kvality a navíc vylepšené systémem jakýchsi kanálků, jimiž se odváděla neopatrným uživatelem vylitá tekutina tak, aby se minimalizovaly škody.
Nakonec v roce 1996 výrobu převzala firma Unicomp, která za nemalý peníz vyrábí následovníka modelu M dodnes. Navíc, originální verze od IBM jsou také velmi ceněny mezi nadšenci a sběrateli, také proto, že některých verzí bylo vyrobeno velmi málo.
Model M a jeho přímí následovníci nemohli ve světě dravého průmyslu vydržet věčně, byly totiž příliš složité a tím i drahé. Objevily se levnější řešení, především klávesnice využívající vypouklých membrán, které nejsou ani vzdáleně tak komplikované, jako originální pružinové od IBM. Pokud si dnes koupíte klávesnici za 150 korun, můžete si být téměř jisti, že využívá právě tohoto systému. Celý je založen na třech plastových fóliích, gumové membráně a samozřejmě plastových klávesách.
Dvě z oněch fólií jsou potisknuté vodivými proužky, tedy podobně, jako známe z jednovrstvových plošných spojů. Mezi tyto dvě fólie je vsunuta třetí, jejíž funkce je zabraňovat kontaktu oněch fólií, ovšem samozřejmě až na místa, kde je to vhodné. V těchto místech je ve fólii kruhový otvor, aby mohl být zajištěn elektrický kontakt. Na sestavu fólií, je poté položena gumová membrána s tuhými výstupky. Ty jsou vylisovány tak, aby se při tlaku klávesy seshora deformovaly dle potřeby a po dosažení jistého tlaku se ‘zbortily’, ve správném místě zatlačily na sestavu fólií a tím propojily obvod.
Schéma funkce hybridních membránových klávesnic
Systém je to jednoduchý, vhodný pro masovou výrobu a tím tedy i levný. Tyto klávesnice avšak neposkytují ten správný pocit ze psaní; klávesy necvakají a uživatel ani nedostává hmatatelnou zpětnou vazbu toho, že klávesa byla stisknuta. Jediným opravdovým ověřením tak zůstává pouze vizuální ověření na monitoru počítače. Pro běžné používání však bez problémů stačí.
Dalšími typy klávesnic, se kterými se již není tak snadné setkat, jsou klávesnice využívající poniklované měděné plátky, které umístěné pod klávesnicí zadržují elektrický náboj. Ten se po stisknutí klávesy změní, což je detekováno komparátorem jako stisknutí klávesy. Tyto klávesnice jsou obecně ještě doplněny mechanismem, jenž vydává zvuk indikující stisknutí klávesy a jejich výhoda spočívá ve velké odolnosti proti korozi, špíně a rovněž zabraňují nechtěnému dvojitému stisku stejné klávesy. Silnou nevýhodou je však jejich cena.
Klávesnice založené na klasických mechanických tlačítkách jsou další kategorie sama o sobě. Existuje jich řada variant postavených na různých tlačítkách a tedy i s různými vlastnostmi. Řadí se podobně jako předchozí typ spíše do dražšího segmentu.
Hallův efekt může být také platný u klávesnic. Využívá se zde magnetu, který vytváří magnetické pole orientované kolmo na tok elektronů. Tím vzniká síla (Lorentzova síla) ovlivňující elektrony, detekovaná Hallovým senzorem. Senzor zde poté funguje jako ono tlačítko určující stisk klávesy. Tyto klávesnice jsou ceněny pro svou výdrž, spolehlivost, mohou být vyrobeny zcela vodovzdorné a tím se stávají adepty na využití v letadlech a ostatních místech, kde je vyžadována absolutní spolehlivost.
Vývoj klasických PC klávesnic byl v devadesátých letech upraven, či podle některých spíše poznamenán, již jen dvakrát. Poprvé se o to postarala firma Microsoft, která si zpupně prosadila tři klávesy navíc – dvě klávesy Windows a jednu Menu. Dnes již v podstatě nekoupíte klasickou novou 101 klávesovou verzi a nehledě na používaný operační systém je nutné akceptovat výsledek evoluce.
Klávesnice s velmi nevhodně umístěnými ACPI tlačítky
Ovšem k 104 klávesám se v poslední úpravě přidaly další tři, které osobně považuji za to největší zlo, co bylo v poslední době vymyšleno. Trojice kláves hlásící se k Power managementu – Power Key, Sleep key a Wake Key, mají za úkol počítač buď vypnout, uspat, nebo ze spánku probudit. Neshledávám žádný důvod, proč by na klávesnici mělo být tlačítko k vypnutí počítače, zvláště když někteří výrobci jej navíc velmi chytře umísťují přímo nad kurzorové šipky, akorát aby se uživatel mohl co nejsnáze přehmátnout a pak už jen smutně koukat na rychle se vypínající počítač. Naštěstí ale není žádný problém si pořídit klávesnici i bez této vymoženosti.
IBM Selectric nevyužíval vějiřovitého rozložení kladívek, ale něčeho zcela jiného. Základem byla kovová koule, na níž byly vymodelovány symboly. S touto koulí pohyboval elektrický motor napojený na systém kladek a kovových pásek a otáčel ji podle potřeby. U těchto strojů se také nepohyboval válec s papírem, ale celá koule a výhoda byla i v možnosti její výměny za alternativní s jiným fontem. Především se ovšem zcela eliminovalo nebezpečí zaseknutí psacího mechanismu, a to je jednoznačně předurčilo pro použití u počítačových terminálů. Ovšem tím již trošku odbíháme od tématu.
Správci Multixu při vysokém pracovním nasazení
S příchodem opravdových počítačů, které se již oprostily od překonaných děrných štítků, coby média pro vstupní zařízení a děrovačů, coby výstupních zařízení, se objevily i první terminály. Ty v podstatě položily základ pro vzhled počítačových systémů, jak je známe dnes. V polovině šedesátých let univerzita MIT a firmy Bell a General Electrics spojily své úsilí a vytvořily systém Multics (Multiplexed Information and Computing Service), jenž využíval obrazovek založených na katodových trubicích a elektrických psacích strojů. Tyto dohromady tvořily počítačové terminály, přes něž se uživatelé připojovali a konečně měli možnost napsaný text mazat a editovat, což byl jistě velký krok kupředu.
Na přelomu 70 a 80 let již všechny počítače využívaly elektronických klávesnic, u nichž již zmizely elektromechanické prvky (jaké měly například čtečky děrných štítků). Díky tomu se elektrické impulzy nesoucí informaci přenášely přímo do počítače a práce se tak stala daleko svižnější. Co se ovšem nezměnilo, bylo rozložení kláves QWERTY; pouze se postupně přidávaly dodatečné klávesy, ale Sholesův návrh bez větších problémů přežil sto let, během nichž jsme se jinak od železničních kolejí dostali až do vesmíru. Zde se tedy asi nejvíce ukazuje síla zažitých způsobů, zde ještě podpořených výrobní mašinérií.
První PC
Asi už nikoho nepřekvapí, že následující krok směrem k dnešním klávesnicím učinila opět firma IBM, když v roce 1981 spěšně uvedla na trh první osobní počítač – IBM PC 5150. Klávesnice se byla běžnou součástí dodávky a jednalo se o firemní, 83-klávesový model XT, na nějž si ale uživatelé stěžovali, zvláště kvůli nevhodně umístěným klávesám Return (Enter) a levého Shift. Tato klávesnice se ještě dnešním příliš nepodobala; funkční klávesy F1-F10 měla umístěny ve sloupci na levé straně, hlavní pole kláves bylo ve středu a na pravé straně byl numerický blok kláves, pořád ještě nepříliš jasně oddělen od hlavního pole kláves.
Původní klávesnice prvního PC
K novým typům osobních počítačů, PC AT, vybavených procesorem Intel 80286 a uvedeným na trh v roce 1984, byla vydána i nová klávesnice, jež měla o jednu klávesu navíc. Tato klávesa nesla popisek SysRq – System Request, vyvolávající low-level funkce operačního systému, aby se zabránilo konfliktu s právě spuštěným programem. Na dnešních klávesnicích můžete SysRq najít na klávese, již sdílí s funkcí Print Screen. Na AT klávesnici již můžeme vidět, že numerická část se viditelně oddělila od základní části, ale klávesy F stále zůstávají na předchozí pozici.
Klávesnice AT již v lecčemž připomíná dnešní standard
IBM model M
Pokud se přesuneme téměř mezi současné klávesnice, dostaneme se až do roku 1985, kdy IBM představilo svůj model M, dnes již legendární klávesnice, již dodnes někteří pravověrní pro její nesporné kvality používají. Byl to zástupce tzv. enhanced keyboard, tedy rozšířené klávesnice s původně 101 klávesou. Pole kláves již v podstatě odpovídají dnešnímu rozložení, tedy s F klávesami nad hlavním polem, samostatnými šipkami a od AT klávesnice nezměněnou numerickou částí. V průběhu vývoje této série se také již konečně v pravém horním rohu usídlily LED indikující stav kláves Caps Lock, Num Lock a Scroll Lock, což do této doby ještě stále nebylo pravidlem, ač je můžeme vidět i na starší AT klávesnici.
Model M je na dnešní poměry velice masivní a těžká klávesnice, které by se neznalí uživatelé ze srdce vysmáli a vyhodili do nejbližší popelnice. Avšak právě díky své robustnosti je IBM M (následně vyráběna firmami Lexmark a Unicomp) téměř nezničitelná, spolehlivá a především se na ní velmi dobře píše.
Model M bez numerického bloku
Od dnešních klávesnic, které využívají membránového systému, podobně jako mobilní telefony, se model M liší využitím ocelových pružinek. Tyto pružinky se ale při stisku kláves nesmršťují, nýbrž ohýbají (tzv. buckling springs). Při stisku se tedy tyto pružinky v těle klávesy ohnou a po překonání kritického ohybu za cvaknutí přeskočí i na ně napojená páčka a tím se vyšle elektrický signál o stisku klávesy. Právě toto ‘otravné‘ cvakání klávesnic je pro písaře důležitým znamením, že klávesa byla opravdu stisknuta a přispívá tak ke správnému komfortu rychlého psaní.
Schéma funkce kláves Modelu M
Za zmínku určitě také stojí způsob připojení klávesnic k počítačům. Tyto modely se dodávaly k počítačům IBM a měly původně odpojitelný kabel založený na DIN konektoru. Po roce 1987 se však již běžně objevují s rovněž odpojitelným PS/2 konektorem a spirálovitým „natahovacím“ kabelem. Na začátku devadesátých let se z IBM zformovala firma Lexmark, již byla následovně předána výroba klávesnice M. Lexmark vyráběl klávesnice srovnatelné kvality a navíc vylepšené systémem jakýchsi kanálků, jimiž se odváděla neopatrným uživatelem vylitá tekutina tak, aby se minimalizovaly škody.
Nakonec v roce 1996 výrobu převzala firma Unicomp, která za nemalý peníz vyrábí následovníka modelu M dodnes. Navíc, originální verze od IBM jsou také velmi ceněny mezi nadšenci a sběrateli, také proto, že některých verzí bylo vyrobeno velmi málo.
Hybridní membránové
Model M a jeho přímí následovníci nemohli ve světě dravého průmyslu vydržet věčně, byly totiž příliš složité a tím i drahé. Objevily se levnější řešení, především klávesnice využívající vypouklých membrán, které nejsou ani vzdáleně tak komplikované, jako originální pružinové od IBM. Pokud si dnes koupíte klávesnici za 150 korun, můžete si být téměř jisti, že využívá právě tohoto systému. Celý je založen na třech plastových fóliích, gumové membráně a samozřejmě plastových klávesách.
Dvě z oněch fólií jsou potisknuté vodivými proužky, tedy podobně, jako známe z jednovrstvových plošných spojů. Mezi tyto dvě fólie je vsunuta třetí, jejíž funkce je zabraňovat kontaktu oněch fólií, ovšem samozřejmě až na místa, kde je to vhodné. V těchto místech je ve fólii kruhový otvor, aby mohl být zajištěn elektrický kontakt. Na sestavu fólií, je poté položena gumová membrána s tuhými výstupky. Ty jsou vylisovány tak, aby se při tlaku klávesy seshora deformovaly dle potřeby a po dosažení jistého tlaku se ‘zbortily’, ve správném místě zatlačily na sestavu fólií a tím propojily obvod.
Schéma funkce hybridních membránových klávesnic
Systém je to jednoduchý, vhodný pro masovou výrobu a tím tedy i levný. Tyto klávesnice avšak neposkytují ten správný pocit ze psaní; klávesy necvakají a uživatel ani nedostává hmatatelnou zpětnou vazbu toho, že klávesa byla stisknuta. Jediným opravdovým ověřením tak zůstává pouze vizuální ověření na monitoru počítače. Pro běžné používání však bez problémů stačí.
Ostatní typy klávesnic
Dalšími typy klávesnic, se kterými se již není tak snadné setkat, jsou klávesnice využívající poniklované měděné plátky, které umístěné pod klávesnicí zadržují elektrický náboj. Ten se po stisknutí klávesy změní, což je detekováno komparátorem jako stisknutí klávesy. Tyto klávesnice jsou obecně ještě doplněny mechanismem, jenž vydává zvuk indikující stisknutí klávesy a jejich výhoda spočívá ve velké odolnosti proti korozi, špíně a rovněž zabraňují nechtěnému dvojitému stisku stejné klávesy. Silnou nevýhodou je však jejich cena.
Klávesnice založené na klasických mechanických tlačítkách jsou další kategorie sama o sobě. Existuje jich řada variant postavených na různých tlačítkách a tedy i s různými vlastnostmi. Řadí se podobně jako předchozí typ spíše do dražšího segmentu.
Hallův efekt může být také platný u klávesnic. Využívá se zde magnetu, který vytváří magnetické pole orientované kolmo na tok elektronů. Tím vzniká síla (Lorentzova síla) ovlivňující elektrony, detekovaná Hallovým senzorem. Senzor zde poté funguje jako ono tlačítko určující stisk klávesy. Tyto klávesnice jsou ceněny pro svou výdrž, spolehlivost, mohou být vyrobeny zcela vodovzdorné a tím se stávají adepty na využití v letadlech a ostatních místech, kde je vyžadována absolutní spolehlivost.
Vývoj klasických PC klávesnic byl v devadesátých letech upraven, či podle některých spíše poznamenán, již jen dvakrát. Poprvé se o to postarala firma Microsoft, která si zpupně prosadila tři klávesy navíc – dvě klávesy Windows a jednu Menu. Dnes již v podstatě nekoupíte klasickou novou 101 klávesovou verzi a nehledě na používaný operační systém je nutné akceptovat výsledek evoluce.
Klávesnice s velmi nevhodně umístěnými ACPI tlačítky
Ovšem k 104 klávesám se v poslední úpravě přidaly další tři, které osobně považuji za to největší zlo, co bylo v poslední době vymyšleno. Trojice kláves hlásící se k Power managementu – Power Key, Sleep key a Wake Key, mají za úkol počítač buď vypnout, uspat, nebo ze spánku probudit. Neshledávám žádný důvod, proč by na klávesnici mělo být tlačítko k vypnutí počítače, zvláště když někteří výrobci jej navíc velmi chytře umísťují přímo nad kurzorové šipky, akorát aby se uživatel mohl co nejsnáze přehmátnout a pak už jen smutně koukat na rychle se vypínající počítač. Naštěstí ale není žádný problém si pořídit klávesnici i bez této vymoženosti.
