Клавиатуры

ВВЕДЕНИЕ

Периферийные устройства прочно вошли в нашу жизнь, играя ключевую роль во множестве сфер деятельности - от бухгалтерского учёта до разработки сложных научных моделей, от дизайна и создания музыки до обучения и развлечений. Современные пользователи, независимо от профессии, всё чаще взаимодействуют с компьютерными технологиями, и знание принципов работы периферийных устройств становится всё более актуальным. Особый интерес к ним проявляют геймеры, для которых качественные периферийные устройства являются неотъемлемой частью игрового процесса. Рынок периферийных устройств, в том числе клавиатур, невероятно разнообразен, что часто затрудняет выбор оптимального варианта для конкретных потребностей. Эта ситуация подчеркивает актуальность изучения современных клавиатур и их особенностей.







ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ КЛАВИАТУРЫ
1.1 История происхождения клавиатуры

Корни современных компьютерных клавиатур уходят в 19 век. Все началось с появления простой пишущей машинки. В 1868 году Кристофер Латам Шольз (Christopher Sholes) запатентовал пишущую машинку. Главным важным моментом этого этапа стало появление первой раскладки. Это выглядело как набор символов, расположенных в алфавитном порядке.
Как выяснилось позже, это, мягко говоря, неудобно, потому что редко используемые символы находятся на самых видных местах, и наоборот. В 1890 году была изобретена раскладка «QWERTY», которая используется при наборе текста латинскими буквами. И, как это ни парадоксально, русская раскладка клавиатуры была изобретена в Америке в конце 19 века. С тех пор она не претерпела серьезных изменений. Название раскладки «QWERTY» происходит от первых 6 латинских букв на клавиатуре, начинающихся слева направо от левого верхнего угла. 1960 год стал поворотным в истории развития компьютерных клавиатур-на рынок вышли электрические пишущие машинки. У него была емкостная клавиатура. Емкостная клавиатура была изготовлена на печатной плате из текстолита. Название технологии говорит само за себя-этот тип работает благодаря конденсаторам, которые есть в устройстве. Каждую клавишу образуют 2 накладки из олова и никелированной меди, поскольку они не соединены друг с другом механически или электрически. [5, с.18]. При нажатии на клавишу – расстояние между площадками уменьшается, при этом изменяется электрическая емкость, которая при нажатом состоянии равна приблизительно 2 пикофарадам, а при не нажатом – 20 пикофарадам.
Уменьшение емкости создает поток заряженных частиц, который обрабатывается контроллером клавиатуры и затем генерирует код для нажатой клавиши. Вроде бы это долго, но при этом на такой клавиатуре можно вводить текст со скоростью до 300 знаков, в секунду.
1.2. Понятие предмета и его вид

Клавиатура – комплект расположенных в определенном порядке клавиш для управления каким-либо устройством или для ввода данных. Компьютерная клавиатура – это устройство для ввода информации, отправка управляющих сигналов с помощью компьютера. Содержит буквенно-цифровые символы, специальные, функциональные клавиши и клавиши управления курсором. Клавиатура – это основная часть компьютерной клавиатуры, она содержит все буквы, цифры и символы.
Клавиатура предназначена для ввода текстовой информации (букв, цифр, знаков) в компьютер и управления его работой. Её основная функция — передача команд и данных в компьютер для последующей обработки.
Наиболее распространённым расположением символьных клавиш является QWERTY (ЙЦУКЕН), которое при необходимости можно перепрограммировать на другую раскладку.

Несмотря на свою долгую историю (её использовали на печатных машинках ещё до появления компьютеров) и развитие альтернативных интерфейсов — координатных устройств и технологий распознавания речи, без клавиатуры работать на компьютере очень сложно. На данный момент разумной альтернативы клавиатуре не существует, есть лишь её разнообразные модификации и разновидности, выполняющие одни и те же основные функции и некоторое количество дополнительных, в зависимости от потребностей пользователя.
Классификация клавиатур осуществляется по нескольким признакам:
 конструкция клавиатуры;
 количество клавиш;
 интерфейс для подключения клавиатур к ПК;
 тип корпуса клавиатуры.
Конструкция - сенсорные и кнопочные: сенсорные модели не имеют механических элементов (токопроводящие контакты выполнены в виде двух пластин, разделенных небольшим зазором), благодаря чему они работают бесшумно и обладают высокой долговечностью (защищены от пыли и других внешних воздействий). Большинство пользователей имеют дело с традиционными – кнопочными клавиатурами. Стандартные кнопочные клавиатуры всех видов имеют схожие габариты (приблизительно 450х150х15 мм) и заключены в прямоугольные пластиковые или металлические корпуса разной степени прочности и герметичности. Кнопки на них расположены в определенном порядке, имеют (за исключением наиболее часто используемых) одинаковые размеры и форму, величину хода, а также находятся на одинаковом расстоянии друг от друга (все эти параметры и допустимые вариации их значений регулируются отраслевыми стандартами, в частности ISO 9241-4).
Кнопочные клавиатуры классифицируются на мембранные, полумеханические и механические.

1.3. Принцип действия

Рассмотрим принцип работы матричной клавиатуры, распространенного устройства ввода информации в компьютерные системы. В основе ее лежит матричная схема, где ряды (строки) и столбцы (колонки) пересекаются, образуя точки, соответствующие каждой клавише. В типичной реализации, например, 5x6 матрице, пять горизонтальных линий (X0-X4) подключаются через резисторы к источнику питания +5 В. Эти резисторы играют критическую роль – они обеспечивают подтягивание линий к высокому логическому уровню (+5В) в состоянии покоя (когда никакая клавиша не нажата). Это важно для корректной работы схемы.
Шести вертикальным линиям (Y0-Y5) соответствует выходной порт клавиатурного контроллера, который управляет процессом опроса. Микроконтроллер внутри клавиатуры, он же клавиатурный компьютер или клавиатурный процессор, последовательно устанавливает логический 0 на каждой из вертикальных линий (Y0-Y5). Это происходит поочередно, сканируя столбцы.
1.4. Основные и дополнительные характеристики, группы клавиш клавиатуры

Стандартная клавиатура IBM PC, ставшая основой для подавляющего большинства современных клавиатур, представляет собой сложную систему, объединяющую различные группы клавиш, каждая из которых выполняет специфические функции. Разберем каждую группу детальнее, добавив информацию о их эволюции и функциональных возможностях.
1. Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши: это самая большая группа, содержит латинские и русские (или другие, в зависимости от раскладки) буквы, цифры от 0 до 9, а также обширный набор знаков пунктуации (запятые, точки, вопросительные и восклицательные знаки, двоеточия, точки с запятой и т.д.), математических символов (+, -, *, /, = и другие), и специальных символов, доступных через сочетание клавиш Shift или Alt Gtrl. Интересно отметить, что расположение букв на клавиатуре – это результат исторического развития пишущих машинок, и не является оптимальным с эргономической точки зрения. Современные исследования активно изучают альтернативные раскладки, повышающие скорость печати и снижающие усталость.
2. Специальные клавиши: к этой группе относятся клавиши, запускающие определенные действия в операционной системе или приложениях. (Escape) – преимущественно используется для отмены действия или выхода из меню. обеспечивает перемещение курсора между элементами интерфейса, часто используется для быстрого заполнения форм. подтверждает ввод данных или выполняет команду. удаляет символ слева от курсора. Функциональность этих клавиш практически не изменилась со времен первых IBM PC, хотя их программная интерпретация может варьироваться в зависимости от приложения.
3. Функциональные клавиши (F1-F12): эти клавиши не имеют заранее определенного значения, их назначение определяется операционной системой или программой. Например, F1 часто вызывает справку, а другие функциональные клавиши могут использовать для сохранения, открытия файлов, запуска макросов и многого другого. Количество функциональных клавиш варьировалось в зависимости от модели клавиатуры: от F1 до F12, а в некоторых – даже до F24. Современные программы часто используют комбинации Fn + Fх для доступа к дополнительным функциям, таким как регулировка громкости или яркости экрана. [7, с.250].

1.5. Лидеры производители компьютерных клавиатур

Давайте подробнее опишем характеристики каждого из трёх типов клавиатур, уделив внимание нюансам и особенностям. Мы по-прежнему будем приводить примеры, понимая, что конкретные модели могут отличаться. Технические характеристики современных клавиатур (интерфейс, количество и виды клавиш, размер, вес, конструктивные особенности) очень разнообразны. Клавиатура может иметь встроенные дополнительные встроенные устройства (наличие Windows-кнопок, чтение магнитных карт, декодер для штрих-кода, устройство чтения смарт-карт).
Вот примеры технических характеристик трех моделей клавиатур
Мембранная клавиатура Logitech K120 (920-002522), (рис. 1), является эргономичной моделью с 104 клавишами, характеризующимися мягким ходом и практически бесшумным функционированием. Данная особенность делает клавиатуру удобной как для выполнения офисных задач, так и для развлекательных целей. Подключение к компьютеру осуществляется посредством USB-интерфейса. Матовая поверхность корпуса предотвращает появление царапин и следов от пальцев. Для повышения комфорта использования предусмотрены регулируемые ножки, позволяющие изменить угол наклона клавиатуры, а также цифровой блок для быстрого ввода числовых данных. Клавиатура Logitech K120 (920-002522) оснащена мембранным механизмом, обеспечивающим плотное прилегание клавиш к поверхности и гарантирующим их долговечность – более 20 миллионов нажатий. Прочный пластиковый корпус надежно защищает внутренние компоненты от пыли и загрязнений в течение всего срока службы устройства.

ГЛАВА 2. Сравнительный анализ популярных моделей клавиатур
2.1. Обзор и сравнение ключевых параметров

Топ-10 производителей клавиатур на 2024 год. В этот список вошли компании с высокими стандартами качества, разнообразным ассортиментом и справедливой ценовой стратегией. Эксперты отдали предпочтение брендам, предлагающим наиболее удобные, надежные и долговечные клавиатуры. Дополнительные баллы в рейтинге получили производители за инновации, направленные на геймеров и киберспортсменов, а также за уникальные технологии.
В ассортименте марки можно найти веб-камеры, трекболы, джойстики и акустические системы, но наибольшая доля продаж принадлежит клавиатурам, составляющим 18% от общего производства компании. Одним из ключевых преимуществ является разнообразие моделей, включая механические и мембранные клавиатуры, а также варианты для профессионалов и геймеров.
Пользователи могут выбрать эргономичные модели, беспроводные устройства с Bluetooth или USB-передатчиком, учитывающиеся различные платформы – Windows, Linux, Android, iOS. Например, Logitech K280e – это проводная модель с мембраной на 10 миллионов нажатий, идеально подходящая для офисного использования. Модель K380 стала популярной среди компактных беспроводных клавиатур благодаря круглым клавишам и надежному Bluetooth-соединению.
Преимущества: отличный баланс цены и качества; прочный материал; долгий срок работы батареек. Недостатки: высокий профиль ранних мембранных моделей. Для профессионалов предлагаются тихие клавиатуры с подсветкой. Клавиши с углублениями обеспечивают идеальный контакт и стали стандартом для многих брендов. Профессиональные версии бывают стандартными и компактными.
Corsair
Американская компания, специализирующаяся на производстве игровых клавиатур, начала свою деятельность в 1994 году. Она предлагает широкий ассортимент продукции, включая системы охлаждения, оперативную память, корпуса, вентиляторы и блоки питания. Кроме того, фирма занимается сборкой игровых компьютеров, производит мебель для геймеров и разрабатывает программное обеспечение для своих периферийных устройств (рис.5).
В их ассортимент входят несколько серий клавиатур, предназначенных как для новичков, так и для опытных игроков, включая любителей компактных моделей и киберспортсменов. Беспроводные технологии Corsair акцентируют внимание на создании надежной связи для игровых процессов. Инженеры компании внедрили технологию Slipstream Wireless, которая обеспечивает время отклика менее 1 м/с. Средние показатели беспроводного соединения Corsair в три раза превосходят аналогичные показатели конкурентов. Для продвинутых пользователей разработана механическая клавиатура К70, обладающая всеми ключевыми технологиями бренда, что делает ее популярной среди геймеров. Настройки RGB-подсветки предоставляют множество возможностей для персонализации и синхронизируются с игровыми событиями, а программное обеспечение следит за температурой процессора и сигнализирует о критических уровнях подсветкой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе было проведено исследование современных клавиатур, охватывающее их историческое развитие, технические характеристики и особенности различных типов. Анализ показал значительную эволюцию клавиатур от простых мембранных устройств до сложных механических и оптико-механических моделей с расширенным функционалом и высокой степенью персонализации. Современный рынок предлагает широкий выбор устройств, способных удовлетворить потребности как обычных пользователей, так и профессионалов, работающих в различных областях.