Как устроена клавиатура компьютера

Обновлено: 21.05.2024

Итак, мы все знаем для чего нужна клавиатура, трудно найти человека, который бы этого не знал. Задав подобный вопрос на улице какому-нибудь незнакомому человеку, мы скорее всего услышим подобный ответ: "Для ввода информации, для набора текста" и т.д. И с этим трудно поспорить. Но много ли людей знают какие типы клавиатур существуют и чем они отличаются?

Конечно, можно сказать, мол "а нафига мне это знать", а между тем, такая информация является ключевой при выборе клавиатуры, если конечно выбор этот вы будете осуществлять, полагаясь преимущественно на свои знания. Естественно, чтобы было на что полагаться, нужно узнать как можно больше по теме, чем мы сейчас с вами и займемся.

Кстати говоря, клавиатура является одним из так называемых HID-устройств (Human Interface Devices), устройств с интерфейсом "компьютер-человек", или как-то так, поправьте меня пожалуйста если что. К этой категории еще можно отнести мышь и различные джойстики, рули.

Итак, в чем же разница между всем этим многообразием представленных в магазинах клавиатур, ну кроме цены конечно)? Не буду томить, просто скажу, что существует всего четыре типа клавиатур, которые различаются механизмом работы клавиш: механические клавиатуры, мембранные, полумеханические, клавиатуры с ножничным механизмом. И сейчас мы подробно поговорим про каждую из них, разберем плюсы, минусы таких клавиатур.

Устройство мембранной клавиатуры

Мембранная клавиатура является самой распространенной из всех, по причине низкой стоимости изготовления и относительно невысокого уровня шума, издаваемого клавишами при наборе. Принцип действия довольно прост, при нажатии одной из клавиш замыкаются контактные мембраны в форме диска, расположенные на пластиковой пленке, сложенной как бы в два слоя (по одной мембране на каждый слой). На фото ниже клавиатура перевернута, т.е. расположена клавишами к столу.

Между этими слоями находится еще один - слой, изолирующий контакты верхнего и нижнего слоев. За возврат клавиш отвечает резиновый "купол", вот откуда "бесшумность" клавиатур такого типа.

Кстати, использование резинового "купола" вместо классической пружины, позволяет еще и повысить надежность, такие клавиатуры достаточно герметичны, что возможно избавит вас от покупки новой, в том случае, если на нее случайно прольется кофе (само). Из недостатков такого типа клавиатур можно отметить относительно малый ресурс (в среднем 10 млн. нажатий - около 5 лет работы), а так же "эффект усталости", когда нажимать клавиши становится все легче.

А что насчет полумеханических клавиатур? В клавиатурах этого типа вместо обычных контактов используются более долговечные металлические контакты, размещенные на печатной плате. Однако, как и прежде, здесь за возврат клавиш в начальное положение отвечает все тот же резиновый купол. Получается, что эффект "усталости" клавиш присутствует здесь во всей "красе". Но в целом, такие устройства более надежны, скажем так - они средние по надежности, но и цена на них тоже средняя, уже не такая низкая, как на клавиатуры мембранного типа. Таким образом, скрестив "ужа с ежом", получили хорошо сбалансированную по всех характеристикам клавиатуру, на нее и кофе пролить не так страшно, и шумит она не сильно. Правда, в яндекс маркете я нашел только одну! клавиатуру, устроенную подобным образом.

Как устроена механическая клавиатура

Ну а мы с вами незаметно подошли к следующему типу так называемых "механических" клавиатур. Главное отличие заключается в том, что за возврат клавиш отвечает пружина. Подобное решение призвано повысить долговечность работы и улучшить тактильные ощущения при наборе, особенно при быстром наборе, например все тем же десятипальцевым "слепым" методом печати. Соответственно про "усталость" клавиш говорить не приходится, здесь таковой эффект отсутствует полностью. Предлагаю остановиться на особенностях такого типа клавиатур поподробнее.

Все контакты в механических клавиатурах выполнены из металла, но существуют разновидности с позолоченными контактами. О надежности вы сможете судить по приблизительному сроку службы таких клавиатур, который составляет от 50 (для обычных) до 100 (для позолоченных контактов) млн. нажатий. Так как в конструкции таких клавиатур отсутствует резиновый купол, его роль выполняют специальные переключатели, коих существуют великое множество. Самые популярные из них - переключатели с прикольным названием "Cherry", которых, в свою очередь, тоже несколько типов, и все они отличаются тем, что по-разному замыкают контакты. Это "Cherry mx black, blue, red, white".

Кстати, по сравнению с мембранными, механические клавиатуры намного быстрее реагируют на нажатия, и за счет того, что вам не приходится нажимать клавишу до упора вниз, получается, что печатаете вы быстрее, а энергии на это все тратите меньше. Вот такой вот профит получается. Но и это еще далеко не все.

Очень часто клавиатуры имеют так называемую "тактильную отдачу", это когда вы при нажатии ощущаете как кнопки нажимаются, не глядя чувствуете, на каком расстоянии от пальцев они находятся и с какой силой их надо нажимать - грубо говоря, просто "чувствуете" свою клавиатуру. Для "слепого" набора это очень важно. Так вот, в мембранной клавиатуре тактильная отдача со временем становится не такой же, как в начале, играет роль тот самый эффект "усталости" клавиш. А в механической - не изменится.

Многие механические переключатели издают громкий "щелкающий" звук. Это помогает регистрировать нажатия не только тактильным ощущением, но и звуком. Но многих это раздражает, поэтому в некоторых клавиатурах такого звука нет.

Ну а теперь немного "дегтя". Механические клавиатуры тяжелее мембранных, за счет того, что в конструкции используются тяжелые материалы. Например, все клавиши могут быть вмонтированы в металлическую пластину, что не только добавляет веса, но и увеличивает стоимость самой клавиатуры.

А отсутствие резиновых элементов в конструкции приводит к потере герметичности, хотя есть модели с защитой от жидкостей, но стоимость их откровенно говоря зашкаливает.

Разновидности мембранных клавиатур

Есть еще клавиатуры с ножничным механизмом клавиш, это те что используются в ноутбуках, но можно и приобрести такую для обычного ПК. Позиционируются они, как разновидность мембранных клавиатур, но при этом обеспечивают более ровный вертикальный ход клавиш и отсутствие заеданий.

Достигается это все за счет того, что клавиши закрепляются с помощью двух пластиковых деталей (креплений), образующих "ножницы". Благодаря такому механизму, достигается равномерность нажатия, то есть становится не так важно, в какую часть клавиши вы нажмете, в центр или ее край, четкость нажатия все равно останется на высоте. Вот как это выглядит "в живую".

Честно говоря, я сам являюсь ярым сторонником именно таких "ноутбучных"клавиатур, уж очень они мне нравятся (не сочтите за рекламу).

Ну и в завершении статьи, хотелось бы рассказать про "гибкие" клавиатуры. Все видели героев-хакеров в кино, которым в очередной раз, выполняя задание по спасению мира, приходилось что то обезвреживать или взламывать, при этом они доставали клавиатуру буквально из кармана, разворачивали ее и спокойно работали. Так вот, это никакая не выдумка режиссера, а такие клавиатуры действительно существуют. И как и в случае с ножничными клавиатурами, гибкие - это просто разновидность мембранных клавиатур. Такие клавиатуры, как правило, обтянуты в герметичный корпус, например из силикона, что позволяет мыть ее под краном, например, или сворачивать в трубочку.

Однако отсутствие жесткого корпуса не позволяет долго работать за такой клавиатурой, не испытывая при этом больших неудобств. Скорее всего, они сгодятся как "походный" вариант, либо для того, чтобы пошутить над кем-нибудь).

Что такое клавиатура

Клавиатура компьютера – элемент персонального компьютера или ноутбука, состоящий из кнопок, основная функция которого заключается в вводе данных. Состоит из расположенных в определенном порядке буквенных, цифровых и дополнительных функциональных клавиш.

Роль клавиатуры в персональном компьютере крайне велика, как для рядового пользователя, использующего его лишь для развлечения, так и для того, кто работает за машиной целыми днями. В то же время, нельзя сказать, что без физической клавиатуры вы не сможете пользоваться ПК. Сможете, конечно, но это будет достаточно нудно, тяжело и долго. Вам будет необходима мышь при помощи которой необходимо нажимать клавиши на наэкранной клавиатуре.

Что касается времяпрепровождения в компьютерных играх, здесь без клавиатуры не обойтись: управления в большинстве игр построено на отклике от нее, то есть компьютер без данного устройства ввода будет бесполезен для ребенка, к примеру (не берем во внимание различные джойстики и геймпады).

Ровно такую же роль играет и клавиатура в ноутбуке. Только в отличие от обычного настольного ПК, там она встроена в корпус. Это значит, что клавиатуру, которая есть в ноутбуке подключить к ПК нельзя, а вот наоборот – да, пожалуйста. Справедливости ради стоит сказать, что на сегодняшний день выпускается достаточно много ноутбуков с сенсорным экраном, благодаря которому работа с виртуальной клавиатурой становится намного приятнее.

Из чего состоит клавиатура

В определении мы говорили, что клавиатура состоит из клавиш, которые делятся на несколько подтипов:

Также, на многих клавиатурах присутствуют дополнительные кнопки с абсолютно различным функционалом, начиная от проигрывания музыки, заканчивая выключением компьютера.

Виды клавиатур

Делить клавиатуры по видам можно многими способами, рассмотрим самые распространенные.

По типу конструкции механизма клавиш клавиатуры делятся на:

По способу подключения к компьютеру клавиатуры бывают:

Также клавиатуры делятся на типы по функциональности и количеству клавиш. Из самых распространённых на сегодня бывают:

И еще одним способом деления клавиатур на виды является тип корпуса:

По вопросу видов клавиатур, думаю все ясно, идем дальше.

Характеристики компьютерных клавиатур

Итак, основные характеристики клавиатур:

Кроме сказанного, многие производители делают компьютерные клавиатуры с подсветкой, возможностью смены клавиш и т.п. Данный момент также требует внимания, поскольку такие же функции мало влияют на удобство работы, однако существенно увеличивают стоимость периферии.

Выводы

Подводя итоги стоит сказать, что компьютерная клавиатура – необходимая часть ПК, без которой комфортная и плодотворная работа за ним будет невозможна. Сегодня существует множество видов и моделей этих периферийных устройств.

Можно найти простую мембранную клавиатуру для офиса, а можно приобрести и настоящее произведение искусства с разноцветной подсветкой, реагирующей на каждое нажатие механических клавиш. Подобные модели могут иметь фантастические, футуристические формы и радовать владельца не только качественной работой, но также и внешним видом, отлично дополняя интерьер комнаты.

Клавиатура (keyboard) – пожалуй, основное устройство, с помощью которого информация вводится в компьютер.

Большинство современных клавиатур – мембранного типа.

Мембрана – это «бутерброд» из трех пластин тонкого и гибкого пластика.

На крайние из них нанесены токопроводящие дорожки и контактные площадки («пятачки»). Средний слой – без дорожек и «пятачков», но с отверстиями в районе контактных площадок.

В исходном состоянии, когда ни одна клавиша не нажата, «пятачки» не соприкасаются, так как между ними находится изоляционная пластина.

При нажатии на клавишу верхняя пластина под ней прогибается, контактные дорожки соприкасаются. При этом в компьютер поступает так называемый скан-код нажатой клавиши (информационная последовательность битов).

По существу, мембрана представляет собой больше сотни двухполюсных переключателей.

Можно было бы просто ввести все их выводы в управляющий контроллер. Но тогда он должен будет иметь очень много выводов. Поэтому поступают другим способом.

Все контактные пары организованы в виде матрицы со строками и столбцами. Каждый переключатель находится в узле матрицы, на пересечении строки и столбца. При его замыкании контроллер отслеживает изменение сигнала в конкретной строке и конкретном столбце. Таким образом, каждый символ на клавиатуре вызывает срабатывание только в «своем» узле матрицы.

Раньше, на старых клавиатурах, переключатели были механическими, в виде кнопок без фиксации.

При износе или неисправности можно было по отдельности заменять их. Это было удобно. Такие устройства имели очень большой ресурс.

Существует такая вещь, как дребезг контактов. При нажатии на контакт он замыкается и размыкается несколько раз с определенной частотой в течение некоторого времени. Для борьбы с этим явлением используются программные способы.

В частности, каждый узел матрицы опрашивается контроллером дважды с определенным временным интервалом. Если значения сигналов при обоих опросах совпали – делается вывод о срабатывании переключателя. Если не совпали – делается вывод о ложном срабатывании (т.е. что срабатывания не было).

Алгоритмы опроса «прошиты» в управляющем контроллере. Раньше он имел вид 40-выводной довольно большой микросхемы. Теперь чаще всего это бескорпусная микросхемка, залитая капелькой черного компаунда.

Контроллер управляет и светодиодными индикаторами клавиатуры.

Часто встречающиеся неисправности клавиатур

Контактные площадки (и дорожки) покрыты тонким слоем серебра, которое со временем может окислиться. Контактное сопротивление при этом возрастет. Это может вызвать неустойчивое срабатывание некоторых клавиш.

Помочь этому горю просто – надо разобрать клавиатуру (выкрутив шурупы снизу) и достать мембрану. После этого надо осторожно очистить контактные площадки ученической стирательной резинкой.

При этом окислы серебра удаляются, и контактная площадка делается более светлой.

Если устойчиво не срабатывают несколько клавиш, то причина может быть в другом. Могут появиться микротрещины в конкретной токопроводящей дорожке, соединяющей несколько «пятачков». В этом случае мембрану нужно заменить.

Но мембрана отдельно не продается, можно лишь использовать мембрану от другого устройства. Впрочем, современные клавиатуры в большинстве своем стоят недорого, и заменить ее (клавиатуру) не составит труда. Естественно, речь не идет о клавиатурах premium класса, которые стоят существенно дороже, но которые очень качественны и надежны.

Контакт может нарушиться и в другом месте – в печатном разъеме платы, на которой расположены бескорпусная микросхема и светодиоды.

Для очистки контактов, как на плате, так и на мембране, можно использовать ту же ученическую резинку. Иногда выходит из строя сама микросхема. В этом случае клавиатура подлежит замене.

Встречается еще один вид неисправности – обрыв жил кабеля. Чаще всего это происходит в месте входа кабеля в корпус клавиатуры. Это легко выявить с помощью «прозвонки» кабеля тестером.

Если выявлен обрыв жил, следует отрезать кусок кабеля дальше места обрыва (ближе к разъему). Затем надо припаять оставшийся кусок с разъемом к контактным площадкам платы, соблюдая цветовую маркировку проводов. Чаще всего такое происходит с дешевыми клавиатурами, у которых тонкие кабеля (производители экономят и на этом).

Микросхема может выйти из строя в клавиатуре с интерфейсом PS/2, которую переключили «на ходу».

И хорошо еще, если выйдет из строя только она. В худших случаях может выйти из строя контроллер интерфейса на материнской плате.

Косвенным признаком выхода из строя микросхемы клавиатуры служит тусклое свечение или мигание отдельных или всех индикаторов (светодиодов).

Напоминаем , что клавиатуру PS/2 можно переключать только в выключенном состоянии ! При этом вилка кабеля питающей сети 220 В должна быть вынута из розетки. Или выключатель на блоке питания (если он есть) должен быть выключен.

Напоминаем также, что если вилка кабеля вставлена в сеть (и выключатель на блоке питания включен), то в блоке питания работает источник дежурного напряжения + 5В. Он питает часть компонентов материнской платы и клавиатуру. Это объясняет факт свечения индикаторов клавиатуры, когда компьютер не включен.

Однако не все так плохо – ведь можно использовать устройство с интерфейсом USB. USB разъем специально сконструирован так, что его можно переключать независимо от того, включено устройство и компьютер или нет. Это очень хорошая новость для забывчивых пользователей.

Техническое обслуживание клавиатуры

Клавиатуру необходимо время от времени чистить. В углублениях между клавишами оседает пыль. Некоторые пользователи принимают пищу вблизи компьютера. Чего только не бывает в клавиатурах! Хлебные крошки, осколки чипсов, скрепки, волосы, остриженные ногти…

Чтобы избавиться от этого «добра», надо взять клавиатуру (отсоединив предварительно ее от компьютера), перевернуть ее клавишами вниз, и, держа на весу, слегка постучать по ней сверху. «Добро» посыплется вниз.

Далее, слегка потрусив клавиатурой из стороны в сторону, следует убедиться, что в ней нет скрепок. Если скрепки есть, то они будут стучать о стенки, и клавиатуру, скорее всего, придется разбирать. Пыль с верхней части клавиатуры можно удалить жесткой щеткой.

Устранение простых неисправностей

В дешевых клавиатурах иногда начинают заедать клавиши – те, которые нажимают чаще всего (например «Enter»). Это происходит вследствие выработки направляющих и выступов в клавише и верхней крышке клавиатуры.

Они трутся друг о друга и изнашиваются. К тому же, там могут появиться заусенцы. Если нажимать на клавишу не строго вертикально, а под некоторым углом (что чаще всего и бывает), она будет «затирать» и заедать. Чтобы этого не было, нужно смазать изношенные трущиеся части капелькой силиконового масла.

Иногда по клавиатурам бьют слишком сильно. Это бывает в процессе игры, когда монстры обступили со всех сторон.

Со временем направляющая в верхней крышке (это опять же относится к дешевым клавиатурам) может растрескаться, и клавиша будет выпадать из гнезда.

И в этом случае можно помочь. На выступ с направляющими нужно надеть проволочный бандаж. Он должен сидеть достаточно плотно, чтобы не соскакивать при работе. Можно даже вплавить его в верхнюю крышку нагретым паяльником.

Надписи на клавишах дешевых клавиатур стираются достаточно быстро. Это не относится к изделиям среднего и высокого класса. На качественных клавиатурах надписи на клавишах уже защищены специальным покрытием. Чтобы защитить знаки на недорогой клавиатуре, можно нанести на верхние площадки клавиш тонкий слой прозрачного лака.

Существуют специальные стикеры на клейкой основе – в виде прозрачных квадратных кусочков пластиковой пленки с изображением знаков шрифта. Но они, как правило, не очень долговечные, и надписи стираются достаточно быстро.

Как быстро собрать и разобрать клавиатуру

После этого надо открутить все винты на нижней крышке и снять ее. Затем нужно аккуратно снять мембрану и проделать с ней необходимые манипуляции (если нужно). Некоторые упругие прокладки могут приклеиться с ней, следует аккуратно поместить их в соответствующие углубления.

Понравилось? Подпишитесь на обновления, чтобы не пропустить интересную статью.

У них изнутри каждая кнопка оборудована собственными выключателем и пружиной.

Он должен быть установлен в правильное положение.

Также на эту тему вам будет полезно почитать об основных функциях клавиатуры. Если нажать на клавишу и не отпускать ее, клавиатура перейдет в режим автоповтора.

Достоинство в том, что при выходе из строя одной из кнопок, остальные продолжают работать. Буду благодарен всем, кто поделится этой публикацией в социальных сетях.

Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют. Далее подробно рассмотрены все группы клавиш с их скэн-кодами.

Тем не менее, интерес к архитектуре ЭВМ и программированию на уровне машинных кодов не угасает, но и явно растет по двум причинам. Более подробное техническое описание клавиатуры можно прочитать чуть ниже: 1.

Как чистить клавиатуру ПК

Другие компоненты обычной клавиатуры

Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу. Три линии порта 1 Р1.

Все клавиатуры, которые имеют стандартный разъем для подключения к материнской плате, используют обычный интерфейс клавиатуры независимо от 5-контактного разъема DIN или 6-контактного разъема mini-DIN. Режим автоповтора облегчает ввод с клавиатуры большого количества одинаковых символов.

Как устроена

Обычно проблем с индикаторами не возникает. Требования к клавишам.

Материнские платы в старых РС без чипсетов использовали в качестве контроллера клавиатуры микросхему Intel , которая стала стандартной почти для всех РС. Принципы работы клавиатуры Клавиатура выполнена, как правило, в виде отдельного устройства, подключаемого к компьютеру тонким кабелем. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Следует отметить, что клавиатура содержит внутренний байтовый буфер, через который она осуществляет обмен данными с компьютером. Также на эту тему вам будет полезно почитать об основных функциях клавиатуры. Как правило, эти преобразования выполняют модули BIOS. Принципиальная схема интерфейса клавиатуры Кликните для увеличения На схеме показано, как можно подключить 12 кнопок к таймеру для генерации 12 различных частот. Строение экземпляров подороже, более сложное: кнопки уже присутствуют физически.

Контроллер клавиатуры реализует и другие функции в РС. У купольных конструкций, каждая кнопка оборудована отдельной микромембраной с контактом. Замыканию и размыканию любого из переключателей соответствует уникальный цифровой код scan code размеров 1 байт. Дисплейная часть обеспечивает работу с дисплеем на семисегментных индикаторах их может быть до 32 шт.
Ремонт клавиатуры Genius. The fixing of keyboard

Немного о матрице

В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. Однако почти во всех РС до сих пор используется обычный интерфейс несмотря на растущую популярность шины USB.

Более подробное техническое описание клавиатуры можно прочитать чуть ниже: 1. В одном из предыдущих постов, вскользь, была затронута тема устройства компьютерной клавиатуры.

Только этот компьютер состоит из одной микросхемы и выполняет специализированные функции. Снижение себестоимости БИС возможно лишь при максимальной автоматизации этапов, предшествующих их изготовлению, и массовости производства.

Основа нашей кнопочной клавиатуры — интегральный таймер , который сконфигурирован как несинхронизированный мультивибратор. Примечание: Здесь рассматриваются только обычные компоненты стандартной клавиатуры.