键盘的分类及发展.doc
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计算机辅助设计大作业
题目：
键盘的发展及应用
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
2014年12月24日
目录
一引言 1
二键盘的定义 1
三键盘按键分区 1
3.1主键盘区 1
3.2功能键区 1
3.3辅助键区 2
3.4编辑键区 2
3.5状态指示区 2
3.6键数 2
四键盘的工作原理 3
五键盘发展史 3
5.1一键一码键盘 4
5.2多键一码键盘 7
5.3一键多码键盘 8
5.4保健键盘 8
5.5未来的新概念键盘 9
六键盘分类 10
6.1按键的分布 10
6.2按工作原理 11
6.3按编码的功能 13
6.4按外形 13
6.5按有无数据线 14
6.6按码元性质 15
6.7按应用 15
6.8按键盘编码 15
6.9按接口 15
七键盘的设计 15
7.1输入速度 15
7.2正确率 16
7.3编码的易学程度 16
7.4空间的要求 16
7.5双手肌肉的紧张和劳损程度 16
7.6心理负荷 16
7.7用户的使用偏好 16
八键盘的选购 16
8.1键盘的耐磨性 16
8.2按键的数目 17
8.3键盘的类型 17
8.4手感 17
8.5键盘的做工 17
8.6按键的排列习惯 17
九键盘的清洁 17
第一步：
拔出键盘接头 17
第二步：
拆卸键盘外壳 17
第三步：
清洁薄膜 17
第四步：
清洁按键 18
第五步：
清洁键盘内部、外部 18
第六步：
安装键盘 18
十键盘的保养 18
十一常见故障及解决方法 19
十二结语 19
一引言
键盘自从19世纪中叶发明以来,已经被广泛用作打字机和计算机的输入设备。
尽管由于市场和习惯等因素的影响,目前流行的键盘还基本保留最早发明的键盘的样子,但键盘还是在不断地演变着。
键盘设计的最初阶段是改善键盘的机械结构,以提高它的机械性能。
后来的工作集中于提高它的输入速度和准确性,而近年来,随着计算机的普及,科学家们越来越重视键盘使用者的生理和心理的负荷,如疲劳度、双手肌肉的紧张和劳损等。
二键盘的定义
定义：
键盘是指经过系统安排操作一台机器或设备的一组键，主要功能是输入资料，是把文字信息的控制信息输入系统的通道。
三键盘按键分区
电脑所采用的键盘主体与英文打字机键盘类似，从外观上来看，电脑键盘分为打字键区、功能键区、编辑键区和数字键区等四区。
3.1主键盘区
1.数字键：
10个阿拉伯数字。
2.英文字母键：
26个英文字母。
3.移位键：
在键盘中间部份的两侧，各有一个移位键。
当按键上有两个符号时，先按住移位键，可以显示按键上方的符号。
4.符号键：
代表数学符号的加、减、乘、除和乘方。
5.空白键：
键盘中最长的按键。
每按一下出现一个空白字符。
6.退位键：
删除游标左方的字符，后面所有的字也往前移。
7.大小写转换键：
转换英文字母大小写。
（键盘右上方灯会亮起与消失）
8.换行键：
又称为输入键，将输入的命令或资料送进电脑处理。
9.控制键：
与其他键配合产生控制功能。
如先按住不放再按下可复制档案或资料夹。
10.转换键：
另一种控制键，可转变按键原有的功能。
3.2功能键区
键盘上共有12个功能键，分别是，位于键盘上方。
依照软件特性不同，可设定常用按键或命令于功能键上。
3.3辅助键区
在键盘的右方数字键区，具有数字键功能与编辑键功能。
1.数字锁定键：
用来切换数字键和编辑键的功能。
2.插入键：
插入和置换两种输入模式的切换键。
3.删除键：
把游标处的字删除，右方的字会自动补上来。
4.换行键：
和打字键区的换行键功能相同。
3.4编辑键区
在打字键区与编辑数字键区的中间设有编辑键区，专供编辑之用。
共有方向键及插入键、删除键、归位键、结束键、上一页键、下一页键等。
1.方向键：
有四个键，可使游标上、下、左、右移动。
2.插入键：
Insert键。
3.删除键：
delete键。
4.归位键：
游标跳到该列的首位，使编写更为迅速。
5.结束键：
使游标移到该列资料的最后一个字右方。
6.跳离键：
ESC键，用来跳出目前所执行的功能，或取消输入用。
7.上一页键：
上键，使屏幕往上翻一页。
8.下一页键：
下键，使屏幕往下翻一页。
3.5状态指示区
1.NUM指示灯
2.CAP指示灯
3.SCR指示灯
3.6键数
104键：
最常见的全键数版本。
107键：
编辑键区移下一行，END贴着↑，顶行增加三个功能键。
108键：
没有数字区上的三个LED，变成了四个功能键。
87键：
104键版本没有了数字区
键盘分区
四键盘的工作原理
键盘是与主机箱分开的一个独立装置，通过一根5芯电缆与主机箱连接，系统主板上的键盘接口按照键盘代码串行传送的应答约定，接受键盘发送来的扫描码；键盘在扫描过程中，7位计数器循环计数。
当高5位（D6一D2）状态为全“0”时，经译码器在O列线上输出一个“0”,其余均为“1”；而计数器的低二位（D1D0）通过4选1多路选择器控制0—3行的扫描。
计数器计一个数则扫描一行，计4个数全部行线扫描一遍，同时由计数器内部向D2进位，使另一列线1变低，行线再扫描一遍。
只要没有键按下，多路选择器就一直输出高电平，则时钟一直使计数器循环计数，对键盘轮番扫描。
当有一个键被按下时，若扫描到该键所在的行和列时，多路选择器就会输出一个低电平，去封锁时钟门，使计数器停止计数。
这时计数器输出的数据就是被按键的位置码（即扫描码）。
8048利用程序 读取这个键码后，在最高位添上一个“O”，组成一个字节的数据，然后从P22引脚以串行方式输出。
在8048检测到键按下后，还要继续对键盘扫描检测，以 发现该键是否释放。
当检测到释放时，8048在刚才读出的7位位置码的前面（最高位）加上一个“1”，作为“释放扫描码”，也从P22引脚串行送出去，以便和“按下扫描码”相区别。
送出“释放扫描码”的目的是为识别组合键和上、下档键提供条件。
同时，主机还向键盘发送控制信号，主机CPU响应键盘中断请求时，通过外围接口芯片8255A一5的PA口读取键盘扫描码并进行相应转换处理和暂存；通过PB口的PB6和PB7来控制键盘接口工作。
五键盘发展史
键盘的分类有很多维度,这里主要以键盘编码为主要维度来区别各类键盘。
键盘是输入各类文字信息的设备,任何的文字信息如果要通过键盘输入,都必须要分解成基本的信息单元,比如英语可以分解成各个字符的集合或各种音节的集合。
编码就是把文字的各信息单元和键盘上的各键元对应起来。
对应的方式有以下3种:
A:
一键一码,指一个信息单元对应于一个键;B:
多键一码,指一个信息单元对应多个键;C:
一键多码,指一个键对应于多个信息单元。
5.1一键一码键盘
一键一码的键盘设计的关键是如何合理地把每一个信息单元唯一地分配给键盘空间上的各个键。
5.1.1电传打字机
大约17世纪初，那时的欧洲就有人发明了格式不太成熟的打字机，键盘就是应用在这些打字机上的。
“电传打字机”是在键盘+显示器的输入输出设备出现以前电脑主要的交互式输入输出设备，你可以把它想象成一个上盖带有键盘的打印机，用户所打的字和电脑输出的结果都会在键盘前方的打印输出口上打印出来。
“电传打字机”是大型计算机（MAINCOMPUTER）和小型计算机（SMALLCOMPUTER）时代最主要的电脑交互式输入输出设备。
70年代中期以后，随着显示器设计的成熟，电传打字机就逐渐退出了电脑的世界，而键盘则从从摆脱出来成为了独立的一种设备。
“电传打字机”的键盘没有今天电脑键盘那么按键和那么多功能，实际上它几乎和全尺寸的打字机键盘是一样的，电木塑料下面是机械的按键结构，这种设计也为初期的电脑键盘所继承。
在这个时期，由于个人电脑的体积还很小，所以流行的设计是将键盘直接作在主机上，著名的APPLEII系列电脑就是这样的结构。
但随着IBMPC开始将当时还很庞大的硬盘引入到个人电脑上，在80年代中期，独立的键盘成为主流的设计。
电传打字机
5.1.2QWERTY键盘
1868年，被称作“打字机之父”的美国人克里斯托夫·拉森·肖尔斯（ChristopherLathamSholes），获得了打字机模型专利并取得打字机的经营权。
随后几年，人们设计出实用形式的现代打字机并首次规范了键盘基本格局，即出现了现在的“QWERTY”键盘。
QWERTY的命名是根据该键盘第一排开头的6个键而来的。
关于QWERTY键盘的设计,有两种解释:
一是由于QWERTY键盘最初是为打字机设计的,为了避免打字机的相邻键杆撞在一起,所以把经常一起出现的字母安排在相互远离的键上,比如Q和U两字母;二是因为机械键盘本身的速度慢,所以设计者故意把键盘设计得难以使用,以降低打字员的输入速度,从而达到打字员的输入速度和机器本身的速度之间的匹配。
以上面两原则来设计的QWERTY键盘的设计虽然是不够合理的,但QWERTY键盘一直是作为打字机的标准输入设备得到广泛使用。
到19世纪30年代,Dvorak等人对QWERTY键盘的合理性提出了质疑,他们用时间—动作分析的方法研究了键盘的250种变化,得出QWERTY键盘对于盲打是最差的一种[1],以下是Dvrak对QWERTY键盘的主要批评:
第一,左手的负担过重——约57%的击键由左手完成,而大多数人的左手是非优势手。
第二,各指负荷的分配与手指的力量和灵活性不匹配,比如小手指的负荷过大。
第三,各行键负荷的分配不合理,各手指停歇之上的主行（home-row）各键的利用率过小,只有32%的击键由主行的键完成,而第2行键的利用率为52%。
第四,第2行键和第4行键来回切换的频率过高。
第五,很多常用词完全由左手输入,如was、were、extra、address。
QWERTY键盘
5.1.3DVORAKSIMPLIFIED键盘
基于对QWERTY键盘的评价,Dvorak推出自己设计的键盘,布局如图。
设计的指标有以下几点:
第一,右手的负荷（56%）大于左手的负荷（44%）；第二,根据各手指的力量和灵活性,分配负荷。
比如,常用的F键放在食指下；第三,70%的击键由主行（hone-row）上的键完成，最常用的字符（A,O,E,U,I,D,H,T,N,S）安排在主行上,22%的击键由第1行的键完成,8%的击键由第3行的键完成；第四,经常一起出现的两字符,被安排在分别由左、右手控制的2个键上；第五,手指在各行键上切换的动作减少了90%,最不容易击打的位置分配最不常用的字符；第六,35%的单词完全由主行（home-row）上的键完成。
有些实验对DVORAK键盘和QWERTY键盘作了比较研究,如1972年,Seibel指出DVORAKDVORAK键盘的学会时间较短,输入速度较快;1944年,美国海军和1953年澳大利亚邮政部的研究也看好DVORAK键盘。
尽管DVORAK键盘在易学性、输入速度等指标上好于QWERTY键盘,但由于QWERTY键盘已经被大量的打字员熟练使用,所以DVORAK键盘并未取代QWERTY键盘。
DVORAKSIMPLIFIED键盘
5.1.4一键一码键盘设计的失败
DVORAK键盘以后陆续出现一些一键一码键盘的新的布局,由于编码的方式和QWERTY键盘没有本质的差异,而新键盘的学习会干扰打字员费了很多努力才掌握的QWERTY键盘的使用技能,自然用户会偏好QWERTY键盘,而拒绝接受新式的一键一码键盘。
Noyes认为,新的一键一码键盘设计不会动摇QWERTY键盘的地位,任何更有效的键盘布局的开发和设计都仅仅是学术行为。
5.2多键一码键盘
随着人们认识到通过一键一码键盘设计不可能扔掉不合理的QWERTY键盘,键盘设计人员提出了和一键一码键盘设计完全不同的设计思想——和弦键盘（chord-keyboard）。
和弦键盘是多键一码的键盘,输入一个信息单元必须同时按下一个或几个键,就象钢琴演奏和音一样,所以称为和弦键盘。
和弦键盘有几个特点:
第一,只要少量的键就能表达标准键盘上的所有键,比如5个键的和弦键盘就有31（32—1）个不同的和弦码,所以带来以下几个优点:
A、空间要求较低,键的数量减少,键盘的体积可以减少；B、操作员手指的移动减少,键的数量减少,操作员手指不用在大量的键间来回移动从而减少手指操作的疲劳,并提高输入速度。
第二,既可用双手输入,也可用单手输入。
单手和弦键盘可以在一只手输入的同时,另一只手可干其他工作,这在一些特定的场合有很大的作用,如飞行员等。
而双手和弦键盘则可以在一定的训练后,两手同时输入两个不同的文本。
多年以来,许多关于和弦键盘的研究表明,这是一种易学高效的键盘。
Conrad比较了两个键代表一个字符的和弦键盘和QWERTY键盘,发现使用和弦键盘的被试平均比使用QWERTY键盘的被试早两星期学会操纵键盘,当使用QWERTY键盘的被试学会操纵时,使用和弦键盘的被试比使用QWERTY键盘的被试输入速度快8
击键/分钟,以后两者的输入速度增长率没有差别。
Kroemer对双手Ternary和弦键盘作了研究,发现被试只需3小时就能学会59个信息单元的编码规则,加上10小时的使用就能输入70字母/分钟,准确率为97%。
McMulkin对单手Ternary和弦键盘作了研究,发现被试平均用30分钟就学会18个信息单元的编码规则,通过60小时的使用训练就可以达到170字符/分钟的输入速度。
Beddoes对MCS和弦键盘的研究发现,通过50个小时的训练,MCA和弦键盘的使用者的输入速度超过QWERTY键盘熟练操作员的输入速度,而该项研究中的QWERTY键盘熟练操作员平均有一年的操作训练。
Gopher比较了单手和弦键盘、双手和弦键盘和QWERTY键盘,发现3种键盘的使用者学会22个Hebrew字母的编码规则所用的时间没有差别,都为30至40分钟,但在测试阶段,QWERTY
键盘的使用者常用视觉来调整手指的按键动作,而和弦键盘的使用者没有这种情况。
在35小时的测试阶段,和弦键盘的输入速度一直快于QWERTY键盘的输入速度。
上述的数据表明,和弦键盘在易学性和输入速度两个指标上都优于QWERTY键盘。
由于和弦键盘和QWERTY键盘使用了两种不同的编码原则,和弦键盘的学习和使用不会干扰QWERTY键盘的使用技能。
这个特点会降低QWERTY键盘的操作员对和弦键盘的拒绝态度,使得用户偏好的消极作用降低,所以和弦键盘是一种很有前途的输入设备。
5.3一键多码键盘
在某些应用场合,输入文本的正确性相对于输入速度、易学性和空间要求等指标有较低的要求,比如说草稿的输入等场合[10]。
在这些场合,可使用一键多码的键盘。
一键多码键盘有以下几个特点:
第一,由于一个键代表几个信息单元,所以可以减少键的总数,带来和弦键盘的一些特点:
减少了手指的移动,空间要求低。
第二,因为一个信息单元的输入对应一个键,所以不必学习复杂的和弦编码。
第三,因为一个键代表多个信息单元,自然给键带来歧义性。
一键多码键盘设计必须解决歧义性的问题,一般是通过计算机软件来消除歧义性。
消除歧义性的技术是建立在输入信息的统计特性的基础上的。
比如英语文本的消歧义,有一种由键入的输入序列产生文本的技术包括两个步骤:
从字典文件中查找和输入序列匹配的单词;分析各种连续3个字符序列的频次分布,选出具有最大可能性的单词[10]。
关于一键多码键盘的工效学研究正在开展。
5.4保健键盘
在过去的10年,累积性损伤,如CarpalTunnelSysdrome（CTS）病在办公室职员中稳步增加,研究发现QWERTY键盘的使用和CTS有密切联系。
为此,键盘设计者们开始研究保健键盘。
5.4.1K键盘
早在1926年,Klockenberg发现在使用QWERTY键盘时,使用者的双手极不自然,他建议把键盘分成左右两半。
Kroemer（1972）以Klockenberg的第一个字母K,命名自己设计的键盘为K键盘。
K键盘分成左,右两半。
实验发现,K键盘和QWERTY键盘在输入速度和心率上没有差别,但QWERTY键盘的使用者因手腕的疼痛停止输入,而K键盘的使用者是因不再能集中精力而停止输入。
5.4.2键碗（Keybowl）
McAlindon介绍了一种新式的输入设备,样子象倒扣的碗,故称为键碗。
键碗不用击键,而是通过一只手控制一个键碗向8个方向的移动来编码。
如果双手控制2个键碗,则有64（8×8）种编码。
实验表明只需5小时的练习,使用者就能达到QWERTY键盘52%的输入速度;并减少81.5%的伸展方向的手腕运动,48%的转腕方向的手腕移动。
键碗完全地消除了手指的运动,显著地减少了手腕的运动,从保健的角度来看,是理想的输入设备。
关于键碗的其他指标,正在研究中。
键碗
5.5未来的新概念键盘
5.5.1动态键盘
虽然动态键盘尚未成为主流，但是市面上仍然不乏这样的产品，它们能够通过字母出现的概率，动态改变键盘区域内的按键大小。
而最简单的情况下，可以理解为，键盘上每个独立的按键，都能够根据字母的使用频率来缩放。
由剑桥大学的研究小组打造的Dasher键盘，工作方式十分有趣——用户可以通过点击一串连续放缩的字母进行输入。
尽管这可能并不是最快的打字方式，但是在无法进行多手指同时输入的情况下，还是能起到奇效。
谈到动态键盘，Tactus一定不能缺席。
Tactus能够带来实物触摸屏键盘的触感，动态传递“弹出”、“压进”的感觉，这样用户就仿佛真的按下了这些键。
现在这样的界面是否能够成为主流还有待考察，但这绝对算得上有趣。
5.5.2无键键盘
据外媒报道，来自美国德克萨斯州的创意团队正在研发一款没有按键的新型键盘。
用户把类似护腕一样的AirType戴在手上，只要动动手指就可以完成文字输入。
AirType里面安装有传感器，可以自动追踪手指的动作并找到对应的文字，进而显示在电脑或手机屏上。
其蓝牙设备能与笔记本电脑、平板电脑和智能手机对接。
由此，用户可以解放双手，更为轻松灵活地打字。
这款产品的研发已经进入最后阶段，仍有部分细节有待优化。
业内人士分析称，AirType的市场潜力十分巨大，或将改变持续150余年的键盘概念，带来全新的用户体验。
5.5.3智能键盘
所谓智能键盘，就是用户只需要在要录入单词的几个字母之间滑行，系统词库就能把你需要的单词给找出来，无需考虑顺序、排列、冗余甚至无需考虑多输入进去的字母。
其效果出奇的好，精确率非常高（触宝也推出了中文滑行输入法）。
此外，像Syntellia的Fleksy，或者Whirlscape的Minuum，以及与Swype类似的热门输入法SwiftKey都是这类滑行输入的代表。
这些键盘的“魔法”在于他们均假定用户的触摸会出现空间（或手势）错误，然后进行智能排错，负责寻找最可能是用户想输入的单词。
在绝大部分情况下，这些智能键盘都要比传统的输入法表现得更好。
而Minuum还有一个好处，就是键盘占用屏幕的空间非常少。
六键盘分类
6.1按键的分布
分为为标准键盘和人体工程学键盘（又称自然键盘）
标准键盘：
生活中最常用的键盘就是标准键盘。
人体工学键盘：
人体工程学键盘是在标准键盘上将指法规定的左手键区和右手键区这两大板块左右分开，并形成一定角度，使操作者不必有意识的夹紧双臂，保持一种比较自然的形态，对于习惯盲打的用户可以有效的减少左右手键区的误击率，如字母”G”和”H”。
有的人体工程学键盘还有意加大常用键如空格键和回车键的面积，在键盘的下部增加护手托板，给以前悬空手腕以支持点，减少由于手腕长期悬空导致的疲劳。
这些都可以视为人性化的设计。
标准键盘
人体工程学键盘
6.2按工作原理
分为机械式键盘、薄膜式键盘、电容式键盘、导电橡胶式键盘
机械式键盘：
顾名思义，组成机械式键盘的按键，为独立的微动开关，每个开关各控制不同的讯号;而依照微动开关不同，又可区分为单段式与两段式2种。
机械式键盘是最早被采用的结构，一般类似金属接触式开关的原理使触点导通或断开，具有工艺简单、维修方便、手感一般、噪声大、易磨损的特性，大部分廉价的机械键盘采用铜片弹簧作为弹性材料，铜片易折易失去弹性，使用时间一长故障率升高，当今已基本被淘汰。
机械式键盘键构造
薄膜式键盘：
薄膜式键盘内部是一片双层胶膜，胶膜中间夹有一条条的银粉线，胶膜与按键对应的位置会有一碳心接点，按下按键后，碳心接触特定的几条银粉线，即会产生不同的讯号;就如机械式键盘的按键一样，每个按键都可送出不同的讯号。
这种键盘的特点在于按键时噪音较低，每个按键下面的弹性硅胶可做防水处理，万一您不小心将倒在键盘上，较不易造成损坏，因此薄膜键盘又称为无声防水键盘。
薄膜式键盘
电容式键盘：
电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。
这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键盘，但工艺较机械结构复杂。
电容式键盘拆解图
导电橡胶式键盘：
导电橡胶式键盘触点的接触是通过导电的橡胶接通。
其结构是有一层带有凸起的导电橡胶，凸起部分导电，而这部分对准每个按键，互相连接的平面部分不导电，当键帽按下去时，由于凸起部分导电，把下面的触点按通，不按时，凸起部分会弹起。
目前使用的也较多。
导电橡胶式键盘按键
6.3按编码的功能
可以分为全编码键盘和非编码键盘两种。
全编码键盘是由硬件完成键盘识别功能的，它通过识别键是否按下以及所按下键的位置，由全编码电路产生一个唯一对应的编码信息（如ASCII码）。
非编码键盘是由软件完成键盘识别功能的，它利用简单的硬件和一套专用键盘编码程序来识别按键的位置，然后由CPU将位置码通过查表程序转换成相应的编码信息。
非编码键盘的速度较低，但结构简单的，并且通过软件能为某些键的重定义提供很大的方便。
6.4按外形
可分为硬质键盘、软键盘、虚拟键盘。
软键盘虚拟键盘（软键盘）
6.5按有无数据线
分为有线键盘和无线键盘。
有线键盘
无线键盘
6.6按码元性质
可分为字母键盘和数字键盘两大类。
6.7按应用
可分为台式机键盘、笔记本电脑键盘、工控机键盘，速录机键盘，双控键盘、超薄键盘、手机键盘七大类。
6.8按键盘编码
可分为一键一码、一键多码和多键一码键盘。
6.9按接口
可分为AT接口（大口）、PS/2接口（小口）和USB接口。
七键盘的设计
任何新型键盘的设计都是基于某些或某个工效学指标,同时任何新型键盘都要接受评价,而这些评价也基于同样的工效学指标。
通过上文的介绍,这些指标可总结为以下几个方面:
7.1输入速度
输入速度常用每分钟输入的单词或字符数来表示。
输入速度是每个新型键盘推出时必须提供的指标。
在键盘设计的早期阶段,各种键盘毫无例外的把提高输入速度作为最高标准。
随着计算机软、硬件技术的发展,计算机的信息处理速度大大提高,而上
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