QWERTY(键盘布局方式)

QWERTY['kwɜːtɪ],指QWERTY键盘,又称柯蒂键盘、全键盘,是目前最为广泛使用的键盘布局方式,由克里斯托夫·拉森·授斯(Christopher Latham Sholes)发明,1868年申请专利,1873年使用QWERTY布局的第一台商用打字机成功投放市场。QWERTY键盘布局的目的是为了解决当时打字机因打字速度太快而卡壳的问题,实现“在不会卡死的情况下尽力提高打字速度”的目的,该布局被沿用至今。

发明原因

键盘非常悠久,早在1714年,就开始相继有英、美、法、意、瑞士等国家的人发明了各种形式的打字机,最早的键盘就是那个时候用在那些技术还不成熟的打字机上的。直到1868年,“打字机之父”——美国人克里斯托夫·拉森·肖尔斯(Christopher Latham Sholes)获打字机模型专利并取得经营权经营,又于几年后设计出现代打字机的实用形式和首次规范了键盘,即“QWERTY”键盘。

最初,打字机的键盘是按照字母顺序排列的,而打字机是全机械结构的打字工具,因此如果打字速度过快,某些键的组合很容易出现卡键问题,于是克里斯托夫·拉森·肖尔斯(Christopher Latham Sholes)发明了QWERTY键盘布局,他将最常用的几个字母安置在相反方向,最大限度放慢敲键速度以避免卡键。肖尔斯在1868年申请专利,1873年使用此布局的第一台商用打字机成功投放市场。

发明趣闻

肖尔斯造出打字机后,发现打字员击键时老是出故障。为了解决这个难题,肖尔斯跑去请他的妹夫——一名数学家兼学校教师帮忙。他妹夫提出了一个解决方案:在键盘上把那些常用的连在一起的字母分开,这样击键的速度就会稍稍减慢,也就减少了故障的发生。

肖尔斯很乐意地采纳了他妹夫的建议,将字母按一种奇怪的QWERTY顺序排列。为了避免发生故障而不得不将字母杂乱无章地进行排列,告诉公众这一事实或许会让肖尔斯觉得尴尬。于是,他巧妙地耍了一个花招,说这样排列是最科学的,可以加快人们的打字速度。

后续改进

1888年全美举行打字公开比赛,法院速记员马加林按照明确的指法分工展示了他的盲打技术,错误只有万分之三,使在场人惊讶不已,据记载马加林的奖金是$500元。从这以后很多人效仿这种盲打,在美国也开始有了专门培养打字员的学校。

由于盲打技术的出现,使得击键速度足以满足日常工作的需要,然而在60年后(1934年),华盛顿一个叫德沃拉克(Dvorak)的人为使左右手能交替击打更多的单词又发明了一种新的排列方法,这个键盘可缩短训练周期1/2时间,平均速度提高35%。DVORAK键盘布局原则是:1、尽量左右手交替击打,避免单手连击;2、越排击键平均移动距离最小;3、排在导键位置应是最常用的字母。

比DVORAK键盘更加合理、高效的是理连·莫尔特(Lillian Malt)发明的MALT键盘。它改变了原本交错的字键行列,并使拇指得到更多使用、使“后退键”(Backspace)及其他原本远离键盘中心的键更容易触到。但MALT键盘需要特别的硬件才能安装到电脑上,所以也没有得到广泛应用。

到了20世纪中期,键盘又多了一个用武之地——作为电脑的基本输入设备。另一方面,至今,“QWERTY”键盘仍然是使用的最多的键盘布局方式,这是一个非常典型的“劣势产品战胜优势产品”的例子。

键盘排列方式

但具有讽刺意味的是,这种129年前形成的、以放慢敲键速度为目的的键盘排列方式却延续至今。1986年布鲁斯·伯里文爵士曾在《奇妙的书写机器》一文中表示:“QWERTY的安排方式非常没效率。”,比如:大多数打字员惯用右手,但使用QWERTY,左手却负担了57%的工作。两小指及左无名指是最没力气的指头,却频频要使用它们。排在中列的字母,其使用率仅占整个打字工作的30%左右,因此,为了打一个字,时常要上上下下移动指头。

还有下面的说法

电脑键盘是从英文打字机键盘演变而来的,当它最早出现在电脑上的时候,是以一种叫做“电传打字机”的部件的形象出现的。

纸带打字机和卡片打字机

实际上,比电传打字机更早的年代,键盘就已经出现在电脑附属设备上了,在电脑还是能够占满一个大厅的年代里,主要的电脑输入设备就是穿孔纸带和穿孔卡片,这些纸带和卡片当然不可能是人手一点点穿出来的,它们是使用专用的“纸带穿孔机”和“卡片穿孔机”来穿出的,而在这两种机器上也都有一台很像普通打字机的电动打字机作为输入设备。只不过相对而言,这两种设备都不是电脑的一部分,这点是和电传打字机不同的,所以我们不把它们作为电脑键盘发展史的一部分。

“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,而键盘则从此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。

早期的键盘几乎都是机械式键盘,准确的说是机械触点式键盘,这种键盘使用电触点接触作为连同标志,使用机械金属弹簧作为弹力机构。这种键盘的手感硬、按键行程长、按键阻力变化快捷清脆,手感很接近打字机键盘,所以在当时很受欢迎,直到今天仍然有相当一部分人十分怀念这种键盘的手感。

但是,机械触点式键盘最大的两个缺点是机械弹簧很容易损坏,而且电触点会在长时间使用后氧化,导致按键失灵。所以在90年代以后,机械触点式键盘就逐渐退出了历史舞台。

一开始,取而代之的是电磁机械式键盘。电磁机械式键盘仍然是一种机械式键盘,但它与机械触点式键盘不同的是,它并非依靠机械力将两个电触点连通,而是将电触点封闭在一个微型电位器里,在按键下部则放置一个磁铁,通过磁力来接通电流。

与机械触点式键盘相比,电磁机械式键盘的使用寿命强了很多,但是仍然没能解决机械式键盘所固有的机械运动部分容易损坏的问题,所以电磁机械式键盘没能在市场上生存多久,很快就被80年代后期出现的非接触式键盘取代了。

所以非接触式键盘,是与此前的各种“接触式键盘”相对而言的,与“接触式键盘”不同的是,它们并不是依靠导电触点的机械式连通来获得按键信号的,而是依靠按键本身的电参数变化来获得按键信号。由于不需要触点的机械接触,所以它的使用寿命就能强很多。

主要的非接触式键盘有电阻式键盘和电容式键盘。其中电容式键盘由于工艺更加简单成本更低所以更受到普遍应用。与机械式键盘相比,它最大的两个特点是使用弹性橡胶制作的弹簧取代了机械金属弹簧,同时由机械键盘的电连通转为通过按键底部和键盘底部的两个电容极板距离的变化带来的电容量变化来获得按键的信号。

与机械式键盘相比,电容式键盘的手感有了很大的变化,变得轻柔而富于韧性,这种手感一直延续到今天,成为键盘的主流设计手感,这也就是为什么很多文章说键盘都是电容式键盘的原因,但其实这种手感并不来自电容式的结构而来自橡胶弹簧对机械金属弹簧的取代,这不是电容式键盘之所以为电容式键盘的原因。

电容式键盘由于其原理,所以每一个按键都必须做成独立的封闭结构,这样的键盘也被分类为“封闭式键盘”。

对于大多数键盘文章,讲到电容式键盘也就告一段落了,但是其实他们的错误也正在于此,为什么?这里先卖一个关子,当我们讲到键盘的结构时再继续。

非英文键盘方案

各种语言的键盘基本都是在英文键盘的基础上改变而成的,大部分键的排列方式都和英文键盘相差不远,只有一些细微的差别,例如英国键盘上的美元符号变成了英镑符号,而德文键盘上的子母Y和Z互换了位置。各种远东语言键盘在英文按键部分则与不标准的美式英文键盘没有什么大的不同,但在一些附属按键上则有明显的区别。对于中国用户来说,最容易见到的非美语言键盘可能就是二手市场上常见的日文键盘了,与标准的英文键盘相比,它的大部分按键都是一样的,但在一些标点符号上却有明显的位置差异,从而导致在英文系统中使用一些标点的时候出现按键的标识和实际内容对应不上的情况。

十字方向键设计

所谓的十字形方向键,指的就是键盘上的独立方向键呈十字形排列,这种设计最初是为了在形象上更为接近传统的83键盘设计,但实际的效果却相当的差。

最早的十字形键是微软第一代人体工学键盘上使用的,但随后就成为这一代名品上被人骂得最多的设计,十字形的键位看起来很好看,但实际使用一下就会发现这种按键设计手指会别扭的挤在一起,无论在日常使用还是在游戏中都极不方便,特别是在赛车游戏中几乎没法玩下去。所以微软在此后的第二代产品中又改回了原来的设计。

不过可笑的是,始作俑者微软自己都已经不用十字形方向键了,但一些国内的厂商却又把这种弄巧成拙的设计拾了回来,还作为特色设计之一来大肆宣传。强烈建议大家对此不要考虑,否则买回来就有够受的。

键盘结构

前面,我们提到了,现今的键盘其实并不是真正的电容键盘,那么现今的键盘属于哪一类呢?还是让我们拆开一个键盘来看一看。

从照片上我们可以看到一个普通的超薄型键盘,拆开后背的螺丝以后,可以将键盘拆成几个部件。首先是键盘和上盖板和嵌在其中的每个按键的键帽,这是用户所主要接触的部分。

在上盖板以下,是一块橡胶薄膜,在每个按键的位置上有一个弹性键帽,这个部件就是键盘的主要弹性元件,一款键盘的手感主要就是由这个部件的性状和材质决定的,因此其形状设计和橡胶成分都是各大键盘厂商的机密。需要指出的是,并不是所有的厂商都使用这样的一体式橡胶薄膜,某些厂商如明基在某些键盘上习惯于每个按键都使用单独的橡胶弹簧,这样的设计更有利于保持每个按键手感的统一,但生产工序更为复杂一些。

在橡胶薄膜以下,是三层重叠在一起的塑料薄膜,上下两层覆盖着薄膜导线,在每个按键的位置上有两个触点,而中间一张塑料薄膜则是不含任何导线的,将上下两层导电薄膜分割绝缘开来,而在按键触点的位置上则开有圆孔。

这样,在正常情况下,上下两层导电薄膜被中间层分隔开来,不会导通。但在上层薄膜受压以后,就会在开孔的部位与下层薄膜连同,从而产生一个按键信号。

由此可见,现今的键盘实际上是一种接触式键盘,尽管外形大相径庭,但实际上它的基本原理和机械触点式键盘是一样的,依靠机械性的导电触点连同来产生按键信号。根本不是电容式键盘。

实际上这种键盘的真正名字叫做“薄膜接触式键盘”,是一种机械接触式键盘。它和机械触点式键盘一样,有寿命短易损坏的问题,但是由于橡胶弹簧取代了金属弹簧,所以它的手感比机械触点式键盘要好而接近于电容式键盘,而且寿命虽不及电容式键盘,但比机械触点式键盘要长得多。

真正的电容式键盘依据的是非接触式的电容导电触发原理,所以电路结构比薄膜接触式键盘要复杂得多,而且电容式键盘的每个键都使用的是封闭式结构,其整体成本要远远高于开放式的薄膜接触式键盘。所以除了少数高档特种键盘以外,其实已经几乎没有真正的电容式键盘在卖了。

现今的主流键盘除了薄膜接触式键盘以外,还有另外一种“导电橡胶接触式键盘”,它的特点是只有一层导电薄膜,在每个按键位置上有不连通的两个触点,而橡胶弹簧的下部则使用导电橡胶来制作,当按下的时候就会将两个触点连通。

可以看出来,这种键盘的原理和计算器按键的原理是很接近的。实际上早在个人电脑的早期,这种设计就经常在一些超薄的膝上型电脑上使用。只是与薄膜接触式键盘相比,这种结构的寿命更短,所以除了在某些特殊用途以外,已经在逐渐消失中。

在键盘的右上角,有一块与薄膜连同的电路板,这块电路板就是键盘的核心部分,从导电薄膜传来的导通信号会通过导线输入到电路板上的运算芯片,这块芯片会根据上下两条表面的导线编号通过芯片内部的一张按键排布表查找出对应按键的ASCII码,通过接口将其输出。

这种通过查表获得按键编码的方式称之为“非编码式键盘”,相对的有“编码式键盘”,这种键盘的ASCII码是直接由每个按键的数字电路产生的。与非编码式键盘相比,编码式键盘的成本高,重定义困难,所以已经很罕见了。电容式键盘由于其工作原理,大都是编码式键盘,这也从另一个角度证明了现今的主流键盘并不是电容式键盘。

肖尔斯的QWERTY键盘布局被英国打字机发展史方面的权威人士认定为“有史以来最大的欺骗活动之一”,是“彻头彻尾的谎言”。奇怪的是,那些与绍尔斯设计不同的、更为科学的键盘竟然被历史淘汰了,而人们却渐渐习惯于使用这种编排古怪的键盘。

质疑

1860 发明打字机,但把字母拆散成不连续,是为了减少了故障的发生。80年代,打字机刚刚在美国萌芽的时候,很多人会不自觉地越打越快,反而造成机械上的故障 (例如,铅字缠在一起与卡键) ,使用者为减少浪费时间在修理打字机的机械故障,而有一位Christopher Sholes工程师,聪明地设计了QWERTY键盘字母摆设的方式,把字母拆散成不连续, 以降低打字员的打字速度。 当你理解到此时,会感到难以想象,如要进一步查证可上网。

然时至今日,计算机键盘之机械问题已消失,而我们却要沿用19世纪的旧设计,继续大伤脑筋去强记26个不规则位置的英文字母,合理吗?

键盘的键位设计

一款键盘的键位设计包含了两个概念,一是主体的英文和数字键位设计,二是各种附属键位设计。最通常的英文与数字键位设计方案就是俗称的“QWERTY”柯蒂键盘。这是ChristopherLathamSholes于1868年发明的键位方案。

众所周知,柯蒂键盘主要的设计目的就是使击键的速度不至太快。不过在很多文章中的说法有一个小小的错误,这就是——柯蒂键盘的键位设计并不是要“使击键的速度不至太快导致卡住”,而是“在不至卡住的前提下尽量提高打字速度”。

这两种说法中有一个微妙的差异,这就是说,减慢打字速度不是最终目的,QWERTY键盘并不是在一味的减低速度,它固然有把ED这样的常见组合放在一个手指上的减低速度设计,但也有很多诸如ER这样的加速组合键位。

实际上这样设计的根本原因在于机械式打字机的结构,其铅字杠杆的结构决定了当两个位置接近的铅字同时按下的时候就会卡死,但相对的两个相距较远的铅字就不会发生同样的问题,相信有过英文打字机使用经验的人应该都会有所体会。

在柯蒂键盘上,一些常用的字母被放在无名指、小拇指等位置上,这一向被认为是用小拇指等的不灵活性来减低速度,但这种说法没有考虑到机械式打字机的实际情况,食指固然是最灵活的,但食指键位上的按键也是最容易卡死的,所以将常用字母放在边缘以保证在高速打字时不会卡死也就是理所当然的。

所以说,设计柯蒂键盘的最终目的并不是为了单纯的减低打字速度,事实上,柯蒂键盘的设计方案恰恰是为了提高打字速度,只不过是“在不会卡死的情况下尽力提高打字速度”。

进入20世纪以后,机电打字机发明使得机械式打字机的铅字臂卡死不再成为一个重要的问题,众多的高速打字键盘也就应运而生。其中最著名的也就是DVORAK德沃拉克键盘。

德沃拉克键盘是AugustDvorak教授在1930年设计的键位方案,由于不再考虑按键的机械结构问题,所以按键排布完全按照理想化的击键率分布设计。手指运动的行程比柯蒂键盘要小得多,平均打字速度几乎提高了一倍。不过正如很多事情一样,习惯的力量是难以抵挡的,德沃拉克键盘至今只是在极少数专业场合使用。不过对于想试试的人来说,可以尝试一下Windows里自带的德沃拉克键盘方案。

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