Sådan fungerer computertastaturer

Den del af computeren, som vi kommer mest i kontakt med, er sandsynligvis den del, som vi tænker mindst over. Men tastaturet er et fantastisk stykke teknologi. Vidste du for eksempel, at tastaturet på et typisk computersystem faktisk selv er en computer?


Dit grundlæggende Windows-tastatur

Et tastatur er i bund og grund en række kontakter, der er forbundet med en mikroprocessor, som overvåger tilstanden af hver enkelt kontakt og iværksætter en specifik reaktion på en ændring i denne tilstand. I denne udgave af How Stuff Works får du mere at vide om denne skiftefunktion og om de forskellige typer tastaturer, hvordan de tilsluttes og taler sammen med din computer, og hvad komponenterne i et tastatur er.

Typer af tastaturer
Tastaturer har ændret meget lidt i layoutet siden deres indførelse. Faktisk har den mest almindelige ændring blot været den naturlige udvikling med tilføjelse af flere taster, der giver yderligere funktionalitet.

De mest almindelige tastaturer er:

  • 101-taster Udvidet tastatur
  • 104-taster Windows-tastatur
  • 82-taster Apple standardtastatur
  • 108-taster Apple udvidet tastatur

Bærbare computere som f.eks. bærbare computere har ret ofte tilpassede tastaturer, der har en lidt anden tangentopstilling end et standardtastatur. Mange systemproducenter tilføjer også specielle taster til standardlayoutet. Et typisk tastatur har fire grundlæggende typer af taster:

  • Typetaster
  • Nummertastatur
  • Funktionstaster
  • Kontroltaster

Typetasterne er den del af tastaturet, der indeholder bogstavtasterne, som generelt er indrettet i samme stil som den, der var almindelig på skrivemaskiner. Dette layout, der er kendt som QWERTY efter de første seks bogstaver i layoutet, blev oprindeligt designet til at bremse hurtige maskinskrivere ved at gøre placeringen af tasterne noget besværlig! Producenterne af skrivemaskiner gjorde dette, fordi de mekaniske arme, der trykte hvert enkelt tegn på papiret, kunne sætte sig fast i hinanden, hvis tasterne blev trykket for hurtigt. Da det længe har været etableret som en standard, og folk har vænnet sig til QWERTY-konfigurationen, udviklede producenterne tastaturer til computere med samme layout, selv om det ikke længere er et problem at blokere. Kritikere af QWERTY-layoutet har vedtaget et andet layout, Dvorak, som placerer de mest almindeligt anvendte bogstaver i den mest bekvemme opstilling.


Et Apple Extended-tastatur.

Det numeriske tastatur er en del af den naturlige udvikling, der er nævnt tidligere. Efterhånden som brugen af computere i erhvervsmiljøer steg, voksede også behovet for hurtig dataindtastning. Da en stor del af dataene bestod af tal, blev der tilføjet et sæt på 17 taster til tastaturet. Disse taster er placeret i samme konfiguration som de fleste regnemaskiner og lommeregnere for at lette overgangen til computeren for kontorister, der er vant til disse andre maskiner.

I 1986 udvidede IBM det grundlæggende tastatur med funktions- og kontroltaster. Funktionstasterne, der er anbragt i en række på tværs af tastaturets øverste del, kunne tildeles specifikke kommandoer af det aktuelle program eller styresystemet. Kontroltasterne gav mulighed for at styre markøren og skærmen. Fire taster, der er anbragt i en omvendt T-formation mellem skrivetasterne og det numeriske tastatur, giver brugeren mulighed for at flytte markøren på skærmen i små intervaller. Kontroltasterne giver brugeren mulighed for at foretage store spring i de fleste programmer. Almindelige kontroltaster omfatter:

  • Home
  • End
  • Insert
  • Delete
  • Page Up
  • Page Down
  • Page Down
  • Control (Ctrl)
  • Alternativ (Alt)
  • Escape (Esc)

Windows-tastaturet tilføjer nogle ekstra kontroltaster: to Windows- eller Start-taster og en programtast. Apple-tastaturerne er specifikke for Apple Mac-systemer.

Inde i tastaturet
Processoren i et tastatur skal forstå flere ting, der er vigtige for tastaturets anvendelighed, f.eks:

  • Tastens placering i tastematrixen.
  • Mængden af bounce, og hvordan den skal filtreres.
  • Hastigheden, hvormed typematikken skal overføres.


Mikroprocessor og styrekredsløb i et tastatur.

Tastematrixen er det gitter af kredsløb, der ligger under tasterne. I alle tastaturer med undtagelse af kapacitive tastaturer er hvert kredsløb afbrudt på det punkt under en bestemt tast. Ved at trykke på tasten overbrydes hullet i kredsløbet, så en lille mængde strøm kan løbe igennem. Processoren overvåger tastematrixen for at finde tegn på kontinuitet på et hvilket som helst punkt på gitteret. Når den finder et kredsløb, der er lukket, sammenligner den kredsløbets placering på tastematrixen med tegnkortet i ROM’en. Karakterkortet er grundlæggende et sammenligningsdiagram for processoren, der fortæller den, hvad nøglen på x,y-koordinaterne i nøgle-matrixen repræsenterer. Hvis der trykkes på mere end én tast på samme tid, kontrollerer processoren, om den pågældende kombination af taster har en betegnelse i karakterkortet. Hvis man f.eks. trykker på a-tasten alene, vil det resultere i, at der sendes et lille bogstav “a” til computeren. Hvis du trykker på Shift-tasten og holder den nede, mens du trykker på a-tasten, sammenligner processoren denne kombination med tegnkortet og producerer et stort bogstav “A”.


Et kig på tastematrixen.

Tegnkortet i tastaturet kan erstattes af et andet tegnkort, der leveres af computeren. Dette sker ret ofte i sprog, hvis tegn ikke har engelske ækvivalenter. Der findes også hjælpeprogrammer til at ændre tegnkortet fra det traditionelle QWERTY-tegnkort til DVORAK eller en anden tilpasset version.

Tastaturer er afhængige af kontakter, der forårsager en ændring i den strøm, der løber gennem kredsløbene i tastaturet. Når tasten trykker tastaturkontakten mod kredsløbet, opstår der normalt en lille vibration mellem overfladerne, kendt som bounce. Processoren i et tastatur genkender, at denne meget hurtige til- og frakobling ikke er forårsaget af, at du trykker på tasten gentagne gange. Derfor filtrerer den alle de små svingninger ud af signalet og behandler det som et enkelt tastetryk.

Hvis du fortsætter med at holde en tast nede, fastslår processoren, at du ønsker at sende det pågældende tegn gentagne gange til computeren. Dette er kendt som typematik. I denne proces kan forsinkelsen mellem hver forekomst af et tegn normalt indstilles i software, typisk fra 30 tegn pr. sekund (cps) til så få som to cps.

Tastaturteknologier
Tastaturer anvender en række forskellige switchteknologier. Det er interessant at bemærke, at vi generelt gerne vil have en vis hørbar og taktil respons på vores indtastning på et tastatur. Vi vil gerne høre tasterne “klikke”, når vi skriver, og vi vil gerne have, at tasterne føles faste og springer hurtigt tilbage, når vi trykker på dem. Lad os se nærmere på disse forskellige teknologier:

  • Gummi-dome mekanisk
  • Kapacitiv ikke-mekanisk
  • Metalkontakt mekanisk
  • Membran mekanisk
  • Skumelement mekanisk


Dette tastatur anvender gummidomekontakter.

Den mest populære afbryderteknologi, der anvendes i dag, er formentlig rubber dome. I disse tastaturer sidder hver tast over en lille, fleksibel gummikuppel med et hårdt kulstofcenter. Når der trykkes på tasten, skubbes en stempel i bunden af tasten ned mod kuplen. Dette får kulstofcentret til også at skubbe nedad, indtil det trykkes mod en hård flad overflade under tastematrixen. Så længe nøglen holdes nede, lukker kulcentret kredsløbet for den pågældende del af matricen. Når nøglen slippes, springer gummiduppen tilbage til sin oprindelige form og tvinger nøglen tilbage op til sin hvileposition.

Tastaturer med gummikuppelkontakt er billige, har ret god taktil respons og er ret modstandsdygtige over for spild og korrosion på grund af gummilaget, der dækker tastematrixen. Membranafbrydere fungerer på samme måde som gummikupletastaturer. Et membrantastatur har dog ikke separate taster. I stedet har det et enkelt gummilag med udbulninger til hver enkelt tast. Du har set membrankontakter på mange enheder, der er beregnet til tung industriel brug eller ekstreme forhold. Da de næsten ikke giver nogen taktil respons og kan være noget vanskelige at manipulere, findes disse tastaturer sjældent på normale computersystemer.

Kapacitive kontakter anses for at være ikkemekaniske, fordi de ikke blot lukker et kredsløb som de andre tastaturteknologier. I stedet flyder der konstant strøm gennem alle dele af tastematrixen. Hver tast er fjederbelastet og har en lille plade, der er fastgjort til bunden af stempelpladen. Når der trykkes på en tast, bringes denne plade meget tæt på en anden plade lige under den. Når de to plader bringes tættere på hinanden, påvirker det den mængde strøm, der strømmer gennem matrixen på det pågældende punkt. Processoren registrerer ændringen og fortolker den som et tastetryk for det pågældende sted. Tastaturer med kapacitive kontakter er dyre, men de lider ikke under korrosion og har en længere levetid end alle andre tastaturer. De har heller ikke problemer med studsning, da de to overflader aldrig kommer i egentlig kontakt med hinanden.

Tastaturer med metalkontakt og skumelementer er ikke så almindelige, som de har været. Metalkontaktkontakter har ganske enkelt en fjederbelastet tast med en strimmel af metal i bunden af stempelpladen. Når der trykkes på tasten, forbinder metalstrimlen de to dele af kredsløbet. Skumelementafbryderen er grundlæggende det samme design, men med et lille stykke svampet skum mellem bunden af stemplet og metalstriben, hvilket giver en bedre taktil respons. Begge teknologier har en god taktil respons, giver tilfredsstillende hørbare “klik” og er billige at fremstille. Problemet er, at kontakterne har en tendens til at blive slidt eller korroderet hurtigere end på tastaturer, der anvender andre teknologier. Der er heller ingen barriere, der forhindrer støv eller væsker i at komme i direkte kontakt med tastematrixens kredsløb.

Fra tastaturet til computeren
Mens du skriver, analyserer processoren i tastaturet tastematrixen og bestemmer, hvilke tegn der skal sendes til computeren. Den bevarer disse tegn i en buffer i hukommelsen, der normalt er ca. 16 bytes stor. Derefter sender den dataene i en strøm til computeren via en eller anden form for forbindelse.


En tastaturtilslutning af PS/2-typen.

De mest almindelige tastaturtilslutninger er:

  • 5-stik DIN-stik (Deustche Industrie Norm)
  • 6-stik IBM PS/2 mini-DIN-stik
  • 4-stik USB-stik (Universal Serial Bus)
  • internt stik (til bærbare computere)

Normale DIN-stik bruges sjældent længere. De fleste computere bruger mini-DIN PS/2-stikket; men et stigende antal nye systemer dropper PS/2-stikkene til fordel for USB-stik. Uanset hvilken type stik der anvendes, sendes der to hovedelementer gennem forbindelseskablet. Det første er strøm til tastaturet. Tastaturer har brug for en lille mængde strøm, typisk omkring 5 volt, for at kunne fungere. Kablet transporterer også data fra tastaturet til computeren.

Den anden ende af kablet forbindes til en port, der overvåges af computerens tastaturcontroller. Dette er et integreret kredsløb (IC), hvis opgave er at behandle alle de data, der kommer fra tastaturet, og sende dem videre til styresystemet. Når styresystemet får besked om, at der er data fra tastaturet, kan der ske en række ting:

  • Det kontrollerer, om tastaturdataene er en kommando på systemniveau. Et godt eksempel på dette er Ctrl-Alt-Delete på en Windows-computer, som igangsætter en genstart.
  • Derpå sender operativsystemet tastaturdataene videre til det aktuelle program.
  • Det aktuelle program forstår tastaturdataene som en kommando på programniveau. Et eksempel på dette ville være Alt – f, som åbner menuen Filer i et Windows-program.
  • Det aktuelle program er i stand til at acceptere tastaturdata som indhold for programmet (alt fra indtastning af et dokument til indtastning af en URL-adresse til udførelse af en beregning), eller
  • Det aktuelle program accepterer ikke tastaturdata og ignorerer derfor oplysningerne.

Når tastaturdataene er identificeret som enten systemspecifikke eller applikationsspecifikke, behandles de i overensstemmelse hermed. Det virkelig fantastiske er, hvor hurtigt alt dette sker. Mens jeg skriver denne artikel, er der ikke noget mærkbart tidsforløb mellem det tidspunkt, hvor mine fingre trykker på tasterne, og de tegn, der vises på min skærm. Når man tænker på alt det, som computeren gør for at få hvert enkelt tegn til at blive vist, er det simpelthen utroligt!

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.