Come funzionano le tastiere dei computer

La parte del computer con cui veniamo più in contatto è probabilmente quella a cui pensiamo meno. Ma la tastiera è un incredibile pezzo di tecnologia. Per esempio, sapevate che la tastiera di un tipico sistema informatico è in realtà un computer stesso?


La tua tastiera di base di Windows

Nella sua essenza, una tastiera è una serie di interruttori collegati a un microprocessore che controlla lo stato di ogni interruttore e avvia una risposta specifica a un cambiamento di tale stato. In questa edizione di How Stuff Works, imparerai di più su questa azione di commutazione, e sui diversi tipi di tastiere, come si collegano e parlano al tuo computer, e quali sono i componenti di una tastiera.

Tipi di tastiere
Le tastiere sono cambiate molto poco nel layout dalla loro introduzione. Infatti, il cambiamento più comune è stato semplicemente l’evoluzione naturale dell’aggiunta di più tasti che forniscono funzionalità aggiuntive.

Le tastiere più comuni sono:

  • 101 tasti Tastiera potenziata
  • 104 tasti Tastiera Windows
  • 82 tasti Tastiera standard Apple
  • 108 tasti Tastiera estesa Apple

I computer portatili come i laptop molto spesso hanno tastiere personalizzate che hanno disposizioni dei tasti leggermente diverse da una tastiera standard. Inoltre, molti produttori di sistemi aggiungono tasti speciali al layout standard. Una tipica tastiera ha quattro tipi di tasti di base:

  • Tasti di battitura
  • Tastiera numerica
  • Tasti funzione
  • Tasti di controllo

I tasti di battitura sono la sezione della tastiera che contiene i tasti lettera, generalmente disposti nello stesso stile che era comune per le macchine da scrivere. Questa disposizione, conosciuta come QWERTY per le prime sei lettere della disposizione, fu originariamente progettata per rallentare i dattilografi veloci rendendo la disposizione dei tasti un po’ scomoda! La ragione per cui i produttori di macchine da scrivere fecero questo era perché i bracci meccanici che imprimevano ogni carattere sulla carta potevano incepparsi se i tasti venivano premuti troppo rapidamente. Poiché è stato stabilito da tempo come uno standard, e la gente si è abituata alla configurazione QWERTY, i produttori hanno sviluppato tastiere per computer usando lo stesso layout, anche se l’inceppamento non è più un problema. I critici del layout QWERTY hanno adottato un altro layout, Dvorak, che mette le lettere più comunemente usate nella disposizione più conveniente.


Una tastiera Apple Extended.

Il tastierino numerico è una parte dell’evoluzione naturale menzionata in precedenza. Con l’aumento dell’uso dei computer negli ambienti d’affari, aumentò anche la necessità di un veloce inserimento dei dati. Poiché gran parte dei dati erano numeri, una serie di 17 tasti fu aggiunta alla tastiera. Questi tasti sono disposti nella stessa configurazione usata dalla maggior parte delle addizionatrici e calcolatrici, per facilitare la transizione al computer per gli impiegati abituati a queste altre macchine.

Nel 1986, IBM estese la tastiera di base con l’aggiunta di tasti funzione e di controllo. I tasti funzione, disposti in una linea attraverso la parte superiore della tastiera, potevano essere assegnati comandi specifici dall’applicazione corrente o dal sistema operativo. I tasti di controllo fornivano il controllo del cursore e dello schermo. Quattro tasti disposti in una formazione a T rovesciata tra i tasti di digitazione e il tastierino numerico permettono all’utente di spostare il cursore sul display in piccoli incrementi. I tasti di controllo permettono all’utente di fare grandi salti nella maggior parte delle applicazioni. I tasti di controllo comuni includono:

  • Home
  • Fine
  • Inserire
  • Cancellare
  • Page Up
  • Page Down
  • Control (Ctrl)
  • Alternate (Alt)
  • Escape (Esc)

La tastiera Windows aggiunge alcuni tasti di controllo extra: due tasti Windows o Start, e un tasto Applicazione. Le tastiere Apple sono specifiche dei sistemi Apple Mac.

Dentro la tastiera
Il processore in una tastiera deve capire diverse cose che sono importanti per l’utilità della tastiera, come:

  • Posizione del tasto nella matrice dei tasti.
  • La quantità di rimbalzo e come filtrarlo.
  • La velocità con cui trasmettere il dattiloscritto.


Il microprocessore e il circuito di controllo di una tastiera.

La matrice dei tasti è la griglia di circuiti sotto i tasti. In tutte le tastiere, eccetto quelle capacitive, ogni circuito è interrotto nel punto sotto un tasto specifico. Premendo il tasto si colma il vuoto nel circuito, permettendo ad una piccola quantità di corrente di fluire attraverso. Il processore monitora la matrice dei tasti alla ricerca di segni di continuità in qualsiasi punto della griglia. Quando trova un circuito che è chiuso, confronta la posizione di quel circuito sulla matrice dei tasti con la mappa dei caratteri nella sua ROM. La mappa dei caratteri è fondamentalmente una tabella di confronto per il processore che gli dice cosa rappresenta il tasto alle coordinate x,y nella matrice dei tasti. Se viene premuto più di un tasto allo stesso tempo, il processore controlla se quella combinazione di tasti ha una designazione nella mappa dei caratteri. Per esempio, premendo il tasto a da solo si invierà al computer una piccola lettera “a”. Se tenete premuto il tasto Shift mentre premete il tasto a, il processore confronta quella combinazione con la mappa dei caratteri e produce una lettera maiuscola “A”.


Un’occhiata alla matrice dei tasti.

La mappa dei caratteri nella tastiera può essere sostituita da una diversa mappa dei caratteri fornita dal computer. Questo viene fatto abbastanza spesso nelle lingue i cui caratteri non hanno equivalenti in inglese. Inoltre, ci sono utility per cambiare la mappa dei caratteri dalla tradizionale QWERTY a DVORAK o un’altra versione personalizzata.

Le tastiere si basano su interruttori che causano un cambiamento nella corrente che scorre nei circuiti della tastiera. Quando il tasto preme l’interruttore contro il circuito, di solito c’è una piccola quantità di vibrazione tra le superfici, nota come rimbalzo. Il processore di una tastiera riconosce che questa rapidissima accensione e spegnimento non è causata dalla pressione ripetuta del tasto. Pertanto, filtra tutte le piccole fluttuazioni dal segnale e le tratta come una singola pressione del tasto.

Se continuate a tenere premuto un tasto, il processore determina che volete inviare quel carattere ripetutamente al computer. Questo è noto come dattilografia. In questo processo, il ritardo tra ogni istanza di un carattere può essere normalmente impostato nel software, tipicamente da 30 caratteri al secondo (cps) a meno di due cps.

Tecnologie della tastiera
Le tastiere usano una varietà di tecnologie di commutazione. È interessante notare che generalmente ci piace avere una certa risposta sonora e tattile alla nostra digitazione su una tastiera. Vogliamo sentire i tasti fare “click” mentre scriviamo, e vogliamo che i tasti si sentano fermi e tornino indietro velocemente quando li premiamo. Diamo un’occhiata a queste diverse tecnologie:

  • Meccanico a cupola in gomma
  • Capacitivo non meccanico
  • Meccanico a contatto metallico
  • Meccanico a membrana
  • Meccanico a elemento in schiuma


Questa tastiera utilizza interruttori a cupola in gomma.

Probabilmente la tecnologia di interruttori più popolare in uso oggi è la cupola di gomma. In queste tastiere, ogni tasto si trova sopra una piccola cupola di gomma flessibile con un centro di carbonio duro. Quando il tasto viene premuto, un pistoncino sul fondo del tasto spinge verso il basso contro la cupola. Questo fa sì che anche il centro di carbonio spinga verso il basso, fino a premere contro una superficie dura e piatta sotto la matrice del tasto. Finché la chiave è tenuta, il centro di carbonio completa il circuito per quella parte della matrice. Quando la chiave viene rilasciata, la cupola di gomma torna alla sua forma originale, costringendo la chiave a tornare alla sua posizione di riposo.

Le tastiere con interruttori a cupola in gomma sono poco costose, hanno una risposta tattile abbastanza buona e sono abbastanza resistenti ai versamenti e alla corrosione a causa dello strato di gomma che copre la matrice del tasto. Gli interruttori a membrana sono molto simili nel funzionamento alle tastiere a cupola in gomma. Una tastiera a membrana però non ha tasti separati. Invece, ha un singolo foglio di gomma con rigonfiamenti per ogni tasto. Si sono visti interruttori a membrana su molti dispositivi progettati per un uso industriale pesante o per condizioni estreme. Poiché non offrono quasi nessuna risposta tattile e possono essere piuttosto difficili da manipolare, queste tastiere si trovano raramente sui normali sistemi informatici.

Gli interruttori capacitivi sono considerati non meccanici perché non completano semplicemente un circuito come le altre tecnologie di tastiera. Invece, la corrente scorre costantemente attraverso tutte le parti della matrice dei tasti. Ogni tasto è caricato a molla e ha una piccola piastra attaccata alla parte inferiore del pistone. Quando un tasto viene premuto, questa piastra viene portata molto vicino ad un’altra piastra appena sotto di essa. Man mano che le due piastrine vengono avvicinate, questo influenza la quantità di corrente che scorre attraverso la matrice in quel punto. Il processore rileva il cambiamento e lo interpreta come una pressione del tasto in quel punto. Le tastiere con interruttore capacitivo sono costose, ma non soffrono di corrosione e hanno una vita più lunga di qualsiasi altra tastiera. Inoltre, non hanno problemi di rimbalzo poiché le due superfici non entrano mai in contatto effettivo.

Le tastiere a contatto metallico e con elementi in schiuma non sono più così comuni come una volta. Gli interruttori a contatto metallico hanno semplicemente un tasto a molla con una striscia di metallo sul fondo del pistone. Quando il tasto viene premuto, la striscia di metallo collega le due parti del circuito. L’interruttore con elemento in schiuma è fondamentalmente lo stesso design ma con un piccolo pezzo di schiuma spugnosa tra la parte inferiore del pistone e la striscia di metallo, fornendo una migliore risposta tattile. Entrambe le tecnologie hanno una buona risposta tattile, fanno “click” soddisfacentemente udibili e sono poco costose da produrre. Il problema è che i contatti tendono a consumarsi o a corrodersi più velocemente che nelle tastiere che usano altre tecnologie. Inoltre, non c’è nessuna barriera che impedisca alla polvere o ai liquidi di entrare in contatto diretto con i circuiti della matrice dei tasti.

Dalla tastiera al computer
Mentre si digita, il processore nella tastiera analizza la matrice di tasti e determina quali caratteri inviare al computer. Mantiene questi caratteri in un buffer di memoria che di solito è grande circa 16 byte. Poi invia i dati in un flusso al computer attraverso qualche tipo di connessione.


Un connettore per tastiera di tipo PS/2.

I connettori per tastiera più comuni sono:

  • connettore DIN (Deustche Industrie Norm) a 5 pin
  • connettore mini-DIN IBM PS/2 a 6 pin
  • connettore USB (Universal Serial Bus) a 4 pin
  • connettore interno (per portatili)

I connettori DIN normali sono raramente usati. La maggior parte dei computer usa il connettore mini-DIN PS/2; ma un numero crescente di nuovi sistemi sta abbandonando i connettori PS/2 in favore dell’USB. Non importa quale tipo di connettore venga usato, due elementi principali vengono inviati attraverso il cavo di collegamento. Il primo è l’alimentazione della tastiera. Le tastiere richiedono una piccola quantità di energia, in genere circa 5 volt, per funzionare. Il cavo porta anche i dati dalla tastiera al computer.

L’altra estremità del cavo si collega a una porta che è monitorata dal controller della tastiera del computer. Questo è un circuito integrato (IC) il cui compito è quello di elaborare tutti i dati che provengono dalla tastiera e trasmetterli al sistema operativo. Quando al sistema operativo viene notificata la presenza di dati dalla tastiera, possono succedere diverse cose:

  • Controlla per vedere se i dati della tastiera sono un comando a livello di sistema. Un buon esempio di questo è Ctrl-Alt-Canc su un computer Windows, che avvia un riavvio.
  • Il sistema operativo poi passa i dati della tastiera all’applicazione corrente.
  • L’applicazione corrente capisce i dati della tastiera come un comando a livello di applicazione. Un esempio di questo sarebbe Alt – f, che apre il menu File in un’applicazione Windows.
  • L’applicazione corrente è in grado di accettare i dati della tastiera come contenuto per l’applicazione (qualsiasi cosa, dalla digitazione di un documento all’inserimento di un URL all’esecuzione di un calcolo), oppure
  • L’applicazione corrente non accetta i dati della tastiera e quindi ignora le informazioni.

Una volta che i dati della tastiera sono identificati come specifici del sistema o dell’applicazione, vengono elaborati di conseguenza. La cosa davvero sorprendente è la rapidità con cui tutto questo accade. Mentre scrivo questo articolo, non c’è un intervallo di tempo percepibile tra le mie dita che premono i tasti e i caratteri che appaiono sul mio monitor. Quando si pensa a tutto ciò che il computer sta facendo per far apparire ogni singolo carattere, è semplicemente incredibile!

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