计算机硬件发展历史———键盘的发展简史XX学院 XXXX XXX XXXXXXXXXX摘要：计算机是20世纪最伟大的科学技术发明之一，是新技术革命的一支主力，也是推动社会向现代化迈进的活跃因素。

计算机对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。

人们常把计算机称为冯·诺依曼计算机，这是因为他最先提出“程序存储”的光辉思想，即把计算程序也用数字方式存储在计算机中，使得一台计算机能做各种不同的事。

因此，计算机最初的发展更多的是计算机硬件的发展。

如今，计算机已到古稀之年。

而我们平时离不开的计算机硬件——键盘，作为最古老的输入设备，也是有其漫长的发展史。

关键词：计算机硬件键盘发展历史发展史1计算机硬件的诞生和发展1.1计算机的诞生现代计算机问世之前，计算机的发展经历了机械式计算机、机电式计算机和萌芽期的电子计算机三个阶段。

从17世纪初开始，欧洲一批数学家已经开始设计和制造能进行简单计算的机器。

之后的100多年，伴随这电磁学、电子电工学不断取得重大进展，现代计算机的雏形逐渐形成。

20世纪30年代，随着数学和物理等科学技术的蓬勃发展，数值分析得到重视，大量的运算需要能替代人工运算的先进计算机。

第一台真正意义上的电子计算机诞生于1946年，是宾夕法尼亚大学物理学家谟克利和工程师埃克特领导数人花时3年多研制而成的，被命名为ENIAC。

这台计算机含有电子管18000个电容电阻数万个，占地170平方米，功率为25KW，最初是用于计算导弹弹道和氢弹的研制。

当ENIAC公开展示时，一条炮弹的轨迹用20s就能算出，比炮弹的本身飞行时间还短。

1.2计算机硬件的发展硬件系统通常指机器的物理系统，是看得到、摸得着的物理器件。

现在我们所使用的计算机硬件系统的结构基本是沿用了由著名数学家冯·诺依曼提出的模型，它由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大功能部件组成。

当我们打开计算机的机箱时，可以看到主机板，它是主机中的基础部件，在它上面密集地安装着CPU、内存储器，输入输出接口等。

一台计算机的硬件的核心是CPU，它一般是将运算器、控制器配以寄存器组集成在一块芯片上。

在这里，即将介绍的键盘，即属于计算机硬件中的输入设备。

现代计算机的硬件发展经历了电子计算机、晶体管计算机、集成电路时代以及大规模和超大规模集成电路时代这四个重要阶段。

每个阶段的基本性能和特点如图1所示。

计算机的发展遵从著名的摩尔定律，即当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，经过时间的检验，这个定律是正确的，而且据估计至少在10年内计算机的发展还会是这样的一个规律。

图1 每个阶段的基本性能和特点2键盘的发展历史键盘，最古老的计算机输入设备，在没有鼠标的时候它就已经存在，可以说键盘是陪伴计算机发展最久的外设产品之一。

其实在电脑之前的时候，欧美不少文字工作这就已经开始使用打字机，这就是键盘的原型。

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并进行对其发展史的简单介绍。

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。

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。

这里主要以上述分类对键盘的发展历史进行简单介绍。

2.1 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。

2.1.1 电传打字机QWERTY键盘大约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IBM PC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。

图2 电传打字机2.1.2 QWERTY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（Christopher Latham Sholes），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,以下是Dvorak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w as、were、extra、address。

图3 QWERTY键盘2.1.3 DVORAK SIMPLIFIED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。

图4 DVORAK SIMPLIFIED 键盘2.2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。

和弦键盘有两个主要特点:第一,只要少量的键就能表达标准键盘上的所有键,第二,既可用双手输入,也可用单手输入。

所以其空间要求较低,键的数量减少,键盘的体积可以减少，而且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。

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。

通过研究和测试发现，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。

2.3一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。

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。

关于一键多码键盘的工效学研究正在开展。

2.4 保健键盘在过去的10年,累积性损伤,如Carpal Tunnel Sysdrome (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。

2.4.1 K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。