Od teletypu do Modelu M: rzecz o klawiaturze komputerowej

Pierwszym najbardziej udanym i uznanym w świecie modelem współczesnej klawiatury komputerowej była klawiatura IBM Model M, produkowana od 1984 roku. Klawiatury w obecnym kształcie zostały zapoczątkowane przez urządzenia wejścia-wyjścia w komputerach takich jak Eniac czy Univac, chociaż historia samej klawiatury i techniki pisania na klawiaturze sięga XVII wieku.

Trudno jest opisać rozwój klawiatury komputerowej z pominięciem historii maszyn (urządzeń) do pisania, a pierwszy patent w tym zakresie pojawił się już w 1714 roku w Anglii. Urządzenia do pisania były odpowiedzią na potrzebę sporządzania dokumentów w sposób schludny, czytelny i w standardowym formacie [Metadot 2019].

Teletype Input Device

Klawiatury w obecnym kształcie zostały zapoczątkowane przez urządzenia wejścia w komputerach ENIAC (1946), BINAC (Binary Automatic Computer, John Presper Eckert, Jr. oraz John William Mauchly, 1947-1949 [Stern 1979]) oraz UNIVAC (Universal Automatic Computer, elektroniczny komputer ogólnego przeznaczenia, zaprojektowany i zbudowany przez Johna Eckerta i Johna Mauchly w 1951 roku [Eckert 1951]). Komputery te wykorzystywały tzw. teletypy (Teletype Input Device) do wprowadzania danych (ryc. 1). Fizycznym nośnikiem danych były karty dziurkowane, chociaż w komputerze BINAC zastosowano inną metodę wejścia-wyjścia z teletekstem sterowanym elektromagnetycznie do wprowadzania danych i drukowania wyników (electromagnetically controlled teletype) [Metadot 2019]. Binac był pierwszym ukończonym elektronicznym komputerem cyfrowym tego typu. Składał się z głównej sekcji obliczeniowej, sprzętu wejścia-wyjścia i pamięci typu rtęciowego o pojemności 512 słów (mercury delay-line memory) [Auerbach i in. 1952].

Rycina 1. Teletyp w komputerze Univac 9400
Źródło: Computer History Museum

W 1965 roku Bell Labs, General Electric i MIT stworzyły MULTICS. Multics (Multiplexed Information and Computing Service) to systemem operacyjny (mainframe timesharing operating system), który był rozwijany jako projekt badawczy do 2000 roku [Multics 2019]. Multics został wdrożony na komputerze GE 645 [Corbató i Vyssotsky 1965]. Tekst był wyświetlany na ekranie podczas pisania dzięki czemu przekazywanie komend i programów do komputera było bardziej wydajne niż wcześniejsze metody wprowadzania tekstu (computer and VDT – visual or video display terminal). Pod koniec lat 70. wszystkie komputery korzystały z VDT i klawiatur elektrycznych (electric keyboards). Pierwsze klawiatury, które były sprzedawane w latach siedemdziesiątych były ciężkie i w pełni mechaniczne. Jako produkt skierowane były przede wszystkim do programistów i inżynierów, dlatego też były budowane pod kątem funkcjonalności, a nie estetyki wizualnej. Niemniej była to najbardziej prosta i przyjazna dla użytkownika metoda interakcji z komputerem (brak stosu kart dziurkowanych) [Metadot 2019].

Magistrala S-100: klawiatura czy zestaw przełączników?

W tym czasie istniały również „klawiatury” wbudowane w komputery. W połowie lat 70. Imsai i Altair stworzyli pierwsze małe komputery do użytku osobistego, ogólnie nazywane systemami komputerowymi S100, np. MITS Altair 8800 (komputery oparte na S-100 bus boards) [Langlois 1992]. Komputery te były pierwszymi komputerami domowymi używanymi przed istnieniem komputerów IBM-PC, Apple itp. Wspólnym mianownikiem systemów S100 było to, że wszystkie zostały zaprojektowane w oparciu o płytę ze złączem krawędziowym składającym się ze 100 pinów. Do magistrali S-100 można było podłączyć wiele różnych płyt, w tym: Front Panel Board, CPU Boards, Memory Boards, I/O boards, video boards, Cassette and Floppy Disk Controller Boards lub Hard Disk Controllers. Producenci oferowali różne unikalne płyty, ale ogólnie wszystkie pracowały na magistrali S-100. Prawdopodobnie aż 1000 różnych rodzajów płyt S100 zostało sprzedanych od 1976 roku do połowy lat osiemdziesiątych.

Magistrala S-100 została początkowo zaprojektowana dla 8-bitowych procesorów. Później przekształcono ją w magistralę dla 16-bitowych procesorów i zatwierdzono jako magistralę IEEE-696. Obecnie komputery oparte na magistrali S-100 wracają do łask kolekcjonerów, którzy odnawiają je i utrzymują przy życiu [S100 2019].

Maszyny oparte na magistrali S-100 były budowane kawałek po kawałku i dostarczały podstawowych rzeczy. Na tych pierwszych komputerach nie było dysków twardych (Storage: paper tape, cassette or floppy drive), więc nie można było na nich zapisać danych. „Klawiatura” znajdowała się na przednim panelu komputera w postaci zestawu przełączników (front panel switches, ryc. 2) [Metadot 2019].

Rycina 2. MITS Altair 8800 (CPU: Intel 8080, 2.0 MHz)
Źródło: oldcomputers.net

Pod koniec lat 70. Apple, Radio Shack i Commodore rozpoczęły produkcję klawiatur komputerowych dla swoich komputerów, torując drogę dla innowacyjnego ówcześnie założenia, że wszystkie komputery powinny być wyposażone w klawiaturę, jako podstawowe urządzenie wejściowe [Metadot 2019].

W 1981 roku na rynku pojawił się pierwszy komputer IBM. W 1986 roku został on wyposażony w klawiaturę Model M (ryc. 3). Klawiatura ta odniosła niespotykany sukces, ponieważ była tak łatwa w użyciu, że użytkownicy nie musieli konwertować swoich maszyn do pisania ani dostarczać własnej wersji klawiatury, jako urządzenia wejściowego. Model M był klawiaturą mechaniczną najwyższej jakości. Jedyną wadą tej klawiatury było to, że klawisze Shift i Enter były „podobno” zbyt małe dla większości użytkowników. Z tego powodu IBM wyprodukował i sprzedawał „Keytop Expanders”, swoiste klawisze zamienne. Klawiatury komputerowe były w tym czasie oferowane w dwóch kolorach: beżowym i szarym, aż do późnych lat 80. XX wieku, kiedy rozpoczęto produkcję klawiatur w kolorze czarnym [Metadot 2019].

IBM model M

Klawiatura IBM model M to rzadki element elektroniki lub technologii komputerowej, który jest zarówno „historycznym” przedmiotem (przedmiot w stylu vintage), jak i użytecznym narzędziem w dzisiejszym środowisku komputerowym. Klawiatury IBM model M są unikalne, ponieważ każda z nich jest oznaczona indywidualnym numerem seryjnym. Klawiatury te produkowane były przez IBM i Lexmark w latach 80. i 90. XX wieku, aż do 1999 roku. Pod każdym klawiszem znajduje się osobna sprężyna, która po ściśnięciu przekształca siłę fizyczną w sygnał elektryczny. Większość nowoczesnych klawiatur wykorzystuje tańszą technologię opartą na gumowych podkładkach. Ponadto wewnątrz każdej klawiatury znajduje się stalowa zakrzywiona płytka zapewniająca trwałość oraz ergonomiczny kąt pisania. Poszczególne klawisze można łatwo zdjąć w celu wyczyszczenia lub zmiany formatu klawiatury dla różnych języków. Wreszcie, napis na każdym klawiszu jest zintegrowany z jego plastikową górną częścią (nie jest lakierowany natryskowo lub naklejany, jak w tanich klawiaturach) [Ermita 2015].

Rycina 3. Model M Matrix (Model M gallery)
Źródło: Ermita [2015]

Zupełnie nowy egzemplarz klawiatury IBM Model M, w oryginalnym pudełku, jest rzadko spotykanym produktem. To zrozumiałe ponieważ klawiatury te były produkowane w latach 80. i 90. ubiegłego wieku. Obecnie większość dostępnych klawiatur to modele używane, i albo były w środowisku produkcyjnym, albo przez ostatnie 10-25 lat leżały na zakurzonej półce lub na samym dole stosu ciężkich komputerowych śmieci. Tymczasem to peryferyjne urządzenie wykonane 30 lat temu nadal może być używane lub łatwo przystosowane do użytku w nowoczesnym środowisku komputerowym. Świadczy to tylko o jego solidnej konstrukcji. Dlatego też klawiatury te często bywają gruntownie czyszczone i przywracane do użytku [Ermita 2015].

Oryginalna iformacja o Keytop Expanders:
Touchdown Keytop Expanders: Increses hard-to-reach and reduced size keytops to maximum surface area. Keytop Expanders fit nearly over present control keys and are secured by a special adhesive which won’t damage keyboards if keytops are removed. Keytops are constructed of rigid plastic in black or gray for capatibility with IBM PC or PC look-alike keyboards. Each command is printed in English in addition to the original arrow symbol. [Keytop Expanders: Zwiększa trudno dostępne i zmniejszone klawisze do maksymalnej powierzchni. Ekspandery klawiszy pasują do obecnych klawiszy sterowania i są zabezpieczone specjalnym klejem, który nie uszkodzi klawiatury, jeśli zostaną usunięte klawisze. Klawisze są wykonane ze sztywnego plastiku w kolorze czarnym lub szarym, aby można je było obsługiwać z klawiaturami podobnymi do komputerów IBM lub PC. Każde polecenie jest drukowane w języku angielskim oprócz oryginalnego symbolu strzałki.]

Klawiatury są dziś dostępne we wszystkich kształtach, rozmiarach i kolorach. W latach 90. mechaniczny przełącznik klawiszy (mechanical key switch) został zastąpiony przełącznikiem membranowym (membrane switches). Był on cichszy, lżejszy i odpowiadał potrzebom nowej generacji laptopów. Klawiatury membranowe były także znacznie tańsze w produkcji [Metadot 2019]. Obecnie najbardziej powszechnym układem klawiszy na klawiaturze komputerowej jest tzw. układ QWERTY (nazwę tworzy pierwszych sześć liter w pierwszym rzędzie pod cyframi, począwszy od lewej).

Źródła

Auerbach, A. A., Eckert, J. P., Shaw, R. F., Weiner, J. R., Wilson, L. D. (1952). The Binac. Proceedings of the IRE, 40(1), 12-29. https://www.doi.org/10.1109/JRPROC.1952.273922
Corbató, F. J., Vyssotsky, V. A. (1965). Introduction and overview of the Multics system. In Proceedings of the November 30-December 1, 1965, fall joint computer conference, part I (pp. 185-196). ACM. https://www.doi.org/10.1145/1463891.1463912
Eckert Jr, J. P., Weiner, J. R., Welsh, H. F., Mitchell, H. F. (1951). The UNIVAC system [includes discussion]. In 1951 International Workshop on Managing Requirements Knowledge (pp. 6-6). IEEE. https://www.doi.org/10.1109/AFIPS.1951.18
Ermita, B. (2015). What to look for when purchasing an IBM MODEL M keyboard [w oryginale: (1986) Hardware News: The Right Touch. In: Read Only, A review of the IBM Personal Computer Family, Vol 3., No. 1.].
Langlois, R. N. (1992). External economies and economic progress: The case of the microcomputer industry. Business History Review, 66(1), 1-50. https://doi.org/10.2307/3117052
Metadot (2019). Typing Through Time: Keyboard History. Das Keyboard Blog. Metadot, http://bit.ly/30FWmzA
Multics (2019). The Multicians web site, https://multicians.org
S100 (2019). S100Computers.com
Stern, N. (1979). The BINAC: a case study in the history of technology. Annals of the History of Computing, 1(1), 9-20. https://www.doi.org/10.1109/MAHC.1979.10005