深入了解键盘：分类、工作原理与操作指南

键盘

键盘是计算机使用的主要输入设备之一，键盘主要由创建字母、数字和符号并执行附加功能的按钮组成，通常用于向计算机或其他数字设备输入文本、命令和各种控制信号。

键盘是计算机中最重要的字符输入设备，其基本组成元件是按键开关，通过识别所按按键产生二进制信息，并将信息送入计算机中，完成输入过程。

一般键盘盘面分为4个键区：打字键盘区称为英文主键盘区，或字符键区；数字小键盘区又称副键盘区，在键盘盘面右侧；功能键区位于盘面上部；以及屏幕编辑键和光标移动键区，微机常用84键的基本键盘和101键的通用扩展键盘。

分类

键盘的基本工作原理是通过按键开关的触点或磁场变化来输入信号，并根据软件的控制来输出相应的字符或命令。

按键开关是键盘的核心部件，根据工作原理可以分为三大类：触点式、无触点式和雷射式。

• 触点式按键开关：利用金属或导电橡胶将两个触点接通或断开，以此方式输入信号。当按键被按下时，触点发生接触或断开，从而产生电信号，该信号被传输到计算机进行处理。触点式按键开关具有信号稳定、不受干扰的优点，但触点易磨损，并且易受按键抖动的影响。
• 无触点式按键开关：利用霍尔效应的磁场变化或电容中的电压电流变化来产生输入信号。无触点式按键开关具有使用灵活、操作省力的优点，因此备受重视。与触点式按键开关相比，无触点式按键开关更为可靠，不易受磨损和干扰的影响。
• 雷射式（镭射激光键盘）：利用激光技术进行键盘的输入信号识别。当按键被按下时，激光束通过透镜照射到键盘表面，反射光束被接收器接收，形成电信号。雷射式键盘具有高精度、高灵敏度的特点，但由于技术复杂度高、成本较高，目前尚未得到广泛应用。

根据按键数量和排列方式的不同，键盘可以分为以下

• 全键盘：也称为标准键盘，通常有完整的字母、数字和符号键位，排列成矩形形状。全键盘是常见的键盘类型，适合进行文字输入和编辑等操作。
• 迷你键盘：也称为便携式键盘或小型键盘，通常只有基本的字母和数字键位，按键排列较为紧凑。迷你键盘适合在便携式设备上使用，如笔记本电脑、平板电脑等，也适用于特定应用场景，如游戏、财务输入等。
• 数字键盘：专为数字输入设计的键盘，通常只有数字键位和一些常用的符号键位，排列成矩阵形状。数字键盘常见于金融、银行、商业等领域，也适用于需要进行大量数字输入的工作场景。

键盘的基本工作原理

最简单的键盘用一个按键对应一根信号线，根据这根信号线上的电位，检测对应键是否被按下。其缺点是当键数很多时，连线很多，结构比较复杂。

通常使用的键盘采用阵列结构，设有m*n个按键，组成一个m行n列的矩阵，只要有m+n根连线就可判别哪一个按键被按下了，每按一个键传送一个字节数据，完成一个字节数据的输入。

基本操作

• 小写字母的输入

  直接按字母所在键位则相应的小写字母被输入到计算机中

• 大写字母的输入

  同时按下Shift键和要输入的英文字母键（用“Shift+字母”表示），则屏幕上显示的是输入的英文大写字母。

  按下CapsLock大写字母开/关键，当CapsLock指示灯亮时，输入任何一个字母都是大写字母，再按下CapsLock键，CapsLock指示灯就会灯灭，再输入任何一个字母都是小写字母

• 下档字符和上档字母的输入

  在某些键位上，一个键里包含两种字符，在上方者称为上档字符，在下方者称为下档字符

  输入下档字符时，可以直接按压相应的字符键即可

  输入下档字符时，要同时按Shift和上档字符所在键

• 空白字符的输入

  键盘中最下方是一个空白长条区，称为空格键，每按压一次就输入一个空白字符

• 其他键的使用

  键盘中还包括其他键的使用，这类键无明确的输入值，是辅助操作键。

  • Backspace键被称为退格键，每按下一次此键，光标就会向左移动一格，并删去原光标左边的一个字符；
  • Tab键被称为制表位键，此键又分为上下两档，上档键左移，下档键右移，在一行中规定8个字符长度为一制表位，每按一次Tab键光标就移动一个制表位长度
  • Ctrl键被称为组合控制键，本身无任何意义，主要用于和其他键组合在一起操作

采用的接口类型

如今，大多数计算机键盘都使用USB接口或蓝牙连接到计算机以进行无线通信。在USB出现之前，计算机使用PS/2、串行端口或AT（先进技术）（Din5）作为键盘接口

PS/2接口

PS/2（Personal System/2）端口，也被称为鼠标端口或键盘端口，由IBM开发。这是一种鼠标和键盘的专用接口，是一种6针的圆形接口，但键盘只使用其中的4针传输数据和供电，其余2个为空脚。PS/2接口的传输速率比COM接口稍快一些，而且是ATX主板的标准接口，是应用最为广泛的键盘接口之一

键盘和鼠标都可以使用PS/2接口，但是许多计算机采用紫色和绿色的颜色代码作为每个端口的标识，鼠标通常占用绿色接口，键盘占用紫色接口。这二个接口不能混插，这是由它们在电脑内部不同的信号定义所决定的

如今，新计算机使用USB（通用串行总线）作为键盘和鼠标

USB接口

USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口是一种串行总线接口，也是一种即插即用接口，允许计算机与外围设备和其他设备进行通信。USB连接设备涵盖范围广泛，从键盘和鼠标到音乐播放器和闪存驱动器的任何东西。由于其支持热插拔、传输速率较高等优点，已成为目前外部设备的主流接口。

USB传输速率主要有以下规范：

• USB1.x：是一种外部总线标准，支持12Mbps的数据传输速率，最多可支持127个外围设备

• USB2.0：也被称为高速USB,理论上传输速率可达每秒480Mbps或60MBps

• USB3.0：也被称为超高速USB,USB3. 0 改进了USB 2.0技术，提高了速度和性能、改进了电源管理并增加了带宽能力。它提供了两条单向数据路径，用于同时接收和发送数据。理论上传输速率可达每秒5.0Gbps或640MBps，USB3.0可以向下兼容USB2.0

• USB 3.1：也被称为超高速+,在2013年7月31日推出，是USB的最新版本。其理论上传输速率可达10Gbps

PS/2接口和USB接口的键盘在使用方面差不多，由于USB接口支持热插拔，因此USB接口键盘在使用方面略方便一些。但是计算机底层硬件对PS/2接口支持的更完善一些，因此如果电脑遇到某些故障，使用PS/2接口的键盘兼容性更好一些。

每一个USB端口版本都具有向后兼容和向前兼容的能力，这意味着它可以支持低于或高于当前版本的任何版本。例如，采用USB 1.x和2.0技术设计的设备在3.0端口中工作，但应该注意的是，尽管USB3.0有着更高的传输速率，但较低版本设备仍以其本机传输速度运行。同样，如果高版本USB 3.1设备连接到USB2.0端口，则3.1设备的最大传输速率将被限制为USB2.0端口的最大传输速率。

PS/2-USB转换器

PS/2-USB转换器是一种设备，可以将传统的PS/2接口转换为USB接口，以便在不支持PS/2接口的计算机上使用PS/2键盘。这种转换器通常由一个小型插头和USB接收器组成。将PS/2插头插入到PS/2键盘的插口中，然后将USB接收器插入到计算机的USB端口中。转换器会通过内部电路将PS/2信号转换为USB信号，以便计算机能够识别并使用键盘。这种转换器通常需要安装特定的驱动程序，以确保计算机正确识别和使用键盘。

MIDI接口

MIDI接口是一种数字音乐的标准，它是一种计算机与MIDI设备之间连接的硬件。MIDI接口采用异步串行通信，传输时采用标准通信波特率，例如31.25K的串行异步信号。MIDI信号以波特率31.25K的串行异步信号传输，每字节数据包括10位，一个起始位，8位数据，一个停止位，无校验位。

MIDI接口有很多优点，例如它能够指挥音乐设备的运转，具有统一的标准格式，能够模仿原始乐器的各种演奏技巧甚至无法演奏的效果。同时，MIDI文件回放需要通过声卡的MIDI合成器合成成为不同的声音。

MIDI接口是当时在众多不同制式规格中让所有音乐设备都兼容了的一个工业标准。MIDI键盘很多都不是直接连声卡的，在数字音乐系统里专业声卡不需要MIDI键盘的连接