Краткая история цифровой клавиатуры

В том, что цифровые клавиатуры телефонов и калькуляторов различаются, нет никакой логической причины. Так почему же мы ?

Представьте цифровые клавиатуры лежащих рядом телефона и калькулятора. Удастся ли вам обнаружить отличия, не доставая свой смартфон? Не переживайте, если не можете вспомнить расположение цифр. Большинств

о из нас уже так привыкли к знакомым интерфейсам, что мы не замечаем обратную последовательность цифр на калькуляторе. В верхнем ряду калькулятора расположены кнопки 7-8-9, а в телефоне используется формат 1-2-3.

Отличие небольшое, но оно определенно вводит в заблуждение, ведь обе клавиатуры используются для одной и той же цели – ввода чисел. Нет логического объяснения тому, почему используется обратный порядок цифр, если человек одинаково обращается с интерфейсом. Здравый смысл подсказывает, что причиной могут являться технологические ограничения. Может, это связано с битвой изобретателей за патенты. Некоторые могут предположить, что дело в эргономике.

Не найдя ясного объяснения, я обратился за ответом к истории развития этих устройств. Какое устройство было изобретено раньше? Какая клавиатура повлияла на другую? И самый важный вопрос – кто первым изобрел цифровую клавиатуру?

Печатная машинка, кассовый аппарат и калькулятор

Когда я рассматривал расположение клавиш, мне стало интересно, когда впервые в истории технического прогресса была использована система клавиш. Клавиатура появилась между первой и второй промышленными революциями (с 1820 по 1920 годы). Некоторые изобретатели уже в конце 18-го века начали экспериментировать с механизмами, напоминающими пианино.

Однако лишь в 1844 году француз по имени Жан-Батист Швильге изобрел первый рабочий прототип вычислительной машины с клавишным управлением. В этом механизме использовалась первая цифровая клавиатура с единственным клавишным рядом от 1 до 9.

Справедливости ради, следует отметить, что было еще два предшественника, которые могли претендовать на статус изобретателей интерфейса с клавишным управлением. Есть сведения о том, что 1834 году Луиджи Торки продемонстрировал прототип вычислительной машины, выполненной из дерева, которая по внешнему виду была схожа с печатной машинкой. В 1822 Джеймс Уайт в своей книге New Century of Inventions описал устройство с клавиатурой из девяти цифровых клавиш. Ни одно из устройств не дошло до наших времен, и нет доказательств тому, что они действительно существовали.

Несмотря на то, что нет доказательств, подтверждающих существование счетного аппарата Уайта, его концепция определенно является самым ранним примером современного интерфейса с прямым вводом. Данный интерфейс позволяет оператору полностью сосредоточить внимание на вводе без необходимости отвлекаться на управление механизмами. В этом он  отличается от Паскалины – суммирующей машины Паскаля – и от большинства арифмометров, где используются механизмы барабанов, часов и неудобных рычажков.

Однако эти «идеи» все еще не дают объяснения тому, почему в современных калькуляторах используется обратное расположение цифр от 9 до 0.

Согласно одной из теорий, прародителем калькулятора был кассовый аппарат. Довольно примечательно то, что числа, которые набирали на нем, часто содержали нули, поэтому клавиша с цифрой 0 использовалась чаще всего.

В данной теории, несомненно, есть доля правды, однако присутствуют некие упущения, которые ослабляют самый главный аргумент. У самых первых кассовых аппаратов (выпущенных до 1893 года) не было отдельной клавиши 0, выдвижного денежного ящика и работников, стоящих за кассой.

Для того чтобы найти истинные причины, необходимо разобраться в истории возникновения кассовых аппаратов.

В 1879 году Джеймс Ритти, владелец бара в Дайтоне, штат Огайо, обнаружил, что его работники подворовывают. Однажды на пароходе Джеймс увидел прибор, отсчитывающий каждый оборот двигательного вала, и после этого изобрел счетный аппарат, на котором имелись цифровые клавиши и часовой циферблат. Предшественник современных кассовых аппаратов был предназначен не для расчетов, а для того, чтобы делать запись о продаже и уведомлять о ней руководителя при помощи звонка.

До 1893 года в ранних моделях кассовых аппаратов использовались клавиши, расположенные в один или два горизонтальных ряда. На клавишах были заданные числа – 10, 15, 20, 30, 35 и т.д. Это числа соответствовали цене (в центах) товаров, которые продавались в магазинах и барах. Клавиатура, состоящая из трех вертикальных рядов цифр, появилась только в 1894 году, когда выпустили кассовый аппарат NCR Model 79. 

 

Однако существуют более ранние свидетельства того, что вертикальное расположение цифр было изобретено до этого.

В 1884 году у Дорра Фелта зародилась идея о механизме, который мог бы совершать вычислительные операции с большими числами. Основой для его идеи послужили механизм Паскалины, клавиатура из аппарата Томаса Хилла и коробка с макаронами. Прибор был назван комптометром, он содержал восемь вертикальных рядов клавиш от 9 до 1 (сверху вниз), где каждая колонка представляла собой десятичный знак. Напомним, что цифра 0 все еще отсутствовала на клавиатуре. Согласно истории, в то время использовалась цифровая последовательность от 9 до 1.

Развитие кассовых аппаратов на этом не остановилось.

С этого момента история становится интереснее. Почему Фелт выбрал именно такое расположение цифр – от 9 до 1? В то время оно не было широко распространено. Да и сами вычислительные приборы не были популярны.

Ответ на этот вопрос может лежать в механических решениях, которые предположительно были связаны с используемым методом комплементарности, а также с тем, что нажатие клавиши опускало рычажок, приводящий в движение барабаны. Чем длиннее рычажок, тем дольше вращается барабан. Следовательно, клавиша 9 – самое долгое вращение, клавиша 1 – самое короткое. Ранее этот же принцип использовал Пармели.

Есть и другое интересное объяснение с точки зрения современного устройства клавиатуры, и оно выходит за рамки механических ограничений. Согласно руководству по использованию комптометра, операторы должны были вводить числа, используя наименьшие значения на клавиатуре. Например, чтобы набрать «9 центов», оператор не должен был использовать клавишу 9 в крайнем правом ряду. Вместо этого он должен был последовательно набрать клавиши 4 и 5, после чего прибор делал расчеты. Не рекомендовалось нажимать на клавишу 9, так как это замедлило бы работу оператора – так ему бы пришлось переместить правую руку вверх. Главным для Фелта была максимальная эффективность, поэтому он создал такое расположение клавиш, при котором самые часто используемые цифры располагались ближе всего к пальцам. Похоже, именно стремление к эффективности привело к такому расположению, рассчитанному на удобство пользователей, однако этот интерфейс все еще не считали комфортным для использования.

Комптометр и конкурирующие приборы были предназначены для специально обученных операторов, которые могут достичь максимальной продуктивности в своей работе. Этими приборами трудно было пользоваться одной рукой, особенно если требовалось делать операции по умножению.

В 1902 году самым популярным десятиклавишным вычислительным прибором того времени стала счетная машина Далтона, а приборы с несколькими вертикальными рядами клавиш устарели. Прибор Далтона был миниатюрной версией печатной машинки. У него было 2 ряда по 5 клавиш с весьма странным расположением – 24579 в верхнем ряду и 13068 в нижнем. 

Чем же этот набор отличается от тех, что мы рассматривали ранее? Правильно! В цифровой последовательности наконец появилась цифра 0.

Счетная машина Далтона была гораздо совершеннее предыдущих версий – возможность печати и функция калькулятора, компактный размер и новый тип клавиатуры, который выходил за рамки привычного расположения десятичных чисел. Счетная машина Далтона осчастливила счетоводов по всему миру.

Продолжилась погоня за дальнейшими улучшениями.

В 1914 году американец шведского происхождения Дэвид Сандстренд зарегистрировал патент на имя компании Sundstrand Corporation. Цель компании заключалась в дальнейшем совершенствовании функциональности вычислительных приборов. Изобретатель расположил цифры в более «логичном, естественном порядке». В приборе использовалась клавиатура 3х3, начиная с цифр 789 в верхнем ряду и заканчивая более крупной клавишей 0 внизу. Устройством можно было пользоваться одной рукой, что сделало его «самой быстрой клавиатурой среди всех вычислительных устройств».

Данная раскладка стала стандартной для всех клавиатур и остаётся такой даже спустя сто с лишним лет.

 

От калькуляторов к телефонам

Доказывает ли история развития калькуляторов то, что они оказали влияние на современные телефоны? Возможно, да, но здесь трудно дать однозначный ответ. Можно лишь высказать предположение. Телефонная компания Bell Telephone Company (та самая, что изобрела и популяризировала технологию звонков на дальние расстояния) экспериментировала с кнопочными телефонами уже в 1887 году, т.е. за несколько лет до изобретения дискового номеронабирателя – механизма, создание которого в 1892 году приписывается Алмону Брауну Строугеру.  Компания Western Electric стала массово производить этот прибор в 1919 году, но он так и не стал популярным.

В 1950-х широкое распространение получила междугородняя телефония.  Местные номера (состоящие обычно из шести или меньшего количества цифр) расширились до стандартных семизначных номеров автоматических станций. Для звонка в другой город стали использоваться номера, состоящие из 11 цифр.

С удлинением номеров увеличивалось и количество ошибок при наборе номеров. Это заставило специалистов AT&T задуматься о том, не связаны ли эти ошибки с неудобным расположением клавиш, которыми пользовались операторы (см. изображение ниже).

В 1955 году было проведено исследование, посвященное поиску наиболее удачного расположения цифр и букв на 10-кнопочной клавиатуре, а в 1960 году – техническое исследование конструкции и эксплуатации телефонных устройств кнопочного ввода. В ходе этих исследований были получены данные, которые послужили основой для современного устройства телефонов. Компания AT&T собиралась переходить на технологию тонового набора, что позволило бы использовать индивидуальные телефоны с кнопочным набором. Было важно определить, какая конфигурация клавиатуры будет наиболее удобной для пользователей.

 

Компания протестировала 15 различных вариантов, включая странного вида диагонали, пирамиды, круги и горизонтальные ряды, а также уже существующие конфигурации клавиш таких устройств, как калькуляторы и перфокарточные машины, например IBM Model 011. К удивлению, конфигурация клавиш калькулятора не привлекла внимание абонентов, они предпочитали клавиши, расположенные слева направо, сверху вниз.

Особой популярностью пользовались два варианта – два горизонтальных ряда по пять клавиш (5–5-H) и знакомый всем вариант 3×3+1. Они практически не отличались по скорости набора, и компания AT&T выбрала вариант 3×3+1, возможно, из-за компактного формата и универсальности.

«Возможно» здесь – ключевое слово. Оба исследования не дали окончательного и однозначного ответа. В Великобритании стали использовать клавиатуру 5–5-H, возможно, из-за патентных ограничений.

Есть один интересный факт – в обоих исследованиях расположение букв не играло особой роли. Люди предпочитали цифры, расположенные слева направо, так как это расположение обеспечивало скорость и точность набора, но теория о том, что расположение букв на клавиатуре имеет значение, так и не оправдала себя, поэтому буквы расположены так, как есть сейчас.

Конструктивные решения и устоявшиеся нормы

Есть множество факторов, которые должны учитываться при выборе конфигурации, например, техническая сторона и ее ограничения, эргономика, восприятие пользователями и привычные существующие решения. Последнее является самым существенным критерием, так как именно этот фактор обуславливает устоявшийся дизайн, который люди используют в цифровом веке. Творческая мысль дизайнера ограничена лишь размерами экрана. Посмотрите на приложения в своем Айфоне или Андроиде. Вы заметите, что расположения клавиш и в режиме телефонного набора, и в приложении «Калькулятор» полностью идентичны тем, что были изобретены столетие назад.

Почему это так? Единственное логичное объяснение тому, почему в цифровых устройствах все еще используется один и тот же устоявшийся дизайн, заключается в том, что люди более охотно используют привычный интерфейс вместо того, чтобы заново учиться пользоваться чем-то новым. Возможно, эти интерфейсы воплощают максимально возможное для них удобство.

Довольно интересно то, что в ранних версиях iOS и Android при вводе цифр в текстовое поле, например на сайтах, использовалась телефонная клавиатура (см. скриншоты ниже), а в более поздних версиях использовалась клавиатура со специальными символами. В шлеме виртуальной реальности Oculus Go для числового ввода используется клавиатура калькулятора (я тестировал его в веб-версии).

Так почему же Apple и Google все еще выпускают телефоны с традиционной клавиатурой, сохраняя абсолютно одинаковое расположение букв под цифрами? Неужели невозможно создать специальную цифровую клавиатуру для телефонов, в которой наиболее оптимально будут использоваться нажатия большим пальцем? Или особую клавиатуру, предназначенную для манипуляторов, используемых в VR-устройствах? 

Ни один вариант традиционной клавиатуры не выигрывает в скорости набора, единственное их преимущество – простота использования. Наиболее вероятная причина – отлаженная и предсказуемая технологии производства и использование готовых шаблонов программного обеспечения: смартфоны наследуют клавиатуру телефонов, Oculus и Xbox следуют формату десктопных приложений.

Хронология

• 1642: Суммирующая машина Блеза Паскаля. 

• 1822: Концепция  устройства с клавиатурой из девяти цифровых клавиш

• 1844: Клавиатура счетной машины Швильге, первая цифровая клавиатура в истории 

• 1857: Аппарат Томаса Хилля, прародитель комптометра

• 1874: Компания E. Remington & Sons наладила производство и продажу новой модели пишущей машинки Шуолза и Глиддена

• 1879: Первый в истории кассовый аппарат Ритти

• 1885: Комптометр, первый вычислительный аппарат с раскладкой клавиатуры от 9 до 1

• 1887: Первые прототипы индивидуальных телефонов с кнопочным набором

• 1887: Выпуск кассового аппарата Model 79 с вертикальными рядами клавиш

• 1902: Аппарат Далтона, первый прибор с десятью клавишами (включает цифру 0)

• 1914: Первый 10-кнопочный прибор с расположением «3×3+1», изобретатель Сандстренд.

• 1919: Компания Western Electric & AT&T представляет телефоны с дисковым набором

• 1940: В калькуляторе Olivetti Dividisumma появляется операция деления

• 1940: Перфокарточная машина IBM с 10 кнопками, в верхнем ряду расположены цифры 1-2-3

• 1955: Компания AT&T начинает тестировать телефоны с кнопочным набором

• 1963: Компания Bell представляет десятикнопочные телефоны

• 1963: Canon представляет прототип первого электронного калькулятора с цифровым дисплеем

• 1966: Компания Sharp/Facit запускает производство электронного калькулятора с цифровым дисплеем

• 2007: Apple представляет iPhone со встроенным калькулятором

Справочные материалы

• Bellis, M. (2013). The History of the Computer Keyboard — From an Inventor Perspective. [online] Theinventors.org. Available at: http://theinventors.org/library/inventors/blcomputer_keyboard.htm [Accessed 9 Jun. 2018].

• Bellis, M. (2018). Who Invented the Cash Register? [online] Thoughtco.com. Available at: https://www.thoughtco.com/cash-register-james-ritty-4070920 [Accessed 9 Jun. 2018].

• Durant, W. (2011). [1912 Dalton Adding, Listing and Calculating machine]. [online] The Portal to Texas History. Available at: https://texashistory.unt.edu/ark:/67531/metapth969/ [Accessed 9 Jun. 2018].

• Dalakov, G. (2018). History of Computers, Computing and Internet. [online] Available at: https://history-computer.com [Accessed 9 Jun. 2018].

• Lutz, M. C., & Chapanis, A. (1955). Expected locations of digits and letters on ten-button keysets. Journal of Applied Psychology, 39(5), 314–317.

• R. L. Deininger (1960). Human factors engineering studies of the design and use of pushbutton telephone sets. The Bell System Technical Journal, 995–1012.

• Meehan J. R. (1952). How to Use the Calculator and the Comptometer. Published by Gregg Publishing Division, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1–4