Como funcionam os teclados de computador

Introdução

Quando você observa todos os extras e as opções disponíveis nos novos teclados de computador, pode ser difícil acreditar que o seu design original tenha vindo das máquinas de escrever mecânicas, que não usavam nem eletricidade. Agora é comum comprar teclados ergonômicos, que se parecem muito pouco com os modelos comuns retangulares que conhecemos com teclas quadradas. Alguns modelos têm iluminação, dobram e têm partes deslizantes, outros oferecem opções para programar as suas próprias teclas e atalhos.

Teclado comum para Windows

A maioria dos teclados usa uma tecnologia parecida: eles usam chaves e circuitos para converter as batidas nas teclas em um sinal que o computador possa entender. Neste artigo, vamos explorar a tecnologia do teclado juntamente com os diferentes layouts de teclas, opções e estilos

Fundamentos do teclado

A principal função do teclado é atuar como um dispositivo de entrada. Usando um teclado, uma pessoa pode digitar um documento, usar teclas de atalho, acessar menus, jogar e fazer muitas outras tarefas. Os teclados podem ter teclas diferentes dependendo do fabricante, do sistema operacional para o qual foram projetados e se são conectados a um computador de mesa (desktop) ou a um laptop. Na maioria dos casos, essas teclas ("keycaps") são do mesmo tamanho e formato em todos os teclados. Não importa qual língua ou alfabeto as teclas representam, elas obedecem a um padrão de distância uma da outra. A maior parte dos teclados tem entre 80 e 110 teclas, incluindo:

• teclas de digitação
• um teclado numérico
• teclas de função
• teclas de controle

As teclas de digitação incluem as letras do alfabeto, geralmente dispostas seguindo o mesmo padrão usado para as máquinas de escrever (em inglês). Diz a lenda que nesta disposição conhecida como QWERTY, por causa das sua primeiras seis letras, as teclas da primeira fileira foram estabelecidas como padrão porque evitava o travamento do mecanismo das antigas e rudimentares máquinas de escrever. Esta história é questionada e, seja ela verdadeira ou não, o padrão QWERTY já tinha sido estabelecido quando os teclados dos computadores apareceram.

Imagem cedida pelo HSW Shopper Este teclado sem fio da Logitech usa uma disposição QWERTY

Os teclados também podem usar uma variedade de outros arranjos de teclas. O mais conhecido é o Dvorak, que recebeu o nome de seu criador, August Dvorak. Uma disposição Dvorak coloca todas as vogais do lado esquerdo do teclado e as consoantes mais comuns do lado direito. As letras mais usadas se encontram ao longo da fileira principal (home row). A fileira principal é aquela em que você coloca os seus dedos quando começa a digitar. As pessoas que preferem a disposição Dvorak dizem que ela aumenta a velocidade da digitação e diminui a fadiga. Outras disposições incluem a ABCDE, XPeRT, QWERTZ e AZERTY. Cada uma recebendo o nome das primeiras teclas do padrão. Os arranjos QWERTZ e AZERTY são normalmente usados na Europa.
O teclado numérico é uma adição mais recente ao teclado do computador. Com o aumento do uso dos computadores no ambiente de negócios, também aumentou a necessidade de entrada rápida dos dados. Já que uma boa parte dos dados eram números, um conjunto de 17 teclas, colocadas na mesma configuração que a das máquinas de calcular, foi acrescentado ao teclado.

As teclas de controle do teclado da Apple incluem uma tecla de "Comando"

Em 1986, a IBM aumentou ainda mais o seu teclado básico, acrescentando as teclas de função e controle. Aplicativos e sistemas operacionais podem designar comandos específicos às teclas de função. As teclas de controle permitem o controle de cursor e tela. Quatro teclas de setas dispostas em formação de T invertido entre as teclas de digitação e o teclado numérico movimentam o cursor na tela em intervalos pequenos.

Imagem cedida por Art Lebedev StudioTeclas de seta do teclado Optimus OLED

Outras teclas de controle comuns são: 

• Home
• End
• Insert
• Delete
• Page Up
• Page Down
• Control (Ctrl)
• Alternate (Alt)
• Escape (Esc)

Imagem cedida por Art Lebedev Studio Teclado Optimus com teclas quentes programáveis

O teclado do Windows acrescenta algumas teclas de controle extra: duas teclas Windows ou Start e uma de Aplicação. Os teclados Apple, por outro lado, têm teclas de Comando (também conhecidas como "Apple Keys"). O teclado desenvolvido para os usuários do Linux vem com teclas quentes ( "Key hots") específicas para o Linux (em inglês), inclusive uma que tem o pingüim "Tux" estampado, a logomarca ou mascote do Linux.

O interior do teclado

O teclado é algo como um computador em miniatura. Um teclado tem seu próprio processador e um circuito que carrega informação do processador e para o processador. Uma grande parte deste circuito compõe a matriz de teclado.

O microprocessador e o circuito controlador de um teclado

A matriz de teclado é uma grade de circuitos embaixo das teclas. Em todos os teclados (exceto os modelos capacitivos, que discutiremos na próxima seção), cada circuito é interrompido em um ponto abaixo de cada tecla. Quando você pressiona uma tecla, ela pressiona uma chave, completando o circuito e permitindo que uma pequena corrente flua. O movimento mecânico da chave causa uma vibração, chamada de bounce, que o processador filtra. Se você pressionar e segurar uma tecla, o processador irá reconhecê-la como o equivalente a pressionar a tecla repetidamente.
Quando o processador encontra um circuito fechado, ele compara o local deste circuito na matriz de teclado ao mapa de caracteres na sua memória de apenas leitura (ROM). Um mapa de caracteres é basicamente uma tabela de consulta. Ela informa o processador sobre a posição de cada tecla na matriz e o que cada toque de tecla ou combinação de toques de teclas representa. O mapa de caracteres, por exemplo, permite ao processador saber que quando a tecla a é pressionada sozinha, isto corresponde a uma letra "a" minúscula, mas que o Shift e a tecla a pressionadas juntas correspondem à letra "A" maiúscula.

A matriz de teclado

Um computador também pode usar mapas de caracteres múltiplos, sobrepondo os encontrados no teclado. Isto pode ser muito útil, por exemplo, se uma pessoa está digitando em uma língua que usa letras que não tem equivalentes em português, em um teclado com letras em português. As pessoas também podem configurar que seus computadores interpretem sua digitação como se estivessem digitando em um teclado Dvorak, mesmo que suas teclas estejam na disposição QWERTY. Além disso, os sistemas operacionais e aplicativos têm configurações de acessibilidade de teclado, que permitem que as pessoas mudem a configuração de seus teclados de acordo com suas necessidades. 

Chaves de teclado

Os teclados usam uma variedade de tecnologias de chaves. As chaves capacitivas são consideradas não-mecânicas porque não completam o circuito fisicamente, como a maioria das tecnologias de teclados. Ao invés disso, a corrente passa constantemente por todas as partes de uma matriz de teclado. Cada tecla é presa a uma mola que tem uma pequena placa presa na parte de baixo. Quando se pressiona a tecla, essa placa se aproxima da placa de baixo. Quando as duas placas se aproximam uma da outra, a corrente que passa pela matriz se altera. O processador detecta a mudança e a interpreta como uma tecla pressionada para este local. Os teclados capacitivos são caros, mas têm uma vida útil maior do que qualquer outro tipo de teclado. Eles não têm problemas de bounce porque as duas superfícies nunca entram em contato. Todos os outros tipos de chaves usadas nos teclados são de natureza mecânica. Cada uma fornece um nível diferente de resposta (os sons e sensações que o digitar cria). As chaves mecânicas incluem:

• domo de borracha
• membrana
• contato metálico
• elemento de espuma

Teclado com chaves do tipo domo de borracha

Chaves de domo de borracha são muito comuns. Elas usam domos de borracha pequenos e flexíveis, cada uma com um centro de carbono rígido. Quando se pressiona a tecla, um êmbolo embaixo dela é empurrado de encontro ao domo e o centro de carbono é pressionado contra uma superfície rígida e lisa abaixo da matriz de teclado. Enquanto a tecla estiver pressionada, o centro de carbono completará o circuito. Quando a tecla for solta, o domo de borracha volta ao seu tamanho original, forçando a tecla de volta para a sua posição de descanso. Os teclados de chaves de mola de borracha são baratos, têm uma boa resposta tátil e são relativamente resistentes à derramamentos de líquidos e à corrosão devido à cobertura de borracha da matriz de teclado.
Ao invés de ter uma chave para cada tecla, os teclados de membrana usam uma membrana contínua que se estende de uma extremidade a outra. Um padrão impresso na membrana completa o circuito quando a tecla é pressionada. Alguns teclados de membrana usam uma superfície lisa impressa com as representações de cada tecla ao invés de capas de tecla. Eles não têm uma boa resposta tátil e sem componentes mecânicos adicionais, não fazem o som de clique que algumas pessoas gostam de ouvir quando estão digitando. Contudo, sua fabricação é barata.
Teclados de contato de metal e elemento de espuma são cada vez mais raros. As chaves de contato de metal têm uma tecla provida de uma mola, com uma tira de metal na parte de baixo do êmbolo. Quando a tecla é pressionada, a tira de metal conecta as duas partes do circuito. Uma chave de elemento de espuma tem basicamente o mesmo projeto, mas com um pedaço de espuma esponjosa entre a parte de baixo do êmbolo e a tira de metal, fornecendo uma resposta tátil melhor. Ambas as tecnologias têm boa resposta tátil, fazem "cliques" satisfatórios e são baratas de se produzir. O problema é que os contatos tendem a se desgastar ou corroer mais rápido do que em teclados que usam outras tecnologias. Também não há nenhuma barreira que evite que a poeira ou os líquidos entrem em contato direto com o circuito da matriz de teclado. 

Teclados diferentes dos tradicionais

Muitas modificações no design dos teclados tradicionais são uma tentativa de fazê-los mais seguros ou mais fáceis de usar. Algumas pessoas, por exemplo, têm associado o uso crescente do teclado com as lesões por esforço repetitivo (LER), apesar de estudos científicos terem produzido resultados conflitantes. Designs ergonômicos de teclado mantêm as mãos de uma pessoa em uma posição mais natural enquanto digita, para evitar lesões. Mesmo assim, estudos discordam sobre a sua capacidade real de evitar a lesão.

Imagem cedida por Safe TypeO teclado Safe Type coloca as duas metades do teclado perpendiculares à superfície da mesa

Os teclados ergonômicos mais simples se parecem com os teclados tradicionais que foram divididos ao meio, mantendo as mãos da pessoa longe uma da outra e alinhando os punhos com os antebraços. Os designs mais complexos colocam as duas metades do teclado em ângulos variados um em relação ao outro e em relação à superfície onde o teclado fica. Alguns vão ainda mais além, colocando as duas metades do teclado nos apoios de braço das cadeiras ou as fazendo totalmente perpendiculares à superfície da mesa Outros, como o Datahand (em inglês), não se parecem nada com um teclado.

Imagem cedida por Saitek Botões do teclado retroiluminado Saitek Truview

Algumas modificações, apesar de não serem necessariamente ergonômicas, são projetadas para tornar os teclados mais portáteis, mais versáteis ou simplesmente mais interessantes:

• Das Keyboard (em inglês) - é um teclado completamente preto, com teclas com pesos diferentes que precisam de uma pressão maior dos dedos mais fortes e menos pressão dos mais leves.
• Teclado Virtual a Laser (em inglês) - projeta uma representação de um teclado em uma superfície lisa. Quando usado corretamente, os dedos da pessoa passam por um feixe de luz infravermelha sobre uma superfície projetada e um sensor interpreta isto como um toque na tecla.
• Teclado True-touch Roll-up (em inglês) - é flexível e pode ser enrolado para caber em uma mochila ou em uma bolsa.
  

  Teclado Blue retroiluminado "ligado"

  
  

  Teclado Blue retroiluminado "desligado"

• Teclados iluminados usam diodos emissores de luz ou um filme eletro-luminescente para emitir luz através das teclas ou espaços entre as teclas.
  

  Imagem cedida por Art Lebedev StudioTeclas quentes programáveis do teclado Optimus

• O teclado Optimus (em inglês) tem diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) nas teclas. Os usuários podem mudar a letra, comando ou ação que cada tecla representa, e o OLED pode se modificar para mostrar novas informações.

Do teclado para o computador

Quando você digita, o processador no teclado analisa a matriz de teclado e determina quais caracteres enviará ao computador. Ele mantém estes caracteres na memória buffer e então envia estes dados.

Conector de teclado do tipo PS/2

Muitos teclados se conectam ao computador por meio de um cabo com o conector PS/2 ou USB (Universal Serial Bus). Os laptops usam conectores internos. Não importa que tipo de conector seja usado, o cabo precisa levar energia ao teclado e também precisa levar sinais do teclado de volta para o computador.
Os teclados sem fio, por outro lado, conectam-se ao computador através de raios infravermelhos (IR), rádiofreqüência (RF) ou conectores Bluetooth. Conexões IR e RF são parecidas com as que vamos encontrar em um controle remoto. Não importa que tipo de sinal eles usam, os teclados sem fio precisam de um receptor, seja embutido ou conectado a uma porta USB, para se comunicarem com o computador. Como eles não têm uma conexão com o computador, eles possuem também uma conexão de energia AC ou usam baterias para energia.

Teclado Microsoft sem fio

Este teclado Microsoft sem fio funciona à bateria

Seja através de um cabo ou sem fio, o sinal do teclado é monitorado pelo controlador de teclado do computador. Este é um circuito integrado (IC) que processa todos os dados que vêm do teclado e os transfere para o sistema operacional. Quando o sistema operacional (OS) é notificado que há dados do teclado, ele faz uma verificação para ver se os dados do teclado são um comando de nível de sistema. Um bom exemplo disto é Ctrl-Alt-Delete em um computador Windows, que reinicia o sistema. Então o sistema operacional passa os dados do teclado para o aplicativo em questão.
O aplicativo determina se o dado do teclado é um comando, como Alt-f, que abre um menu de arquivos em um aplicativo do Windows. Se o dado não for um comando, o aplicativo aceita-o como conteúdo, que pode ser desde uma digitação em um documento até uma entrada em uma página da Internet para fazer uma operação. Se um aplicativo em questão não aceitar os dados do teclado, ele simplesmente ignora a informação. Todo este processo, de pressionar uma tecla até dar entrada no conteúdo de um aplicativo, acontece quase instantaneamente.