Näppäimistö

Näppäimistö on tiedon syöttämiseen tarkoitettu laite, joka koostuu sormilla painettavista näppäimistä. Näppäimistöjä on monissa teknisissä laitteissa, kuten tietokoneissa, kirjoituskoneissa ja laskimissa.
Tietokoneiden näppäimistöt muistuttavat yleensä perusasettelultaan kirjoituskoneiden näppäimistöjä, mutta niissä on enemmän näppäimiä. Eri tietokoneperheissä käytetyt näppäimistöt eroavat jonkin verran toisistaan, mutta nykyisin erot ovat suhteellisen vähäiset. PC-tyyppisissä tietokoneissa on ollut käytössä kolme yleistä näppäimistöstandardia, joista nykyisin yleisimmässä on 105 näppäintä, mutta joissain uusimmissa malleissa voi olla vielä erityisiä lisänäppäimiä. PC-näppäimistöjä voi usein käyttää myös muissa koneissa.
Ergonomiseksi näppäimistöksi voidaan kutsua keskeltä taitettua mallia, jonka on tarkoitus vähentää ranteisiin kohdistuvaa rasitusta.

Historia

Ensimmäinen näppäimistö tietokoneeseen yhdistettiin 4.7.1956 Whirlwind I:een, jolloin ohjelmoijat pääsivät syöttämään koneeseen käskyjä suoraan ilman reikäkortteja tai katkaisimia.

Vaihtoehtoiset asettelut

Qwerty-näppäimistön rinnalle on esitetty vaihtoehtoisia malleja kuten portugalilainen HCESAR, mutta ne eivät ole saavuttaneet yhtä suurta suosiota.

PC-näppäimistö

Tyypillinen suomalainen PC-näppäimistö perustuu Qwerty-näppäimistöasetteluun, jossa on perusnäppäimistön lisäksi erikoisnäppäimiä. Kaikkiaan näppäimiä on tavallisesti 101–105. 
Näppäimiin on merkitty kirjaimia ja muita merkkejä, joita perinteisesti kutsutaan kaiverruksiksi (vaikka nykyään niitä ei enää aivan sananmukaisesti kaiverreta näppäimiin). Kaiverrukset auttavat löytämään ja muistamaan oikeat näppäimet, kun järjestelmään halutaan syöttää tekstiä. Näppäimillä tuotettavat merkit eivät kuitenkaan ole kiinteästi sidoksissa näppäinkaiverruksiin, vaan riippuvat ohjelmallisesta näppäinasettelusta, jota voidaan haluttaessa muuttaa. Tietokoneen asetuksia vaihtamalla tavallisen Qwerty-näppäimistönkin voi siis hyvin laittaa tuottamaan vaikkapa kyrillisiä kirjaimia, kunhan tietokoneeseen on asennettu asianmukaiset näppäimistökartat, merkistöt ja fontit. Tällöin haluttujen kirjainten löytäminen näppäimistöstä voi tosin olla hankalaa, kun näppäinten tuottamaa syötettä ei voi päätellä päältäpäin.

Palautusnäppäin ja askelpalautin

Oikeanpuoleisen vaihtonäppäimen yläpuolella on normaalia näppäintä selvästi isompi palautusnäppäin Return, nykyään englanniksi useammin ↵ Enter, eli kappaleenvaihtonäppäin, jonka symbolina on vasemmalle kääntyvä kulmanuoli ↵. Palautusnäppäimen nimi periytyy vanhoista kirjoituskoneista, joissa paperitela piti aina riviä vaihdettaessa palauttaa lähtöasentoon. Nykyaikaisissa tekstinkäsittelyohjelmissa palautusnäppäin tuottaa yleensä näkymättömän kirjoitusmerkin, joka osoittaa tietokoneelle kappaleen päättyvän, mutta joissain muissa ohjelmissa palautusnäppäin tuottaa pelkän rivinvaihtomerkin. (Kappaleenvaihto ja rivinvaihto voivat äkkiseltään vaikuttaa samalta asialta, mutta teknisesti ne ovat eri asioita. Myös tekstinkäsittelyohjelmissa palautusnäppäin tuottaa pelkän rivinvaihdon, jos samalla pitää vaihtonäppäintä alhaalla.)
Palautusnäppäimen yläpuolella on askelpalautin ← Backspace, jota symboloi vasemmalle osoittava nuoli ←. Myös askelpalauttimen nimi periytyy kirjoituskoneista, joissa vastaava näppäin siirsi paperitelaa yhden askelen verran takaisinpäin. Nykyaikaisissa tekstinkäsittelyohjelmissa askelpalautin pyyhkii pois kohdistinta edeltävän merkin. Selaimissa tai tiedostonhallinnassa sen avulla voi yleensä palata edelliselle sivulle tai ylemmälle hakemistotasolle.

Sarkain

Ylimmän kirjainrivin vasemmalla puolella on niin sanottu sarkain- eli tabulointinäppäin, jossa tavallisesti on oikealle osoittava, pystyviivaan päättyvä nuoli [⇥] ja sen yläpuolella samanlainen mutta vasemmalle osoittava nuoli [⇤] ilmaisemassa, että vaihtonäppäimellä vaikutus kääntyy päinvastaiseksi. Sarkainnäppäimen tarkoitus vaihtelee käytettävän ohjelman mukaan, mutta esimerkiksi tekstinkäsittelyohjelmissa se tuottaa tavallisesti näkymättömän merkin, joka ohjaa kohdistimen eli kursorin asettumaan erikseen asetettavaan sarkainkohtaan. Toisaalta taulukoissa sarkainnäppäin ei tuota minkäänlaista merkkiä, vaan sen avulla siirretään kohdistinta solusta toiseen.

Näppäimistöön merkitsemättömien kirjainten ja merkkien tuottaminen

Näppäimistön merkinnät eivät yleensä kerro koko totuutta käytettävissä olevasta merkkivalikoimasta. Nykyaikaisissa Suomen oloihin kotoistetuissa tietokonejärjestelmissä esimerkiksi Alt Gr -näppäin yhdessä Ö-näppäimen kanssa saattaa tuottaa niin sanotun tanskalaisen Ö:n (Ø), vaikkei sitä olisikaan näppäimistöön erikseen merkitty. Tämä näppäinyhdistelmä toimii ainakin laajennetussa suomalaisessa näppäimistössä, joka on vuonna 2008 vahvistettu kansalliseksi standardiksi. Niin sanottu hattu saadaan samassa näppäimistöasettelussa pitämällä Alt Gr:ää pohjassa ja painamalla samaan aikaan suoran heittomerkin näppäintä. Kun tämän jälkeen painetaan esimerkiksi S-näppäintä, saadaan tarkkeellinen kirjain š.

Komento- ja ohjausnäppäimet

Näppäimistön alimmalla rivillä välilyöntinäppäimen vasemmalla puolella ovat kontrolli- eli ctrl-näppäin (control, suom. ohjaus), meta-näppäin (jota yleensä kutsutaan windows-näppäimeksi, koska siinä on Windows-käyttöjärjestelmän logo) ja alt-näppäin (alternate, vaihtoehtoinen), joita voidaan käyttää yhdessä muiden näppäinten kanssa antamaan käyttöjärjestelmälle ja ohjelmille komentoja. Macintosh-näppäimistössä meta-näppäimen tilalla on "cmd" komento-näppäin, jonka avulla voidaan suorittaan erilaisia näppäinkomentoja. Ikkunoiduissa, graafisissa käyttöliittymissä ne tarjoavat näppärän oikotien, niin ettei käyttäjän tarvitse aina ruveta hakemaan komentoja valikoista hiiren avulla, mutta toisaalta käyttäjän on opeteltava näppäinyhdistelmät ulkoa, ennen kuin niistä on iloa. Välilyöntinäppäimen ja erikoismerkkien kirjoittamiseen tarvittavan alt gr -näppäimen oikealla puolella on vielä toinen windows- ja ctrl-näppäin ja usein niiden välissä niin sanottu menunäppäin (valikkonäppäin), jonka toiminta vastaa hiiren kakkospainiketta. 
Perusnäppäimistöosan yläpuolella vasemmassa kulmassa on esc-näppäin (engl. escape, ’pako, poispääsy’) eli poistumisnäppäin, jolla toisinaan voi keskeyttää tietokoneen suorittaman toiminnon, mutta joissain ohjelmissa sillä saattaa olla muita erityistehtäviä. Esc-näppäimen oikealla puolella on rivistö funktio- eli toimintonäppäimiä (F1–F12), joihin voi liittyä lisää ohjelmakohtaisia erityiskomentoja: esimerkiksi F1-näppäin tuo tyypillisesti esiin käytettävän ohjelman ohjeistusta. Ensimmäisissä PC-koneiden näppäimistöissä (PC/XT) toimintonäppäimiä oli vain kymmenen, ja ne olivat näppäimistön vasemmassa reunassa parijonossa. Toimintonäppäinrivin oikeassa reunassa on yleensä vielä muutama erikoisnäppäin: print screen- (joka Windowsissa kopioi näytöstä kuvan leikepöydälle), scroll lock- ja pause/break-näppäimet.
Perusnäppäimistöosan oikealla puolella on tavallisesti kohdistimen ohjausnäppäimiä: neljä erillistä nuolinäppäintä (arrow keys) ja niiden yläpuolella näppäimet home (jolla kohdistin siirtyy rivin alkuun), end (rivin loppuun), page up (edelliselle sivulle) ja page down (seuraavalle sivulle). Samaan näppäinryhmään kuuluva insert-näppäin asettaa tekstinsyötön niin sanottuun päällekirjoitustilaan, jolloin jokainen vanhan tekstin lomaan lisättävä merkki korvaa sen alle jäävän vanhan merkin, sen sijaan että uudet merkit työntäisivät vanhaa tekstiä edellään, kuten tavallisesti. Delete-näppäin puolestaan poistaa kohdistinta seuraavan merkin kirjoittamatta mitään tilalle.
Samat kohdistimen ja tekstinsyötön ohjausnäppäimet sisältyvät myös näppäimistön oikeassa laidassa olevaan erilliseen numeronäppäimistöön, vaikka niiden asettelu on erilainen. Numeronäppäimistön vasemmassa ylänurkassa on lisäksi num lock -näppäin, joka toimii samaan tapaan kuin kirjainnäppäimiin vaikuttava caps lock: sen avulla numeronäppäimistön voi lukita laskinmaiseksi näppäimistöksi, jolla voi yksikätisesti syöttää lukuja ja laskea yksinkertaisia aritmeettisia perusyhtälöitä (yhteen-, vähennys-, kerto- ja jakolaskuja). 
Kannettavien tietokoneiden näppäimistössä on yleensä hieman vähemmän näppäimiä ja erilainen näppäinjärjestys. Esimerkiksi erillinen numeronäppäimistö puuttuu yleensä tilansäästön vuoksi kokonaan. Niin sanotuissa multimedianäppäimistössä on lisäksi joitakin ohjelmoitavia erikoisnäppäimiä esimerkiksi äänenvoimakkuuden säätöön sekä selaimen ja yleisimpien apuohjelmien käynnistykseen ja sammuttamiseen.

Kytkimet

The Handbook of Human-Computer Interaction suosittelee, että näppäinten liikkeen tulisi olla 1,3–6,4 mm ja painallukseen käytettävän voiman 28–142 g. Tutkimusten mukaan käyttäjät eivät ole tarkkoja näiden suhteen vaan sopeutuvat kulloiseenkin tilanteeseen.

Kalvokytkin

Tavallisimpien näppäimistöjen kytkimet perustuvat kalvoon. Tässä rakenteessa näppäinhatut on sijoitettu kumisten kupujen päälle. Kupujen alla on kerroksittainen muovikalvo. Näppäinhatun painuessa alas kupu painuu alas ja painaa ensimmäisen kalvon läpi eristekalvosta yhteen alimman kalvon kanssa, minkä kone tulkitsee merkin annoksi. Painalluksen hellittäessä kumikupu palauttaa näppäinhatun alkuasentoonsa. Tässä mallissa näppäinhattu liikkuu täydet 2,5–4,0 mm.
Tämä rakenne on halpa valmistaa, mutta muihin verrattuna se ei ole kovin kestävä: näille malleille on luvattu iäksi ainoastaan 1–10 miljoonaa painallusta. Ajan myötä kumi voi kovettua ja tuntuma muuttuu kovemmaksi tai pehmeämmäksi.
Joissakin kalvokytkimissä on yksinkertaisempi rakenne, jossa kolmen muovikalvon asemasta käytetään sähköä johtavaa kumia.
Joistakin malleista hattu ja kupu puuttuvat kokonaan.

Saksikytkin

Kalvokytkimen alalaji on saksikytkin. Tätä tyyppiä käytetään kannettavien tietokoneiden näppäimistöissä.
Saksimekanismin vaikutuksesta näppäinhattu liikkuu vain 2 mm. Liike tuntuu kalvomallia vakaammalta, ja näppäimet palautuvat voimakkaammin.
Tämä malli on hieman kalvomallista kalliimpi. Sen käyttöikä on 1–20 miljoonaa painallusta.

Lineaarinen mekaaninen kytkin

Lineaarinen mekaaninen kytkin ei ilmaise erikseen, missä vaiheessa signaali on lähtenyt. Vaadittava painalluksen voima pysyy samana koko matkan. Esimerkkejä: Deck; Cherryn mustakantaisilla kytkimillä varustetut näppäimistöt.

Mekaaninen kytkin, jossa on kevyt tuntuma

Nämä mallit antavat kosketuspalautetta ja naksuvat, mutta erehdyttävän vaisusti. Esimerkki: Cherryn ruskeakantaisilla kytkimillä varustetut näppäimistöt. Ruskea kanta näkyy mm. I-Rocks Technologyn mallissa KR-6230.

Kosketustuntuman antavat mekaaniset kytkimet

Näissä malleissa on tuntuva palaute ja selvä naksu. Esimerkkejä: SteelKeys 6G, Cherryn sinikantaisilla kytkimillä varustetut näppäimistöt.

Kuuluvaa palautetta antavat mekaaniset mallit

Ääni on kovempi, mutta yleensä suurempaa voimaa ei tarvita niillä kirjoittamiseen. Esimerkki: Strongman-kytkimillä varustetut mallit, kuten Cherry SMK85.

Jäykät ja kovaääniset mekaaniset kytkimet

Tämäntyyppisten näppäimistöjen tuntuma muistuttaa IBM Selectric -kirjoituskonetta.
Nämä mallit ovat harvinaisia nykyään, mutta ne olivat suosittuja tietokoneiden alkuaikoina. 
Monet vannovat näiden mallien nimiin edelleen. Vastaavan hyödyn voi kuitenkin saada uudemmista, kosketustuntumalla varustetuista mekaanisista näppäimistöistä.
Esimerkki: Käyristyvään jouseen perustuva IBM:n alkuperäinen malli "M" painaa yli kaksi kiloa. Nykyään samoja näppäimistöjä valmistaa Unicomp.

Näppäimistömatriisi

Näppäimistön kytkimet on tyypillisesti kytketty matriisiin. Näppämistön kaikkien näppäinten kytkeminen suoraan näppäimistöä ohjaavan mikrokontrollerin tai vastaavan pinneihin on mahdotonta. Tämän vuoksi näppäimistön kytkimet on järjestelty matriisiin, jonka linjoja skannataan millisekuntien välein.
Tekniikasta aiheutuu eräitä ongelmia, kuten ghosting, jossa näppäimenpainalliksia katoaa kun useita näppäimiä painetaan pohjaan.

Liitännät

Erillisen näppäimistön liitäntöjä on lukuisia erilaisia. PC-koneissa liitin on aluksi ollut iso ja pyöreä DIN5-liitin, IBM PS/2-koneiden myötä pienempi pyöreä PS/2-liitin ja nykyisin usein USB-liitin. Applen tietokoneet ovat aiemmin käyttäneet ADB-liitintä, Sunin työasemat sarjaliitäntään perustuvia DB15 (Sun3-koneet) ja MiniDIN8-liittimiä (Type 5 -näppäimistöt). Nykyisin yleisimmät käytössä olevat liitännät ovat USB sekä PS/2.
Liitäntä voi olla myös johdoton infrapuna- tai radioyhteydellä (esim. Bluetooth) varustettu näppäimistö. Enemmistö langattomista näppäimistöistä perustuu kuitenkin langan päässä sijaitsevaan vastaanottimeen.

Muoto

Näppäimistön muoto vaikuttaa kirjoitustehoon ja virheiden määrään. Tutkimusten mukaan paras muoto on sivulta katsottuna kaareva;  toiseksi paras profiili on porrastettu. Tasainen profiili on kaikkein huonoin.
Tutkimuksissa kaikki käyttäjät pitävät jonkin verran kallistetusta näppäimistöstä. Puolelle tutkimuksiin osallistuneista sopivin kulma on 15–25°. Sopiva kulma riippuu istuimen korkeudesta ja käyttäjän omasta pituudesta.

Näppäimet

Useimmissa näppäimistöissä näppäimen muoto on kaareva tai kovera. On olemassa myös litteitä näppäimistöjä.
Näppäinten keskikohtien tulisi olla vähintään 19 mm:n päässä toisistaan, sillä tiheämpi asettelu hidastaa kirjoittamista. ANSI-standardi suosittelee, että näppäimen koko on 12 × 12 mm.