Представьте себе клавиатуры телефона и калькулятора. Можете вспомнить о том, чем они различаются, никуда не подсматривая? Если вам это не удалось — ничего страшного. Большинство из нас так привыкло к распространённым устройствам ввода данных, что попросту не отдаёт себе отчёта в том, что на калькуляторе, если сравнить его с телефоном, клавиши расположены в обратном порядке. Верхний ряд кнопок калькулятора содержит клавиши 7-8-9, а верхний ряд клавиатуры телефона — клавиши 1-2-3. В том, что эти две клавиатуры, представлены ли они в виде физических устройств или в виде приложений, устроены по-разному, нельзя усмотреть каких-то логических причин. Почему они выглядят именно так?

Клавиатура телефона (слева) и клавиатура калькулятора (справа)

Между этими клавиатурами, как видите, имеется незначительное, но загадочное различие, учитывая то, что служат они одной и той же цели — вводу чисел. Работа с этими клавиатурами выглядит абсолютно одинаково, поэтому причина их различия оказывается не вполне понятной. Здравый смысл подсказывает, что тут сыграли роль какие-то технологические ограничения. Возможно, клавиатуры выглядят именно так из-за патентной борьбы между изобретателями. Кто-то может попытаться объяснить различие между ними соображениями эргономики.

Полагаю, что ответ на вопрос о причинах различия цифровых клавиатур поможет найти история эволюции устройств, которыми их снабжали. Углубившись в историю, мы сможем узнать о том, какое устройство было изобретено первым, какая из клавиатур повлияла на другую, и, что важнее, о том, кто первым придумал цифровую клавиатуру.

Пишущие машинки, кассовые аппараты и калькуляторы

Однажды я взглянул на клавиатуру и мне захотелось узнать о том, когда, в истории машин, началось использование клавиш. Клавиатура появилась примерно между первой и второй индустриальными революциями (между 1820 и 1920 годами). А некоторые изобретатели уже начали экспериментировать с машинами, напоминающими пианино, в конце 18 века.

Годом появления клавиатуры можно считать 1844, когда француз Жан-Батист Швильге создал первый рабочий прототип счётной машины с клавиатурой. Эта машина использовала первую в мире цифровую клавиатуру, представляющую собой один ряд клавиш с нанесёнными на них цифрами от 1 до 9.


Клавиатура счётной машины Жана-Батиста Швильге, 1844

Справедливости ради, однако, нужно упомянуть двух предшественников Швильге, о которых можно было бы сказать, что интерфейс взаимодействия человека и машины, основанный на цифровой клавиатуре, изобрели именно они. Так, в 1834 году Луиджи Торки, как сообщалось, продемонстрировал прототип деревянной счётной машины, устройство которой напоминало пишущую машинку. В 1822 году Джеймс Уайт в книге «A new century of inventions...» описал устройство, использующее клавиатуру с девятью цифровыми клавишами. Ни то ни другое устройство до наших дней не дошло, у нас нет доказательств того, что они не были лишь плодом чьей-то фантазии.


Клавиатура счётного устройства, описанного Джеймсом Уайтом, 1822

Машину Уайта, даже если она и существовала лишь на бумаге, вполне можно считать самым ранним образцом реализации современного интерфейса с непосредственным управлением. Такой интерфейс позволяет пользователям сосредоточиться на работе с устройством ввода данных, не требуя от них взаимодействия с внутренними механизмами машины. Такой подход отличается от того, который применялся в суммирующей машине Паскаля или в арифмометре Тома де Кольмара.
Надо отметить, что эти «идеи» пока ещё не дают нам объяснения того, почему современные калькуляторы используют именно клавиатуру с обратным расположением чисел от 9 до 0.

Есть мнение, в соответствии с которым калькуляторы спроектированы по образцу кассовых аппаратов. Об этом стоит поразмышлять, так как числа, которые приходилось вводить на таких машинах, представляющие некие денежные суммы, содержали много нулей, что делало клавишу 0 клавишей, которую нажимают чаще всего. Поэтому имело смысл расположить её в самом низу клавиатуры для того, чтобы она была как можно ближе к пальцам оператора.

Хотя такое объяснение, вероятно, содержит некоторую долю правды, аргумент, опирающийся на то, что до нуля, расположенного в нижней части клавиатуры, легче дотянуться, оказывается довольно слабым и не выдерживает проверки фактами. Особенно явно это видно, если учесть, что в ранних образцах кассовых машин, существовавших до 1893 года, не было отдельной клавиши 0 и не было ящика для наличности. К тому же, работа с такими аппаратами была организована не так, как сейчас.

Для того чтобы разобраться в вопросах родства калькуляторов с кассовыми аппаратами, нужно обратиться к истории возникновения последних.

В 1897 году Джеймс Ритти, владелец бара в Дейтоне (штат Огайо, США), обнаружил, что некоторые из его работников подворовывают. Однажды он увидел счётчик оборотов гребного вала парохода, и, под впечатлением от этого зрелища, изобрёл машину, в которой использовались набор цифровых клавиш и нечто вроде часового циферблата. Предок современных кассовых аппаратов не был предназначен для вычислений. Он позволял записывать сведения о продажах и оповещать о них звонком управляющего магазином.

Ранние кассовые аппараты, существовавшие до 1983 года, имели клавиатуры, обычно состоящие из одного или двух горизонтальных рядов клавиш, представлявших такие значения, как 10, 15, 20, 30, 35, и так далее. Эти числа соответствовали ценам товаров, продаваемых в магазинах и барах, выраженным в центах. Три вертикальных ряда клавиш появились лишь с выходом в 1894 году аппарата NCR Model 79.


Клавиатура первого кассового аппарата Джеймса Ритти, 1883

Надо отметить, что существуют и более ранние свидетельства, указывающие на изобретение вертикальной раскладки клавиш.
В 1884 году у Дорра Фелта появилась интересная идея машины, которая могла бы оперировать большими числами. Когда эта идея достаточно развилась, он решился на её реализацию, для начала, воспользовавшись тем, что оказалось под рукой, включая деревянный ящик из-под макарон, который сыграл роль корпуса его машины, названной комптометром. Комптометр имел восемь колонок клавиш с числами от 9 (вверху) до 1 (внизу). Каждая колонка представляла собой десятичную позицию. Помните о том, что 0 всё ещё не присутствовал в последовательности клавиш.

Между тем, кассовые аппараты продолжали развиваться.


Клавиатура комптометра, 1885

А вот здесь история уже становится интереснее. Почему Фелт решил использовать для представления чисел клавиатуру с последовательностью цифр от 9 до 1? В то время такое расположение клавиш нельзя было назвать привычным. В конце концов, тогда не особенно распространены были и знания об арифметических машинах.

Приемлемый ответ на этот вопрос можно сопоставить с некоторыми механическими конструктивными решениями, возможно, связанными с методом дополнений, и с тем фактом, что клавиши приводили в движение рычаги, связанные с вращающимися барабанами. Чем длиннее рычаг — тем сильнее поворачивается барабан. Самый длинный рычаг, таким образом, соответствовал цифре 9, а самый короткий — цифре 1. Тот же принцип, раньше Фелта, применил Пармели.
Вот ещё один подход к ответу на вопрос о расположении цифр на клавишах комптометра. Он основан на современных принципах дизайна и выходит за пределы идеи, объясняющей всё чисто механическими особенностями устройства. Итак, в соответствии с инструкцией к комптометру, предполагалось, что операторы, для того, чтобы ввести «9 центов», не будут нажимать клавишу 9 в самой правой колонке. Вместо этого они нажимали бы, последовательно, клавиши 4 и 5, а машина бы эти числа складывала. Тянуться к клавише 9 в такой ситуации не рекомендовалось, так как это снижало бы скорость вычислений из-за того, что оператору приходилось бы перемещать правую руку, находящуюся в районе нижней части клавиатуры, к её верхней части. Фелт придавал большое внимание эффективности. Это означало, что клавиши, которыми пользуются чаще всего, должны были находиться в пределах досягаемости пальцев оператора. Возникает такое ощущение, что стремление к эффективности и привело к именно такому расположению клавиш комптометра, но интерфейс ввода данных этой машины нельзя признать простым в освоении и использовании.

Для достижения максимальной продуктивности при работе с комптометром и конкурирующими с ним машинами, нужны были хорошо подготовленные операторы. Кроме того, особенно, когда дело доходило до умножения, с подобными устройствами сложно было работать одной рукой.

В 1902 году появилась счётная машина Дальтона, которая стала самой популярной 10-клавишной машиной того времени, сделав менее востребованными калькуляторы, имеющие многоколоночные клавиатуры. Этот аппарат был уменьшенной версией пишущей машинки, его клавиши были расположены в два ряда, по пять штук. Выглядела раскладка клавиатуры странно: в верхнем ряду были цифры 24579, а в нижнем — 13068. Что особенного можно заметить в клавиатуре этого устройства?

Наверняка вы уже это поняли. Тут появился 0, которого мы не видели в ранее рассмотренных клавиатурах.


Клавиатура машины Дальтона, 1902

Машина Дальтона, помимо клавиатуры нового типа, не требующей использования отдельных клавиш для ввода каждого разряда десятичного числа, имела ещё и встроенное печатающее устройство. Бухгалтеры всего мира не могли нарадоваться на столь полезное изобретение. Но, после появления этой машины, разработка устройств для проведения расчётов, конечно же, не остановилась.

В 1914 году Дэвид Сандстрэнд, американец шведского происхождения, подал заявку на патент (№1198487). Цель этого патента была в повышении удобства использования суммирующих машин. Сандстрэнд поменял расположение клавиш, сделав его более «логичным и естественным». Новая раскладка клавиатуры была основана на основном блоке из 9 клавиш, содержащем 3 клавиши по вертикали и 3 по горизонтали. В самом верхнем ряду этого блока были цифры 7-8-9. Ниже этого блока была увеличенная клавиша 0. Работать с такой клавиатурой можно было одной рукой, что сделало её «самой быстрой клавиатурой среди клавиатур всех счётных машин».


Клавиатура машины Сандстрэнда, 1914

Именно эта раскладка и стала стандартом для калькуляторов, который актуален даже теперь, когда с момента её появления прошло уже больше ста лет.

Путь от калькуляторов к телефонам

Можно ли сказать, что калькуляторы, в ходе своей эволюции, повлияли на современные телефоны? Возможно это так, но точного ответа на этот вопрос дать нельзя. Эксперименты с кнопочными телефонами проводили ещё в 1887 году, в компании Bell Telephone Company, которая стоит у истоков телефонной связи. Это было до изобретения Элмоном Брауном Строуджером дискового номеронабирателя. Компания Western Electrics вышла на коммерческую эксплуатацию устройства в 1919. Это продолжалось до 1950-х годов, когда значительно распространилась автоматическая междугородная телефонная связь. Местные номера (обычно состоящие из шести или из меньшего количества цифр) были расширены до семизначных. Междугородный вызов приводил к необходимости набирать 11 чисел.

При увеличении длины телефонных номеров росло число ошибок при совершении звонков, что заставило инженеров AT&T задуматься о том, не происходит ли это из-за неудобности клавиатуры, которой пользуются операторы телефонных служб.


Раскладка клавиатуры, используемой в телефонных службах, 1950-е

В 1955 было проведено исследование, касающееся расположения символов на десятикнопочной клавиатуре, потом, в 1960, было проведено ещё одно подобное исследование телефонных клавиатур. Выводы из этих исследований содержали сведения, способные оказать влияние на дизайн современного телефона. Компания AT&T собиралась перейти на тональный набор, что подразумевало использование устройств, оснащённых клавиатурой для набора номера. Важно было определиться с тем, какая конфигурация клавиатуры лучше всего подойдёт для абонентов.


Раскладки клавиатур, протестированные в исследовании 1960 года

Компания испытала 15 раскладок, используя, в том числе, непривычно выглядящие диагональные, пирамидальные, круговые и горизонтальные способы организации клавиш. Сюда входили и раскладки, применявшиеся в существующих устройствах, в таких, как калькуляторы и перфораторы вроде IBM Model 011. Неожиданным оказалось то, что клавиатура калькулятора показала себя здесь не очень хорошо. Испытуемые предпочитали клавиатуры, на которых цифры расположены слева направо и сверху вниз.
В частности, работа с 2-рядной горизонтальной клавиатурой (5-5-H) оказалась такой же быстрой, как и с клавиатурой, выглядящей как современная, с раскладкой 3x3+1, различия между ними были очень небольшими. AT&T выбрала именно раскладку 3x3+1, возможно, из-за того, что она более компактна и универсальна.

Обратите внимание на слово «возможно» в предыдущем предложении. Оно пригодится нам и немного ниже. Оба исследования не давали окончательного ответа на вопрос об идеальной клавиатуре. И в Великобритании начали использовать клавиатуру вида 5-5-H, возможно, из-за патентных ограничений.


Британская клавиатура 5-5-H, 1960-е


Клавиатура одного из первых 10-кнопочных перфораторов IBM Model 011, 1940-е

В связи с двумя вышеупомянутыми исследованиями интересно отметить следующее: буквы никогда не играли заметной роли в том, как будет устроена цифровая 10-кнопочная клавиатура. Люди выражали явное предпочтение расположению чисел слева направо, они, при таком подходе, показывали лучшую скорость и точность работы независимо от расположения на клавишах букв. Теории о том, что в основе подобных предпочтений будет лежать алфавитный порядок символов, оказались неверными. В результате в обиход вошли именно те телефонные клавиатуры, которыми мы пользуемся до сих пор.

Конструктивные решения и общепринятые нормы

Существуют множество факторов, которые влияют на проектирование устройств, среди этих факторов — технологии и их ограничения, эргономика, восприятие пользователей, и то, к чему они привыкли. Похоже, что последний фактор является самым сильным, так как он представляет собой то, что именно выбирают люди, делая это в нашу цифровую эру, когда единственным физическим ограничением для дизайнерской мысли являются размеры экранов. Взгляните на приложения вашего iPhone или Android-смартфона. Вы без труда обнаружите, что клавиатуры панели для набора номера и калькулятора устроены так же, как клавиатуры подобных им устройств, созданных сотню лет назад.

Почему это так? Единственное разумное объяснение того, что разработчики программ всё ещё придерживаются подобных стандартов в проектировании клавиатур, заключается в том, что люди охотнее будут работать с привычными им интерфейсами, нежели станут осваивать что-то новое. Возможно, эти интерфейсы достигли максимального уровня оптимизации, который может иметь интерфейс.

На самом деле, весьма интересно отметить, что в ранних версиях Android и iOS телефонная клавиатура использовалась в качестве стандартного интерфейса для ввода чисел в различные поля, например, на веб-страницах.


Телефонная клавиатура Android 6 (слева) и iOS 9 (справа) (inputtypes.com)

В более современных версиях iOS, вместо такой клавиатуры, предлагается панель специальных символов.
С другой стороны, если проанализировать Oculus Go, то окажется, что тут калькуляторная клавиатура используется для ввода любых чисел (я протестировал её в веб-приложении).


Клавиатура Oculus Go, 2018

Почему же Apple и Google предпочитают использовать именно традиционную телефонную клавиатуру и даже сохранили буквы под цифрами? Почему бы не создать специальную цифровую клавиатуру, оптимизированную для работы с ней большим пальцем одной руки? Почему для виртуальной реальности не было создано специальной клавиатуры, с которой проще работать, используя указывающие устройства? Принимая во внимание то, что ни одна из двух классических раскладок цифровых клавиатур не давала выгод в скорости работы, единственным их преимуществом была лёгкость их восприятия. Вполне вероятно, что причины использования существующих раскладок в программах заключаются в том, что они просты в реализации, и в том, что они используют в программном обеспечении уже существующие шаблоны взаимодействия человека и машин. Смартфоны хранят наследие обычных кнопочных телефонов. Oculus и Xbox придерживаются традиций настольных приложений.

Хронология

• 1642: Суммирующая машина Блеза Паскаля.
• 1822: Концепция вычислительной машины Джеймса Уайта с клавишами.
• 1844: Счётная машина Швильге — впервые в истории применена цифровая клавиатура.
• 1857: Машина Томаса Хилла, предшественник комптометра.
• 1874: Компания E. Remington and Sons начинает производство пишущей машинки Шуолза и Глиддена.
• 1879: Первый в истории кассовый аппарат, созданный Джеймсом Ритти.
• 1885: Комптометр, в котором впервые используется клавиатура с расположенными в столбцах цифрами от 9 до 1.
• 1887: Ранние прототипы кнопочных телефонов.
• 1887: Кассовый аппарат NCR Model 79, использующий вертикальную раскладку.
• 1902: Первая счётная машина Дальтона, использующая 10-кнопочную клавиатуру с нулём.
• 1914: 10-кнопочная счётная машина Сандстрэнда, использующая раскладку клавиатуры 3x3+1.
• 1919: Western Electric & AT&T представляют телефоны с дисковым номеронабирателем.
• 1940: В калькуляторе Olivetti Dividisumma появляется операция деления.
• 1940: Перфоратор IBM с 10-кнопочной клавиатурой, в верхнем ряду которой находятся цифры 1-2-3.
• 1955: AT&T начинает испытания кнопочных телефонов.
• 1963: Bell представляет 10-кнопочные телефоны.
• 1963: Canon представляет прототип первого электронного калькулятора с дисплеем.
• 1966: Sharp/Facit наладили производство электронных калькуляторов с дисплеем.
• 2007: Apple выпустила смартфон iPhone, в котором имелось приложение-калькулятор.

Уважаемые читатели! Как вы думаете, можно ли, в обозримом будущем, ожидать появления новых раскладок цифровых клавиатур, у которых есть шанс стать такими же популярными, как существующие?