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同樣是最常見的數(shù)字鍵盤，為什么我們在手機上使用的數(shù)字鍵盤和計算器上的順序截然不同呢？

電話的數(shù)字鍵盤和計算器的數(shù)字鍵盤擺在一起。你是否會立刻注意到數(shù)字鍵的順序其實是截然不同的？在計算器的數(shù)字鍵盤頂部，是7-8-9，而電話上的數(shù)字鍵盤上，最頂部的三個數(shù)字是1-2-3。

△ 電話（左）和計算器（右）

這種差異很微妙，但是也令人費解。因為它們服務(wù)于一個完全相同的目標(biāo)，那就是輸入數(shù)字。如果用戶可以以相同的方式，在相同的界面當(dāng)中輸入的話，那么用戶就沒有必要在不同的狀況下適應(yīng)兩種不同的輸入模式了。按照我們的常識，出現(xiàn)這樣的局面，通常是因為技術(shù)上的限制，可能是發(fā)明者之間的專利戰(zhàn)，當(dāng)然，也有人認為這種差異是因為「人體工程學(xué)」上的差異。

由于缺少非常明確的解釋，我們只能在歷史中，從相關(guān)的硬件設(shè)備的發(fā)展歷程中尋找答案了。到底是哪種鍵盤排布更早出現(xiàn)？是哪一種設(shè)計影響了另外一種？更重要的問題在于，到底是誰現(xiàn)發(fā)明了這種數(shù)字鍵盤？

打字機、收銀機和計算器

重頭審視整個數(shù)字鍵盤的發(fā)展歷程，我對于數(shù)字鍵盤何時系統(tǒng)化的引入非常感興趣。數(shù)字鍵盤嚴格意義上是在第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命之間（從1820年到1920年）逐漸普及開的，一些發(fā)明家在18世紀末期的時候開始摸索并嘗試制造出類似于鋼琴一樣的鍵盤機械。

然而，直到1844年，一位名叫 Jean-Baptiste Schwilgu? 的法國人才真正意義上制造出了一個使用鍵盤驅(qū)動的計算設(shè)備的原型，這臺機器第一次使用了數(shù)字鍵盤，并且這個鍵盤上只使用了數(shù)字鍵 1 到 9 （Dalakov，2018）

不過，坦率的講，我們繞不開另外兩個號稱發(fā)明了數(shù)字鍵盤的老前輩，據(jù)報道，Luigi Torchi 在1834年展示過一個木質(zhì)的計算器原型，而1822年的時候， 作James White 在新世紀發(fā)明展上展示了一個帶有9個數(shù)字鍵的鍵盤設(shè)備。不過，他倆的東西都沒有經(jīng)受住時間的考驗，也沒有證據(jù)表明他們的這些所謂的鍵盤不是臆想出來的。（Durant，2011）

△ Jean-Baptiste Schwilgu? 的數(shù)字鍵盤 (1844)

△ James White 的鍵盤布局?(1822)

盡管如此，即使 James White 的機械鍵盤有待考證，但是它仍然可以被視作為最早的現(xiàn)代可「直接操控」的交互界面。這個硬件交互界面允許用戶直接進行操控，而無需同其他的傳統(tǒng)機械機構(gòu)作為補充（比如當(dāng)時的時鐘需要借助杠桿旋鈕來操作），與之構(gòu)成鮮明對比的是 Pascaline 的 Arithmometers 陣列，外露的復(fù)雜機械構(gòu)造使得操控非常的復(fù)雜。

然而，這些「構(gòu)想」仍然沒法解釋和證明現(xiàn)代的數(shù)字鍵盤會出現(xiàn)正反兩種不同的數(shù)字排布方式。

有理論指出，計算器的設(shè)計最早是源自于收銀機的設(shè)計。仔細想想，在那個整個貨幣體系和交易系統(tǒng)當(dāng)中，通常的金額數(shù)字都不會太大，也意味著帶0的數(shù)額都非常重要，數(shù)字0的重要性就不言而喻了，因此，將數(shù)字0置于鍵盤底部非常符合當(dāng)年的操作習(xí)慣。（Durant，2011）

雖然這樣的解釋有一定的道理，但是它仍然存在諸多謬誤，比如數(shù)字0需要伸手可及的理論依據(jù)就不是非常具有說服力。特別值得注意的是，早期的收銀機（直到1893年）都沒有單獨的數(shù)字0鍵，沒有抽屜，也沒有工人站在收銀機的后面。

為了進行更加有效的論證，我們有必要看看收銀機的誕生過程。

1879 年，James Ritty 在美國俄亥俄洲 Dayton 擁有一家沙龍，他發(fā)現(xiàn)自己的員工會在工作中偷錢。James 曾經(jīng)見過一個計算汽船的螺旋槳轉(zhuǎn)數(shù)的工具之后，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了一種用來計數(shù)的、帶有數(shù)字鍵的機器（Dalakov，2018），這就是如今收銀機的前身。這東西一開始就不是為了計算而誕生的，只是幫助經(jīng)理記錄收入，并且防止員工偷錢的。

直到1893年，最早的記錄式收銀機誕生了，它擁有兩排數(shù)字鍵，除了基本的數(shù)字 1-9 的按鍵之外，還有包括10、15、20 、30、35等預(yù)設(shè)數(shù)值，他們對應(yīng)商店中銷售的商品的價格，以美分為單位。直到 1894年的 NCR 79 型才引入了三行垂直排布的數(shù)字鍵盤。

△ Ritty 最早的收銀機，發(fā)明于1883年

有證據(jù)表明，垂直式的數(shù)字鍵盤很早就誕生了。

1884年，Dorr Felt 有過一個很不錯的想法，他構(gòu)思了一個能夠解決大量數(shù)字處理的機器。這個想法是基于前面所說的 Pasacline 的機制，采用 Thomas Mill 的機器布局外加通心粉盒的設(shè)計。Dorr 將它稱為 Comptometer，它是一個擁有8列鍵盤的設(shè)備，數(shù)字從上到下依次遞減，每行數(shù)字都相同，其中列代表的是不同的數(shù)位。值得注意的是，數(shù)字0仍然不存在于鍵盤數(shù)字序列當(dāng)中。（Dalakov，2018）

收銀機的改進仍然在推進中。

△ Comptometer 的鍵盤布局，發(fā)明于1885年

其實這也是事情開始變得有趣的地方。為什么 Felt 會選擇這種數(shù)字 9~1 是逆序排布的鍵盤呢？這在當(dāng)時并不是一個非常直覺的設(shè)計，也不符合普遍的認知。畢竟，那還是一個數(shù)字計算知識并不普及的年代。

一個合理的答案是，這種設(shè)計可能和某些機械決策機制有關(guān)系。按鍵連接著杠桿，較大的數(shù)字意味著更大的杠桿臂長和更大的旋轉(zhuǎn)角度，而這個概念就來源于 Parmelee 。

另外一個有趣的解釋則超出了機械的范疇，這是一個更加貼合現(xiàn)代設(shè)計的解讀。Comptometer 的說明手冊上提到，操作員在使用這套系統(tǒng)的時候，應(yīng)該使用較低的數(shù)值相加來輸入更高的數(shù)值。舉個例子，如果要輸入「9美分」，操作員沒有必要去按最右側(cè)一欄頂上的按鍵9，而可以直接按這一欄的4和5兩個按鍵，機器自己會運行數(shù)學(xué)運算。因為鍵盤的面積比較大，直接去按右側(cè)頂上的數(shù)字9，手的運動距離太遠了，相反底部的按鍵會更容易觸及，也更容易操作，執(zhí)行速度更快。這種設(shè)計相比之下，效率更高。雖然這種按鍵布局是「以用戶為中心的設(shè)計」，但是它依然不被認為是對用戶友好的界面。（Meehan，1952）

Comptometer 需要訓(xùn)練有素的操作員才能最大程度地發(fā)揮出它的生產(chǎn)力。甚至于使用一只手都很難操作，尤其是需要錄入較多數(shù)據(jù)的時候。

1902年，仍然使用過時多列布局的 Dalton 成為了當(dāng)時最受歡迎的加法計算器之一，10個數(shù)字終于在這個設(shè)備上備齊了。 Dalton 是后來打字機的雛形，有著2排按鍵，每排5個按鍵，不過鍵盤的按鍵排布很奇怪，上面一排是24579，下面一排是13068，到目前為止，還很難看出這種排布有什么深意。（Durant，2011）

不過最重要的在于，數(shù)字0終于出現(xiàn)在鍵盤當(dāng)中了！

Dalton 的鍵位設(shè)計雖然有點神奇，但是它將打印設(shè)備和計算器集合到了一起，并且尺寸還很小，這使得世界各地的簿記員為此歡欣鼓舞。（Dalakov，2018）

進一步的發(fā)展

在1914年的時候，出生于瑞典的美國人 David Sundstrand ，以 Sundstrand Corporation 的名義提交了一個專利號為 No.1198487 的專利，這一專利是旨在進一步提高這些計算機械的可用性，他用一種「更加富有邏輯、更加自然的方式」重新排布了鍵盤鍵位，讓它以 3×3 的布局來呈現(xiàn)數(shù)字 1~9 ，頂部數(shù)字是 789，而底部數(shù)字是 123，最下方中間放置了數(shù)字 0。這使得整個鍵盤非常集中，足以單手操作，成為了「所有計算設(shè)備中鍵盤最快速易用的」。

即使是在100多年后的今天，這個鍵盤布局依然是計算器的標(biāo)準布局。

△ Dalton 的10按鍵加法計算器，1902年

△ Sundstrand 的10按鍵加法計算器，1914年

從計算器到電話

計算器的發(fā)展歷程是否最終影響到現(xiàn)代電話和手機的數(shù)字鍵盤布局呢？這并沒有一個直接的答案。貝爾電話公司是長途電話技術(shù)的發(fā)明和推廣者，它們早在1887年的時候就已經(jīng)開始嘗試使用按鍵式電話了，而在這個階段，甚至旋轉(zhuǎn)撥盤式的撥號電話還沒出現(xiàn)。最早的旋轉(zhuǎn)撥盤式電話是在1892年的時候，由 Almon Brown Strowger 所設(shè)計的。 Western Electric 最終在1919年的時候?qū)⒇悹栯娫捁镜倪@款電話商業(yè)化投產(chǎn)，不過由于當(dāng)時的按鍵僅僅只是快捷按鈕，并不和數(shù)字綁定，因此并沒有完全流行開。

直到20世紀50年代，直接使用按鍵撥號的電話才逐漸普及開來。而之前本地電話號碼通常只有6位數(shù)甚至更少，直到這個時候才擴展為標(biāo)準的7位數(shù)電話號碼，而跨區(qū)域的長途電話則為11位，其中數(shù)字 1 通常是第一個數(shù)字。

隨著電話號碼長度的增加，撥錯號碼，打錯電話的機率暴增，這導(dǎo)致當(dāng)時的 AT&T 的工程師開始思考，是否是因為當(dāng)時電話的電話鍵盤的設(shè)計原因?qū)е碌?。（圖片如下）

△ 20世紀50年代運營商收費電話上的數(shù)字按鍵布局

在1955年的研究報告《關(guān)于十鍵位數(shù)字按鍵布局研究》發(fā)布之后，1960年又有了一份名為《按鈕電話中人類因素的工程學(xué)設(shè)計和研究》的分析報告，這些調(diào)研都是針對電話按鍵布局進行了分析和探討。隨后，AT&T 開始了一個名為 Touch Tone 的新項目，這個項目同樣是探索各種按鍵布局對于電話使用的影響，他們試圖在這當(dāng)中找到最適合用戶的數(shù)字按鍵布局。（Deininger，1960）

△ 1960年電話按鍵布局測試中涉及到的各種布局組合

AT&T 測試了15種布局，奇怪的對角線式布局，奇葩的金字塔布局，復(fù)古的圓形布局，IBM Model 011 打卡機式的布局，包括現(xiàn)在我們最常見的正向九宮格布局和計算器上的反向九宮格布局。令人驚訝的地方在于，計算器式的反向九宮格數(shù)字鍵盤布局效果并不佳，與之形成鮮明對比的是我們現(xiàn)在所用到的正向九宮格數(shù)字鍵盤，10個數(shù)字從上到下，自左向右地排布。（Deininger，1960）

在整個測試當(dāng)中，2行5列式的橫版布局（5-5-H）和上面所說到的正向九宮格布局（3X3+1）式的布局，用戶在輸入的時候速度幾乎一樣快，差別非常小。最終，AT&T 選擇了九宮格布局來作為大規(guī)模普及的電話數(shù)字鍵盤，這可能是因為這種布局更加緊湊，功能也相對更多。

整個研究進行到這個時候，其實并沒有給出一個非常精準的答案。值得注意的是，在英國電話公司選擇了5-5-H式的布局，這有可能是出于專利保護的原因。

△ 英國電話的5-5-H橫向布局，20世紀60年代

△ IBM Model 011 ，早期的10鍵打卡機之一，20世紀40年代

設(shè)計決策和慣例

真實的設(shè)計決策涉及到諸多因素，包括技術(shù)和技術(shù)本身的局限性，人體工程學(xué)，用戶感知，以及對于現(xiàn)有模式的熟悉程度。最后的這個因素其實是最強的標(biāo)準，因為它常常構(gòu)成了人們在數(shù)字時代最常見的選擇。在今天，設(shè)計師不再受到那么多的物理因素的影響，在虛擬的屏幕空間上，設(shè)計師的創(chuàng)造力可以得到最大程度的發(fā)揮。但是，當(dāng)你打開任何一臺 iOS 或者 Android 設(shè)備，你會發(fā)現(xiàn)其中的數(shù)字鍵盤和一個世紀之前的設(shè)計保持著高度的一致。

這是為什么？數(shù)字應(yīng)用仍然遵循這基本和原始的慣例，原因在于人們寧愿和熟悉的界面打交道，而不是學(xué)習(xí)新的東西。

實際上，最有趣的地方在于，在早期的操作系統(tǒng)當(dāng)中，無論是 Android 還是 iOS 都使用了電話的九宮格式的數(shù)字鍵盤來作為網(wǎng)頁中數(shù)字輸入鍵盤（參考下面的截圖，最新的 iOS 會使用帶有特殊字符的鍵盤）。另一方面，Oculus Go 則不同，數(shù)字鍵盤采用了計算器的鍵盤布局（我在 Web 應(yīng)用中測試它）。

△ 左邊是 Android 6，右邊是 iOS 9

△ Oculus Go 鍵盤，2018

那么，為什么 Google 和蘋果在設(shè)計系統(tǒng)的時候，紛紛選擇了電話數(shù)字鍵盤，而非計算器數(shù)字鍵盤呢？隨后還使用了數(shù)字和字母鍵盤在一起的混合鍵盤又是什么原因呢？而 VR 設(shè)備中，或者手機當(dāng)中，為什么不設(shè)計一個針對拇指交互專門優(yōu)化過的特殊數(shù)字鍵盤呢？這兩種數(shù)字輸入方式其實在速度上都一般，唯一的優(yōu)勢是可讀性尚佳，而更可能的原因是它足夠深入人心，以及它們是成熟的模式，維護成本低，復(fù)用性強，所以智能手機保留了電話鍵盤的傳統(tǒng)，而 Oculus、Xbox 則選擇繼承計算器和桌面式輸入設(shè)備的傳統(tǒng)。

時間軸：

• 1642: Blaise Pascal 的計算器
• 1822: James White 設(shè)計了鍵盤驅(qū)動式概念計算器
• 1844: Schwilguc 的機器被發(fā)明出來，擁有歷史上最早的數(shù)字鍵盤
• 1857: Thomas Hill 的計算機械，計算器的鼻祖
• 1874: E. Remington & Sons 開始制造和銷售 Sholes & Glidden Type Writer 的后續(xù)款
• 1879: Rittey 發(fā)明了最早的收銀機
• 1885: Comptometer，最早使用9-1式縱向布局的加法計算器
• 1887: 按鈕式小型電話的早期原型被設(shè)計出來
• 1887: Cash register Model 79 誕生，采用了垂直列式鍵盤布局
• 1902: Dalton，首款包含數(shù)字 0 的機械設(shè)備
• 1914: Sundstrand，最早采用 3X3+1 式 10 鍵布局的機械設(shè)備
• 1919: Western Electric 和 AT&T 推出旋轉(zhuǎn)撥號式電話
• 1940: IBM 設(shè)計出了10數(shù)字鍵的硬件設(shè)備，其中數(shù)字鍵123 在頂部
• 1955: AT&T 開始測試按鍵式電話
• 1963: Bells 推出了帶有10個數(shù)字鍵的電話
• 1963: Canon 制作了首款帶有發(fā)光液晶顯示屏的電子計算器
• 1966: Sharp/Facit 推出了商品化的帶有發(fā)光液晶顯示屏的計算器
• 2007: Apple 發(fā)布 iPhone，內(nèi)置了計算器應(yīng)用

引用文獻：

• 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

原文作者 :?Francesco Bertelli

譯者/編輯 :?陳子木

譯文地址：https://www.uisdc.com/a-brief-history-numeric-keypad

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