数字键盘进化史：从计算器到电话

拿起手机准备拨号，你的手指习惯性地伸向屏幕左上角的「1」；然而当你切换到计算器应用时，指尖却需要在左下角才能找到同样的数字。

「123」在顶行，「789」在顶行——两者都用于输入数字，为什么却呈现出相反的布局？要回答这个问题，我们需要把时间拨回到18 世纪。

计算器键盘 ：效率至上

早期探索：从单排到多列

施维尔盖加法机

早期的计算器，多依赖转盘或拨杆这类机械机构。1844年，法国人让-巴蒂斯特·施维尔盖(Jean-Baptiste Schwilgué) 改变了这一现状，他设计的按键驱动计算原型机，被公认为是第一台可工作的键控计算器。与现代键盘不同，这台机器采用单排按键布局，尚未形成现代的空间布局概念。

*Jean‑Baptiste Schwilgué的加法机键盘 (1844)

康普托米特计算器

随着商业计算需求的增加，单排按键已无法满足大数运算的要求。为了解决这个问题，多尔·费尔特 (Dorr Felt) 于1885 年发明了康普托米特计算器 (Comptometer)。这个计算器含有 8 列按键，每列代表一个十进位，数字自下而上按大小排序。

*康普托米特计算器布局（1885）

至于为什么采用自下而上递增的排列方式，主要有两方面的考量：

• 机械机构：当时的计算器按键通过杠杆驱动内部的旋转鼓。数字越大，所需要驱动的杠杆行程也就越大。为了顺应这种机械逻辑，将需要大力程的「9」置于高处，小力程的「1」置于低处，是当时最自然的机械设计选择。
• 操作效率：费尔特主张用小数值进行组合输入，例如用 「4+5」代替 「9」。将常用键放置在手指易触及的底部能提升按键效率。
  
  *源于 Parmelee 按键加法器的早期概念

这一时期确立了计算器“9 在上，1 在下”的布局雏形。

现代布局的诞生

道尔顿计算器

如果你仔细观察前面提到的几种计算器，就会发现它们的键盘序列中并未包含“0”。“0”首次正式加入按键序列要等到1902年道尔顿 (Dalton) 计算器的面世，这也是第一台广受欢迎的 10 键计算器。

道尔顿机器虽然淘汰了笨重的多列设计，但其键位排列依然反直觉（上排 24579，下排 13068）。它更像是一次向小型化过渡的技术验证，证明了 10 个按键足以完成所有运算。

桑德斯特兰德的 10 键加法机

真正的突破发生在 1914 年，瑞典裔美国人大卫·桑德斯特兰德 (David Sundstrand) 获得了一项改变行业的专利。他创新性地提出了一种现代化的 3 x 3 布局，极大地提升了单手操作的流畅度，被誉为当时“最快的键盘”。

左：道尔顿加法机（1902），右：桑德斯特兰德加法机（1914）

桑德斯特兰德的设计逻辑完全服务于“专家型用户”——会计师和出纳员。对于这个群体，计算是高强度的肌肉记忆任务。而紧凑的 3x3 布局允许单手覆盖所有按键，非常适合盲打。并且在金融记账和零售结算中，「0」是使用频率最高的数字之一，将其放在底部，正好可以用拇指轻松触及。

*手指覆盖区域示意

这种布局迅速成为计算器、收银机的行业标准，沿用至今。

查看你手边的电脑键盘，你会发现右侧的数字按键区域也是同样的布局

电话键盘：直觉优先

既然计算器的布局早在 1914 年就已证明了其高效性，为何 1960 年代出现的按键电话没有直接沿用？一个很重要的原因可能是，电话设计的初衷是为普通大众服务的。

贝尔实验室的人因工程研究

20 世纪 50 年代，为了取代低效的旋转拨号盘，AT&T 旗下的贝尔实验室 (Bell Labs)准备引入按键式拨号 (Touch-Tone)。

由于当时缺乏标准可循，贝尔实验室的工程师R. L. Deininger 在 1960 年开展了一项著名的人因工程学研究。他们测试了多达 15 种不同的键盘布局，包括圆形、十字形、水平排列以及传统计算器布局。

*贝尔实验室在 1960 年研究中测试的部分键盘排列方式

测试的结果出人意料：

• 旋转拨号布局的拨号速度最快
• 竖列布局错误最少，但最不受测试者欢迎
• 横排布局最受欢迎，尽管它效率最低
• 两排各五键的布局，速度与现代 3×3布局几乎持平
• 计算器布局在速度和准确性上都表现较差
• …

为什么各项都不拔尖的 3×3 布局赢了？

研究发现测试者普遍更喜欢从左到右、从上到下的布局，原因可能跟习惯有关系。不同于计算器用户，普通人不是通过肌肉记忆来“盲打”，而是在拨号前先“查找”数字或字母。在这种场景下，一个符合阅读直觉的布局，能显著减少用户的认知负荷。

虽然我们今天所熟悉的「123」在顶部的 3 x 3 布局不是速度最快的方案，但它在速度、准确性和用户接受度之间取得了最佳平衡，其紧凑外形也易于集成到电话机上，因此成为了最终的选择。

以任务导向的设计哲学

计算器与电话键盘的细节差异，完美诠释了什么叫“形式追随功能”：

*计算器和电话拨号的差异对比

当我们回顾这段历史时会发现，设计从来不是孤立的审美选择，而是技术限制、商业目标、用户习惯等多种因素之间的妥协与平衡。

参考资料：
Why do phones and calculators have different numpads? - Yanko Design
What telephones can tell you about good design | by Kelly Smith | UX Collective