„Tastatur“ – Versionsunterschied
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Version vom 21. März 2006, 17:58 Uhr
Eine Tastatur (engl. Keyboard oder KBD) ist ein Eingabegerät, das als Bedienelement eine Anzahl von mit den Fingern zu drückender Tasten enthält. Weitere mögliche Eingabegeräte und Varianten sind weiter unten aufgeführt.
Die Computertastaturen gehören zu den ältesten Peripheriegeräten überhaupt. Zur Vereinfachung wird in weiterer Folge nur von "PC-Tastaturen" (wie Personal Computer) gesprochen, unabhängig von der Systemarchitektur des Rechners (also davon, ob es sich um einen IBM-, Apple-, Atari-, Amiga- etc. Computer handelt.)
Besonderheiten der Computertastatur
Eine PC-Tastatur hat, im Vergleich zu einer Schreibmaschinentastatur, mehr Tasten – zur Kontrolle des Computers, oder die Tasten haben eine andere Beschriftung. Eine feststehende Anordnung gibt es nicht – jede Systemarchitektur hat hier gewisse Eigenständigkeiten, insbesondere bei Laptops ergeben sich durch das Platzproblem weitere Unterschiede.
Funktionsweise der PC-Tastatur
Grundsätzlich werden bei rund 100 Tasten keine 100 Kabel zu den einzelnen Tasten führen. Die einzelnen Tasten sind also in einer elektrischen Matrix aus Reihen-Leitungen und Spalten-Leitungen angeordnet. Wird eine Taste gedrückt, wird eine bestimmte Reihe mit einer bestimmten Spalte elektrisch verbunden. Diese Verbindung wertet ein kleiner Microcontroller (früher z.B. bei XT-Tastaturen ein Mikroprozessor 8042) aus und schickt diese Information zum Rechner - bei der heute vorherrschenden IBM-PC-Architektur als sogenannter Scancode.
Dieses Funktionsprinzip ist nahezu universell auf alle modernen Eingabegeräte mit mehreren Tasten anwendbar. Bei einigen älteren Architekturen übernahm der Hauptprozessor selber die Scanfunktion, z.B. beim Commodore PET, C64, Atari 800, etc.
Vom Tastendruck zum Scancode
Die Tastatur-Matrix besteht beispielsweise aus 13 Spalten und 8 Reihen (104 Tasten). Zunächst wird der Ausgang für die 1. Spalte aktiviert (auf eine niedrige elektrische Spannung gezogen) und dann überprüft, ob sich an einem oder mehreren der 8 Eingänge der Reihen diese niedrige Spannung wiederfindet. Dann wird der Ausgang für die 1. Spalte wieder deaktiviert (hochohmig geschaltet) und der für die 2. Spalte aktiviert, und so weiter. Nach der letzten Spalte wird gleich wieder bei der 1. Spalte begonnen. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich und nennt sich "Scannen". Wenn eine Taste gedrückt wird, wird bei einer bestimmten aktiven Spalte die Verbindung zur Reihe erkannt. Aus der Koordinate innerhalb der Spalten- und Reihenmatrix ermittelt der Tastatur-Prozessor eine Tastennummer; diese wird zum Rechner übertragen. Dabei spielt es keine Rolle, welches Tastaturlayout verwendet wird; die Reihen und Spalten sind als elektrische Verbindungsleitungen zu verstehen, unabhängig von der äußerlichen Anordnung der Tasten.
Detailliertere Informationen zu den verschiedenen Scancodes, die speziell von heutigen Windows-PC-Tastaturen verwendet werden, und zu den Tastatur-Steuercodes findet man unter Scancode bzw. Tastaturlayout.
n-Key-Rollover
| 1 | 2 | 3 | |
| A | u | v | w |
| B | x | y | z |
Allgemein, sei es ein Klaviermanual oder eine PC-Tastatur, kann es vorkommen, dass mehr als eine Taste gleichzeitig gedrückt wird. Je nach Qualität der Tastatur kann man im schlimmsten Fall maximal 2 Tastendrücke gleichzeitig richtig erkennen (2-key rollover) oder alle (n-key rollover).
Zur Erklärung wird als Beispiel eine 6 Tasten-Tastatur mit 2 Reihen(A,B) und 3 Spalten(1,2,3) herangezogen. Sei nun bereits u = A1 und y = B2 gedrückt und dann v = A2, so ist es für den Tastaturcontroller nicht mehr möglich zu erkennen ob ein v oder ein y gedrückt wurde. Wird Reihe A aktiv, erkennt der Controller korrekt Spalte 1 und 2 entsprechend u und v. Wird jedoch ReiheB aktiv, erkennt der Controller korrekt Spalte 2 für y und fälschlicherweise Reihe 1 für x, weil über y, v und u (von Spalte B nach Reihe 2, nach Spalte A, zu Reihe 1) eine Verbindung mit Reihe 1 existiert. Im Gegensatz dazu ist ein w = A3 oder z = B3 kein Problem und wird sicher erkannt.
Eine mögliche Gegenmaßnahme ist, die Tastenmatrix so anzuordnen, dass es sehr unwahrscheinlich ist, solche Kombinationen zu erzeugen (2-key rollover). Hierbei wird ausgenutzt, dass z.B. auf einem PC nur sehr selten mehrere Buchstabentasten gleichzeitig gedrückt werden müssen, während etwa die Kombination Buchstabe + Hochstelltaste häufig ist. Eine weitaus bessere Gegenmaßnahme ist, jeder Taste zusätzlich eine Diode zu spendieren, sodass der Strom nur von Reihe zur Spalte fließen kann und nicht umgekehrt(n-key rollover).
Übertragung zum PC
Dieser Abschnitt bezieht sich nur auf die IBM-PC-Architektur und ihre Nachfolger, wozu auch heutige Windows-PCs gehören.
Sowohl beim Druck auf eine Taste als auch beim Lösen einer Taste schickt der Tastatur-Controller Zeichen zum PC, wodurch ein Interrupt im PC ausgelöst wird. Die Interrupt-Behandlungsroutine wertet den Scancode der jeweiligen Taste von der Tastatur aus und ermittelt, welche der Modifier-Tasten (Umschalttaste, Strg, Alt, AltGr, Feststelltaste, Num, Rollen) zusätzlich aktiv sind. Das Betriebssystem bzw. aktive Anwendungsprogramm verknüpft den Scancode mit einem Zeichen (Keycode) wie Zahlen und Buchstaben etc. oder einer Aktion (z.B. Programm beenden). Das heißt, die Tastatur liefert nur Tastennummern und keine ASCII-Zeichen zurück, diese Verknüpfung findet erst in der Software des PC-Betriebssystems statt.
Zu Beginn der XT-Tastatur wurden lediglich serielle Informationen von der Tastatur zum PC geschickt. Spätestens mit der Einführung der AT-Tastatur wurde diese Schnittstelle bidirektional, um bestimmte Zustände wie z.B. Numlock, Caps-Lock und Scroll-Lock über LEDs darstellen zu können. Weitere Informationen wie Steckerbelegung, Übertragungsprotokoll zwischen Tastatur und PC findet man unter PS/2-Schnittstelle.
Ergonomische Tastaturen
Seit den 1990er Jahren gibt es Ansätze, gewisse ergonomische Probleme, die sich bei „normalen“ Tastaturen ergeben können (z.B. RSI-Syndrom) zu reduzieren.
Es wurden deshalb ergonomische Tastaturen geschaffen, die durch eine natürlich Stellung der Hände ein ermüdungsfreies und gesundes Arbeiten ermöglichen soll.
Die Tastatur ist quasi zweigeteilt und v-förmig gebogen. Desweiteren sind die beiden Teile wie ein Schwalbenflügel in sich erhöht und die Tastatur kann -optional- nach hinten abfallen, wogegen „normale“ Tastaturen nach oben ansteigend sind. Die Handballen liegen auf einem Polster auf.
Die frühere Bezeichnung Marquardt-Tastatur hat sich nicht durchgesetzt.
Hersteller solcher Tastaturen sind aktuell Logitech, Microsoft und Kinesis.
Historisches
Am Anfang war die Vielfalt
Bereits die Z3 von Konrad Zuse verfügte über Tasten. Zunächst wurden Fernschreiber mit mechanischen Schreibmaschinentastaturen eingesetzt. Später wurden rein elektronische Tasten verwendet. Das Layout der Tasten wurde von der Schreibmaschine übernommen. Dazu kamen verschiedene Zusatztasten. Jahrzehntelang galt, dass fast jedes Computermodell über seine spezifische Tastatur verfügte. Dies führte vor allem in der Zeit um 1980, zur Blütezeit der 8-Bit-Heimcomputer, zu einer riesigen Vielfalt. Neben der Belegung mit Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen verfügten manche Computer über Grafikzeichen, einige sogar über Programmiersprachen-Befehle (z. B. in BASIC) auf der Tastatur. Beispiele hierfür bilden die Tastaturen des Commodore C64 oder des Sinclair ZX81. Oft war eine Taste mit dem Firmenzeichen des Herstellers vorhanden.
Je mehr sich jedoch der IBM PC und dessen Nachfolger am Markt durchsetzten, verdrängte zunächst die sog. XT-Tastatur, dann AT-Tastatur und später die MF2-Tastatur die anderen Tastaturtypen. Neben der PC-Tastatur hat sich heute einzig noch die Apple-Tastatur behaupten können.
Standardisierung: IBM-PC-Tastatur und Apple-Tastatur
PC-Tastatur
Durch die weite Verbreitung des IBM-PCs wurde auch dessen Tastatur zur meistbenützten Tastatur. Obwohl die Tastaturen für IBM-PCs einem einheitlichen Standard folgen, haben sich in 20 Jahren PC-Geschichte durch Updates und lokale Anpassungen (Umlaute etc.) viele verschiedene Tastaturtypen entwickelt:
- 83-Tasten-PC/XT-Tastatur
- 84-Tasten-AT-Tastatur (zusätzliche S-Abf/SysRq-Taste, neues Protokoll; diese und die folgenden sind untereinander, aber nicht mit der PC/XT-Tastatur austauschbar)
- 101 Tasten-MF2-Tastatur (zusätzlicher mittlerer Tastenblock mit eigenständigen Cursortasten)
- 102 Tasten (zusätzliche Taste links von der Eingabetaste)
- 105 Tasten: Zwei Windows-Tasten und eine Kontextmenü-Taste werden von Microsoft mit Erscheinen von Microsoft Windows 95 eingeführt. Die vorgenannten Tasten sind links bzw. rechts neben der Leertaste plaziert (Links zwischen Strg/Ctrl-Taste und Alt-Taste. Rechts zwischen Alt-Gr-Taste und Strg/Ctrl-Taste.).
- 108 Tasten: Zusätzliche Tasten Sleep, Wake Up und Power
- Noch höhere Tastenzahlen ergeben sich durch diverse spezielle Sondertasten mancher moderner Tastaturen, etwa zum Starten eines Webbrowsers oder eines E-Mail-Programms, aber nun auch schon zum steuern von vielen Multimedia-Anwendungen.
Apple-Tastatur
Die Apple-Tastaturen unterscheiden sich von den PC-Tastaturen nur minimal. Die erweiterte Apple-Tastatur hat 16 Funktionstasten und eine Hilfe-Taste. Dazu kommen noch Tasten für die Steuerung der Lautstärke (leiser, lauter und stumm) sowie eine Taste für das Auswerfen von optischen Datenträgern. Weiter ist der Ziffernblock anders angeordnet und weist eine Sondertaste auf, die programmspezifisch verwendet werden kann. Neben der Leertaste finden sich beiderseits je eine Ctrl-, eine Alt- bzw. Wahl-Taste und eine Apfel- bzw. Command-Taste, mit deren Hilfe wie auch mit den Shift-Tasten nicht nur die Tastatur sondern auch die Maustasten in vielfältiger Weise mehrfach belegt (bis zu 16-fach) verwendet werden. Dafür fehlen die Print-Screen, Scroll-Lock, die Pause-Taste, die Insert-Taste, die Alt Gr-Taste wie auch die Windows-Taste.
Weitere Eingabegeräte
Eingabegeräte nach gleichem Funktionsprinzip
- Computertastatur oder PC-Tastatur
- Großfeldtastatur
- Kleinfeldtastatur
- Kompakttastatur
- Funktastatur
- Braille Tastatur mit 6 Tasten
- Flachbett-Tastatur. Die Tasten sind "flach eingebettet". Sie wird häufig in Notebooks eingesetzt.
- Klaviatur
- Tastatur eines Mobiltelefons oder Handy. Die Tastatur stellt Zeichen mit einer Mehrfachbelegung auf den Ziffertasten dar.
- Industrie- und Spezialtastaturen
- Schreibmaschinentastatur
Werden Tastaturen für einen bestimmten Zweck optimiert, so sind sie unter Umständen für andere Zwecke schlechter geeignet. So sind Tastaturen an Überweisungs- und Geldautomaten, die vielen unterschiedliche Menschen verwenden oder der Witterung ausgesetzt sind, aus Metall und weisen einen geringen Tastenspielraum auf. Dies ermöglicht Langlebigkeit und nahezu unzerstörbare Eigenschaften, aber kein flüssiges Schreiben.
Eingabegeräte nach anderen Funktionsprinzipien
Auch wenn die Tastatur bis heute das dominierende Eingabegerät ist, haben sich im Lauf der Jahrzehnte doch eine Reihe von Alternativen etabliert.
Eine Alternative bildet der sogenannte Touchscreen. Dabei handelt es sich um einen Bildschirm, auf dem berührungsempfindliche Felder liegen, die zur Eingabe verwendet werden können. Durch die Kombination von Tastatur und Bildschirm in einem Gerät läßt sich vor allem Platz sparen. Auf Grund des fehlenden Druckpunktes bzw. der fehlenden fühlbaren Tipp-Bestätigung (wichtig für Schnellschreiber) haben sich Touchscreens bis heute im Privatbereich als Eingabegerät jedoch nicht durchgesetzt.
Weitere Alternativen bilden sogenannte Zeigegeräte. Dabei handelt es sich um Geräte, mit denen ein Zeigersymbol über den Bildschirm bewegt werden kann. Beispiele für Zeigergeräte sind:
Weitere Alternativen sind:
- Lasertastatur. Ein Tastenfeld wird mit einem Laserstrahl auf den Tisch oder eine helle Fläche projiziert. Die Abtastung wird optisch ausgewertet.
- Bildschirmtastatur. Die Tastatur wird auf dem Bildschirm dargestellt und zum Beispiel mit der Maus oder mit einem Stift (bei einem Sensorbildschirm bzw. Touchscreen) betätigt.
Siehe auch
Weblinks
- Erklärungen zur PC-Tastatur
- Detaillierte Beschreibungen (Englisch, mit Abb.)
