Die Tastatur

Allgemeines:

Die Tastatur

Um einen Rechner bedienen zu können braucht man ein Gerät, welches das Eingreifen des Menschen ermöglicht. In der Regel ist das am PC (Personal Computer) die Tastatur. Die Tastatur ist das primäre Eingabegerät des Computers und damit die wichtigste Peripherie, weil sich fast alle Funktionen über die Tastatur durchführen lassen. Daher sind fast alle Computer mit einer Tastatur ausgestattet.

Die Anordnung der Buchstaben und Ziffern wurde von der Schreibmaschine übernommen. Hier wurde die heute noch aktuelle Verteilung aus folgendem Grund gewählt: Bei der Schreibmaschine wurden die mechanischen Hebel, die die Buchstaben durch drücken auf das Farbband zu Papier brachten so angeordnet, wie die Tasten selbst. Wenn nun zwei Tasten deren mechanische Hebel dicht nebeneinander waren schnell aufeinander folgend gedrückt wurden, "verhakten" diese oft. Daher versuchte man die Buchstaben die in ihrer Kombination am häufigsten hintereinander getippt wurden, möglichst weit weg von einander zu positionieren.

Es gibt verschieden Arten von Tastaturen z.B. Mechanische Tastaturen, Folien-Membran Tastaturen, Kapazitive Tastaturen und im entferntesten Sinne auch Touchscreens.

Mechanischen Tastatur: Hier wird ein Kontakt über einen mechanischen Schalter geschlossen. Auf die Funktionsweise wird später noch näher eingehen.

Folien - Membran Tastaturen: Hier werden Kontakte direkt auf einer Folie geschlossen, was einen deutlich kürzeren Tastenhub zur Folge hat.

Kapazitive Tasten: Hier bilden Flächen auf der Taste und der Platine einen Kondensator dessen Kapazität sich bei der Betätigung verändert.

Des weiteren gibt es auch verschiedene Arten um die physikalische Verbindung zum Mainboard herzustellen z.B. den

Der USB-Stecker Der PS2-Stecker
USB-Stecker       oder den üblichen PS2-Stecker.

Heutzutage hat sich die MF/II Tastatur mit den Windowstasten als Standard etabliert. Sie verfügt in der deutschen Version mit den Windowstasten über 105 Tasten, und ist zusätzlich mit drei Leuchtdioden ausgestattet, die den Status bestimmter Tastaturfunktionen anzeigen.


Die Verschiedenen Bereiche der Tastatur:

Aufgeteilt ist sie in mehrere Bereiche (hauptsächlich in die ersten vier rot, blau, grün und gelb. Zur Verdeutlichung des Aufbaus sind in Abb.1 alle Funktionsbereiche farblich von einander abgegrenzt):
Ansicht einer Standard-Tastatur

Bild 1: Ansicht einer Standard-Tastatur

Der alphanumerische Block
Der alphanumerische Block:
Der sog. Schreibmaschinenblock dient zur Text- und Zahleneingabe. Die Tasten sind mehrfach belegt. Die Belegung kann mithilfe so genannter Stummtasten variiert werden. Stummtasten werden so genannt, weil sie nur in Verbindung mit anderen Tasten gelten, das Drücken einer Stummtaste allein also keine Reaktion auslöst. Bei Verwendung von Stummtasten werden diese zuerst gedrückt und festgehalten, dann wird die gewünschte Taste gedrückt.

Zu den Stummtasten gehören:

Die Mehrfachbelegung der Tasten des Schreibmaschinenblocks funktioniert wie folgt:

  1. Im einfachen Modus (ohne Drücken von Stummtasten) erhält man die Tasten-Erstbelegung: Kleinbuchstaben und Ziffern.

  2. In Verbindung mit der Shift-Taste <n> ruft man die Zweitbelegung ab, das sind Großbuchstaben und bestimmte Sonderzeichen (!, ?, §, $, % usw.). Sollen z.B. nur Großbuchstaben geschrieben werden, kann man diesen Modus durchgängig erreichen, wenn die Shift-Lock-Taste <p> einmal gedrückt wird. Auf der Tastatur rechts oben (in der Mitte) leuchtet dann eine Diode auf, woran man den Modus der Zweitbelegung erkennen kann. Ein einmaliges Drücken von <n> schaltet die Zweitbelegung wieder aus.

  3. Manche Tasten sind mit einer Drittbelegung versehen. Diese Zeichen (eckige und geschweifte Klammern, @ usw.) sind mit der gedrückten <Alt Gr>-Taste abrufbar.

Folgende Sondertasten sind von Bedeutung:
Tabulatortaste <l> = Sprung zum nächsten Tabulator-Stopp
Enter-/Return-Taste <Enter> oder <i > = Eingabebestätigung
Rück-Taste <r> = Löschen des Zeichens oder markierten Bereichs vor dem Cursor

Der Nummernblock:

Er dient insbesondere der Eingabe von Zahlen und Rechenzeichen. Mit <> wird der Block ein- bzw. ausgeschaltet. Den aktivierten Modus erkennt man an der Leuchtdiode auf der Tastatur rechts oben (linke Diode).
Gibt man den Dezimalwert für ein ASCII-Zeichen auf dem Ziffernblock der Tastatur bei gedrückter <Alt>-Taste ein, erhält man das gewünschte ASCII-Zeichen.

Der Steuerungsblock Der Steuerungsblock

Mit den Cursor-Tasten <><><><> erreicht man eine entsprechende Bewegung des Cursors (der Eingabemarke) auf dem Bildschirm nach oben/unten/links/rechts. Über dem Cursor-Block findet man folgende Sondertasten:

Die Funktionstasten:

Er besteht im Wesentlichen aus Funktionstasten (<F1>, <F2>, ..., <F12>), die dem Aufruf von Befehlen dienen. Die Tasten sind in den verschiedenen Programmen unterschiedlich belegt, <F1> ruft meist eine Hilfe auf. Zum Steuerblock gehören u.a. folgende Sondertasten:
<Esc> = Escape, Fluchttaste (Abbruch eines Kommandos)
<Druck> = Bildschirmausdruck (DOS-Ebene)

Shortcuts:

Als Shortcuts werden so genannte Tastaturcodes oder Tastaturkürzel bezeichnet. Das sind Tastaturbefehle, die durch gleichzeitiges Drücken (Kombinieren) mehrerer Tasten ausgelöst werden. Die meisten Anwendungsprogramme bieten eine Vielzahl solcher Shortcuts zur Arbeitserleichterung an, denn viele Aktionen lassen sich dadurch schneller abrufen als mit der Maus. Dabei werden vor allem die <Strg>- und die <Alt>-Taste genutzt. So lässt sich z.B. bei allen Windows-Anwendungen mit der Tastenkombination <Strg> + <X> ein markierter Bereich herausschneiden, mit <Strg> + <C> in die Zwischenablage kopieren und mit <Strg> + <V> an anderer Stelle einfügen. Mit der Maus wären hier zwei Klicks nötig (z.B. BEARBEITEN > EINFÜGEN).

Die Funktionsweise der Tastatur:
-Kurzform:

Sobald eine Taste gedrückt oder losgelassen wird, wird dies vom Tastaturprozessor erkannt. Er berechnet daraus einen Scan-Code, der mit dem ASCII-Code des Zeichens nichts zu tun hat. Vielmehr besteht der Scan-Code aus der Nummer der gedrückten Taste und der Information, ob sie gedrückt (man spricht von einem Make-Code) oder losgelassen (Break-Code) wurde. Dieser Code wird an den Tastaturcontroller übermittelt, der über den IRQ 1 den Tastaturtreiber aktiviert und den Scancode übergibt. Falls es sich hierbei um das Drücken eines auszugebenden Zeichen handelt wir dieses als ASCII-Zeichen in den Tastaturpuffer (einem kleinen Bereich zum Zwischenspeichern der Zeichen bis zu ihrem Gebrauch) abgelegt. Je nachdem welches Programm gerade aktiv ist, wird das Zeichen z.B. einfach auf dem Bildschirm ausgegeben.

-Ausführlicher:

Auf der Tastaturseite befindet sich ein Tastaturprozessor, in der Regel ein 8048 von INTEL, und kommuniziert mit dem PC. Über fünf Leitungen ist die Tastatur mit dem PC verbunden. Leitung 5 führt stets 5 Volt und versorgt die Tastatur mit Spannung. Leitung 4 wird auf Masse gelegt. Leitung 3 wird/wurde nur bei Geräten der XT-Klasse verwendet und bewirkt ein Rücksetzen der Tastatur beim booten. Auf Leitung 2 findet der Datenaustausch statt und auf Leitung 1 wird von der Tastatur aus ein Taktsignal gesendet.

Die Kommunikation

Ablauf einer Eingabeaktion

Der Ablauf: Vom Tastendruck zum Zeichen...Die Tasten der Tastatur sind als Matrix mit Leitungen verbunden, welche der Tastaturprozessor überwacht. Wird eine Taste betätigt, so entsteht ein elektrischer Kontakt zwischen einer Reihe und einer Spalte der Matrix. Der Tastaturprozessor legt kurzzeitig eine Spannung an die Reihen und tastet danach die Spalten ab. Wird bei einer Reihe Spannung festgestellt, so muss die Taste am Kreuzungspunkt zwischen Reihe und Spalte gedrückt worden sein. Der Prozessor beobachtet einige Millisekunden lang diese Taste, bevor er davon ausgeht, dass die Taste tatsächlich gedrückt wurde. Diese Wartezeit ist erforderlich, weil beim Betätigen der Taste der Kontakt mehrmals hergestellt wird, bevor dieser Zustand endgültig stabil wird. Bleibt der Kontakt so lange bestehen, sendet der Prozessor eine Zahl, den so genannten "Scan-Code" an den Computer, der die gedrückte Taste eindeutig identifiziert. Dieser Code steht in keinem Zusammenhang mit dem Zeichen, das auf der jeweiligen Tastatur aufgedruckt ist, er stellt tatsächlich nur die Nummer der Taste dar, aus der später das Zeichen gewonnen werden muss. So können auch die beiden SHIFT-Tasten getrennt betrachtet werden, denn sie besitzen unterschiedliche Scan-Codes. Falls mehrere Tasten gleichzeitig gedrückt wurden, speichert der Tastaturprozessor die Tasten zunächst in einem internen Puffer ab, der in der Regel zehn Zeichen Platz bietet. Voll wird er jedoch nie, denn die Übertragung geht so schnell, dass der Anwender nicht hinterherkommt. Scan-Codes erzeugt der Prozessor jedoch nicht nur beim Niederdrücken, sondern auch beim Loslassen der Taste. Erst dadurch kann das gleichzeitige Drücken mehrerer Tasten richtig erkannt werden. Unterschieden werden die Scan-Codes deswegen in Make-Codes (für das Niederdrücken) und Break-Codes (für das Loslassen). Break-Codes sind immer größer als 128, also nur das 8. Bit ist zusätzlich gesetzt, während Break-Codes immer kleiner als 128 sind (dort ist das 8. Bit LOW). Somit kann eine Tastatur maximal 128 Tasten umfassen. Die Übertragung der Codes erfolgt synchron über die Datenleitung 2. Eine synchrone Übertragung bedeutet, dass von einer Seite (in diesem Falle von der Tastatur auf Leitung 1) ein Takt ausgegeben wird. Die Daten werden als eine Reihe von Bits übertragen, wobei jedes Bit genau einen Takt lang auf der Leitung bleibt. Zunächst wird zwei Takte lang ein HIGH auf der Datenleitung gesendet, um zu signalisieren, dass ein Zeichen folgt. Anschließend werden MAKE oder BREAK Code gesendet, das niederwertigste Bit zuerst.

Die Kommunikation