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Eine Tastatur (engl. "keyboard") 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.

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.)

Eine PC-Tastatur hat im Vergleich zu einer Schreibmaschinentastatur mehr Tasten – zur Bedienung des Computers, oder die Tasten haben eine andere Beschriftung. Eine feststehende Anordnung gibt es nicht; jede Systemarchitektur hat hier gewisse Eigenständigkeiten, insbesondere bei Notebooks ergeben sich durch das Platzproblem weitere Unterschiede.

Inhaltsverzeichnis 1 Funktionsweise der PC-Tastatur 1.1 Vom Tastendruck zum Scancode 1.2 n-Key-Rollover 1.3 Übertragung zum PC 2 Großschrifttastatur 2.1 Tastaturtypen 2.2 Einsatzmöglichkeit 3 Ergonomische Tastaturen 4 Bauformen und Materialien 4.1 Metalltastaturen 5 Entstehung 5.1 Anfänge 5.2 Standardisierung: IBM-PC-Tastatur und Apple-Tastatur 5.2.1 PC-Tastatur 5.2.2 Apple-Tastatur 6 Weitere Eingabegeräte 6.1 Eingabegeräte nach gleichem Funktionsprinzip 6.2 Eingabegeräte nach anderen Funktionsprinzipien 7 Technik 7.1 Kapazitiver Kontakt 7.2 Elektromechanische Kurzhubtasten 7.3 Karbonkontakt mit Kunststoffstößel und Silikonhaube 7.4 Flexible Folientastatur mit Silikonüberbau 7.5 Silikontastatur (direktes Schaltprinzip) 7.6 Flacheingabeprinzip (Metall-Schnappscheibe auf Leiterplatte) 7.7 Piezoschalter 8 Siehe auch 9 Weblinks

Funktionsweise der PC-Tastatur

Grundsätzlich ist es bei mehr als 100 Tasten nicht sinnvoll, 100 Kabel zu den einzelnen Tasten zu führen. Die einzelnen Tasten sind daher stattdessen in einer elektrischen Matrix aus Reihen-Leitungen und Spalten-Leitungen angeordnet. Wird eine Taste gedrückt, so 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 (aber auch beim Apple-Macintosh) als sogenannter Tastencode (engl. Scancode).

Dieses Funktionsprinzip ist nahezu universell auf alle modernen Eingabegeräte mit mehreren Tasten anwendbar. Bei einigen älteren Architekturen übernahm der Hauptprozessor selber die Tastaturabfrage, z. B. beim Commodore PET 2001, Commodore 64 und Atari 800 oder auch Sharp MZ-700.

Vom Tastendruck zum Scancode

Die Tastatur-Matrix besteht beispielsweise aus 13 Spalten und acht Reihen (104 Tasten). Zunächst wird der Ausgang für die erste Spalte aktiviert (auf eine niedrige elektrische Spannung gezogen: negative Logik) und dann überprüft, ob sich an einem oder mehreren der acht Eingänge der Reihen diese niedrige Spannung wiederfindet. Dann wird der Ausgang für die erste Spalte wieder deaktiviert (hochohmig geschaltet) und der für die zweite Spalte aktiviert, und so weiter. Nach der letzten Spalte wird gleich wieder bei der ersten 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, den Scancode. Diese wird zum Rechner übertragen. Dabei spielt es keine Rolle, welche (nationale) Tastaturbelegung (engl. "keyboard layout") verwendet wird; die Reihen und Spalten sind als elektrische Verbindungsleitungen zu verstehen, unabhängig von der äußerlichen Anordnung oder der Beschriftung 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. Tastaturbelegung.

n-Key-Rollover

	1	2	3
A	u	v	w
B	x	y	z

Allgemein, sei es eine Tastatur eines elektronischen Musikinstrumentes oder eine PC-Tastatur, kann es vorkommen, dass mehr als eine Taste gleichzeitig gedrückt wird. Je nach Qualität der Tastatur kann diese im schlimmsten Fall maximal zwei Tastendrücke gleichzeitig richtig erkennen (2-key rollover) oder, bei besseren Tastaturen, alle (n-key rollover).

Zur Erklärung wird als Beispiel eine 6-Tasten-Tastatur mit zwei Reihen (A, B) und drei 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 x gedrückt wurde. Wird Reihe A aktiv, erkennt der Controller korrekt Spalte 1 und 2 entsprechend u und v. Wird jedoch Reihe B 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 und Hochstelltaste“ häufig ist. Eine weitaus bessere Gegenmaßnahme ist, jeder Taste zusätzlich eine Diode zu spendieren, so dass der Strom nur von Reihe zu 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. Weiterhin bezieht er sich nur auf das inzwischen technisch überholte PS/2-Protokoll, modernere Tastaturen werden stattdessen über USB angeschlossen

Sowohl beim Druck auf eine Taste als auch bei derem Lösen schickt der Tastatur-Controller einen elektrischen Code zum PC, wodurch ein Interrupt im PC ausgelöst wird. Die Interrupt-Behandlungsroutine wertet den Scancode der jeweiligen Taste von der Tastatur aus und ermittelt, welcher Status der Modifier-Tasten (Umschalttaste, Strg, Alt, Alt Gr, Feststelltaste, Num, Rollen und Einf) zusätzlich aktiv ist, und speichert das Ergebnis im Ringpuffer (standardmäßig 16 Registerzellen, ein Überlauf ist möglich) ab. Das Betriebssystem bzw. aktive Anwendungsprogramm arbeitet mit Software-Interrupts diesen Puffer ab und verknüpft den Scancode nun mit einem Zeichen (Keycode) wie Ziffer, Buchstabe oder Satzzeichen etc. oder einer Aktion (z. B. Programm beenden). Das heißt, die Tastatur liefert nur Tastennummern und keine ASCII-Zeichen, diese Verknüpfung findet erst in der Software des PC-Betriebssystems oder Anwenderprogramms statt.

Zu Beginn der XT-Tastatur wurden serielle Informationen lediglich von der Tastatur zum PC geschickt. Spätestens mit der Einführung der AT-Tastatur wurde diese Schnittstelle bidirektional, um bestimmte Zustände wie z. B. Num-Lock, 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.

Großschrifttastatur

Eine Großschrifttastatur für Sehbehinderte entspricht einer herkömmlichen PC-Standardtastatur. Die Beschriftung ist allerdings deutlich größer. Die Buchstaben sind hier ca. 10 mm hoch und füllen die Fläche der einzelnen Tasten aus. Dadurch sind sie wesentlich leichter zu lesen als die Standardbeschriftung. Man kann zwischen verschiedenen Gehäuse- und Schriftfarben wählen. Zusätzlich kann die Tastatur mit fühlbaren Markierungen versehen werden.

Tastaturtypen

Überwiegend sind Großschrifttastaturen für Desktop-Computer erhältlich. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Standardtastaturen des bekannten Herstellers Cherry, die entsprechend umgerüstet werden. Einige Firmen bieten aber auch Tastaturen mit großer Schrift für Laptops an. Ein bereits vorhandenes Laptop umzurüsten, ist nicht immer möglich. Bei Bedarf sollte man Kontakt mit den Anbietern aufnehmen.

Einsatzmöglichkeit

Wann eine Großschrifttastatur sinnvoll eingesetzt werden kann, hängt von den persönlichen Bedürfnissen des Nutzers ab. Groß beschriftete Tasten sind eine sinnvolle Ausstattung besonders für Computernutzer, die noch nicht lange sehbehindert sind und sich auf der PC-Tastatur nicht sicher fühlen. Die Großschrift eignet sich auch dann gut, wenn man selten benötigte Tasten entspannt finden möchte. Wenn man beruflich oder auch privat viel schreibt, sollte man sich jedoch mit dem Tastschreiben (früher auch als Blindschreiben bezeichnet) vertraut machen. Wer nicht ständig auf die Tastatur schauen muss, kann in einer aufrechten Sitzhaltung und damit entspannt arbeiten. Wer nach vorne gebeugt sitzt, um die Tastatur ablesen zu können, zieht sich Verspannungen in Nacken-, Schulter- und Rückenmuskulatur zu.

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 (namentlich von der deutschen Firma Marquardt GmbH in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut), die durch eine natürliche Stellung der Hände ein ermüdungsfreies und gesundes Arbeiten ermöglichen sollen. Diese Tastaturen sind zweigeteilt und v-förmig gebogen. Außerdem sind die beiden Teile wie ein Schwalbenflügel in sich erhöht, und die Tastatur kann – optional – nach hinten abfallen, wohingegen „normale“ Tastaturen nach hinten ansteigend sind. Die Handballen liegen auf einem Polster auf. Die ergonomische Tastatur ermöglicht eine natürlichere Schreibhaltung als die normale Tastatur, weil die Hände beim Schreiben nicht nach außen und oben gebogen werden müssen, sondern mit dem Arm in einer Linie bleiben können. Nachteilig sind solche Tastaturen beim „Zweifingersuchsystem“ von Wenigschreibern und bei gleichzeitiger Verwendung von Maus und Tastatur.

Ergonomische Tastaturen sollten verbunden sein mit ergonomischen Computerprogrammen, die die Bedienung auch ohne Maus ermöglichen. Die frühere Bezeichnung Marquardt-Tastatur hat sich nicht durchgesetzt.

Bauformen und Materialien

Metalltastaturen

Es gibt Tastaturen aus Edelstahl, Aluminium oder anderen Metallen, die speziell für den Einsatz in rauhen, verschmutzten Umgebungen oder in öffentlichen Räumen gedacht sind. Einsatzbereiche sind:

• öffentliche Fernsprecheinrichtungen
• Web-Terminals (z. B. in Internet-Cafés)
• Informationsterminal für Besucher (z. B. in Unternehmen oder Museen)
• Anlagen der Lebensmittelindustrie
• Medizintechnik

Metalltastaturen sind widerstandsfähiger gegenüber mechanischer Beanspruchung, leichter zu reinigen sowie UV- und temperaturunempfindlich. Nachteilig wirken sich ihr höheres Gewicht und die höheren Herstellungskosten aus. Auch zum Schreiben längerer Texte sind sie nicht geeignet, da die Tasten meist sehr schwer zu drücken sind.

Entstehung

Anfänge

Bereits die Z3 von Konrad Zuse verfügte über Tasten. Zunächst wurden Fernschreiber mit mechanischen Schreibmaschinentastaturen eingesetzt. Später wurden rein elektronische Tasten verwendet. Die Belegung und Anordnung 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 64 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 sogenannte 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, die aber inzwischen eine sehr ähnliche Belegung hat.

Standardisierung: IBM-PC-Tastatur und Apple-Tastatur

PC-Tastatur

Durch die weite Verbreitung des IBM-PCs wurde auch dessen Tastatur zur meistbenutzten Tastatur. Obwohl die Tastaturen für IBM-PCs einem einheitlichen Standard folgen, haben sich in 25 Jahren PC-Geschichte durch Erweiterungen und lokale Anpassungen (Umlaute etc.) viele verschiedene Tastaturtypen entwickelt:

• 83-Tasten-PC/XT-Tastatur (Merkmal: Funktionstasten F1 bis F10 links außen vertikal, gemeinsame Cursorsteuerung auf Zehnertastatur)
• 84-Tasten-AT-Tastatur (Escape-Taste nun im Zehnerblock, zusätzliche S-Abf- und SysRq-Taste, neues Protokoll; diese und die folgenden sind untereinander, aber nicht mit der PC/XT-Tastatur austauschbar)
• 101 Tasten-MF2-Tastatur (US-Variante 1986, zusätzlicher mittlerer Tastenblock mit eigenständigen Cursortasten getrennt vom Zehnerblock sowie Esc- und Funktionstasten nun oben horizontal angeordnet, neu: F11 und F12)
• 102 Tasten (entsprechende deutsche Variante, zusätzliche Taste links von der Eingabetaste (in seltenen Fällen auch links von Backspace), erstmals Alt Gr-Funktion)
• 104/105 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 platziert (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 modernen Tastaturen, etwa für Lautstärke-Änderungen, 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. Die Print-Screen, Scroll-Lock, die Pause-Taste, die Insert-Taste, die Alt Gr-Taste, wie auch die Windows-Taste gibt es auf einer Apple-Tastatur nicht.

Generell lassen sich Apple-Tastaturen neuerer Bauart (USB) auch relativ problemlos auf PC-Systemen betreiben, wobei die Apfel-Taste dann als Windows-Taste fungiert.

Weitere Eingabegeräte

Eingabegeräte nach gleichem Funktionsprinzip

• Computertastaturen oder PC-Tastaturen: Großfeldtastatur, Klapptastatur, Kleinfeldtastatur, Kompakttastatur, Funktastatur, Braille-Tastatur mit sechs Tasten, Flachbett-Tastatur (Die Tasten sind „flach eingebettet“. Sie wird häufig in Notebooks eingesetzt.)
• Tastaturen an Musikinstrumenten: Tastatur (Musik), Klaviatur, Pedal
• Tastatur eines Mobiltelefons: 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 viele 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: Maus, Touchpad, Joystick, Trackball, Trackpoint, Lichtgriffel

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.

Technik

Kapazitiver Kontakt

(ursprüngliche IBM-Tastatur)

• Mechanische Trägerplatte mit Führung beweglicher Stößel - diese tragen an der Platinenseite eine Schaumgummiauflage mit einer Metallfolie, welche mit einer isolierenden Kunststofffolie bedeckt ist.
• Auf der Leiterplatte befinden sich zwei nebeneinanderliegende Flächen, welche durch eine dazwischen liegende, mit Masse verbundene, Leiterbahn entkoppelt sind.
• Beim Niederdrücken des Stößels bedeckt die Metallfolie beide Flächen so dass diese kapazitiv miteinander verbunden sind.

Elektromechanische Kurzhubtasten

• Diskreter Taster in Kombination mit einem mechanischen Überbau, je nach Hersteller individuell ausgeführt.
• Montage direkt auf einer Leiterplatte, Anschlussfahnen zur elektrischen Kontaktierung.

Karbonkontakt mit Kunststoffstößel und Silikonhaube

• Kunststoffgehäuse zur Führung eines beweglichem Stößels - dieser trägt an der Platinenseite eine leitfähige Kontaktpille.
• Realisierung von Tasten-Rückstellkraft und Abdichtung mittels einer Silikonhaube.
• Stößel mit Fitting bedienerseitig zur Aufnahme einer Tastenkappe - mechanische Aufnahme der Gesamteinheit in einer Metallstützplatte.

Flexible Folientastatur mit Silikonüberbau

• Realisierung des Schaltkontakts durch zwei einander zugewandte, leitfähig bedruckte Polyesterfolien (im Ruhezustand von einer Abstandsfolie getrennt).
• Betätigung der Folie und Realisierung der Rückstellkraft durch eine Silikonmatte.
• Tastenkappe wird auf die Silikonmatte aufgesetzt.
• Einbettung des Ganzen in eine Anordnung aus Front- und Stützplatte.

Silikontastatur (direktes Schaltprinzip)

• Schaltkontakt ergibt sich aus mäanderförmigem Kontakt auf der Leiterplatte bzw. einer einlagigen, leitfähig bedruckten Folie und leitfähiger Pille an der Unterseite einer darüber liegenden Silikonschaltmatte.
• Einbettung des Ganzen in eine Anordnung aus Front- und Stützplatte.

Flacheingabeprinzip (Metall-Schnappscheibe auf Leiterplatte)

• Schaltkontakt wird gebildet aus Leiterplattenkontakt und darüber befindlicher Metall-Schnappscheibe (meist vergoldet).
• Einbettung des Ganzen in eine Anordnung aus Front- und Stützplatte.

Piezoschalter

• Einbettung eines diskreten Piezoschaltelements in eine Metallfrontplatte, alternativ Nutzung mit piezoelektrischem Lack bedruckter Folien.
• Tastenbetätigung ohne fühlbaren Tastenhub, Auswertung des Ladungsstoßes.

Siehe auch

• Tastaturlayout, Tastenkombination
• Ergonomie, EVA-Prinzip
• Tastschreiben, Zehnfingersystem
• Eingabesysteme für die chinesische Schrift
• Anlaut-Tastatur

Weblinks

• Erklärungen zur PC-Tastatur
• Detaillierte Beschreibungen (Englisch, mit Abb.)
• Detaillierte Beschreibung der PC Tastatur (deutsch)

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