Geschichte und Arten der Computertastaturen

von Martin Knobel

Geschichte der Computertastatur

Erstes Aufkommen der Tastatur als Eingabegerät

Schon im Jahre 1941 erbaute Konrad Zuse mit zweitausend Relais den ersten programmgesteuerten, voll arbeitsfähigen, elektromechanischen Digitalrechner: den "Z3", der bereits über Tasten verfügte. Auch in der Fernschreibetechnik benutzte man Schreibmaschinen ähnliche Drucktelegrafen als Endgeräte. Lange Zeit galt es, daß jedes Computermodell seine spezifischen Tasten und somit Tastaturen besaß, welches mit der Verwendung der 8-Bit-Homecomputer auf die Spitze getrieben wurde. Die Tastatur des "Comodore 64" hatte nicht nur eine Taste mit Firmenzeichen, wie es die Regel war, sondern darüber hinaus auch Tasten für Grafikzeichen oder Programmiersprachenbefehle. Kurze Zeit später erschien die "XT-Tastatur" von IBM. Sie hatte neben dreiundachzig Tasten weitere zehn Funktionstasten, die links neben dem Tastenfeld angeordnet waren, sowie einen nicht seperaten Zehnerblock und weitere Steuertasten. Die "XT-Tastatur" wurde bald darauf von der "AT-Tastatur" abgelöst, welche im Tastenfeld noch eine zusätzliche Taste mehr besaß. Bei dieser ist auch schon der Numerische Block von den anderen Tasten getrennt. Eine weitere Erneuerung war, daß diese Tastatur nun über eine direktionale Verbindung zum Rechner verfügte. Das heißt, daß der Rechner auch Informationen zurück an die Tastatur geben kann. Dadurch war es möglich, dem Benutzer durch LEDs an der Tastatur weitere Informationen zu geben. Der zum Rechner übertragene Code war nicht zu vergleichen mit dem Code einer "XT-Tastatur", da die "AT-Tastatur" auf einer anderen Technik aufbaute. 1986 kam mit der "MF2-Tastatur" von IBM ein weiterer Standard auf den Weltmarkt. Zwei neue Funktionstasten wurden ergänzt, und die gesamten Funktionstasten wanderten über die alphanumerischen Tasten. Die Tasten zur Curserbewegung wurden optisch getrennt. Im Jahr 1995 wurde mit dem Erscheinen von "Windows 95" die "MF2-Tastatur" um zwei "Windows-Tasten" und eine "Kontextmenü-Taste" zur "MF2-Win9x-Tastatur" erweitert. Es folgten Tastaturen mit speziellen Sondertasten für Browser und andere Programme, die sich aber darüber hinaus nicht zu neuen Standards weiterentwickelt haben.

Standardisierung

Herauskristallisiert aus vielen Neuerungen und vielen speziellen Tastaturen hat sich mit den wachsenden Marktreßourcen der IBM-PCs am Markt deßen Tastatur. Sie verdrängte die anderen Tastaturtypen, von denen sich außer der "IBM-PC Tastatur" nur die "Apple-Tastatur", die Apple Computer inc. für seine Macintosh Rechner baute, behaupten.
Die IBM-PC Tastatur
So wurde durch die starke Verbreitung der IBM-PCs deßen Tastatur zur meistbenutzten Computer-Tastatur. Dennoch haben sich trotz versuchter Standardisierung in der Geschichte der PCs verschiedene Tastaturtypen entwickelt. Grund hierfür ist neben Erweiterungen eine Anpaßung an die verschiedenen Regionen, in der Tastaturen zum Einsatz kommen.
Die Apple-Tastatur
Mit weiteren Spezialtasten zur Steuerung des Tons und, besonders prägnant, für den Auswurf von optischen Datenträgern tritt die "Apple-Tastatur" in Erscheinung. Weitere ihrer Spezialtasten sind unter anderem die "Apple-Taste", die "Alt"- und die "Ctrl."-Taste, welche die Tasten der Tastatur wie auch der Maus sechzehnfach belegen.

Tastenlayout

Als im Jahr 1874 die erste serienmäßig hergestellte Scheibmaschine aufkam, war diese schon mit dem uns heute bekannten Tastenfeld ausgestattet. Diese bis heute gültige Anordnung der Tasten nannte man QWERTY-Belegung, da das Tastenfeld oben links mit diesen Buchstaben beginnt. Diese Setzung der Buchstabentasten entstand in der Absicht, häufig vorkommende Buchstaben möglichst weit voneinander enfernt auf dem Tastenfeld anzubringen, um so zu verhindern, daß die Hämmerchen, die die Buchstaben auf das Papier drücken, nebeneinander positioniert sind und sich durch unmittelbar aufeinanderfolgendes Drücken ineinander verhaken. Für die Tastaturen deutschsprachiger Länder nahm man das im Deutschen selten benutzte "Y" aus der oberen Reihe heraus und tauschte es mit dem "X". Die Schreibmaschine gab somit das erste Tastenlayout vor, zu dem im Laufe der Zeit immer mehr Tasten hinzukamen.

Arten der Computertastatur

Ergonomisches Tasten-Layout
Die Idee des ergonomischen Tasten-Layouts ist, daß man versucht von dem Tastenlayout "QWERTY", was ja zum Ziel hat, das Verhaken der Hämmerchen einer mechanischen Schreibmaschine zu verhindern, wegzukommen. Mit dem Ziel, effizienter und "gesünder" zu tippen waren August Dvorak und William Dealey die Vorreiter in diesem Bereich. Mit der "Dvorak-Tastatur" versuchten sie folgende Prinzipien umzusetzen:
Auf einer mechanischen Tastatur ist es leichter, Buchstaben zu tippen, wenn dabei die Hände abwechseln.
Die häufigsten Buchstaben und Buchstabenkombinationen sollten sich dort befinden, wo die Hände aufliegen.
Die selteneren Buchstaben sollten auf der unteren (der am schlechtesten zu erreichenden) Reihe liegen.
Die rechte Hand sollte, da die meisten Menschen Rechtshänder sind, mehr Tipparbeit verrichten.
Digraphe sollten mit benachbarten Fingern geschrieben werden. Die günstigste Fingerbewegung ist von außen nach innen.
Die Anordnung der Tasten ist bei dieser Tastatur komplett verschieden. Dies soll zum einen zur Folge haben, daß man weniger ermüdet; zum anderen, daß schnelleres Schreiben möglich ist.
Die Geschwindigkeit des Schreibens soll auch dadurch erhöht werden, daß beide Hände sich möglichst abwechseln. Zudem wird noch darauf geachtet, daß stärkere Finger öfter benutzt werden als schwächere. Ein weiterer großer Vorteil ist es, daß das Erlernen der "Dvorak-Tastatur" deutlich schneller abläuft als bei der altbewährten "QWERTY-Tastatur". Die Anwendbarkeit dieses Tastaturlayouts ist heute so gut wie überall möglich. Bei "Mac OS X", allen Windows-Versionen, bei Linux und den meisten Unix-Derivaten wird die "Dvorak-Tastatur" standardmäßig unterstützt. Jedoch gibt es auch kritische Stimmen gegen die "Dvorak-Tastatur". Den am häufigsten zitierten Beleg für die überlegenheit der "Dvorak-Tastatur" liefert eine Studie der US-Navy aus dem Zweiten Weltkrieg. Diese Studie hat gezeigt, daß das Schreiben auf der "Dvorak-Tastatur" erheblich schneller ist, und daß die Kosten einer Umschulung sich inerhalb von zehn Tagen amortisieren. So würde die kleine Investition für eine Umschulung auf ein Jahr gerechnet zweitausendzweihundert Prozent Gewinn erbringen. Es ist aber fraglich, wie die Resultate zustande kamen. Denn es scheint, als wären sie ohne genaue Quellenangabe von Autor zu Autor weitergereicht worden; sie soll auch haarsträubende wißenschaftliche Fehler beinhalten. Zusätzlich kam noch hinzu, daß der Topexperte für die Ergonomiestudie der Navy niemand anderes als August Dvorak selber war. Weitere Studien in den 50er Jahren konnten die fantastischen Werte der Navy Studie nicht mehr erreichen.
Weitere ergonomische Tastaturlayouts folgten, die Idee war aber meist dieselbe wie die der "Dvorak-Tastatur." Eine andere Idee vertritt das "Neo-Tastenlayout." Hier können, ohne die Hände zu bewegen, viele Wörter auf der Grundlinie geschrieben werden. Dabei treten durch Reduzierung der Fingerbewegung weniger Ermüdungserscheinungen auf. Aber auch hier baut das Layout auf sprachstatistische Erkenntniße zur Numerik und Verteilung von Buchstaben der deutschen Sprache auf. Aber das "Neo-Tastenkonzept" verbindet den mathematischen und den experimentellen Weg zu Ergonomie und kombiniert diese, wobei auf die Ergonomie und die Tastenanordnung Rücksicht genommen wird. Auch hier soll die Schreibgeschwindigkeit stark gegenüber der QWERTY erhöht werden.
Die Ergonomische Tatatur
Die Ergonomische Tastatur soll ergonomische Probleme wie das RSI-Syndrom zu reduzieren helfen. Es wurden deshalb Tastaturen geschaffen, die durch eine natürliche Stellung der Hände gesünder sein sollen und zudem auch noch weniger ermüden sollen. Der Tastenblock ist in zwei Teile aufgespalten (jeweils für eine Hand) und somit ist das Gehäuse zu einem V gebogen entsprechend einer natürlicheren Schreibhaltung. Diese natürlichere Schreibhaltung rührt daher, daß die Hände mit dem Arm in einer Linie bleiben können und nicht nach oben und außen gebogen sein müßen. Nachteile kommen zum einem beim Verwenden von zusätzlichen Eingabegeräten wie der Maus auf, zum anderen bei Wenigschreibern, weil die Tastatur für Zehnfingerschreiber ausgelegt ist. Diese Art von Tastaturen sollen verbunden sein mit ergonomischen Programmen, die die Bedienung auch ohne Maus möglich machen sollen.
Die speziellen Tastaturen

Die Großfeldtastatur

Diese Tastatur findet ihren Gebrauch bei Menschen mit motorischen Beeinträchtigungen. Durch Erhebungen, die jede Taste einzeln umrahmen, wird verhindert, daß der Benutzer aus Versehen auf zwei Tasten mit einem Finger drückt.

Die Klapptastatur

Die Klapptastatur ist als mobile Tastatur für Handy und PDA auf den Markt gekommen, ist aber auch für Tablet-PCs nutzbar.

Die Kleinfeldtastatur

Speziell für Menschen mit Bewegungseinschränkungen ist diese Tastatur konzipiert. Die Tasten sind sehr dicht aneinander und können mit einem Mund- oder Kopfstab bedient werden.

Die Kompakttastatur

Sie findet ihren Einsatz oft in Notebooks, die aufgrund ihrer kleinen Bauweise dort eingesetzt werden. Die Tasten sind enger zusammen, und der sonst rechts an der Tastatur befindene Zalenblock fehlt ganz.

Die Lasertastatur

Hier werden die Tasten mit Hilfe eines Laserlichtes auf eine ebene Fläche projiziert, und der Tastenanschlag des Fingers wird von einem Infrarotsensor erkannt.

Die Funktastatur

Bei der Funktastatur werden die Signale der Tastatur zum Computer mittels Funkwellen übertragen.

Technik

Bei Einführung der "XT-Tastatur" von IBM gab es noch keine länderspezifische Unterscheidung der Tastaturen. Somit war es nicht nötig, die Technik der Tastatur so aufzubauen, daß in anderen Ländern die Tastatur einen anderen Code generiert. Sondern es war möglich, daß jede Taste einer Nummer zugeordnet wird: dem sogenanten Scancode, der vom Tastaturtreiber im Recher einem ASCII-Code zugeordnet war. Der Tastaturtreiber war im BIOS integriert. Die später notwendige länderspezifische Zuordnung übernahm eine Treiber-Software. Der Anschluß zum Computer war ein 5-Poliger DIN-Verbinder. Die Standards, die die "XT-Tastatur" ablösten, waren die "AT-Tastatur" und später die "PS/2-Tastatur". Sie funktionierten mit einem ganz anderem Protokoll und waren nicht kompatibel mit der alten "XT-Tastatur". Diese Tastaturen sind sich sehr ähnlich, auch wenn die "PS/2-Tastatur" einen weiterentwickelten, kleineren Anschluß hat und über zusätzliche Funktionen (in Form von zusätzlichen Hostbefehlen) verfügt. Die "PS/2-Tastatur" ist abwärts kompatibel, und weil dies die Software auch sein möchte, wurden nie viele der Zusatzfunktionen genutzt. Da die Einhaltung der Standards auch heute noch eine wichtige Rolle spielen, sind auch heute gekaufte "PC-Tastaturen" kompatibel zu "PS/2-Tastaturen" und zu den "AT-Tastaturen", wenn auch nicht alle Merkmale unterstützt werden und nur der Stecker als Enscheidungskriterium in Betracht gezogen wird.
In einer Tastatur überwacht der Keybourd-Encoder (ein eingebauter Microprozeßor) die Matrix der Tasten auf der Tastatur. Je nach Tastatur werden unterschiedliche Prozeßoren verbaut. Sie sind dafür zuständig, zu registrieren, welche Tasten gedrückt oder losgelaßen werden. Diese Daten werden dann weiter an den Host gesendet oder gegebenenfalls bei großem Informationsfluß in einem 16-Byte Buffer zwischengespeichert. Die übertragung findet in einem definierten Protokoll statt. Die weitergesendeten Daten kommen dann am Tastatur-Controller im Mainboard an, der nach dem Decodieren die Daten an die Software weitergibt.
Ein Problem, welches es zu lösen gilt, ist, daß es paßieren kann, daß zwei oder mehr Tasten zur gleichen Zeit versehentlich gedrückt werden. Abhängig von der Tastatur kann es jetzt paßieren, daß zwei oder mehr Tasten gleizeitig erkannt werden. Hier spricht man von einem "n-key rollover", wobei das n für die Anzahl der gleichzeitig gedrückten Tasten steht. Um dies zu verhindern, versucht man die Tastenmatrix so anzuordnen, daß dies nicht mehr so einfach paßieren kann. Zusätzlich wird jede Taste noch mit einer Diode versehen, die dafür sorgt, daß der Strom nur von Reihe zu Spalte fließen kann und nicht umgekehrt. Hier wird die Begebenheit ausgenutzt, daß es nur sehr selten nötig ist, zwei Tasten gleichzeitig zu betätigen, wie zum Beispiel um das "@"-Zeichen zu erzeugen.
Die Technik, insbesondere der Prozeßor in der Tastatur, verbringt die meiste Zeit damit, die Tasten zu beobachten, also zu "scannen". Ein Datenpaket (ein Scan-Code) wird dann gesendet, wenn eine Taste gedrückt oder losgelaßen wurde. Es gibt zwei verschiedene Arten von Scan-Codes: die "Make Codes" und die "Break Codes". Wird eine Taste gedrückt oder festgehalten, wird ein "MakeCode" gesendet. Wird eine Taste losgelaßen ein "BreakCode". Der MakeCode und Breakcode jeder Taste ist einzigartig, sodaß der Host zu jeder Zeit weiß, welche Taste gedrückt ist. Im sogenannten "Scan Code Set" ist die Zuordnung von MakeCodes, BreakCodes und den Tasten beschrieben.

Fazit

Es gibt Tastaturen für die verschiedenen Anwendungsbereiche, in der jede einzelne Art eine wichtige Berechtigung hat, wie zum Beispiel die Tastaturen für körperlich eingeschränkte Menschen. Es ist wichtig, in diesem Bereich noch weiter zu forschen, um es diesen Menschen einfacher zu machen, ein so wichtiges Medium wie das Internet zu nutzen.
Wir haben aber auch etwas über die ergonomische Tastatur und auch besonders über das ergonomische Tastenfeld gelernt. Hier ist es wie oft sehr deutlich, daß sich nicht immer das beßere Produkt durchsetzt. Oft wird am schlechteren Standard festgehalten, um eine potenzielle Umstellung zu vermeiden. Wahrscheinlich wäre vielen Menschen geholfen, wenn diesbezüglich ein Umdenken stattfände.
Zur Technik möchte ich ergänzen, daß hier natürlich die Entwicklung immer weiter fortschreitet und daß Techniken wie die oben erwähnte Lasertastatur eventuell in einigen Jahren als neue Standards hervortreten. Oder auch das bald ein ganz neuer Standard kommt, der alles bisherige in den Schatten stellt.

Quellenangabe

ohne Angabe des Autors, Meyers Großes Taschenlexikon, 1998, Band 24 Seite 276, Meyer Verlag
Die Zeit, Christoph Drößer (1997), Zeitverlag (1.2.2007)
ohne Angabe des Autors, Vom Faustkeil zum Laserstrahl, 1982, Seite 241,242, Verlag Das Beste GmbH, Stuttgart
http://pi3.informatik.uni-mannheim.de (1.2.2007)
Marcus Brooks (1999), www.mwbrooks.com, 23.01.2007
http://de.wikipedia.org/wiki/Gro%C3%9Ffeldtastatur, 23.01.2007
http://www.golem.de/0406/31608.html, 23.01.2007
http://de.wikipedia.org/wiki/Kleinfeldtastatur, 23.01.2007
http://de.wikipedia.org/wiki/Kompakttastatur, 23.01.2007
http://www.computerbase.de/news/hardware/peripherie/eingabegeraete/2005/juni/weltweit_laserprojektions-tastatur/, 23.01.2007
Adam Chapweske, 2007 abgerufen, PS/2 Keyboard Interface