Eingabegeräte

Tastatur

Erweiterte Schreibmaschinentastatur (104 Tasten sind Standard) zur Eingabe von allen ASCII-Zeichen. Zu achten ist auf eine deutsche Beschriftung (1. Zeile: QWERTZ).

Eine Eigenheit der deutschen Tastatur ist die rechts neben der Leertaste liegende «AltGr» (Alternate Green, Alternate Gray)-Taste, die von der Wirkung her genauso arbeitet, als würden die «Alt»- und die «Strg»-Taste gleichzeitig gedrückt werden. Sie dient zum schnellen Abrufen von Tasten-Drittbelegungen (z. B. \, {}, [], ~, µ, €).


PC-Tastatur für AT-Geräte (nach DIN 2137/2, MF2-Tastatur, Abkürzung für „Multifunktions-Tastatur“) (Grafik: Microsoft)

Die Bezeichnung „AltGr“ stammt von der Farbe, in der das dritte Zeichen auf die Tastatur gedruckt war – vorherrschend waren bei IBM-Tastaturen die Farben grün und grau. Noch heute sind die „Drittbelegungen“ auf manchen Tastaturen farbig aufgedruckt.

In der Tastatur arbeitet ein eigener Prozessor (meist INTEL 8042), welcher die CPU von einigen Aufgaben entlastet: z.B. werden die Leuchtdioden auf der Tastatur verwaltet, die Betriebsart des Ziffernblocks oder die Wiederholung länger gedrückter Tasten.

Tastatur-Technologien

  • Mechanische Schalter: Teurere Tastaturen verwenden mechanische Schalter. Durch Metallfedern werden die Tasten nach dem Betätigen in ihre ursprüngliche Position zurückgedrückt. Vorteile mechanischer Tastaturen sind die höhere Lebensdauer (30 – 100 Mio. Anschläge), der geringe Verschleiß und die Robustheit. Nachteile sind: höherer Preis, höheres Gewicht und etwas lauteres Tippgeräusch.
  • Membran-Technik („Rubber Dome“): Unter der Tastenkappe sind Gumminoppen; unter diesen befinden sich Folienschichten, welche den Impuls in ein elektrisches Signal umwandeln und weiterleiten. Meist verbreitete Technik; Nachteil ist die schnelle Abnutzung; Vorteil: kostengünstig. Lebensdauer: ca. 5 Mio. Tastenanschläge.
  • Scherentechnik: Häufiger Einsatz bei Notebook-Tastaturen, Tastaturen von Apple. Hier kommt ebenfalls wieder eine Gumminoppe zum Einsatz, diese ist jedoch nicht wie bei der Membrantechnik tief in einem Plastikgehäuse platziert, sondern ist von zwei scherenartig ineinander verschränkten Plastik-Streben umgeben. Diese Streben tragen die Tasten und stabilisieren sie beim Betätigen. Lebensdauer ca. 10 Mio. Anschläge.

Grundsätzlich ist es nicht sinnvoll, jede einzelne Taste direkt am Tastaturcontroller anzuschließen, das würde eine große Anzahl von Anschlüssen am Controller und entsprechenden Verdrahtungsaufwand bedingen. Die einzelnen Tasten sind stattdessen in einer elektrischen Matrix aus Zeilen- und Spaltenleitungen angeordnet. Wird eine Taste gedrückt, so wird eine bestimmte Zeile mit einer bestimmten Spalte elektrisch verbunden.

Heute wird meist eine 3-lagige Tastaturfolie/Membran verwendet, welche die zweidimensionale Tastenadressierung über 13 Spalten und 13 Zeilen ermöglicht. Die erste Folie enthält die Spalten-Kontakte pro Taste, darüber kommt eine Abstandsfolie und dann die Folie mit den Zeilen-Kontakten für jede Taste.

Wenn eine Taste gedrückt wird, wird ein Kontakt zwischen der Zeile und der Spalte einer Matrix hergestellt. Ein Keyboard-Encoder (Mikroprozessor) überwacht diese Matrix und schickt diese Signale an den Computer-Mainboard weiter. Der darauf vorhandene Tastatur-Controller schickt diese Daten an die Software weiter.

Maus

Die Maus ist ein Eingabegerät, mit dem man jeden Punkt des Bildschirms ansteuern kann und durch Tastendruck („An­klicken“) in bestimmten Bildschirmbereichen Programm­funktionen aufrufen kann.

Optisch-mechanische Maus: Kernstück ist dabei eine beschichtete Kugel, die an der Unterseite der Maus leicht herausschaut. Bewegt man die Maus, so wird die Bewegung der Kugel auf zwei Rädchen übertragen, welche optisch abgetastet werden und durch ein spezielles Programm (den so genannten „Maustreiber“) in die Bewegung des „Mauszeigers“ (meist Pfeil) am Bildschirm umgewandelt. (Unter DOS hatten Maustreiber Dateinamen wie MOUSE.SYS, GMOUSE.COM oder so ähnlich.). Nachteil dieser Konstruktionsweise: Die Rollen, welche die Kugelbewegungen übernehmen, verschmutzen mit der Zeit und müssen gereinigt werden.

Optische Maus: Die Mausunterlage wird von einer Leuchtdiode (LED) oder einer Laserdiode (Lasermaus) beleuchtet. Das von der Unterlage reflektierte Bild wird (über eine Linse) von der Minikamera des Sensorchips aufgenommen. Die Auflösung der Minikamera reicht dabei von 16 × 16 bis 30 × 30 Pixel. Die Bildinformation kommt als Graustufenbild in den Digitalen Signal-Prozessor (DSP) des Chips. Dort wird das Bild mit den vorigen Bildern verglichen und zunächst Geschwindigkeiten und Richtungen bestimmt. Dann werden aus den Geschwindigkeiten schließlich die Bewegungsdaten (Δx- und Δy-Werte) errechnet.

Zusätzlich befinden sich an der Oberseite der Maus 2 – 3 Tasten, durch die spezielle Steuerungsbefehle aufgerufen werden können. Welchen Effekt der Tasten­druck aber hat, hängt allein vom verwendeten Programm ab.

Mäuse können auf mehrere Arten mit dem PC verbunden werden:

  • serielle Schnittstelle (veraltet)
  • PS/2-Schnittstelle (runder Stecker)
  • USB-Schnittstelle
  • Wireless („Funkmaus“), oft mit USB-Funkadapter
Die Bewegung wurde bei mechanisch-optischen Mäusen über Lichtschranken an Segmentscheiben erkannt, die von der Kugel bewegt wurden. Schwierigkeiten machten vor allem die Verschmutzungen, der sich an den Rädchen ablagerte.

Mausersatz bei Notebooks

Bei Notebooks ist die Verwendung einer Maus zwar möglich, mitgeliefert werden aber meist andere Bedienhilfen:

  • Touchpad: Berührungsempfindliche Fläche, die Bewegung der Fingerkuppen wird vom Mauscursor über­nommen.
  • Trackpoint: zwischen zwei Tasten der Tastatur, der in vier Richtungen bewegt werden kann.
  • Touchscreen, auch bedienbar mit speziellem Stift

Digitizer

(Digitalisierer = „Grafiktablett“): Es besteht aus einem Tablett („elektronisches Zeichenblatt“) und einem speziellen Stift (Stylus) oder einer so genannten „Fadenkreuzlupe“. Die Abmessungen dieser Platten reichen von 30x 30bis 60x 60.

Man unterscheidet zwei Bereiche: Auf dem „Zeichen­bereich“ wird die Bewegung des Stifts am Brett direkt am Bildschirm umgesetzt; die Tablettfläche entspricht dabei der Arbeitsfläche am Bildschirm. Dadurch ist es möglich, ganze Pläne in den Computer einzuspeichern.

Digitizer mit Lupe und Stift (Stylus)

Die Systemsteuerung kann dabei durch vordefinierte Randbereiche, die durch Klebefolien ge­kennzeichnet werden (auf diesen sind die Menüelemente feldartig aufgedruckt), erfolgen. Die Felder entsprechen etwa den üblichen Funktions­tasten. Um einen Befehl auszuführen, sucht man auf dem Tablett nach der entsprechenden Beschriftung und tippt bzw. klickt sie einfach an.

Wesentliche Bedeutung hat hier die verwendete Software, da sie die tatsächlichen Möglichkeiten des Grafiktabletts bestimmt. Meist schließt man die Digitizer an die serielle Schnittstelle (Norm­anschluss RS 232 C) an.

Funktionstastatur

Hier werden häufig benötigte Operationen verschiedenen Tasten zugeordnet und können durch Tastendruck sofort abgerufen wer­den außerdem können noch frei definierbare Tasten vorhanden sein, die mit den gewünschten Operationen bzw. Operationskom­binationen belegt werden können. Anwendungsbeispiele: Telefon, Telefax.

Belegleser

Diese Geräte sind in der Lage, spezielle Formulare auszuwerten. Man unterscheidet:

Markierungskartenleser: In speziell abgegrenzte Felder von Formularen sind Strich- oder Kreuzmarkierungen einzusetzen. Anwendung: zum Beispiel Eingabe von Schulnoten.

Klarschriftbelege: Hier werden genormte Schriften verwendet; man spricht von der OCR-Schrift (OCR = optical character recognition, deutsch „optische Zeichen­erkennung“). In Österreich sind zwei Schriftsätze genormt: OCR-A und OCR-B. Der OCR-A-Zeichensatz wird in Österreich nicht mehr verwendet; man findet ihn noch in der BRD auf Schecks und Zahlscheinen. Auf österreichischen Schecks und Zahlscheinen wird die OCR-B-Schrift eingesetzt.

Barcode-Lesegerät

Strich- oder Balkencode: Fast alle Waren tragen heute einen Strichcode, der die 13-stellige Europäische Artikel-Nummer (EAN) enthält. Die EAN verschlüsselt das Herstellungsland, den Herstellungsbetrieb und die Artikelnummer eines jeden Produkts.

Von links nach rechts gelesen bedeuten:

2 Stellen das Länderkennzeichen (90, 91 = Österreich)
5 Stellen die bundeseinheitliche Betriebsnummer
5 Stellen die Artikelnummer des Herstellers
1 Stelle die Prüfziffer

Durch ein Glasfenster oder einen Leuchtstift wird der Balkencode elektronisch mittels Laserstrahl gelesen und der entsprechende Preis sowie die Warenbezeichnung gleich auf den Kassenzettel gedruckt.

Scanner

Scanner digitalisieren Vorlagen aller Art; eine beliebige Vorlage wird in einzelne Punkte zerlegt, die nach Farbe und/oder Helligkeit digitalisiert werden. Die meisten Scanner sind nur so gut wie die Software, die sie unterstützt.

Gütekriterien:

Auflösung: Angegeben so wie bei Druckern in Punkten pro Zoll (dpi = dots per inch). Mit 300 dpi lassen sich bei Graustufenbildern schon akzeptable Ergebnisse erzielen. Die meisten Scanner unterstützen eine Auflösung von 600 dpi.

Anzahl der Farben beziehungsweise Anzahl der Graustufen: wird meist als Farbtiefe in bit angegeben. Mit einer Farbtiefe von 24 bit – also jeweils 8 bit für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau – lassen sich 28×28×28 = 16,7 Millionen Farben darstellen. Moderne Scanner haben oft 30, 36 oder 48 bit Farbtiefe.

Die heute üblichen Scanner gibt es in folgenden Bauarten:

  • Flachbett- und Einzugsscanner: Format A4 oder A3 kann ein­gescannt werden
  • Auflichtscanner (Dokumentenkamera): Zum Digitalisieren von Büchern und anderen Papierdokumenten (Urkunden etc.)
  • Dia- und Fotonegativscanner: Diese spezielle Bauart ermöglicht die Digitalisierung von Diapositiven und Fotonegativen (Format 24 mm x 36 mm). Die Auflösung solcher Geräte liegt meist zwischen 4600 ppi und 7200 ppi, die Farbtiefe beträgt 24 bis 48 bit.
Epson Workforce DS 70000N DIN A3 Einzugs- und Flachbettscanner (Foto: Epson, www.epson.at); Scangeschwindigkeit: 70 Seiten/Minute
CZUR ET 16 Smart Book/Document Scanner (Quelle: www.czur.com)

Scanner bestehen im Wesentlichen aus vier Baugruppen: Lichtquelle, Optik (mit Farbseparator), Fotodetektor und Vorlagentransport.

Lichtquellen: Meist werden LED-Licht­quellen verwendet.

Optik: Die Optik hat die Aufgabe, das abgetastete Pixel (picture element, Bildelement) so zu verkleinern, dass es vom Fotodetektor (CCD-Zeile, siehe nächster Absatz) aufgenommen werden kann. Bevor allerdings das Lichtsignal auf den Detektor auftrifft, muss es in die Grundfarben Rot, Grün und Blau zerteilt werden. Dies erfolgt durch den Farbseparator.

Fotodetektor: Hier unterscheidet man zwei Technologien:

CCD (Charge Coupled Device, deutsch „ladungsabängiges Signal“): Der Scanner enthält einige tausend lichtempfindlichen Halbleiter-Elemente. Je nach Scanner-Auflösung passen zum Beispiel 300 oder 600 CCDs auf einen Zoll. Im Scanner beleuchtet eine Lichtquelle das eingelegte Bild. Das von der Vorlage reflektierte Licht wird über eine Optik auf die CCD-Zeile gelenkt, die das Licht in elektrische Spannung umsetzt. Ein Analog-Digital-Wandler wandelt diese Spannungssignale in Bits um, die dann gespeichert und mit Bild­bearbeitungs­programmen nachbearbeitet werden können.

CID (contact image sensor): Solche Scanner enthalten eine bewegliche Reihe von roten, grünen und blauen LEDs zur Beleuchtung. Auf jedem lichtempfindlichen Punkt befindet sich eine winzige Kunststofflinse, die das Licht bündelt.  Das gebündelte Licht trifft auf Photodioden, welche einen Spannungsimpuls abhängig vom Lichteinfall erzeugen.

TWAIN-Treiber (TWAIN = „Tool without an important name“): Auch Scanner müssen mit Treiberprogrammen angesteuert werden. Ein Schnittstellen-Standard ist die TWAIN-Softwareschnittstelle, über die alle modernen Scanner verfügen. Auch viele Softwarepakete zur Grafikbearbeitung verfügen über diesen Treiber, sodass der Scanner direkt vom Programm aus angesprochen werden kann.

Bestimmte Programme bieten die Möglichkeit, Bitmuster eingescanner Texte in ASCII-Zeichen umzuwandeln. Solche Programme nennt man OCR-Programme (OCR = optical character recognition, zu Deutsch optische Zeichenerkennung). Diese Programme lesen das vom Scanner erstellte Bitmuster ein und vergleichen es mit Schablonen, in denen die bekanntesten Zeichensätze (z. B. 12 Punkt-Courier) enthalten sind.

Typische OCR-Fehler sind Ausgaben wie „clort 5ie@t man“ statt „dort sieht man“. 5 und s sind einander sehr ähnlich, genauso wie cl und d. Kann ein OCR-Programm überhaupt keine Zuordnung treffen, dann setzt es an diese Stelle einfach ein @- oder #-Symbol. Es gibt auch „lernende“ OCR-Programme, die die Qualität der Schrifterkennung laufend verbessern, vor allem, wenn immer mit derselben Schriftart gearbeitet wird.

Das Ergebnis ist eine ASCII-Textdatei, die in alle gängigen Textverarbeitungen übernommen werden kann. Einige OCR-Programme erkennen auch die Formatierung von Texten (also Fettschrift, verschiedene Schriftarten); das Ergebnis ist dann direkt in einer Textverarbeitung verwendbar, die Zeichenformatierung und das Lay-out stimmen mit der Vorlage überein.

Beispiel für OCR-Programme

  • FileReader (Abbyy)
  • OmniPage (Kofax/Nuance)

OCR-Funktionen sind auch als Nebenfunktion in anderen Softwareprodukten wie etwa Microsoft OneNote, Microsoft Word oder Adobe Acrobat enthalten.

Christian Zahler

Studium an der TU Wien (Chemie, Physik, Mathematik, Informatik), selbstständige Tätigkeit (IT & Consulting) mit Spezialisierung auf Schulungskonzepte in der Erwachsenenbildung, derzeit Unterrichtstätigkeit am Francisco Josephinum Wieselburg (Landtechnik-Abteilung, technische und naturwissenschaftliche Fächer, Schwerpunkte Elektro- und Automatisierungstechnik und Mechanik), seit unendlich langer Zeit dem ClubComputer freundschaftlich verbunden, Autor von Artikeln in PCNEWS.

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