Tastatur

Dieser Artikel beschreibt die Tastatur eines technischen Gerätes; zu dem Teil eines Musikinstrumentes siehe Klaviatur Laptoptastatur mit deutscher Belegung, die kreisbogenförmige Tastenanordnung setzte sich mangels Ergonomie um 2000 nicht durch

Eine Tastatur ist ein peripheres Eingabegerät nach dem Vorbild der Schreibmaschinentastatur, das als Bedien- und Steuerelement eine Anzahl von mit den Fingern zu drückenden Knöpfen oder Tasten verwendet, die als mechanische Hebel oder elektronische Schalter fungieren.

Tastaturen gibt es für eine Vielzahl von technischen Geräten, darunter Computer, Fernbedienungen, Telefone und Mobiltelefone.

In der Regel wird die Tastatur als Texteingabeschnittstelle für die Eingabe von Text, Zahlen und Symbolen in eine Anwendungssoftware wie ein Textverarbeitungsprogramm, einen Webbrowser oder eine Social-Media-Anwendung verwendet. Eine feststehende Anordnung gibt es nicht, jede Systemarchitektur hat hier gewisse Eigenständigkeiten, insbesondere bei Notebooks ergeben sich durch das Platzproblem weitere Unterschiede.

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. Diese Verbindung wertet ein Mikrocontroller (früher zum Beispiel bei XT-Tastaturen ein Mikroprozessor 8042) aus und schickt diese Information zum Rechner – bei der heute vorherrschenden IBM-PC-Architektur (auch beim Apple Macintosh) als sogenannter Tastencode (englisch Scancode).

Dieses Funktionsprinzip ist nahezu universell auf alle modernen Eingabegeräte mit mehreren Tasten anwendbar. Allgemein, sei es eine Tastatur eines elektronischen Musikinstrumentes oder eine Computer-Tastatur, kann es vorkommen, dass mehr als eine Taste gleichzeitig gedrückt wird. Im Gegensatz dazu ist eine gleichzeitige Betätigung von w = A3 oder z = B3 mit u und y kein Problem und würde sicher erkannt. Generell tritt dieser Effekt auf, wenn drei Ecken eines Rechteckes innerhalb der Matrix betätigt werden.

Eine verbreitete Gegenmaßnahme ist, die Tastenmatrix so anzuordnen, dass bei den üblichen Tastenkombinationen solche Muster nicht auftreten. Hier wird ausgenutzt, dass zum Beispiel nur sehr selten mehrere Zeichentasten gleichzeitig gedrückt werden müssen, während etwa die Kombination „Zeichen und Hochstelltaste“ häufig ist. Da es sehr unwahrscheinlich ist, dass ein Mensch mehrere Tasten so kurz hintereinander bedient, dass der Tastaturcontroller keine Reihenfolge der Betätigung mehr erkennen kann, besteht die Möglichkeit, so lange weitere gleichzeitig aktive Tasten zu erkennen, bis eine Kombination auftritt, die einen Phantom-Key enthalten könnte. Das ist jedoch, abhängig von der Technik des Tastenfeldes, nicht immer realisierbar und in jedem Fall mit höheren Produktionskosten verbunden.

Die Interrupt-Behandlungsroutine wertet den Scancode der jeweiligen Taste aus, ermittelt, welche der Modifier-Tasten (Umschalttaste, Strg, Alt, Alt Gr, Feststelltaste, Num, Rollen und Einf) zusätzlich aktiv ist, und speichert das Ergebnis im Tastaturpuffer. 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 (zum Beispiel 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. Mit der AT-Tastatur wurde die Schnittstelle bidirektional, um bestimmte Zustände wie zum Beispiel Num-Lock, Caps-Lock und Scroll-Lock über LEDs darstellen zu können. Eine über USB angeschlossene Tastatur wird vom Host-Controller als Gerät der Klasse Human Interface Device behandelt. Viele Funktastaturen haben eine USB-Schnittstelle, diese melden sich am System genauso an wie kabelgebundene Tastaturen.

Im Gegensatz zur PS/2- und ADB-Schnittstelle (Apple Desktop Bus) sendet eine USB-Tastatur nicht bei jedem Niederdrücken und Loslassen einer Taste die sogenannten Make- bzw. Break-Codes, sondern einen Datenblock mit Statusinformationen (Flags) für die Umschalttasten und Bytes für die sonstigen Tasten, in dem der gesamte aktuelle Status der Tastatur angegeben wird. Das HID-Protokoll unterstützt maximal sechs gleichzeitig gedrückte gemeine Tasten, während es bei PS/2 keine Beschränkung gibt.

Hinter der im USB-Standard verwendeten Bezeichnung „Interrupt-Transfer“ verbirgt sich tatsächlich ein Polling-Betrieb. Die CPU fragt die Tastatur in einem festen Zeitraster – typischerweise alle 8 ms – nach ihrem Zustand, während PS/2 echten Interrupt-Betrieb bietet.

Mechanische Tastaturen gelten mit bis zu 50 Millionen Anschlägen langlebiger als Rubberdome-Tastaturen, bei denen die Tasten mit einer Art Kuppe aus Silikon oder Gummi in die Ausgangsstellung zurückgeschoben werden. Die Beschriftung der Taste wird als separat gegossenes Inlay-Element gefertigt und in eine passende Aussparung eingefügt. Die Beschriftung der Taste wird als separat gegossenes Inlay-Element gefertigt und in eine passende Aussparung eingefügt. B. auch höherwertiger PBT-Kunststoff zum Einsatz, der sich nicht verfärbt und seine Oberflächenbeschaffenheit auch über lange Zeit beibehält.

Weitere Qualitätsmerkmale sind der Spritzwasserschutz einer Tastatur, eine Antihaftversiegelung gegen Schmutz sowie ferner auch Anti-Ghosting für Spieler und Musiker, die auch komplexe Tastenkombinationen verwenden wollen. Auch die Lautstärke spielt eine gewisse Rolle, mechanische Tastaturen können herstellerspezifisch mit verschieden lauten bzw. leiseren Tastenvarianten angeboten werden oder gegebenenfalls auch nachträglich noch durch elastische O-Ringe etwas gedämpft werden. Spätestens seit den 1970er Jahren gibt es Ansätze, bestimmten Problemen, die bei der Arbeit mit „normalen“ Tastaturen auftreten können (z.

Eine Entwicklung aus den 1970er Jahren (von Lillian Malt und Stephen Hobday) ist die auch heute (Stand Februar 2022) noch vertriebene Maltron-Tastatur. Die Ergodox-Tastatur[6] verfolgt mit vertikal geradlinig angeordneten Tasten und separaten Tastenblöcken für die Daumen ein ähnliches Konzept wie die Maltron-Tastatur, jedoch sind linke und rechte Tastaturhälfte physikalisch getrennt und somit voneinander unabhängig positionierbar. Hardware und Firmware sind frei lizenziert, die Tastatur kann als Bausatz oder über Dienstleister fertig zusammengebaut erworben werden.

Versuche mit vereinfachten Belegungen durch weniger Tasten, zusätzlich farblich gekennzeichnet, vom Unternehmen „New Standard Keyboards“ gingen einen anderen Weg der Optimierung: Skepsis gegenüber bisherigen Ergonomieuntersuchungen führte zur alphabetischen Anordnung der Buchstaben auf den Tasten in Verbindung mit speziellen Tastenpositionierungen. Mit Velotype wurde ein anderer Ansatz gewählt: Statt mit einzelnen Tasten Buchstaben einzugeben, werden hier mit Hilfe von Tastenkombinationen ganze Silben geschrieben. Das System, das heute unter der Bezeichnung „Veyboard“ vermarktet wird, soll eine mehrfach höhere Eingabegeschwindigkeit buchstabenorientierte Tastaturbelegung erlauben. Die Großschrift eignet sich auch dann gut, wenn man selten benötigte Tasten entspannt finden möchte.

Es gibt Tastaturen aus Edelstahl, Aluminium oder anderen Metallen, die speziell für den Einsatz in rauen, verschmutzten Umgebungen oder in öffentlichen Räumen gedacht sind. Diese werden häufig in Kfz-Werkstätten oder Firmen verwendet, die mit flüssigen Stoffen arbeiten, zum Beispiel mit Öl.

Ein anderer Anwendungsfall sind sogenannte Slimline-Tastaturen, die meist eine normale Tastaturbelegung aufweisen, aber wesentlich flacher (slim = „schlank“) sind. Für Anwendungsfälle, in denen die Mobilität im Vordergrund steht, gibt es Klapptastaturen sowie flexible Tastaturen aus Kunststoff, die man einrollen kann.

Klapp- und Gummitastaturen werden als Ergänzung zu den bauformbedingt sehr kleinen Bildschirmtastaturen von PDAs und anderen tragbaren Tablet-Computern wie dem iPad angeboten. Als Inseltastatur, Insel-Design, Insel-Look oder englisch Island Style wird eine Tastatur bezeichnet, bei der zwischen den Tasten ein Abstand besteht; das Gehäuse der Tastatur hat dementsprechend einzelne Löcher für jede Taste.

Daher hat eine derartige Tastatur eine gewisse Ähnlichkeit mit Kaugummitastaturen, welche ebenfalls (konstruktionsbedingt) für jede Taste ein einzelnes Loch haben. Bereits 1985 wurde eine Tastatur vorgestellt, deren Tasten mit kleinen LCDs versehen waren, wodurch ihre Beschriftung vom Benutzer jederzeit umprogrammiert werden konnte.

Bei dieser Form der Tastatur wird ein projiziertes Tastenfeld auf einer beliebigen ebenen Oberfläche erzeugt und die Benutzeraktion darauf mit einer Kamera erfasst. Das Gerät erkennt mittels Bildverarbeitung, welche Felder berührt werden, und leitet die Information an den Computer weiter (nicht zu verwechseln mit der Virtuellen Tastatur). Einhandtastaturen mit dem vollständigen Umfang einer Standardtastatur werden in der Regel als Artikel für die berufliche Rehabilitation im entsprechenden Fachhandel angeboten.

Eine spezielle Form der Einhandtastaturen sind die Akkordtastaturen (englisch chord keyboards), die nur wenige (zumeist unbeschriftete) Tasten besitzen, und bei denen die Eingabezeichen Kombinationen von gleichzeitigen Tastenbetätigungen zugeordnet sind. Je mehr sich der IBM PC und dessen Nachfolger, die IBM-PC-Kompatiblen, am Markt durchsetzten, verdrängte zunächst die sogenannte XT-Tastatur, dann AT-Tastatur und später die MF2-Tastatur alle anderen Tastaturtypen. Neben der PC-Tastatur hat sich heute einzig noch die Apple-Tastatur behaupten können, die jedoch inzwischen eine sehr ähnliche Tastenbelegung aufweist.

Die Tastaturen für IBM-PCs sind standardiert; in 25 Jahren PC-Geschichte haben sich durch Erweiterungen und lokale Anpassungen (Umlaute etc.) viele Tastaturvarianten entwickelt: , und 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 oder zum Steuern von Multimedia-Programmen. Die ersten Macintosh-Tastaturen unterschieden sich von PC-Tastaturen hauptsächlich durch die anderen Umschalttasten und der Abwesenheit von Funktionstasten. [15] 1987 gab es die erste externe Apple-Tastatur mit Funktionstasten, hauptsächlich mit Hinsicht auf plattformübergreifende Programme wie Microsoft Word, ab 1994 auch bei den Notebooks (Powerbook 520); seit 2016 verschwinden sie wieder, zumindest im MacBook Pro, wo sie durch eine Touchbar ersetzt sind.

Neben der Leertaste finden sich beiderseits je eine Strg- bzw. Ctrl-Taste (^), eine Wahltaste (⌥) und eine Befehlstaste (⌘), mit deren Hilfe wie auch mit den Umschalttasten nicht nur die Tastatur, sondern auch die Maustasten in vielfältiger Weise mehrfach belegt (bis zu 16-fach) verwendet werden. Für Umsteiger von einer PC-Tastatur auf den Mac wirkt sich am verwirrendsten wohl die Verschiebung der eckigen und der Mengenklammern aus: Letztere werden bei deutschem und schweizerischem Layout durch ⌥ + 8 bzw. 9 erzeugt, also über die Tasten für die entsprechenden runden Klammern, mit denen aber beim PC die eckigen Klammern erzeugt werden.

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

Auch wenn die Tastatur bis heute das dominierende Eingabegerät ist, haben sich im Lauf der Jahrzehnte doch eine Reihe von Alternativen etabliert.

Dabei handelt es sich um einen Bildschirm, auf dem berührungsempfindliche Felder liegen, die zur Eingabe verwendet werden können.

Die Tastatur wird auf dem Bildschirm dargestellt und zum Beispiel mit der Maus oder mit einem Stift (bei einem Sensorbildschirm bzw. Touchscreen) betätigt. Tasten, die mehr als einen Rasterplatz belegen, haben zusätzlich Bügel, die einen Lageausgleich gegen Verkanten unterstützen.

Früher waren Federn in der Regel aus rostfreiem oder rostgeschütztem Stahldraht, heute sind die Tasten bei geringerer Bauhöhe leichter und Federung, Druckpunkt, Rastung, Parallelführung (auch der längeren Tasten) sowie Montage und Demontierbarkeit wird häufig durch eine gespreizte Doppelschere aus selbstschmierendem Kunststoff erreicht. Buckling spring torsional snap actuator: Illustration einer Knickfeder-Taste mit taktilem und akustischem Feedback. Eine Variante von mechanischen Schraubenfedertasten aus den 1980ern sind sogenannte Knickfeder-Tasten (engl. „buckling spring“), bei denen die Feder nicht rein axial zusammengepresst wird, sondern auch vertikal Kräfte erfährt und dann plötzlich, unter massiv nachlassender Gegenkraft, umknickt und durchschaltet.

Einige Notebook-Tastaturen, wie HP/Compaq, Acer, haben für jede Taste scherenartige Führungen, die beim Niederdrücken wie Liegestühle zusammenklappen.

Diese Mechanik besteht aus zwei geschlossenen Bügeln, die an den Enden über Gelenke miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Tasten – vergleichsweise wie bei Scherenhebebühnen – immer etwa senkrecht zur Leiterplatte bewegt werden.

Bei einigen Tastaturen wie der „IBM Model M“ sind längere und breitere Tasten wie Umschalter, Enter, Backspace sowie „0“ und „+“ am Ziffernblock stabilisiert. Wie es der Werkstoff Gummi erwarten lässt, wird so ein weicheres Tippgefühl und eine deutlich verringerte Lärmbelästigung erreicht. Rubberdome-Tastaturen haben zumeist einen Key-Rollover von 2, es können also maximal zwei Tasten gleichzeitig gedrückt werden.

Mechanische Trägerplatte mit Führung beweglicher Stößel – diese tragen an der Platinenseite eine Schaumgummiauflage mit einer Metallfolie, die 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.

Diskreter Taster in Kombination mit einem mechanischen Überbau, je nach Hersteller individuell ausgeführt. Bedeutende Hersteller sind beispielsweise die deutsche Cherry GmbH mit der MX-Schalter-Serie, welche seit ca.

1985 in vielen Varianten gebaut wird, und die japanische Alps Denki K.K mit ihren ALPS-Tasten, die unter anderem in den ersten Apple-Tastaturen verbaut wurden.

Kunststoffgehäuse zur Führung eines beweglichen Stößels – dieser trägt an der Platinenseite eine leitfähige Kontaktpille. Realisierung des Schaltkontakts durch zwei einander zugewandte, leitfähig bedruckte Polyesterfolien (im Ruhezustand von einer Abstandsfolie getrennt). Einbettung eines diskreten Piezoschaltelements in eine Metallfrontplatte, alternativ Nutzung mit piezoelektrischem Lack bedruckter Folien.

Ein Permanentmagnet unter jeder Taste fährt beim Anschlag an einem Hall-Sensor auf der Bodenplatte vorbei. Hall-Tastaturen sind nahezu unverwüstlich, langlebig (viele Hersteller geben > 1'000'000 Anschläge als Lebensdauer an) und unempfindlich gegen störende elektromagnetische Felder und ionisierende Strahlung.