Die Geschichte und Arten der Computertastatur
Vorlesung Mensch-Maschine-Interaktion 1
Bastian Schildbach, 09.02.2007Prof.Hußmann
Lehr- und Forschungseinheit Medieninformatik
Ludwig-Maximilians-Universität München
1. Einleitung
Zur Einführung dieser Arbeit über die Geschichte und Arten der Computertastatur wird zunächst auf die Entwicklung der Schreibmaschine eingegangen um zu zeigen, welche Bedeutung sie für das heutige Erscheinungsbild der Standardtastatur hat. Außerdem wird erläutert, wieso die Schreibmaschine heute fast vollends durch die Kombination aus Computerhardware (Tastatur) und Software (Textverarbeitung) abgelöst wurde.1.1 Die Schreibmaschine
Die Idee, Schrift maschinell zu Papier zu bringen stammt aus dem frühen 18. Jahrhundert. Im Jahre 1714 meldete der britische Ingenieur Henry Mill ein Patent für die erste Schreibmaschine an. Die Umsetzung dieses Patents wurde jedoch nicht weiter verfolgt. Erst 115 Jahre später, im Jahre 1829, gelang es William Austin Burt mit seinem "Typographer" Schwung in die Entwicklung von schreibenden Maschinen zu bringen. Mehrere Pioniere meldeten in Folge dessen Patente an. Die erste vermarktete Schreibmaschine stammt von Christopher Latham Sholes (1873). Bei der Entwicklung seiner Tastatur hatte er mit einem Problem mechanischer Art zu kämpfen: Die Typenhebel kollidierten und verklemmten sich, wenn sie in schneller Folge angeschlagen wurden. Um dieses Problem zu lösen, vermischte er immer wieder die Tastenpositionen, bis er ein Layout gefunden hatte, welches ein effektives Schreiben ermöglichte. Das heißt, die Schreiboperationen wurden verlangsamt, da die Tasten, die häufig geschlagen wurden, weit von einander entfernt gelegt wurden, um den gewünschten Effekt, nämlich das Verhindern der Verklemmungen, zu erreichen. Zwar konnte durch die Entwicklung elektrischer Schreibmaschinen und Computertastaturen das mechanische Problem gelöst werden, die Anordnung der Tasten kennen wir jedoch heute noch. Die Standardtastatur, wie sie mit jedem Rechner ausgeliefert wird, leitet ihren Namen von den ersten 6 Buchstaben links oben ab: "QWERTY". Diese "willkürliche" Anordnung induziert natürlich, dass das Erlernen des schnellen Schreibens ein langer Übungsprozess ist.1.2 Ablösung der Schreibmaschine
Durch die Einführung kommerzieller Produkte zur Textverarbeitung am Computer Anfang der achtziger Jahre, zunächst in der Wirtschaft, sowie in den letzten Jahren auch für den häuslichen Gebrauch, erlebte die Schreibmaschine ihre Wachablösung. Durch die universellen Möglichkeiten, die ein Computer bietet und die Entwicklung von Heimcomputern war es für die Haushalte nicht mehr nötig, neben einem Computer (mit Drucker) auch noch eine Schreibmaschine zu besitzen. Abgesehen vom Vorteil, nur noch ein Gerät für eine Vielzahl von Aufgaben zu nutzen, bietet die moderne Textverarbeitung eine viel größere Anzahl an gestalterischen Möglichkeiten, als eine einfache Schreibmaschine.1.3 Erfolg der Tastatur
Seit der Einführung der Tastatur sind mittlerweile viele Jahre vergangen und man kann sich die Frage stellen, wieso sich am Eingabe-Mechanismus der Computer so wenig verändert hat. Dazu müssen zunächst einmal andere Möglichkeiten der Eingabe von Daten gefunden werden, welche die Bedienung effizienter gestalten. Hier gibt es viele Ideen, die aber in der Anwendung Nachteile mit sich bringen oder deren technische Entwicklung noch nicht ausgereift ist (zum Beispiel die Synthese eines Textes anhand von Spracherkennung). Die Kombination aus Maus und Tastatur, wie man sie seit 1984 vom Apple Macintosh auch im Heimbereich kennt, wurde bisher von keinem Eingabe-Medium übertroffen. So ist zum Beispiel die Eingabe eines Textes über Handschriftenerkennung langsamer, als die Eingabe über die Tastatur durch einen halbwegs geübten Benutzer, auch wenn für viele die Handschriftenerkennung als eine intuitivere Eingabeform erscheint.2. Layoutvarianten
Die erste kommerzielle Schreibmaschine von Christopher Latham Sholes hatte, wie bereits erwähnt, ein QWERTY-Layout. Neben dem QWERTY-Layout gibt es weitere Vorschläge für Tastatur-Layouts, auf die im Folgenden eingegangen werden soll.2.1 QWERTY
QWERTY steht für die ersten 6 Zeichen, die sich, von links oben gelesen, auf der Tastatur befinden. Auf deutschen Tastaturen sind die Tasten Y und Z im Vergleich zum englischen Layout allerdings vertauscht, weshalb im deutschen Sprachraum auch häufig der Ausdruck "QWERTZ" Anwendung findet. Im französischen Sprachraum hingegen hat man ein "AZERTY"-Layout, da hier A und Q sowie Y mit W getauscht wurden. Außerdem gibt es noch kleinere regionale Änderungen in der Tastaturbelegung, so z.B. Sonderzeichen, wie das "ß" im Deutschen oder Buchstaben mit Akzenten im Französischen. Die Anordnung der Tasten entspricht der mechanischen Schreibmaschine, obwohl die mechanischen Probleme bei den Tastaturen natürlich nicht mehr bestehen.2.2 andere Layouts
Viele Anwender kritisieren die QWERTY-Anordnung, so zum Beispiel Don Norman, Vizepräsident der Forschungsabteilung von Apple: "Wir haben riesige Anstrengungen in das Design all dessen gesteckt, was man auf dem Bildschirm sieht. Aber die Tastatur scheint direkt von Gott zu kommen, und zwar von einem bösen Gott"[3]. Mit diesem "bösen Gott" ist augenscheinlich Christopher Latham Sholes gemeint. Sholes wählte eine Anordnung, die das Tippen verlangsamte und das Schreiben somit schwierig machte. Er nahm dabei natürlich keine Rücksicht auf physiologische Eigenschaften, die von RTIN (1972) und GAKIR (1980) [10] definiert wurden:- Bedienung der Tasten mit möglichst häufigem Handwechsel
- Tasten der Grundreihe sollten Buchstaben enthalten, die in der Sprache am häufigsten vorkommen.
- Anzahl der Vertikalbewegungen, die wiederholt nur einen Finger beanspruchen, so gering wie möglich halten.
- Die Bewegungen und die Belastung der Finger, Hände und Arme während des Schreibens sind stark von den Besonderheiten der jeweiligen Sprache beeinflusst, beispielsweise dem häufigen Vorkommen von Großbuchstaben im Deutschen.
- Eine Häufigkeitsanalyse von Ziffern- und Buchstabenfolgen bei Tätigkeiten zur Eingabe von Kodierungen in der EDV ist nicht möglich.
- Um nach den zuvor genannten Punkten eine ergonomische Tastenbelegung vornehmen zu können, ist es notwendig, eine Auswertung der Zeichenhäufigkeit zu treffen.
2.2.1 Dvorak
Das Dvorak-Simplified-Keyboard (DSK) wurde von Dr. August Dvorak mit dem Ziel entwickelt, die Effizienz des Schreibens englischer Texte zu maximieren. Er legte die Tasten so an, dass die Finger eine möglichst kurze "Reise" beim Eingeben von Texten über die Tastatur machen mussten. Er behauptete, dass die Finger eines durchschnittlichen Anwenders auf einer QWERTY-Tastatur 12 bis 20 Meilen zurücklegten, während es bei seiner Tastatur nur ungefähr eine Meile sei. Er war der Meinung, dass weite, unangenehme Tastenkombinationen Schuld an den von ihm definierten "most common typing errors" sein. Das Dvorak-Layout wird in einem Artikel von Stan. J. Liebowitz und Stephen E. Margolis jedoch als weitaus weniger vorteilhaft gegenüber dem QWERTY-Layout beschrieben, als dies Dvorak selbst durch Versuche zu beweisen versuchte. Sie kritisieren, dass die wenigen Veröffentlichungen, welche das Dvorak-Layout als überlegen zeigen, meist selbst von Dvorak verfasst wurden, und die von ihm durchgeführten Studien fehlerhaft seien. So wird zum Beispiel bemängelt, dass die gewählten Testpersonen nicht repräsentativ für die ganzen Bevölkerung seien. Ihre Studie könne dagegen lediglich zeigen, dass es möglich ist Gruppen zu finden, in denen Schüler die Dvorak-Tastatur schneller erlernen, als die QWERTY-Tastatur. Walter Rohmert zeigt in einem Forschungsbericht zur ergonomischen Gestaltung von Schreibmaschinentastaturen, dass bei der Dvorak-Belegung ca. 56 % der Arbeitsbelastung beim Schreiben von englischen Texten auf der rechten Hand liegen und sich die Belastung der Finger auf Zeige- und Mittelfinger konzentriert. Er merkt allerdings auch an, wonach die Thesen Dvoraks, bei kürzerer Ausbildungszeit könnten höhere Leistungen erzielt werden, durch verschiedene Untersuchungen nicht bestätigt werden konnten.2.2.2 Alphabetisch (ABCD...)
Die alphabetische Tastatur ordnet die Tasten analog zum Alphabet an. Dies ist eine Anordnung, die natürlich vor allem für Anfänger geeignet ist, da sie so schnell die gewünschten Tasten finden. Die Bedienung ist mit der Schnelligkeit der QWERTY-Tastatur gleichzusetzen[2].2.2.3 Chord
Eine Chord-Tastatur besteht aus nur wenigen Tasten, meistens fünf. Um Buchstaben zu tippen ist es nötig, verschiedene Kombinationen einzugeben. Die Chord-Tastaturen sind deshalb natürlich nur für geübte Nutzer eine Alternative und kommen, aufgrund ihrer kleinen Größe, insbesondere bei tragbaren Anwendungen in Frage.2.2.4 Half-QWERTY
Die Half-QWERTY-Tastatur ist eine Entwicklung für einhändiges Schreiben. Sie basiert im Grunde auf der QWERTY-Tastatur, wobei nur eine Hand zur Bedienung benutzt wird. Dies ist meist die nicht-dominante Hand. Die Tasten sind nicht mehr nur einen Buchstaben zugeordnet, sondern zwei. Um die zweite Reihe zu aktivieren, wird die Leertaste in Kombination mit dem gewünschten Buchstaben getippt. Zusatztasten wie "Shift", "Ctrl" et cetera, können durch einmaliges Drücken aktiviert und durch zweimaliges Drücken eingerastet werden.[7]2.3 Herstellerspezifische Besonderheiten
Viele Hersteller erweitern mittlerweile ihre Tastaturen um Zusatzfunktionen, sodass es beispielsweise möglich ist, oft besuchte Ordner über einen Knopf auf der Tastatur direkt aufzurufen. Außerdem können Programme über Zusatztasten gesteuert werden (Regelung der Lautstärke et cetera). Abgesehen von optischen Eigenheiten legen viele Hersteller Wert auf zusätzliche ergonomische Eigenschaften, um gesundheitlichen Problemen aufgrund der häufigen Nutzung von Tastaturen entgegen zu wirken.2.4 Braille
Auch für körperlich eingeschränkte Menschen gibt es spezielle Anpassungen, um ihnen die Nutzung eines Computers zu ermöglichen. So gibt es für blinde Menschen Braille-Tastaturen, deren Tasten mit der von Braille entwickelte Blindenschrift markiert sind.3. Spezialtastaturen
Für verschiedene Anwendungsbereiche gibt es Spezialtastaturen, welche die normale Funktionalität der bereits beschriebenen Tastaturen um die Möglichkeit erweitern, das Aufrufen von Befehlen spezieller Anwendungsprogramme zu beschleunigen. Als Beispiel kann hier die BSP Logic Tastatur dienen, welche speziell für das Audioprogramm Logic angeboten wird.4. Technische Eigenschaften
4.1 Technische Realisierung
Zur Steuerung der Tastatur ist auf der Hauptplatine des Rechners ein Tastatur-Controller angebracht, welcher mit dem Tastatur-Chip in der Tastatur kommuniziert. Dieser Tastatur-Chip kann die Tastatur über eine Scanmatrix abfragen. Diese ist so angelegt, dass an jedem Kreuzungspunkt eine Taste liegt. Eine weitere Aufgabe des Tastatur-Chips ist das elektronische Entprellen der Tasten, das heißt die Verhinderung, dass ein Tastendruck fälschlicher Weise als eine Vielzahl von Anschlägen interpretiert wird. Der Tastaturkontroller der Hauptplatine kann über Ein- und Ausgabeports mit der Tastatur kommunizieren und so den Scancode, Rückmeldecodes der Tastatur einlesen und Steuerbefehle an die Tastatur senden.4.2 Anschlüsse
Es gibt verschiedene Arten, Tastaturen an den Computer anzuschließen. So existieren kabelgebundene und kabellose Anschlüsse. Ein Beispiel für kabelgebundenen Anschluss ist ein 5-poliger DIN-Stecker. Die einzelnen Pole haben verschiedene Aufgaben:- Stromversorgung
- Rücksetzung
- Schirmungs- und Signalerdung
- Datenbits
- Bittakt
5. Ausblick
Die betrachteten Arten von Tastaturen stellen momentan keine Konkurrenz zur QWERTY-Tastatur dar. Dies liegt vor allem daran, dass bisher nicht bewiesen werden konnte, dass zum Beispiel die Dvorak-Tastatur einen wirklichen Vorteil hat, welcher die Umstrukturierung aller weltweit genutzten Tastaturen und die damit verbundenen Kosten rechtfertigen könnte. Auch wenn der Ansatz der Dvorak-Tastatur logischer erscheint, so heben sich womöglich die Vor- und Nachteile durch die nötige Umstellung auf. Tastaturen wie die Alphabetische Tastatur, die Chord-Tastatur und die Half-QWERTY-Tastatur werden sich am Markt nicht durchsetzen können, da sie keine wirkliche Verbesserung im alltäglichen Gebrauch liefern. Es ist also in naher Zukunft nicht zu erwarten, dass eine der vielen Vorschläge für alternative Tastaturlayouts das bisherige Standardlayout "QWERTY" ablösen könnte. Dies liegt zum einen daran, dass viele Menschen gar nichts von der Existenz solcher Vorschläge wissen und der Nutzen dieser Vorschläge schwer gegenüber dem Nutzen von QWERTY-Tastaturen eingeschätzt werden kann.6.Literatur
[1] H.S Beattie, R.A Rahenkamp. IBM Typewriter Innovation. Version Vol.25 No.5. September 1981.[2] A. Dix et al. Human-Computer Interaction, 2nd edition. Prentice Hall, Harlow, England, 1998.
[3] Christoph Drösser. Moderne Mythen: Die QWERTY-Tastatur und die Macht des Standards. In: Die Zeit, 1997.
[4] August Dvorak, Nellie L. Merrick, William L. Dealey, Gertrude Catherine Ford. Typewriting Behaviour. American Book Company, New York, 1936.
[5] Stan J. Liebowitz, Stephen E. Margolis. The fable of the keys. Journal of Law and Economics, April 1990.
[6] Stan J. Liebowitz, Stephen E. Margolis. Typing Errors. Reason Magazine, Juli 1996.
[7] E. Matias, I.S. MacKenzie, W. Buxton. Half-QWERTY: A one-handed keyboard facilitating skill transfer from QWERTY. Proc. ACM Conf. on Human Factors in Computing Systems, INTERCHI'93, 23.-29.April, Amsterdam, ACM Press, New York, 1993.
[8] Ruth B. Morgan. Keyboards for homes. 737 N. Nelson St., 28, Arlington, VA 22203, 22.05.1990.
[9] B.A. Myers. A brief history of human-computer interaction technology. ACM interactions 5, Dezember 1998.
[10] Walter Rohmert. Forschungsbericht zur ergonomischen Gestaltung von Schreibmaschinentastaturen. Eggenstein-Leopoldshafen, 1982. Reihe: Bundesministerium für Forschung und Technologie: Forschungsbericht.
[11] F. Schulthess, F. Hauck. Technische Informatik I. Institut für Informatik, Abteilung Verteilte Systeme, Universität Ulm, 2006.
[12] Debra L. Woods. User Friendly Keyboard. 12776 Bombay Way, Woodbridge, VA (US) 22192, 15.11.2005.
