Das Eingabewerk
Ein Computer kennt nur Zahlen – genauer: Bitmuster aus Nullen und Einsen. Die Welt um ihn herum besteht aber aus Tastendrücken, Bewegungen, Licht und Schall. Das Eingabewerk ist die Übersetzungsstelle dazwischen.
Aufgabe des Eingabewerks
Jedes Eingabegerät erfüllt im Kern drei Aufgaben:
- Erfassen einer physikalischen Größe (Druck, Bewegung, Licht, Schall …),
- Umwandeln in ein digitales Signal (meist durch einen eigenen kleinen Controller-Chip),
- Übertragen über eine Schnittstelle (USB, Bluetooth …) an den Computer, wo die Daten über den Bus in den Speicher gelangen.
Die Tastatur
Unter den Tasten liegt ein Gitter aus Leiterbahnen: die Tastenmatrix. Jede Taste sitzt an der Kreuzung einer Zeile und einer Spalte. Wird sie gedrückt, verbindet sie die beiden Leitungen. Der Tastatur-Controller prüft viele hundert Mal pro Sekunde alle Zeilen und Spalten („Scannen“) und erkennt so, welche Taste gedrückt ist.
Aus der Position der Taste erzeugt er einen Scancode. Erst das Betriebssystem macht daraus mithilfe des eingestellten Tastaturlayouts ein Zeichen.
Tippe eine Taste an – oder klicke hier hinein und tippe auf deiner echten Tastatur.
- 1 · Tastenmatrix Die Tasten liegen an Kreuzungen von Zeilen- und Spaltenleitungen.
- 2 · Scancode Der Tastatur-Controller erzeugt den Code für die Position der Taste:
– - 3 · Übertragung (USB) Der Computer fragt die Tastatur bis zu 1000-mal pro Sekunde ab (Polling) und erhält das Datenpaket mit dem Scancode.
- 4 · Betriebssystem Der Treiber übersetzt den Code mit dem eingestellten Tastaturlayout (Deutsch) in ein Zeichen:
- 5 · Speicher Das Zeichen landet im Tastaturpuffer im Arbeitsspeicher – von dort holt es sich das Programm. leer
Die Maus
Eine moderne optische Maus enthält eine winzige Kamera: Eine LED oder ein Laser beleuchtet die Unterlage schräg, sodass selbst kleinste Unebenheiten sichtbar werden. Der Sensor macht mehrere tausend Bilder pro Sekunde und vergleicht jedes Bild mit dem vorherigen. Aus der Verschiebung des Musters berechnet ein Signalprozessor die Bewegung.
Bewege den Zeiger (oder den Finger) über das Mauspad.
- Muster verschoben um
- Δx = 0 · Δy = 0 Pixel
- Bewegung (Summe)
- 0.0 mm · 0.0 mm
- An den Computer gemeldet
- 0 · 0 Counts
Echte Sensoren machen mehrere tausend Bilder pro Sekunde mit etwa 20 × 20 Pixeln und vergleichen sie per Bildverarbeitung. Je höher die DPI, desto weiter bewegt sich der Zeiger bei gleicher Handbewegung.
Zwei Kennzahlen sind wichtig:
- Auflösung (DPI/CPI): Wie viele Bewegungsschritte („Counts“) die Maus pro Zoll (2,54 cm) meldet.
- Abfragerate (Polling-Rate): Wie oft der Computer die Maus nach neuen Daten fragt – typisch 125 bis 1000 Mal pro Sekunde.
Weitere Eingabegeräte
| Gerät | erfasst | Umwandlung |
|---|---|---|
| Mikrofon | Schallwellen | A/D-Wandler misst die Spannung z. B. 44 100-mal pro Sekunde mit 16 Bit |
| Kamera | Licht | Bildsensor mit Millionen lichtempfindlicher Zellen (je Pixel Helligkeit für Rot, Grün, Blau) |
| Touchscreen | Berührung | Änderung der elektrischen Kapazität an Kreuzungspunkten – ähnlich wie die Tastenmatrix |
| Sensoren | Temperatur, Beschleunigung, Licht … | analoger Messwert → A/D-Wandler → Zahl |
VertiefungPolling oder Interrupt – woher weiß die CPU, dass eine Taste gedrückt wurde?
Es gibt zwei grundsätzliche Verfahren:
- Polling (Abfragen): Die CPU fragt ein Gerät regelmäßig „Hast du etwas Neues?“ – auch wenn nichts passiert ist. Das kostet Rechenzeit.
- Interrupt (Unterbrechung): Das Gerät meldet sich über eine Leitung des Steuerbusses. Das Steuerwerk unterbricht das laufende Programm, bearbeitet die Eingabe und macht dann dort weiter, wo es war.
Bei USB fragt der USB-Controller die Geräte zwar regelmäßig ab, meldet neue Daten dann aber per Interrupt an den Prozessor. Johnny kennt übrigens keine Interrupts – dort gibt es gar keine Ein- und Ausgabe, man schreibt direkt in den Speicher.