Manfred Precht, Nikolaus Meier, Dieter Tremel EDV-Grundwissen Eine Einführung in Theorie und Praxis der modernen EDV 7., aktualisierte Auflage An imprint of Pearson Education München (cid:127) Boston (cid:127) San Francisco (cid:127) Harlow, England Don Mills, Ontario (cid:127) Sydney (cid:127) Mexico City Madrid (cid:127) Amsterdam 3 Datenerfassung und Peripheriegeräte Die Erfassung, Verwaltung und Ausgabe von Daten hat schon vor dem Zeitalter der elektronischen Datenverarbeitung in vielen Bereichen eine große Rolle gespielt (For- schung, Verwaltung, Logistik etc.). Mit der EDV werden allerdings um viele Größen- ordnungen umfangreichere Datenmengen bearbeitet. Dabei treten völlig neuartige Gesichtspunkte in Bezug auf die Erfassung, Organisation und Ausgabe von Daten auf. Eine Reihe technischer Entwicklungen in der Peripherie der Rechner dient dazu, diese Aufgaben schnell und zuverlässig auszuführen. Zu den Peripheriegeräten zählt man vor allem Eingabegeräte, Ausgabegeräte und externe Speicher externer Speicher (Speicher, die nicht direkt von der Zentraleinheit adressiert werden). Als stationäre Datenerfassung bezeichnet man die Dateneingabe auf einer fest instal- lierten Anlage. Demgegenüber findet die mobile Datenerfassung am Ort der Datenent- stehung (Versuchsfeld, Auslieferfirma etc.) statt. Dazu werden kleine, tragbare PCs oder spezielle Handgeräte von der Größe eines Taschenrechners verwendet. Da die Daten auf diesen Geräten bereits in maschinenlesbarer Form vorliegen, können sie ein- fach auf eine zentrale Anlage übertragen werden. Die mobile Datenerfassung fasst in vielen Bereichen Fuß, angefangen bei Bestandsaufnahmen im Forst bis hin zu Firmen- lieferanten oder Paketzustelldiensten. Die zentrale Datenerfassung bedingt eine Zusammenführung aller in einem mehr oder weniger ausgedehnten Bereich gewonnenen Daten an einem zentralen Ort anschlie- ßender Eingabe. Bei der dezentralen Datenerfassung werden die Daten an den verschie- denen Orten der Datenentstehung unabhängig voneinander eingegeben und über ent- sprechende Kommunikations- oder Versandwege an einer zentralen Stelle gesammelt. In Zukunft wird die dezentrale Datenerfassung die zentrale immer weiter verdrängen. Mit entscheidend für diese Entwicklung ist der starke Preisrückgang bei den PCs und die rasche Entwicklung auf dem Gebiet der mobilen Datenerfassung und Kommunika- tion. Für verschiedene Anwendungen werden zunehmend branchenspezifische Erfas- sungsgeräte für die dezentrale Erfassung eingesetzt (Datenkassen, optische Handleser, Geldausgabeautomaten, elektronische Notizbücher). Die Überlegungen gehen dahin, möglichst viele Datenerfassungsfunktionen zu automatisieren und die Erfassung direkt an Auswertungsprogramme zu koppeln oder die Daten so zu erfassen, dass sie zumindest für die Übertragung in andere Programme geeignet sind. Es sind bereits Systeme im Einsatz, die z.B. über Chipkarten und berührungslose Leser automatisch die Arbeitszeit auf Baustellen erfassen oder Straßenbenutzungsgebühren per Funktele- fon an eine Zentrale übermitteln. 3 Datenerfassung und Peripheriegeräte 3.1 Eingabegeräte Die Datenerfassung und Dateneingabe stellt eine Art Brücke zwischen Mensch bzw. Umwelt und dem Computer dar. Der Anwender muss sich dem Computer anpassen, wenn eine Kommunikation zwischen Mensch und Maschine möglich sein soll. Der Trend allerdings geht dahin, dass der Computer wesentlich mehr dem Menschen ange- passt wird als umgekehrt. So versucht man, Texte als gesprochene Worte über ein Mikrofon einzugeben oder direkt handschriftlich zu erfassen. Das Entgegenkommen des Menschen besteht dann lediglich darin, klar und langsam zu sprechen bzw. deut- lich zu schreiben. Zwei Bedingungen laufen einander bei der Datenerfassung zuwider: Die Daten sollen möglichst schnell, aber auch möglichst zuverlässig, also korrekt erfasst werden. Es ist ein durchaus übliches Verfahren, dass man dieselben Zahlenreihen von zwei Personen unabhängig eingeben lässt, um mögliche Falscheingaben durch einen direkten Vergleich zu erkennen. Man halbiert damit die Eingabegeschwindigkeit zugunsten höherer Zuverlässigkeit. Umschaltung Escape, Eingabetaste Unterbrechen (SGhrifot)ß f-ür voAnb bEriencghaebnen (Return, Enter) Rollen Tasten für Status- schreibung Bildschirm Löschen, Ein- anzeigen Funktionstasten F1 bis F12 ausdrucken fügen, Blättern Druck Rollen Pause S-Abf Unterbr Einfg Pos1 Bild Entf Ende Bild Pos1 Bild EndeEinfg BiEldntf Enter Alt, wird mit Tasten für numerischer Block Steuerung, wird Buchstaben oder Buchstaben und Steuerung zur bequemen mit Buchstaben Funktionstasten Ziffern wie bei der Zahleneingabe oder Funktions- kombiniert Schreibmaschine AltGr für tasten kombiniert Sonderzeichen Pfeiltasten Abbildung 3.1: Standardtastatur mit 12 Funktionstasten und abgesetztem Ziffernblock 3.1.1 Tastatur Am häufigsten werden Texte oder Zahlen über eine schreibmaschinenähnliche Tastatur (Engl. Keyboard) eingegeben. Die eingetippten Zeichen werden am Bildschirm darge- stellt, so dass der Bearbeiter sieht, was er geschrieben hat. Gleichzeitig speichert der Computer die Zeichen in seinem Arbeitsspeicher und sichert sie nach Beendigung der Eingabe auf einem dauerhaften Speichermedium. Eine Standardtastatur für PCs stellt neben den Buchstaben und Zahlen auch einige Tasten zur Steuerung des Eingabepro- gramms bereit: die Funktionstasten ((F1) bis (F12) mit programmabhängiger Wirkung, Lösch-Taste (Entf), Einfüge-Taste (Einfg), Tasten zum Blättern am Bildschirm und zur 88 Eingabegeräte Bewegung des Cursors [das ist ein blinkendes Zeichen, das angibt, an welcher Stelle des Bildschirms man gerade schreiben kann], eine Taste zum Ausdrucken des Bildschirmin- halts ((Druck)) und einige weitere. Mit der Verbreitung von Windows als Quasistan- dardbetriebssystem am Arbeitsplatzrechner haben sich Tastaturen mit einigen Spezial- tasten zum direkten Aufruf ausgewählter Betriebssystemfunktionen durchgesetzt, ähnlich wie dies bei den Rechnern des Mitbewerbers Apple schon früher der Fall war. Bekanntestes Beispiel ist der Aufruf des Windows Explorer mittels der Tastenkombina- tion WINDOWS+E (vgl. Abbildung 3.1.1. Tastatur). Komfortable Tastaturen brauchen kein Kabel zum Computer, sondern senden die Tastenanschläge per Funk an den Rech- ner. Abbildung 3.2: Bildschirmtastatur unter Windows 2000 als einfache Eingabehilfe 3.1.2 Eingabehilfen Um die Dateneingabe übersichtlich zu gestalten, verwendet man so genannte Eingabe- masken (vgl. Abbildung 3.2). Dabei erscheinen auf dem Bildschirm verschiedene Felder, in die z.B. Name, Vorname und Adresse eines Kunden eingegeben werden können. Eine automatische Plausibilitätsprüfung der eingegebenen Daten ist möglich, sofern Kri- terien für gültige Werte vorgegeben sind. Fehler können dann schon bei der Eingabe erkannt werden. Die Eingabegeschwindigkeit über die Tastatur ist relativ niedrig, sel- ten über 15 000 Zeichen pro Stunde bei fließendem Text. Aus technischen Gründen kann man einen unvorhergesehenen Systemausfall (z.B. bei Stromausfall) nicht aus- schließen. Um sich vor Verlusten zu schützen, sollte man deshalb in regelmäßigen Abständen sichern, d.h. die Daten vom Arbeitsspeicher auf ein dauerhaftes Medium kopieren. Ausgefeilte Eingabesysteme übernehmen diese Aufgabe selbstständig und können so Verluste durch plötzlichen Systemausfall fast immer auf wenige Eingabezei- len begrenzen. 89 3 Datenerfassung und Peripheriegeräte Hinweis zur Funktion des Schalters Abbildung 3.3: Beispiel für eine Eingabemaske Maus rechte Trackball mit den Fingern Maustaste drehbare Kugel Taste Kabelzum Computer linke Maustaste Abbildung 3.4: Maus und Trackball 3.1.3 Maus Bei der Bedienung von Programmen kann neben der Tastatur die Maus benutzt wer- den. Eine Maus überträgt die Bewegung, die man mit ihr auf dem Schreibtisch aus- führt, auf ein besonderes Symbol – den Mauszeiger – auf dem Bildschirm. Das Abtasten 90 Eingabegeräte der Bewegung übernimmt eine unten in die Maus eingebaute Rollkugel oder ein opti- sches Element, das die Bewegung über dem Untergrund erfasst. Eine Maus hat ein bis drei Tasten und neuerdings zusätzlich auch ein kleines Drehrädchen, das unter Win- dows zum vertikalen Rollen des Fensterinhalts verwendet werden kann. Bei den meis- ten Programmen werden nur die linke und die rechte Maustaste verwendet, auch wenn dazwischen noch eine dritte Taste angebracht ist. Das Drücken einer Maustaste bezeichnet man als Klicken. Man kann die Maus auf ein entsprechendes Symbol oder auf einen Texteintrag auf dem Bildschirm richten und durch Anklicken eine Aktion auslösen. Alle modernen Computerprogramme mit grafischer Benutzeroberfläche (siehe Abschnitt 8.1.1 „Benutzeroberfläche“) werden mit der Maus bedient. Während Apple- Computer schon früh serienmäßig mit einer Maus ausgerüstet waren, gelang ihr der Durchbruch am PC erst um 1990. Weil das Kabel, das die Mausposition dem Computer übermittelt, bisweilen im Wege liegt, hat man die drahtlose Infrarot- oder Funküber- tragung der Mausdaten zum Computer entwickelt. Neben proprietären Lösungen ein- zelner Anbieter, die nicht mit den Komponenten anderer Hersteller zusammenarbei- ten, gilt im Funknahbereich bis etwa zehn Meter mittlerweile Bluetooth (siehe Abschnitt 3.8.4 „Bluetooth“) als neuer Standard. Microsoft hat bereits 2002 ein Set, das aus kabellosem Keyboard und kabelloser Maus besteht, angeboten, das sich der Bluetooth-Funktechnik bedient. Dazu gehört selbst- verständlich ein passender PC-Adapter. Dieser Bluetooth-Adapter hat den Vorzug, dass auch andere Bluetooth-Geräte andocken können. Belkin bietet ebenfalls eine Blue- tooth- Wireless-Optical-Maus an, die bis zu zehn Meter Entfernung überbrücken kann. Der mitgelieferte USB-Adapter für Bluetooth rüstet den Computer für den Kurzstre- ckenfunk auf und arbeitet mit den gängigen Betriebssystemen zusammen. Als Kom- munikationsprotokoll wird das im Bluetooth-Standard festgelegte Human-Interface- Device-Profil (HID-Profil) verwendet. Als Nebeneffekt ergibt sich auf diese Weise die Möglichkeit, mit anderen Bluetooth-konformen Geräten kabellos zu surfen, zu dru- cken oder zu vernetzen. 3.1.4 Trackball Weil man mit der Maus doch einen gewissen Platz auf dem Schreibtisch zum Hin- und Herschieben benötigt, wurden so genannte Trackballs entwickelt, die die gleiche Funk- tion wie eine Maus haben und ebenso konstruiert sind, nur dass das bewegliche Ele- ment (ein kleiner, drehbar gelagerter Ball) nach oben weist. Der Zeiger auf dem Bild- schirm wird durch Drehung des Balls mit der Hand verschoben. Vor allem bei tragbaren Computern ersetzt man damit die Maus. 3.1.5 Joystick Man geht recht in der Annahme, aus dem Namen „Joystick“ zu schließen, dass dieses Eingabegerät nicht fürs Arbeiten, sondern für das Spielen am Computer entwickelt wurde. Ein Joystick dient vor allem zum Steuern jeglicher Fahrzeuge in Computerspie- len, als da sind: Rennautos, Panzer, Flugzeuge, Raumschiffe etc. Zwei oder mehr Tas- ten dienen zum Auslösen von Aktionen, nicht selten das Abfeuern von Raketen aller Größenordnungen. Die neuesten „Force-Feedback-Joysticks“ geben ein besonders rea- 91 3 Datenerfassung und Peripheriegeräte listisches Steuergefühl, weil sie je nach Spielsituation der Auslenkung mit programm- gesteuerter Kraft entgegenwirken können. Speziell für Fahrsimulatoren gibt es Varian- ten des Joysticks, die ein richtiges Lenkrad bieten. 3.1.6 Touchpad Das Touchpad ersetzt ebenfalls die Maus und wird bei Notebooks und Laptops einge- setzt. Es besteht aus einer rechteckigen, berührungsempfindlichen Fläche von ca. sechs mal vier Zentimetern. In der Regel ist es direkt vor der Tastatur zusammen mit zwei Tasten eingebaut. Durch leichtes Bewegen eines Fingers über das Feld wird der Maus- zeiger am Schirm bewegt. Ein leichtes Anschlagen mit dem Finger ersetzt einen Tas- tenklick an der Maus. Auch wenn die Bedienung etwas gewöhnungsbedürftig ist, ist es doch ein vollwertiger Mausersatz, der kein zusätzliches Gepäck erfordert. 3.1.7 Digitalisiertablett Nach einem ähnlichen Prinzip wie die Maus arbeiten Digitalisiertabletts. Zum einen können sie zur Auswahl von bestimmten Befehlen genutzt werden, die auf eine Schab- lone (Menüfeld) aufgemalt sind. Das Digitalisiertablett lokalisiert dabei, an welcher Stelle auf dem Tablett eine Berührung mit einem besonderen Stift stattgefunden hat. Eine wichtigere Rolle spielen Digitalisiertabletts bei der direkten Eingabe von Daten, vorzugsweise von geografischen Karten. Man zielt dabei einzelne Punkte mit einer Art Fadenkreuz an und drückt dann eine Taste. Die x- und y-Koordinaten dieses Punktes werden dann automatisch auf mehrere Stellen genau gespeichert. Vorher muss aller- dings eine entsprechende Justierung stattfinden. Während bei einer Maus immer nur die Bewegungen, also die Positionsänderungen, an den Computer weitergegeben wer- den, verwendet man beim Digitalisiertablett die absoluten Koordinaten des Stifts oder der Lupe auf dem Tablett. Es ist also nicht möglich, den Stift anzuheben und an ande- rer Stelle wieder aufzusetzen, um mehr Bewegungsspielraum für das Zeigeinstrument zu gewinnen. 3.1.8 ArtPad Eine Kombination aus Maus und Digitalisiertablett stellen die Artpads dar. Sie arbeiten mit einer druckempfindlichen Unterlage (Pad) und einem Stift mit Schalter. Sie können sowohl als Mausersatz geschaltet sein, als auch wie kleine Digitalisiertabletts arbeiten. Ihre Größe entspricht der eines Blattes im Format DIN A6 oder DIN A5. Der Clou die- ser Eingabegeräte besteht darin, dass sie – geeignete Programme vorausgesetzt – auch die Andruckkraft des Stifts (in z.B. 256 Stufen) auswerten. In Mal- und Zeichenpro- grammen kann man so z.B. die Strichstärke automatisch an die Andruckkraft anpas- sen. Wird der Stift herumgedreht, kann man damit „auf dem Bildschirm radieren“. 92 Eingabegeräte Abbildung 3.5: Berührungsempfindlicher Bildschirm (Touchscreen) an einem Verkaufsautomaten 3.1.9 Berührungsempfindliche Monitore Für die Befehlseingabe mit den Fingern auf dem Bildschirm selbst gibt es so genannte Touchscreens. Diese Bildschirme können die Stellen, an denen sie berührt werden, loka- lisieren und ein entsprechendes Signal an den Rechner weiterleiten. Mit speziell dafür ausgelegten Programmen kann eine sehr einfache Benutzerführung aufgebaut werden. Unangenehm ist die permanente Verschmutzung solcher Bildschirme, auch bei Bauar- ten, bei denen ein direkter Kontakt des Fingers mit der Oberfläche gar nicht nötig ist. Die Abgrenzung der Eingabefelder muss auf die Größe der Finger abgestimmt sein (also nicht zu klein), um Fehleingaben zu vermeiden. Touchscreens sind häufig staub- und wasserdicht ausgeführt und eignen sich daher für eine raue Umgebung, zum Bei- spiel in der Gastronomie oder in der industriellen Fertigung. Die Bedienung ist so ein- fach, dass auch völlig unerfahrene Benutzer Informationen damit abrufen können. Ein allseits bekanntes Beispiel dürften die Verkaufsautomaten bei der Deutschen Bahn sein (vgl. Abbildung 3.5), bei dem der Nutzer über einen berührungsempfindlichen Bild- schirm menügeführt seine Fahrkarte kaufen kann. 93 3 Datenerfassung und Peripheriegeräte 3.1.10 Spracheingabe Bei der Spracheingabe werden die analogen Signale der menschlichen Sprache in digi- tale Signale umgewandelt. Diese Folge von Bits wird vom Computer fast ohne Zeitver- zögerung (man sagt Echtzeit) auf bestimmte Muster hin untersucht, die er kennt und die bestimmten Buchstaben oder Worten entsprechen. Es gibt also eine Art Code, mit dem die digitalen Sprachsignale in Zeichenfolgen übersetzt werden. Weil das Fre- quenzmuster der menschlichen Stimme und die persönliche Aussprache von Mensch zu Mensch mehr oder weniger große Unterschiede zeigen, muss der Benutzer einem solchen System zunächst einen gewissen Grundwortschatz vorsprechen, anhand des- sen der Computer die Eigenheiten der Aussprache lernen kann. Heutige Spracherken- nungssysteme beherrschen einen Wortschatz von etwa 60000 Wörtern, wobei z.B. „habe“ und „haben“ als unterschiedliche Worte gewertet sind. Bei einfacheren Syste- men muss der Sprecher zwischen jedem Wort eine kurze Sprechpause einlegen, fort- schrittliche Systeme erlauben dagegen sogar fließendes Sprechen. Es versteht sich von selbst, dass man klar und nicht zu schnell sprechen sollte, um eine hohe Erkennungs- rate zu erzielen. Die ständig steigende Leistungsfähigkeit der Computer bringt eine stetige Verbesserung der Spracherkennung mit sich. Sie wird wohl in Zukunft neben Tastatur und Maus als dritte Eingabemöglichkeit Einzug ins Büro halten. Körperlich schwerbehinderten Menschen, die keine Tastatur bedienen können, ermöglicht sie schon heute eine Erweiterung ihrer Arbeits- und Kommunikationsmöglichkeiten. 3.1.11 Handschriftliche Eingabe Eine moderne Variante der Dateneingabe bieten Systeme, bei denen mit einem beson- deren Stift auf eine Unterlage geschrieben wird, die den Weg des Stifts auf der Oberflä- che darstellen und digital umsetzen kann. Ähnlich wie bei der Spracheingabe ist eine Art Lernprozess hilfreich, um die Erkennung einer Handschrift zu verbessern. Vor allem für kleine, tragbare Rechner ist diese Art der Eingabe günstig, weil man dabei auf eine Tastatur völlig verzichten kann. Die Schreibfläche ist dann entweder gleichzei- tig der Bildschirm oder sie ist separat davon in einem eigenen kleinen Feld angebracht. Pionierarbeit auf diesem Gebiet leistete die Firma Apple mit dem Newton, auch wenn sie in der ersten Zeit viel Spott wegen der noch ungenügenden Schrifterkennung ern- tete. 3.1.12 Scanner Eine immer wichtigere Rolle bei der Dateneingabe spielen optische Abtaster (Scanner). Damit werden Text- oder Bildvorlagen als Pixelgrafiken eingelesen (siehe Abschnitt 12.1.2 „Zeichen-, Pixel-, Vektorgrafik“). Eine Pixelgrafik besteht wie ein Fernsehbild aus einzelnen Bildpunkten, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Ein einzelner Bildpunkt (Pixel) kann bei Schwarz-Weiß-Scannern nur entweder schwarz oder weiß sein, bei Graustufen-Scannern kann er dagegen verschiedene Graustufen (meist 256) annehmen. Farbscanner schließlich ordnen jedem Bildpunkt eine Farbe zu, die sich aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammensetzt. Bei den leistungsfähigen Scannern wird jede dieser drei Grundfarben mit 256 verschiedenen Helligkeitsstufen 94 Eingabegeräte abgetastet und man erhält Truecolor-Bilder (16,7 Millionen verschiedene Farben, die Farbe jedes Pixels wird mit 24 Bit kodiert, siehe Abschnitt 12.1.5 „Farbe“). Allerdings muss man bei Standardscannern damit rechnen, dass manche Farben etwas verfälscht werden. Die meisten Standardscanner arbeiten mit einer Auflösung von 300 bis 600 dpi (dots per inch), d.h., sie lesen pro Zoll z.B. 600 Zeilen mit Bildpunkten ein, wobei jede Zeile wiederum pro Zoll 600 Bildpunkte enthält. Mit einer Interpolation zwischen den einzelnen Bildpunkten kann die Auflösung rechnerisch noch auf das Doppelte erhöht werden. Nur die teuren Trommelscanner bieten eine deutlich höhere Auflösung von 2 400 dpi. Bereits bei einer Auflösung von 400 dpi bei 16,7 Millionen Farben entste- hen sehr umfangreiche Datenmengen (pro DIN-A4-Seite ca. 40 Megabyte). Da sich Pixelgrafiken gut komprimieren lassen, verwendet man für gescannte Grafiken kom- primierte Dateiformate (z.B. TIFF, siehe Abschnitt 12.1.3 „Grafikformate“). Farbscanner Vorlage (Text, Bild etc) CCD Spiegel Linse Daten zum Spiegel farbige Rechner Lampen Abbildung 3.6: Scanner 3.1.13 CCD-Scanner Die Helligkeit eines Bildpunkts wird bei den Scannern der unteren und mittleren Preisklasse mit Fotozellen (CCD, Charge-Coupled Device) gemessen. Eine Fotozelle wan- delt einfallendes Licht in elektrischen Strom um: Je heller das Licht, desto stärker der Strom. Aus der Stromstärke wird ein digitaler Wert errechnet. Im Scanner sind die Fotozellen in einer Zeile angeordnet, die so breit ist wie das Scanfenster. Wenn dieses so breit ist wie eine DIN-A4-Seite und der Scanner eine Auflösung von 400 dpi hat, dann benötigt der Scanner rund 3500 einzelne Fotozellen. Bei Farbscannern muss jede Bild- zeile dreimal mit den drei Grundfarben abgetastet werden. Dazu muss entweder die gesamte Vorlage dreimal mit je einer der drei Grundfarben abgetastet werden (3-Pass- Verfahren), oder bei jeder Zeile, die abgetastet wird, muss dreimal das Licht entspre- chend schnell umgeschaltet werden (1-Pass-Verfahren). Letzteres Verfahren ist insge- samt schneller. Einzugscanner, bei denen das Papier mit einem Einzelblatteinzug an den Fotozellen vorbeigeführt wird, arbeiten stets mit dem 1-Pass-Verfahren, weil man das Papier nicht mehrmals präzise genug an den Fotozellen vorbeiführen kann. Als farbige Lichtquellen nimmt man entweder drei verschiedene Lampen (rot, grün und blau) oder eine weiße Leuchtstofflampe mit entsprechenden Farbfiltern. 95