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TINA
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Antares Real-Estate
Zur Rettung des Abendlands und Bayerns habe ich hoch gepokert und es ist mir ENDLICH, mit viel Überredung, gelungen, ein Manuskript für EDV-Unterricht zu bekommen.
Es ist zwar kein vollständiges Buch, sondern ein Skript, welches das Skelett für Frontalunterricht beinhaltet. Es ist nicht vollständig. Aber vielleicht kommt doch noch hin und wieder ein Kapitel. Und vielleicht werde ich selbst es stückweise vervollständigen. Wir werden sehen.
Welchen Wert dieses Skript hat, könnt Ihr daran ersehen, daß die EDV-Schulungsfirmen ihre Stoffpläne nicht herausgeben, nicht einmal an die Kunden, die immerhin viel Geld für so einen Kurs auf den Tisch legen! Stoffpläne sind Geld wert. Viel Geld!
Aus diesem Grund ist die weitere Verwendung dieses Skripts grundsätzlich verboten.
Ausnahme: Die Lehrer bitten mich per Email um Erlaubnis:
t i n a @ a r i p l e x . c o m
Im Einzelfall wird es Ausnahmegenehmigungen geben.
Zum Schluß ein Dank dem edlen Spender.
TINA
I Allgemeine Einfuehrung
II Grundsaetzlicher Aufbau eines Computers
III Peripheriegeraete
IV Massenspeicher
V Codierungssysteme, Adressierung, Leistung eines Rechners
VI Programme
VII Einsatz eines Rechners
VIII Datenuebertragung
IX Netzwerke
Die Aufstellung dient nur als Geruest fuer den Unterricht.
Da es gewisse Dinge gibt, die man im Umgang mit dem Computer unbedingt beachten muss, fasst man diese in einer Liste zusammen.
Es gibt fuer den Gebrauch des Computers sehr viele neue Woerter oder aber Woerter, die hier eine neue Bedeutung haben. Ein im Buchhandel erhaeltliches Woerterbuch wird vielleicht nuetzlich sein, enthaelt aber nur einen kleinen Teil des Gesamtwortschatzes. Zudem sind die meisten Woerterbuecher nicht fehlerfrei. Daher sollte man sich selbst eine eigene Liste anlegen!
Ueberlebensregeln und Woerterbuch muss man stets ergaenzen. Je nachdem, mit welchen Geraeten oder Programmen man sich beschaeftigt - und welche Aufgaben man zu loesen hat - erhaelt man so einen bestimmten Teil des Gesamtwortschatzes.
Wollte man den kompletten Wortschatz in einer Sammlung zusammenstellen, dann haette das zum Einen wenig "praktischen Naehrwert" und zum Anderen wuerde man mehrere Jahre an der Aufstellung arbeiten muessen. Man ist folglich gezwungen, sich mit einer nur sehr unvollstaendigen Sammlung zu begnuegen, die man zudem noch selbst zu fuehren und zu ergaenzen hat!
1. Fragen: Welche Vorstellungen haben Sie vom Computer ?
Was kann man mit dem Computer tun ?
2. Geschichtliche Entwicklung
Beispiele fuer die jeweiligen Technologien
3. Aus der geschichtlichen Entwicklung ableiten:
Einsatzart, Einsatzgebiete fuer: Computer, Roboter, Automaten
Beispiele diskutieren / vorstellen:
1. Einsatz dort, wo Menschen nur unter Gefahr arbeiten koennen
--> ferngesteuerte Roboter unter Wasser
- hoher Druck
--> Roboter fuer die Spritz-Lackierung
- gefaehrliche Daempfe
- hohe Temperatur optimal ueber 70 grd Celsius
+ Geschwindigkeit steigt
+ Farbe wird stets gleichmaessig aufgetragen
+ wegen der hohen Temperatur beim Aufbringen
bessere Haltbarkeit
2. Einsatz dort, wo die Arbeit sehr schnell erfolgen muss
--> Automatisierung bei Montage
+ geringe Fehlerhaeufigkeit --> Qualitaet steigt
+ schnelle Arbeit
1. billigere Produktion
2. fuer nicht mehr vom Menschen durchfuehrbare
Aufgaben: Volkszaehlung, Messungen etc
Ziel des Computereinsatzes:
1. schnelle Arbeit
1. Produktion --> billiger
2. Buero --> wenn vom Menschen nicht mehr "von Hand"
machbar (zB Zigtausende von Berechnungen)
2. ermuedungsfrei
+ gleichmaessig 24 Stunden am Tag
+ geringere Fehlerquote / weniger Ausschuss
--> besser, schneller, ungefaehrlicher, billiger
befreit den Menschen von "unmenschlicher Arbeit"
Der Computer an sich ist nichts wert: Er besteht nur aus ein bisschen Blech, Kunststoff, "Sand" etc.
Das eigentliche Wesen liegt in der Software. Sie macht den Wert und die ungeheure Leistung ("Intelligenz") des Rechners aus.
Heute kann ein Computer mit Zubehoer ca 3.000 DM kosten. Die Programme dazu koennen pro Paket 5.000 bis 50.000 DM kosten. Benoetigt man mehrere Programmpakete, so ist der Preis des Rechners uninteressant. Oft ist der Rechner heute eine "Zugabe" zu einem Programm. So gibt es bereits Mitte der 80er Jahre Werbung fuer ein "Messgeraet mit eingebautem Personal-Computer".
und Programme dazu, sondern man
sucht sich Programme aus und kauft
dann einen Computer, auf dem diese
Programme laufen!
Wenn man mit einem Notizzettel und Taschenrechner seine Einkaeufe zusammenrechnen kann, laesst sich das als Schema zeichnen:
------------------- --------------------
I Mensch I I Taschenrechner I
------------------- --------------------
---------------
I Notizzettel I
I I
I Anweisungen I
I I
I Notizen I
---------------
Man macht alle Notizen auf einem Notizzettel, schreibt also Zwischenwerte etc darauf. Da man nicht selbst rechnen will, kann man einen Taschenrechner zu Hilfe nehmen. Die Ueberlegung, was man tun muss, sozusagen das "Kochrezept", schreibt man sich der Einfachheit halber ebenfalls auf den Notizblock (vielleicht erhaelt man es auch vor Arbeitsbeginn).
Die Arbeitsanweisung kann man auch als "Programm" bezeichnen. Wenn man seine Einkaeufe zusammenrechnet, so macht man das nach einem bestimmten Programm, das auf dem Notizzettel steht. Die Einkaufsbons werden ausgewertet, mit dem Taschenrechner alle Rechenaufgaben geloest und zum Schluss wird eventuell der fertige Zettel mit dem Endergebnis abgegeben.
Es ist nun gleichgueltig, wie das Ergebnis zustande gekommen ist. Interessant ist einzig und allein die Tatsache, das aus den vorgegebenen Werten (den Zahlen auf den Quittungen) das Endergebnis berechnet wurde. Man koennte also auch einer Maschine diese Arbeit uebertragen (wenn sie in der Lage ist, sie auszufuehren).
Aus logischen Gruenden wird es vielleicht praktisch sein, eine Maschine nach genau dem gleichen Schema zu bauen, wie dem eben gezeigten. Die Idee dazu stammt von John van Neumann. Er ging davon aus, dass das Programm eines Computers im Speicher gelagert wird und von dort gelesen wird. Man ging auch vor van Neumann von einem Programm aus. Dieses war jedoch entweder als ein (mechanischer) Teil der Maschinensteuerung konstruiert oder musste Befehl fuer Befehl von einem besonderen Programmleser eingelesen werden.
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ + ************************************************************ + + * ------------------- -------------------- * + + * I Steuerwerk I I Rechenwerk I * + + * ------------------- -------------------- * + + ************************************************************ + + ---------------- ^ + + I Speicher I I Prozessor + + I I + + I I + + I I + + I I + + ---------------- + + + + + +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ^ I Zentraleinheit Bild: Grundlegende Konstruktion eines Computers
Das Steuerwerk (oder Leitwerk) kann ein Programm Befehl fuer Befehl lesen und ausfuehren. Es kann aber nur logische Befehle ausfuehren, die Daten aus dem Speicher lesen oder dorthin schreiben. Arithmetische Operationen beherrscht es nicht. Dazu braucht man eine andere Schaltung, das Rechenwerk. Alle Rechenaufgaben werden vom Steuerwerk zum Rechenwerk gesendet und dann das Rechenwerk beauftragt ("angestossen"), das Ergebnis auszurechnen. Ist das Rechenwerk fertig mit seiner Arbeit, holt das Steuerwerk das Ergebnis ab und arbeitet damit weiter.
Steuerwerk + Rechenwerk zusammen bezeichnet man als den Prozessor.
Prozessor + Speicher sind die Zentraleinheit, auch Computer oder Rechner genannt.
Als die ersten Computer gebaut wurden, waren Steuerwerk und Rechenwerk voneinander getrennte Teile, jedes vielleicht "mehrere Schraenke gross". Spaeter wurden die Bauelemente kleiner und beides zusammen konnte auf eine oder mehrere Elektronik-Karten zusammengefasst werden.
Heute ist der Prozessor in kleineren Computern nur noch eine einzige integrierte Schaltung, bei Computern mittlerer Leistung koennen es 3 bis 5 ICs sein. Grosscomputer haben auch heute noch einen anderen mechanischen Aufbau und der Prozessor ist auf mehreren Karten untergebracht.
Dann ergibt sich bei Kleinrechnern dieses Bild:
----------------------------
I Prozessor I
I Steuerwerk + Rechenwerk I
----------------------------
----------------
I Speicher I
I I
I I
----------------
Durch die staendige Verkleinerung der integrierten Schaltungen gelang es schliesslich, den Speicher mitsamt dem Prozessor in einer einzigen integrierten Schaltung zu integrieren. Da die sprachliche Beschreibung mit der Technik nicht mithalten konnte, gibt es leider einen gewissen Wirrwarr von Begriffen, die zum Teil nur noch historische Bedeutung und fuer den Anwender keinen praktischen Nutzen haben.
Durch die Integration eines Speichers in das Prozessor-IC ist dies entstanden:
----------------------------
I I
I Steuerwerk + Rechenwerk I
I Speicher I
I I
----------------------------
Diese (integrierte) Schaltung bezeichnet man als "Microcomputer-on-a-chip", "Single-Chip-Microcomputer" oder kurz als "Single-Chipper". Oft wird aber auch nur von CPU gesprochen, wobei man sich ueber den Aufbau dieser integrierten Schaltung natuerlich im klaren ist.
Die Funktion dieses ICs ist meist nur die eines Prozessors, wobei durch den eingebauten Speicher eine besondere Programmierung moeglich ist.
Ein sehr grosses Anwendungsgebiet der Single-Chipper sind kleine Maschinensteuerungen. Hier einige, zufaellig herausgegriffene Beispiele:
Oft verwendet man sogar mehrere Single-Chipper in einem Geraet. Jeder uebernimmt dann die Steuerung eines bestimmten Teils der Maschine. So koennte man zum Beispiel bei einer Schreibmaschine mit Rechneranschluss fuer die Tastatur, fuer die Druckkopf-Steuerung und fuer den Anschluss an einen Computer jeweils einen besonderen Single-Chipper benutzen.
Stand der Technik ist 1988 diese Struktur:
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ + **************************************************************** + + * ------------------- ------------------------ * + + * I Prozessor I I Arithmetik-Prozessor I * + + * ------------------- ------------------------ * + + **************************************************************** + + + + ---------------- + + I Speicher I + + I I + + I I + + I I + + I I + + ---------------- + + + ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ^ I Zentraleinheit Bild: Aufbau eines Computers nach dem Stand der Technik von 1988Weil der Prozessor mit seinem kleinen Rechenwerk nicht mehr in der Lage ist, Rechenaufgaben mit der notwendigen Geschwindigkeit zu loesen, wird eine eigens fuer Berechnungen konstruierte Schaltung benutzt. Sie ist eine Art Superrechenwerk und ist vom Prinzip her ein besonders konstru ierter Prozessor, der fuer Berechnungen optimiert ist. Der Prozessor in unserem Schema kann sogar ein Single-Chipper sein ! Seit Ende der 80er Jahre werden Computer massgeschneidert fuer den jeweiligen Anwendungsfall. Aus finanziellen Gruenden wird oft ein besonderer Prozessor fuer eben diesen einen Computer entwickelt und produziert (dazu vielleicht noch eine Reihe weiterer Spezialentwicklungen). Es gibt daher keine besonderen Konstruktionsregeln mehr, an die man sich halten kann oder darf.
Man richtet sich immer nach den Anforderungen, die an das Geraet gestellt werden.
Heutiger Stand der Technik ist diese Struktur:
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ + **************************************************************** + + * ----------------------------------------------------------- * + + * I Prozessor + Arithmetik-Prozessor + Controller I * + + * ---------------------------------------------------------- * + + **************************************************************** + + + + ---------------- ---------------- ---------------- + + I I I I I I + + I Controller I I Controller I I Controller I + + I I I I I I + + I I I I I I + + ---------------- ---------------- ---------------- + + # + + ---------------- + + I I + + I Speicher I + + I I + + I I + + I I + + ---------------- + + + ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ^ I Zentraleinheit Bild: Aufbau eines Computers nach dem Stand der Technik Mitte der 90er
"Controller" sind hoechstintegrierte Spezialbausteine, die (im Fall des mittleren) den Zugriff auf den Speicher steuern, Ein-/Ausgabe erledigen, die Umsetzung auf andere Bus-Systeme handhaben, und so weiter. Das, was frueher der zentrale und allmaechtige Baustein des Computers war, ist heute nur ein Teil von vielen, quasi ein Zahnrad in einer grossen Maschine.
Wenn man Briefe, Daten oder Programme nur in den Computer eingibt, so hat das wenig Sinn. Der Computer soll ja dem Menschen Arbeit abnehmen - und diese Arbeit besteht zum Beispiel darin, Briefe zu schreiben, Rechnungen zu schreiben, Buchungslisten zu drucken, etc etc. Es handelt sich also zum Beispiel darum, auf Papier etwas aufzulisten. Der Computer soll also tunlichst auch etwas ausgeben. Das, was ihm eingegeben wurde, muss der Computer auch verarbeiten: aus den Buchungsdaten muss eine vollstaendige Buchung gemacht werden, eine vollstaendige Rechnung erstellt werden, die einzelnen Betraege muessen bei den betreffenden Konten eingetragen werden etc etc.
Also muss es folgende Reihenfolge geben:
Der Computer ist demnach eine Art Fabrik: er erhaelt Rohmaterial, das er verarbeitet - daraus produziert er Daten, die er ausgeben kann (Ausdrucke etc).
Der Computer an sich kann nur "mit sich selbst etwas anfangen". Er ist nicht in der Lage, eine Eingabe zu verstehen (sei es von der Tastatur oder sonstwie) und er kann auch nichts ausgeben. Man muss erst dafuer sorgen, dass der Computer eine Art "Telefon-Leitung" zur Aussenwelt bekommt. Fuer jedes Geraet, das der Computer bedienen soll, bedarf es einer besonderen elektronischen Schaltung, die die Signale des Computers so uebersetzt, dass das angeschlossene Geraet sie verstehen kann. Ebenso muss es fuer die Eingabe eine Umsetzung geben. Fuer jede Eingabemoeglichkeit (Tastatur, Lightpen etc) benoetigt man eine elektronische Anpassung.
Eine solche Anpassungsschaltung nennt man Interface, Adapter oder Schnittstelle.
Das bisherige Schema muss deshalb erweitert werden:
------------------- ----------------
I Prozessor I I Speicher I
------------------- I I
I I
------------- ------------- ------------- I I
I Interface I I Interface I I Interface I I I
------------- ------------- ------------- ----------------
Fuer jedes angeschlossene Geraet braucht man ein Interface.
Achtung: Der Begriff Schnittstelle und der Begriff Interface haben jeweils eine etwas allgemeinere Bedeutung !
Als erstes interessieren uns jene Geraete, mit denen wir selbst etwas in den Computer eingeben koennen.
1. Spracheingabe
Am praktischsten waere es, wenn der Computer uns verstehen koennte: Wir wuerden zu ihm sprechen. Von einem Mikrofon wuerden die gesprochenen Befehle empfangen, anschliessend wuerden sie verstaerkt und vom Computer erkannt, ausgewertet - und die gestellte Aufgabe wird ausgefuehrt.
Leider ist die Technik heute noch nicht so weit, dass man mit ausreichender Sicherheit erkennen kann, welches Wort gesprochen wurde. Ferner kann man mit einem kleinen Computer nur einen Wortschatz erkennen und verarbeiten (1988 mehrere Hundert (100 bis 300) Worte, 2000 mehrere Tausend, aber noch immer nicht genug und nicht sicher genug!). Je groesser der Wortschatz sein soll, umso schwieriger ist die Erkennung eines Wortes daraus und umso groesser muss die Rechenleistung des Computers sein. Ein besonderes Problem ist auch die Zeit, die benoetigt wird, bis ein Wort erkannt wurde.
Weil die technischen Schwierigkeiten noch nicht ueberwunden werden konnten, ist ein sinnvoller Einsatz der Spracheingabe im kommerziellen Bereich bis heute nicht moeglich. Das einzige Einsatzgebiet, bei dem man Spracheingabe verwendet, ist die Behindertenbetreuung. So koennen Behinderte durch gesprochene Befehle ihre Schreibmaschine steuern oder Fahrzeuge lenken.
2. Tastatur
Die Tastatur ist das einzige allgemein verwendbare Geraet, mit dem man brauchbare Ergebnisse erreichen kann. Sie ist:
- schnell das haengt von der Fingerfertigkeit des Bedieners ab
- klein
- preiswert erfordert keinen sehr hohen Aufwand in der Produktion
- unkompliziert man braucht keine besonderen Vorkenntnisse und muss
auch nicht viel dazulernen
All das macht die Tastatur zu einem sehr handlichen und praktischen Eingabegeraet. Leider ist aber die Belegung der Tastatur von Land zu Land verschieden. Ausserdem gibt es je nach Anwendungsbereich des Computers gewisse Unterschiede. So braucht man zum Beispiel bei Computern fuer computerunterstuetztes Zeichnen eine Reihe von Zusatzfunktionen (also Zusatztasten). Andere Anwendungen haben andere Tasten. Es ist daher nicht moeglich, eine Norm fuer Tastaturen aufzustellen.
In gewissem Rahmen wird dies (leider) trotzdem versucht. Nur stammen die Konstruktionen meist vom "gruenen Tisch" und/oder irgendwelchen Kommissionen. Diejenigen, welche die Tastaturen dann anwenden muessen, werden meist nicht gefragt und werden dann gezwungen, sich an die Tastatur anzupassen - manchmal mit gutem Erfolg, manchmal mit bleibenden Gesundheitsschaeden. Da jeder Mensch eine andere Fingerfertigkeit hat und auch eine andere Anschlagkraft der Finger, muss die Tastatur so beschaffen sein, dass sie fuer jeden Einzelnen ihre Funktion erfuellt. Also muss man sich jene Tastatur heraussuchen, mit der man am besten arbeiten kann. Das kann dazu fuehren, dass zu einem Computer, der vielleicht nur 1000 bis 2000 DM gekostet hat, eine Tastatur gekauft wird, die ihrerseits rund 700 DM oder mehr kostet. Es gibt Tastaturen (mit besonderen Funktionen), die bis zu 4000 oder gar 5000 DM kosten!
I-----------------------------------------------------------------I I I I Bei der Arbeit mit dem Computer muss man taeglich I I 8 Stunden (oder mehr) mit der Tastatur arbeiten. I I Sie MUSS daher fuer den Bediener in der Anwendung I I angenehm sein! I I I I-----------------------------------------------------------------I
3. Joystick (Steuerknueppel)
Die Bewegung eines Punktes auf dem Bildschirm kann man nicht nur mit Maus oder Tastatur steuern. Man kann auch ein Geraet nehmen, das dem Steuerknueppel eines Flugzeugpiloten aehnelt: Ein "Stock", den man in 4 Richtungen bewegen kann: nach links, rechts, vorn oder hinten. Bei einfachen Steuerknueppeln kann man in eine dieser 4 Richtungen "bis zum Anschlag" druecken und schliesst dabei einen Schalter. Solche primitiven Steuerknueppel kosten heute nur 10 DM - dafuer halten sie aber auch nicht lange.
Besser ist es, wenn man - je weiter man den Knueppel bewegt - zum Beispiel bei einem Flugzeug - mehr Gas geben kann. Diese Steuerknueppel haben dazu also nicht die Endschalter, sondern setzen kontinuierlich die jeweilige Auslenkung aus der Ruhelage um in einen Wert (zum Beispiel eine Spannung oder einen Widerstand), der dann von der Steuerung verarbeitet werden muss. Solche Steuerknueppel nennt man "Proportional-Steuerknueppel". Im Buerobereich werden sie selten eingesetzt. Meist benutzt man sie fuer Steuerungen von Maschinen oder Fahrzeugen. Oder fuer Spiele...
Beim Autofahren spuert der Fahrer den Gegendruck der Raeder und weiss dann, wie er reagieren muss. Bei den uns bisher bekannten Steuerknueppeln ist dies nicht moeglich. Es fehlt naemlich etwas, das eine Kraft gegen unsere Hand aufbringt. Im einfachsten Fall kann man gegen einen Federdruck arbeiten: Je staerker man drueckt, desto mehr wird an einer Feder gezogen - das kostet immer mehr Kraft.
Bei empfindlichen Geraeten oder wechselnder Belastung genuegt das nicht. Dann muss zum Beispiel bei einem Manipulator in einem Labor ein sehr empfindliches Glas erfasst werden. Der sehr starke Griff wuerde das Glas zerbrechen, wenn man nicht "spueren" koennte, wie sehr man auf das Ding drueckt. Deshalb muss der Steuerknueppel "von sich aus" so stark gegen die Hand des Bedieners druecken, dass man ein Gefuehl fuer den Druck auf das Glas hat.
Bei Schwermaschinen ist es aehnlich. Grosse Geraete koennen mehrere Tausend Tonnen bewegen und haargenau an eine bestimmte Stelle stellen. Diese enorme Kraft kann man natuerlich nicht direkt gegen die Kraft des Bedieners stellen. Der Steuerknueppel wird also nur einen Bruchteil der Kraft erzeugen, die tatsaechlich wirkt.
Solche Steuerknueppel mit Gegendruck sind im normalen Computereinsatz nicht zu finden. Zum einen sind sie dort gar nicht brauchbar, zum andern sind sie sehr teuer. Der einzige sinnvolle Einsatzort sind Maschinen-Steuerungen und Simulatoren (zum Beispiel Flugsimulatoren fuer die Pilotenausbildung). Ein sehr gutes Beispiel fuer einen Joystick ist der "Sidestick" im AIRBUS 310. Der Erfolg dieses Flugzeugs beruht ganz entscheidend auf der Einfachheit und der hohen Betriebssicherheit durch die neuartige compu terueberwachte Steuerung.
4. Maus (Mouse)
Fuer Zeichnungen muss man Linien ziehen koennen. Dafuer muss man bei einer Tastatur eingeben koennen, dass ein Punkt auf dem Bildschirm nach oben, unten, links oder rechts bewegt werden soll. Obwohl es dazu "Tasten fuer die Cursor-Steuerung" gibt, ist diese Eingabe sehr muehsam. Einfacher geht es mit einer Maus (englisch: Mouse).
Das ist eine Plastikdose, die ueber ein Kabel mit einem Interface verbunden ist. Mit der Hand wird die Dose auf dem Tisch hin und hergeschoben. Der Zeichenpunkt (Cursor) auf dem Bildschirm folgt nun genau der Bewegung der Dose. Aus der Dose ragt unten eine Kugel heraus. Bei jeder Bewegung wird die Kugel durch die Reibung mit der Tischoberflaeche gedreht. Dabei wird jede Drehung der Kugel mit einer Optoelektronik in elektrische Impulse umgesetzt. Das Interface muss nun laufend die Impulse zaehlen und dem Computer die Ergebnisse mitteilen.
Es gibt auch Maeuse, bei denen man die Kugel durch eine Optoelektronik ersetzt hat. Der Untergrund ist dann ein besonderes kariertes Papier. Die Optoelektronik empfaengt die von den Karo-Linien weniger stark reflektierten Lichtsignale und erzeugt so die Signale fuer das Interface.
Maeuse fuer den kommerziellen Einsatz kosten ca 50 bis 200 DM und sind damit "relativ billig" im Verhaltnis zu anderen Eingabegeraeten. Billiggeraete gibt es ab 10 DM. (1988 kosteten sie noch das Zehnfache...)
5. Trackball
Legt man die Plastikdose auf den Ruecken, so kann man die Kugel direkt mit den Fingern drehen. Das ist auch die eigentliche Idee, die man bei den Kugeln zuerst hatte. Diese Kugeln sind recht gross (ca 10 cm Durchmesser) und koennen sehr praezise bewegt werden. Die empfindliche Mechanik hat allerdings ihren Preis: solch ein Trackball kostet "nackt", also ohne Gehaeuse etc ab 1500 DM.
6. Digitizer
Bei einem Digitizer wird eine Zeichnung auf einem Zeichenbrett aufgelegt oder gezeichnet. Die Aufgabe besteht darin, Linien und/oder Koordinaten der Zeichnung in den Computer zu uebertragen. Die Werte vom Papier werden dazu in Zahlen umgesetzt - etwas anderes kann ja der Computer nicht bearbeiten. Das Umsetzen in Zahlen nennt man Digitalisieren und die Geraete sind dann "Digitalisierer" - auf Englisch "Digitizer". Man benutzt beide die Ausdruecke: "Digitizer" und "Digitalisier-Tabletts".
Es gibt 2 Moeglichkeiten:
Wichtig ist die Genauigkeit, mit der man eine Zeichnung in moeglichst viele Punkte aufrastern kann. Je feinmaschiger man ein Netz von Sensoren bei einer druckempfindlichen Platte machen kann, desto besser die Genauigkeit - und desto hoeher der Preis. Die heute in Massen auf dem Markt befindlichen Geraete, die zum Beispiel fuer Homecomputer angeboten werden, sind nur ein teures Spielzeug. Fuer den kommerziellen Einsatz brauchbare Geraete kosten mehr als ein kleiner Computer!
Digitizer lohnen sich nur fuer Berufe, bei denen man mit Zeichnungen arbeiten muss. Man findet sie also in Ingenieurbueros und bei Architekten.
7. Lightpen (Lichtgriffel)
Hier wird mit einem Stift direkt auf den Bildschirm "geschrieben". Allerdings nicht mit einer Tinte, sondern der Bildschirm leuchtet dort auf, wo der Stift ihn beruehrt hat. Damit kann man Linien auf den Schirm zeichnen. Diese Linien koennen sehr duenn sein - je duenner, desto besser und teurer.
Wie kann denn die Elektronik nun erkennen, wo denn der Stift den Bildschirm beruehrt ? Der Bildschirm hat ja keine Sensoren, die auf Druck oder sonst etwas reagieren. Man muss hier schon sehr weit in die Technik der Bildschirmsteuerung eingreifen. Der Bildschirm ist ein Geraet, bei dem (wie beim Fernseher auch) ein Elektronenstrahl ueber die Bildroehre "faehrt", Linie fuer Linie. Jedesmal, wenn der Strahl die Beschichtung der Roehre zum Leuchten bringt und das genau an der Stelle tut, wo der Lichtgriffel aufsitzt, so kann ein Lichtempfaenger im Lichtgriffel diesen Helligkeitsimpuls verarbeiten und ein Signal zur Bildschirmsteuerung senden. Die Bildschirmsteuerung zaehlt laufend mit, welcher Punkt auf welcher Bildschirmlinie gerade bedient wird. Kommt nun der Impuls vom Lichtgriffel, so kann der derzeitige Zustand der Zaehler "eingefroren" werden. Um diesen auswerten zu koennen, muss der Computer Zugriff zu diesen Werten haben, sie also lesen koennen. Dazu gehoert schon ein aufwendiges Interface.
Lichtgriffel sind hauptsaechlich im grafischen Bereich zu finden, also in Entwicklungsbueros.
8. Touchscreen (Bildschirm zum Beruehren)
Die einfachste und direkteste Eingabe von Hand besteht darin, mit dem auf eine Markierung auf dem Bildschirm zu zeigen. Einfache Bildschirme haben vor der Bildroehre einen Kranz aus Lichtsendern und Lichtempfaengern (nichts anderes als Lichtschranken). Wenn man mit dem Finger einen Lichtstrahl unterbricht, so kann der dazugehoerende Empfaenger das dem Computer melden. Dann muss nur noch erkannt werden, welche Stelle auf dem Bildschirm dazugehoert. Diese Auswertung geschieht durch kombinierten Einsatz von Elektronik und Steuerprogramm.
Geraete mit Lichtschranken haben nur eine sehr geringe Aufloesung (zB 3 x 3 Felder bis 4 x 5 Felder) und werden meist dort eingesetzt, wo nicht besonders geschultes Personal einen Computer bedienen muss, wenn moeglich sogar ohne Tastatur. Man kann sie also zum Beispiel in Krankenhaeusern etc finden.
Man kann auch eine durchsichtige Plastikplatte oder Glasplatte vor die Bildroehre haengen. Auf dieser Platte oder in die Oberflache eingebettet sind dann Sensoren, die auf mechanischen Druck reagieren oder auch bereits auf Annaeherung. Bei beiden Verfahren ist die Aufloesung recht hoch (und der Preis ebenfalls!). Wer solch einen Zusatz zu seinem Computer kauft, muss natuerlich auch einen entsprechenden Nutzen davon haben. Hauptanwender sind Berufsgruppen, die mit einer sehr grossen Zahl von Eingabehilfen zu tun haben, also taetig sind
Kapitel 3.3.1 Sprachausgabe
Wir beginnen mit der fuer den Menschen angenehmsten Ausgabe: Der Computer soll sprechen. Er sagt, was der Bediener falsch gemacht hat, gibt die Ergebnisse von Berechnungen oder gibt sonstige Kommentare von sich.
Wenn man menschliche Sprache auf Tonband aufzeichnet, so kann man sie spaeter wieder hoerbar machen. Dieses Verfahren wird in Anrufbeantwortern, Diktiergeraeten und Ansagegeraeten benutzt. Wenn der Text in einem Computer gespeichert werden soll, so muss man dazu eine besondere Aufbereitung vornehmen:
Mit einem Mikrophon werden die Schallwellen in ein elektrisches Signal (Strom oder Spannung) umgesetzt. Je staerker der Schalldruck ist, desto staerker ist das elektrische Signal: Es verhaelt sich analog zum Schalldruck. Der Computer kann solch ein Signal nicht verarbeiten, da er nur mit 2 Zustaenden arbeiten kann: Strom fliesst oder fliesst nicht (bzw Spannung oder keine Spannung). Das nennt man digital.
Wenn man das analoge Signal nicht im Originalzustand verwenden kann, muss man es umsetzen. Eine einfache Methode (die es aber in sich hat!), ist die folgende:
In regelmaessigem Zeittakt wird ein "Schnappschusss" gemacht und die Groesse des analogen Signals mit einem Messgeraet gemessen (zB mit einem Voltmeter). Das Voltmeter gibt den Messwert digital aus. (Die elektronische Schaltung dazu wollen wir nicht betrachten.) Ein Messwert nach dem andern wird als Zahl im Computer gespeichert. Man fuehrt eine Analog-Digital-Wandlung durch. Die uebliche Abkuerzung fuer diese Geraete ist ADC (= analog digital converter).
Nachdem die Sprache auf diese Weise in den Computer transportiert wurde, muss sie auch wieder hoerbar gemacht werden. Dazu wird vom Computer mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der die Messwerte eingesammelt wurden, ein Messergebnis nach dem anderen an eine zweite elektronische Schaltung geschickt, den Digital-Analog-Wandler (= digital analog converter). Damit erhaelt man in regelmaessigem Abstand Spannungswerte, die ueber einen Verstaerker an einem Lautsprecher geschickt werden und dort Krach erzeugen.
Das Problem ist nun, wie man die Zeit zwischen den Messwerten ueberbrueckt. Ueber diesen Zeitraum gibt es ja keinerlei Informationen. Die einfachste Loesung besteht darin, den aktuellen Messwert so lange festzuhalten, bis der naechste eintrifft und dann mit diesem auf die gleiche Weise fortzufahren. Das liefert eine Treppenkurve, die mit dem urspruenglichen Signal keine grosse Aehnlichkeit hat. Die Qualitaet der "Sprachwiedergabe" ist dementsprechend schlecht. Das Ausgangssignal kann verbessert werden, indem man es mit nachgeschalteten Filtern glaettet. Aber das hilft nicht viel: die urspruengliche Information ist verloren. Dem kann man nur abhelfen, wenn man so viele Messwerte einsammelt, dass man die Originalkurve durch die Treppenkurve moeglichst gut angleicht. Ein minimales Abweichen soll uns dabei nicht stoeren.
Dann muessen wir folglich nur ausreichend viele Messwerte pro Sekunde einsammeln, um bei der anschliessenden Wiedergabe eine ausreichende Sprachqualitaet zu erreichen. Dabei stossen wir jedoch an eine Grenze: man kann nicht beliebig viele Messwerte einsammeln, weil es nicht genug Platz im Computer gibt, wo man sie speichern koennte. Jeder Messwert wird ja als Zahl gespeichert und erfordert eine gewissen Platz. Also muss man einen Kompromiss schliessen und sich auf eine gerade noch ausreichende Sprachqualitaet beschraenken. Das erfordert eine Mindestzahl von Messwerten pro Sekunde und folglich fuer jede Sekunde Text eine bestimmte Speicherkapazitaet. Entsprechend der Speicherkapazitaet des Computers kann man soundsoviel Sekunden Text speichern.
Soviel zur Grundidee - nun zu den Anwendungen!
Bei der ersten Methode gibt es nur einen von Anfang an genau festgeletten Text. Zur Umschaltung zwischen verschiedenen Texten kann man eine Bibliothek verwenden und komplizierte Texte aus einzelnen Worten zusammensetzen. Dazu muss jedes Wort vorher gespeichert worden sein. Ein voellig willkuerlicher Text kann nicht ausgegeben werden, da fuer die Speicherung der Woerter der Platz fehlt.
Also versucht man, die Erzeugung der menschlichen Stimme rein synthetisch zu simulieren. Dazu gibt es mehrere Ansaetze. Einer davon beruht auf Grundelementen der menschlichen Sprache, die man Phoneme nennt. Wenn eine Schaltung in der Lage ist, eine gewisse Menge von Phonemen zu erzeugen, so braucht man sie "nur" in der richtigen Reihenfolge nacheinander auszugeben und so Wort um Wort zu erzeugen.
Die Steuerung der Synthese ist sehr schwer. Wunschtraum ist ein Programm, das einen beliebigen, eingetippten oder per Leser erfassten Text selbstaendig aussprechen laesst. Hauptschwierigkeiten sind hierbei Unregelmaessigkeiten der einzelnen Sprachen und die richtige Betonung. Bei beiden Problemen hat man heute noch keine brauchbaren Ansaetze gefunden.
Bei allen bisher eingesetzten Methoden ist die Verstaendlichkeit der erzeugten synthetischen Sprache sehr gering. Daher verbietet die Post den Einsatz dieser Sprachsynthesizer im Telefonnetz. Auch fuer sonstige kommerzielle Zwecke ist die Verstaendlichkeit nicht ausreichend. Damit bleibt die Synthese vorerst beschraenkt auf Geraete fuer Behinderte. So gibt es zB sprechende Lesegeraete und Telefonhilfen (der Telefonhoerer wird auf Kunststoffmuscheln gelegt, der Text per Tastatur eingetippt und das Geraet spricht dann ins Telefon).
Typ leuchtet voll
selbst farbfaehig
----------------------------------------------------------------------
1. CRT = Bildschirme mit Bildroehre + +
2. LCD-Bildschirme = Fluessigkristall-Anzeigen - ?
3. Plasma-Bildschirme = leuchtendes Gas + -
4. LED-Anzeigen = Leucht-Dioden-Anzeigen + noch nicht
5. EL = Elektro-Lumineszenz-Anzeigen + -
6. VF = Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen + -
1. CRT = Bildschirme mit Bildroehre
Stichworte:
Die Farbe haengt von der chemischen Zusammensetzung der Beschichtung der Roehre ab. Fuer Farbroehren werden fuer jeden Bildpunkt 3 Farbflecke erzeugt, dh 3 nebeneinander liegende Flecke mit verschiedener chemischer Zusammensetzung!
Es gibt "langsame" und "schnelle" Bildschirme ("langsamer" und "schneller
Phosphor" / im Jargon):
Bei langsamen Bildschirmen gibt es ein langes Nachleuchten, so dass das Bild
ruhig und klar ist. Nachteil : bewegte Bilder haben nachlaufende "Schatten".
Schnelle Bildschirne sind besser fuer bewegte Bilder (dazu gehoeren auch
schnelle Tipper !!!), dafuer aber ist das Bild unter Umstaenden unruhig, bzw
kann flimmern.
Ein Bildpunkt = 1 Picture Element = 1 Pixel
Je kleiner die Punkte sind, desto mehr Punkte kann man benutzen, um daraus das Bild aufzubauen.
Nachteile der CRT (ergeben sich aus der Konstruktion)
Es gibt folgende Massnahmen, mit denen man die Leistung der Bildschirme verbessern, bzw die negativen Wirkungen daempfen kann:
Interessanterweise wird der Punkt beim Bildschirmarbeitsplatz angesprochen, nicht jedoch beim Fernseher daheim, der doch auch mit Kathodenstrahlroehre arbeitet !
2. LCD-Bildschirme = Fluessigkristall-Anzeigen
LCD bedeutet "Liquid Cristall Display" = Fluessigkristall-Anzeige. Fluessigkristalle sind besondere chemische Verbindungen, die auf elektrische Felder reagieren.
Ein Tropfen einer solchen Fluessigkeit wird zwischen 2 Glasplatten "eingesperrt". Damit sie nicht wegfliessen kann, wird sie von einem "Damm" (einem Ring) aus Dichtmasse festgehalten. An der oberen und an der unteren Glasplatte ist eine duenne, durchsichtige Metallisierung angebracht (als duennes Gitter). Diese Metallschichten werden zB durch Aufdampfen aufgebracht. An diese Elektroden wird mit einem Anschluss per aufgedampften Anschlussdraehten eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Je nach Art der chemischen Verbindung wird die eingesperrte Fluessigkeit beeinflusst : so kann man durch Anlegen einer Spannung erreichen, dass sich die Molekuele von einer Elektrode zur anderen ausrichten und damit die Fluessigkeit durchsichtig machen. Schaltet man die Spannung aus, so kehren die Molekuele wieder in eine Querlage zurueck und die Fluessigkeit ist nicht durchsichtig bzw sie ist reflektierend.
Man hat also 2 Zustaende:
- durchsichtig / undurchsichtig
oder - reflektierend / nicht reflektierend.
Es kommt nun darauf an, die eingesperrten Fluessigkeitstropfen durch einen Computer zu schalten, dh zu steuern. Wenn man einen Buchstaben in seine Matrixpunkte zerlegt und jeden dieser Punkte durch einen Fluessigkeitstropfen darstellen kann, so kann man einen Bildschirm bauen. Es kommt nur darauf an, wie gross man diese Konstruktion machen kann. Es gibt naemlich erheblich technische Probleme:
1. Reinheit der Chemikalien Durch Verunreinigungen wird die
Chemikalie mit der Zeit zerstoert.
2. Dichtungsprobleme Durch Herstellungsfehler oder Alterung
werden die Dichtungen zerstoert und
die Fluessigkristalle koennen zerstoert
werden oder entweichen.
Mit zunehmender Zahl von Punkten einer Anzeige nimmt die Ausbeute bei der Produktion ab. Es gibt also eine Obergrenze, die durch Werkzeuge, Rohstoffe und Bearbeitung gegeben sind. 1988 lag die Obergrenze bei ca 640 x 400 Punkten. Damit liessen sich grafikfaehige Bildschirme realisieren.
Anno 2000 liegt die Aufloesung oberhalb von 1024 x 1024 Punkten. Ein wesentlicher Punkt ist nach wie vor die Reinheit und die chemische Stabilitaet der Chemikalien.
Ein wesentlicher Vorteil der LCDs ist die Moeglichkeit, die Form des Tropfens zu bestimmen. Man kann runde Punkte, Vierecke, aber auch beliebig gestaltete Flaechen bauen. Damit sind sie zum Beispiel fuer kleine Anzeigen mit Bildsymbolen hervorragend geeignet - so zB in Uhren, Fotokopieren oder anderen Geraeten als Bedienungshilfe.
Kleine LCDs findet man zB in elektronischen Schreibmaschinen und Schreibsystemen als "Halbzeilen-Display" bzw Ganzzeilen-Display. Sie haben 1x 16 bis 1x 80 Zeichen. Es gibt auch groessere LCDs. Typische Groessen sind 2x 16, 4x 16 oder 4x 16 bis 4x 64 Zeichen.
Vorteile:
geringer Kontrast <-> laengere Lebensdauer hoher Kontrast <-> extrem niedrige Lebensdauer
Die heute erreichbaren Kontrastwerte sind brauchbar.
3. Plasma-Bildschirme
Bei Plasma-Anzeigen wird Gas zum Leuchten gebracht. Dieses Gas ist eingesperrt in kleinen Loechern in einer Glasplatte, die von oben und unten mit je einer Deckelplatte verschlossen ist. Jeder kleine gasgefuellte Hohlraum hat an den Deckeln Elektroden. Wenn eine Spannung an diese Elektroden anlegt, so gibt es bei einer bestimmten Spannung einen Funkenueberschlag und das Gas wird dadurch aufgeheizt (ionisiert) und ist elektrisch leitfaehig. Wenn man den Strom genau kontrolliert und auf einen maximalen Wert begrenzt, steigt die Temperatur nicht sehr weit und das Gluehen wird nur gerade eben erlaubt - richtet also keinen Schaden an.
Es kommt darauf an, jeden Leuchtpunkt, den man fuer die Anzeige braucht, einwandfrei herzustellen. Im Gegensatz zu LCDs gibt es hier weniger Probleme bei der Reinheit, weil Glas ein sehr guter Werkstoff ist und keine Fluessigkeiten benutzt werden. Die Hohlraume koennen sehr gut abgedichtet werden. Daraus ergeben sich folgende
Vorteile:
Nachteile:
4. LED-Anzeigen = Leucht-Dioden-Anzeigen
LED = Licht emittierende Diode (= Bauteil, das Licht abstrahlt).
LEDs sind Halbleiterbauelemente, die einzeln hergestellt werden muessen. Integrierte Schaltungen koennen mehrere Bauteile aufnehmen: sie werden nebeneinander in die Flaeche des Halbleiterkristalls diffundiert. Bei LEDs geht dies leider nicht, weil das Licht an der Seite des Chips abgestrahlt wird. Folglich ist jeder Leuchtpunkt ein einzeln zu montierender Chip.
Dadurch entsteht ein hoher Aufwand und sehr grosse Anzeigen sind finanziell nicht realisierbar. Man kann sich auf kleine Anzeigen beschraenken und zB Ziffern durch 7 Segmente darstellen (= 7-Segment-Anzeige). Es gibt auch groessere Anzeigen fuer die Darstellung von Buchstaben und Sonderzeichen. Man kann auch mehrere solcher Halbteile in ein Halbzeilen-Display integrieren. Folglich findet man LEDs auch in Schreibautomaten. Dort bieten sie den Vorteil, dass sie selbst leuchten und auch im Halbdunkel der Tastatur gut sichtbar sind.
Vorteile:
Nachteile:
Einsatzgebiete:
Besonders konstruierte Dioden koennen Laser-Srahlen erzeugen. Sie werden eingesetzt in CD-Playern, Optischen Speichermedien, und in der Glasfaser-Nachrichtenuebertragung.
5. Elektro-Lumineszenz-Anzeigen
Durch elektrische Vorgaenge in bestimmten Materialien kann man diese Stoffe zum Leuchten bringen. Wenn man solch einen Stoff zB als Paste im Siebdruck auf ein Substrat auftragen und Stromversorgungsanschluesse anbringen kann, kann man eine beliebig geformte Flache zB als Notbeleuchtung einsetzen. Mit sehr kleinen Punkten und einer Einzelpunktansteuerung sind komplexe Anzeigen moeglich. Bis jetzt handelt es jedoch um teure Nischenprodukte.
Vorteile:
6. Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen
Ueber eine flaechige Elektrode aus Siebdruckpaste wird in geringem Abstand ein duenner Maschendraht gespannt. Befindet sich diese Konstruktion im Vakuum und legt man eine hohe Spannung an, so gibt es eine geringe Glimmentladung: sie bringt die Paste zum Leuchten. Auch hier kann man eine Reihe von Einzel-Punkten ansteuern. Bei VF-Displays handelt es sich wegen des hohen Preises ebenfalls um Nischenprodukte. Kleine VF-Displays wurden frueher gern in Taschenrechnern benutzt. Heute werden sie zum groessten Teil durch LCDs ersetzt.
Vorteile:
Kapitel 3.3: Drucker
Zuerst hatte man fuer die Ausgabe noch keine richtigen Ausgabegeraete, sondern konnte sich nur ueber Lampen etc Zustaende des Rechners melden lassen, die man von Hand aufschreiben musste.
Die ersten sinnvollen Geraete waren deshalb Drucker. Bis heute sind sie die wichtigsten Geraete geblieben.
In den folgenden Abschnitten werden Sie Dinge lesen, die Ihnen die Haare zu Berge stehen lassen. Keine Sorge, von wenigen Ausnahmen abgesehen, sind diese Drucker Geschichte - entweder sind sie im Museum gelandet oder auf dem Schrottplatz...
"Warum", so werden Sie sich fragen, "gab es diese vielfaeltigen Versuche?" Die Antwort ist relativ einfach: Weil es sinnvoll war. Das wichtigste beim Drucken ist, DASS etwas auf dem Papier erscheint. Das WIE und das WOMIT ist voellig nebensaechlich. Hauptsache, es gibt ein lesbares Ergebnis.
Nun denn, machen Sie es sich in Ihrem Sessel bequem und stellen Ihre Uhr zurueck in das letzte Jahrtausend...
3.3.1. Typendrucker
1. Typenhebel-Drucker
Die ersten Drucker waren umgebaute Schreibmaschinen. Damals waren alle Schreibmaschinen noch Typenhebelmaschinen (andere Bauformen waren wieder vom Markt verdraengt worden). Jeder Buchstabe oder jede Zahl, jedes Sonderzeichen, das gedruckt werden sollte, war auf einem kleinen Kopf am Ende eines langen Hebels. Dieser Hebel wurde mit Schwung gegen das Papier geschlagen. Als Mensch tippt man mit dem Finger von oben auf die Taste. Der Computer "zupft" mit einem Elektromagneten von unten an einer Zugstange oder einem Zughebel und diese Bewegung wird dann auf den Typenhebel umgelenkt.
Damit die Schrift auf dem Papier erscheinen konnte, war vor dem Papier noch ein Farbband, das vom Hebel gegen das Papier geschlagen wurde, so dass Tinte herausquoll und in das Papier eindringen konnte.
Man hatte also einen Typenhebel-Drucker vor sich.
Die Nachteile dieser Mechanik sind jedem Maschinenschreiber hinlaenglich bekannt: die Hebel koennen sich leicht verhaken, man braucht viel Kraft und die Schreibgeschwindigkeit ist sehr gering.
2. Typenstangen-Drucker
Eine viel guenstigere Loesung bot die Idee, mehrere Typen von einer Stange drucken zu lassen. Damit kann das umstaendliche Hebelwerk reduziert werden. (Schliesslich muss man jeden Hebel auch bewegen !) Kann man aber auf weniger Hebel reduzieren, so ist die Steuerung vielleicht schneller, robuster oder auch einfacher.
Die einzelnen Typen konnten
entweder
3. Typenscheiben-Drucker
Geradlinige Bewegungen sind fuer eine Mechanik eine schwierige Angelegenheit. Die gerade Bewegung der Typenstange ist sehr kompliziert zu steuern. Drehbewegungen sind wesentlich einfacher zu realisieren: man braucht "nur" eine Drehachse, fertig ...
Ordnet man die Typen auf der Aussenseite einer Scheibe an, so braucht man diese Scheibe nur zu drehen und dann gegen das Papier zu schlagen. Das hat deutliche Vorteile:
4. Zylinder-Drucker
Mit einer Typenscheibe erreichte man grosse Fortschritte. Unangenehm ist lediglich, dass man alle Zeichen, die man drucken will, auf den Umfang eben dieser einen Scheibe bekommen muss. Wenn man dort nicht genug Platz hat, muss man notfalls die Zahl der druckbaren Zeichen zu verringern. So verzichtete man beispielsweise auf die Kleinbuchstaben und begnuegte sich mit den Grossbuchstaben. Bei einer Technik, bei der man froh war, dass sie ueberhaupt funktionierte, musste man sich mit derlei Dingen eben abfinden.
Der Durchmesser einer Typenscheibe konnte natuerlich nicht beliebig gross gemacht werden. Man kam bald auf einen Ausweg und brachte mehrere Typenschreiben nebeneinander an. Auf jeder davon war ein Teil der Zeichen. Zum Drucken musste dann die zustaendige Scheibe in Position gebracht werden, in die richtige Lage rotiert werden und dann konnte man zuschlagen.
Die einzelnen Scheiben koennen entweder getrennt bewegt werden (jede fuer sich ist einzeln drehbar) oder man "klebt" sie einfach zusammen zu einem Zylinder. Letzteres liefert uns einen Zylinder-Drucker.
Einfache Druckwerke konnten aehnlich arbeiten wie die Typenhebel- oder Typenstangen-Drucker: die entsprechnede Druckposition auf dem Papier anfahren und das gewuenschte Zeichen drucken.
Die Steuerung mehrerer Typenscheiben ist natuerlich eine aufwendige Angelegenheit und nicht einfach zu loesen. Manche Firmen haben deshalb Zylinder-Druckwerke gebaut. Viele dieser Geraete waren bis in die 90er Jahre im Einsatz, zum Beispiel in druckenden Bankenterminals von Olivetti.
4. Typenwalzen-Drucker (Walzendrucker)
Fuer hoehere Druckgeschwindigkeiten ist die bisherige Druckmethode "Position anfahren und dann Zeichen drucken" unzureichend. Darum kam man auf die Idee, fuer JEDE Druckposition eine eigene Scheibe zu nehmen. Allerdings ist es dann sehr schwer, jede einzelne Scheibe einzeln zu drehen. Man nahm vielmehr eine feste Walze, auf deren Umfang fuer jede Druckposition ein Ring von Buchstaben sitzt. Zum Drucken wird die Walze solange gedreht, bis an der Druckposition der richtige Buchstabe erscheint und dann wird zugeschlagen. Weil die Walze sehr schwer ist, kann man sie jetzt aber nicht mehr gegen das Papier schlagen, sondern schlaegt das Papier gegen die Walze !
Nun ist aber der Zeitpunkt, an dem man das Papier gegen die jeweilige Type schlagen muss, an jeder Druckposition verschieden. Man muss also auch fuer jede Druckposition einzeln zuschlagen. Dazu gibt es fuer jede Druckposition einen eigenen Hammer.
Ueblicherweise ist auf der Walze auf jedem Ring der gleiche Zeichensatz - beim Drucken aber muss man auch beliebige Kombination von Zeichen drucken koennen. Darum muss die Walze von "a" bis "z" und "0" bis "9" etc gedreht werden. Erst dann, wenn man die Walze einmal um ihre Achse gedreht hat, ist man alle Druckzeichen einmal durchgegangen. Beim Drucken erreicht man also zum Beispiel nach einer halben Umdrehung die 5 Spalte, dann die 7 Spalte und den Rest im weiteren Verlauf der Umdrehung. Im Gegensatz zu den bisherigen Druckverfahren wird also eine ganze Zeile auf einmal gedruckt werden muessen, bevor das Papier weitertransportiert werden darf. Man hat die Walzendrucker deshalb auch als Zeilendrucker bezeichnet.
Walzendrucker erreichen hervorragende Druckgeschwindigkeiten von mehreren Hundert Zeilen pro Minute !
Nachteile sind das hohe Gewicht und die geringe Zahl von druckbaren Zeichen. Fuer jedes Zeichen benoetigt man ja ein Stueck des Walzenumfangs und muesste die Walze immer dicker machen. Man geraet an mechanische Grenzen, wo die Leistung in keinem finanziell vertretbaren Verhaeltnis zum Aufwand mehr steht.
5. Typenband-Drucker (Banddrucker)
Eine andere Loesung bieten die Banddrucker. Bei ihnen sind die druckbaren Zeichen nicht auf einer Walze, sondern auf einem Metallband oder einer Gliederkette (dann heissen die Maschinen Kettendrucker). Waehrend bei der Typenscheibe (oder der Walze) die Typenscheibe senkrecht zur Druckzeile steht, laeuft das Band in Richtung der Druckzeile. Es wird so lange an einer Druckposition vorbeigezogen, bis der gewuenschte Buchstabe "da" ist und man mit einem Hammer das Papier gegen das Band schlagen kann. Das Band ist eine geschlossene Schleife (Endlosband), die "immer im Kreis herum" durchgezogen wird. Die Druckbreite ist meist groesser als die Zahl der druckbaren Zeichen. Als Beispiel: die Druckzeile ist 132 Zeichen breit und man benutzt 90 oder 100 druckbare Zeichen. Dann reicht das Band (fuehrt auch "hinten herum" wieder nach links zurueck !) mit mindestens 300 Zeichen Laenge aus, um den Zeichensatz darauf 3 mal unterzubringen. Man muss demnach nicht erst das ganze Band einmal herumlaufen lassen, sondern erreicht bereits nach einem 1/3 des Umfangs die benoetigte Type. Das erhoeht die Druckgeschwindigkeit noch einmal betraechtlich.
Beim Umlauf des Bandes muss eine Elektronik genau mitverfolgen, wann und wo ein Zeichen "druckreif" ist. Eine mechanische Steuerung ist fuer derlei Dinge nicht mehr brauchbar.
Der Banddrucker hat gegenueber dem Walzendrucker grosse Vorteile:
Banddrucker waren die Arbeitspferde der Computer: Sie erreichten mehrere Hundert bis mehrere Tausend Druckzeilen pro Minute. Heute zaehlen Banddrucker allerdings nur noch zur unteren Leistungsklasse. Laserdrucker sind ihnen in vielem bei weitem ueberlegen.
6. Kugelkopf-Drucker
Aehnlich wie schon die Typenhebel-Drucker aus Schreibmaschinen entstanden sind, wurden auch Kugelkopf-Schreibmaschinen zu Druckern umgebaut. Kugelkopf-Schreibmaschinen sind eine Entwicklung von IBM und wurden hier in Deutschland 1962 auf den Markt gebracht. Die bisher ueblichen Typenhebel wurden durch eine einzige Kugel ersetzt: die Typen sind in mehreren Ringen ueber deren Oberflaeche verteilt.
Die Kugel sitzt auf einem Wagen ("Carrier"), der sie von links nach rechts an der Druckzeile entlangfaehrt. Die vorher bei Schreibmaschinen uebliche Bewegung des Papiers an der "Kimme" vorbei (wo die Typenhebel zuschlagen) wurde ersetzt durch die Bewegung eines Wagens - und das Papier steht fest.
Das liefert bereits wesentliche Vorteile:
Durch Wechsel der Kugel koennen jederzeit Schriftart und Schriftgroesse gewechselt werden. Es stehen ca 100 verschiedene Kugelkoepfe zur Verfuegung.
Um einen bestimmten Buchstaben zu drucken, muss der entsprechende Ring auf der Kugel eingestellt werden: sie macht eine "Nickbewegung". Dann muss innerhalb des Ringes weiterpositioniert werden: die Kugel wird auf das Zeichen gedreht. Beide Bewegungen werden ueber Seilzuege ausgefuehrt.
Um ein Zeichen erreichen zu koennen, muessen die Nickbewegung und die Drehbewegung stufenweise erfolgen koennen. Es gibt ja mehrere Ringe und mehrere Spalten. Also muss das Seil mehr oder weniger weit ziehen. Dazu gibt es eine komplizierte Mechanik, die aehnlich einer Balkenwaage funktioniert (wie ein Mobile). Man kann an mehreren Stellen an Balken (Hebeln) ziehen und erreicht je nach Zugstelle eine kuerzere oder laengere Bewegung des Waagbalkens - und des daran befindlichen Seiles.
Dieses Ziehen an den Hebeln kann nicht nur durch eine Tastatur bewirkt werden, sondern auch durch Elektromagnete! Dies hat spaeter den Umbau zum Drucker so wunderbar einfach gemacht.
Die Umschaltung zwischen Gross- und Kleinbuchstaben (bzw zu den Sonderzeichen) erfolgt wie bei einer normalen Schreibmaschine mit einer "Umschalttaste". Dabei wird ueber eine Zusatzmechanik so stark an Seilzuegen fuer die Drehbewegung gezogen, dass sich die Kugel erst einmal um 180 Grad dreht. Weil diese Zusatzbewegung durch den Hauptantriebsmotor der Maschine erfolgt, muss man nicht mit der Hand die dafuer notwendige Kraft aufbringen.
Ein kleiner Druck auf eine Taste (bzw ein kleiner Zug eines Elektromagneten) genuegen bereits - wieder eine Erleichterung beim Umbau.
Es haengt nur noch von der Tastatur ab, ob man die maximale Geschwindigkeit der Druckmechanik erreicht. Solange man so gleichmaessig tippt, so dass die Tasten nicht blockieren, erreicht man rund 15 Zeichen pro Sekunde, also etwas weniger, als die Weltmeister im Maschineschreiben kurzfristig "schaffen". (Der Weltrekord liegt heute bei ca 1000 Zeichen pro Minute, also ca 16,5 Zeichen pro Sekunde. Das kann nur noch auf elektronischen Maschinen erzielt werden.)
Die Kugelkopf-Schreibmaschine hat eine Revolution im Buero ausgeloest. Aber auch bei den Druckern hat sie neue Mass-Staebe gesetzt. Hier konnte man endlich eine gute Schriftqualitaet, hohes Schreibtempo und auswechselbare Schriftarten in einem (dazu noch kleinen) Geraet vereinen. Und billig war es ausserdem. Und haltbar war es auch !
Man ging sogar soweit, robustere Kugelkopf-Drucker im 24-Stunden-Einsatz zu betreiben. Auf Schiffen wurden Kugelkopf-Drucker als Logbuchschreiber installiert. Fuer den Fall, dass der Drucker ausfallen sollte, stand parallel ein Zwillingsgeraet in Reserve.
Die einfachste Methode, eine Schreibmaschine zu einem Drucker umzubauen, besteht darin, den Fingerdruck auf die Tasten zu simulieren. Das hat natuerlich nur bei elektrischen Maschinen einen Zweck, weil dort kein grosser Hebelweg oder Druck erforderlich ist. Die ersten Textautomaten und Druckausgaben haben auf die eine oder andere Weise eben den menschlichen Tastendruck simuliert. Auch fuer Kugelkopfmaschinen wurden bis in die 80-er Jahre (!) fuer teures Geld Zusaetze angeboten, die man auf der Tastatur festklemmen musste. Ueber den Druckerausgang des Computers wurde dann mittels der Elektromagneten auf der Tastatur "geklimpert".
Die Kugelkopfmaschinen waren entscheidend fuer den Siegeszug der Textautomaten. Die ersten Geraete arbeiteten noch mit Lochstreifen, auf denen gleich beim Tippen des Textes der Code des betreffenden Zeichens oder des Steuersignals fuer die Maschine gelocht wurde. Anschliessend konnte mit einem Leser der Lochstreifen gelesen werden und die Maschine konnte mit Hoechstgeschwindigkeit den ganzen Vorgang wiederholen.
Im Laufe der Zeit wurden die Relais-Steuerungen ersetzt durch Transistor-Steuerungen und schliesslich der Lochstreifen durch Magnetband (in Cassetten). Geraete aller Altersklassen befinden sich auch heute noch im Einsatz!
Ganz zum Schluss wurde die maschineninterne Steuerung (= Steuerung in der Schreibmaschine) durch ein Programm in einem Computer ersetzt. Man baute nur die Schnittstelle in die Schreibmaschine, den Rest ueberliess man dem Hersteller des Computers (bzw dieser baute selbst eine Schnittstelle ein).
7. Typenrad-Drucker
Bei den Kugelkopf-Druckern entfiel durch die Kugel ein grosser Teil Mechanik. Dafuer aber wurde die Steuerung komplizierter. Sie war aber nach wie vor mechanisch. Das bedeutet
Wenn man hier entscheidende Verbesserungen durchfuehren will, dann muss man die ganze Mechanik durch Elektronik ersetzen.
Beim Kugelkopf ist die reine Druckbewegung ein komplizierter Ablauf, bei dem die Kugel erst (falls notwendig) um 180 Grad gedreht wird, dann gedreht, genickt und dann zugeschlagen - dann wird der Wagen weitergezogen. Das einzige, was man erreichen will, ist aber doch nur der Abdruck eines Buchstabens ! Und es gibt keine Vorschrift darueber, wie das geschehen soll.
Die einfachste Loesung fuer einen besseren Ansatz gab es bereits seit ca 1880! Seinerzeit wurde auch mit Schreibmaschinen experimentiert, bei denen die Typen auf grossen Schreiben oder Raedern angebracht waren. (Maschinen mit einer Art Kugelkopf oder Zylinder gab es damals auch, aber als rein handbetriebene Geraete waren sie allesamt kaum bedienbar.)
Im Gegensatz zum Scheibendrucker waren die Typen jedoch auf der flachen Seite angebracht, nicht auf der Stirnseite der Raeder. Genau dies wurde nun wieder versucht. Weil man mit einer ganzen Scheibe aber schlecht zuschlagen kann, sitzen die Typen als kleine Koepfchen am Ende von Speichen. Anstelle des Kugelkopfes befindet sich ein Rad auf dem Wagen. Dies wird so lange im Kreis herum gedreht, bis der richtige Buchstabe "in Stellung" ist. Dann schlaegt ein kleiner Hammer von hinten gegen die Type - dazu muss die Speiche weich und elastisch genug sein.
Die Steuerung kann nicht mehr durch eine Mechanik erfolgen - da muss Elektronik "her". Das fuehrt zu einer fast vollstaendigen "Entruempelung" des Geraets: ausser der Bewegung des Wagens und der Drehbewegung des Rades muss nur noch der Hammer betaetigt werden. Der Rest ist Elektronik. Man kann also das Rad mit hoechster Geschwindigkeit drehen, stoppt es, schlaegt zu und faehrt zur naechsten Position weiter.
Die Raeder mit den Typen darauf nennt man Typenraeder. Sie sind ebenso einfach auszuwechseln wie Kugelkoepfe und liefern ein noch besseres Schriftbild. Ebenso wie bei den Kugelkopfmaschinen kann man nicht nur das normale Textil-Farbband verwenden, sondern ein Einmal-Farbband aus Plastik, bei dem eine tiefschwarze Farbschicht vollstaendig ausgestanzt und auf das Papier geschlagen wird: Plastik-Carbon.
Typenrad-Drucker sind aufgrund ihrer Konstruktion
Die Geschwindigkeit wird hauptsaechlich bestimmt durch einen Vorgang: das Stoppen, wenn der gesuchte Buchstabe erreicht ist, damit zugeschlagen werden kann. Das Stoppen fuehrt dazu, dass die Speichen mit ihren Enden hin- und herschwingen, also die Buchstaben nicht an die exakte Position gedruckt werden, sondern seitlich versetzt. Das hat zu der Ueberlegung gefuehrt, dass man die Speichen hochbiegen koennte, so das das Rad schliesslich aussieht wie ein Korb, an dem noch geflochten wird. Bei der Drehung des Korbes werden die Speichen durch die Fliehkraft nach aussen geschleudert und haben eine stabilere "Flugbahn". Ausserdem wurde dieser Korb aus Metall hergestellt, war also sehr haltbar. Man hatte damit einen neuen Drucker, den Typenkorb-Drucker.
Die Herstellung von Typenkorb-Druckern wurde bald wieder eingestellt, trotz ihrer guten Eigenschaften. Typenraeder und Typenraddrucker sind so verbessert werden, dass man mit ihnen mindestens ebenbuertige Druckleistungen erreichen kann.
Billige Typenrad-Drucker kosteten in den 90er Jahren weniger als 1000 DM. Sie waren allerdings sehr schwach und kamen auf eine Druckgeschwindigkeit von nur 12 bis 18 Zeichen pro Sekunde. 12 Zeichen pro Sekunde ist immer noch schneller, als wir selbst von Hand schreiben koennen. 18 Zeichen pro Sekunde ist auch heute noch fuer Weltmeister ein Wunschtraum. Diese Maschinen sind uns also deutlich ueberlegen. Ihr Manko ist aber die Betriebsdauer: wird zu lange ununterbrochen gedruckt, so laufen sie heiss. Die Gesamtlebensdauer der Billigdrucker betrug schaetzungsweise 2 bis 5 Jahre.
Geraete der mittleren Leistungsklasse erreichten 20 bis 30 Zeichen pro Sekunde. Besonders robuste Maschinen waren auch fuer Dauerbetrieb geeignet - also 8 Stunden am Tag. Gute Exemplare hielten ihre 10 Jahre. Das hat natuerlich seinen Preis: Einfache Geraete mit 20 bis 30 Zeichen kosteten Anfang der 90er ca 2500 DM, robuste Maschinen bis 10.000 DM.
Die Obergrenze waren ca 60 Zeichen pro Sekunde. Geraete fuer diese Leistung koennten ihre 5.000 bis 15.000 DM kosten. Als langlebige Geraete fuer Hoechsteinsatz erreichten sie erstaunliche Standzeiten: 10 Jahre und mehr.
Das Problem mit dem Starten und Stoppen des Typenrades hatte man auf eine elegante Weise geloest: man stoppte nicht mehr, sondern drehte das Rad konstant mit maximaler Geschwindigkeit. Ist auf seinem Vorbeiflug an der Druckposition das gewuenschte Zeichen gerade "da", so wird kurz und hart zugeschlagen. Man drueckt also die Type gegen das Papier, waehrend sich die Speiche weiterbewegt. Die Type darf also nur ganz kurze Zeit angeschlagen werden, weil das Rad sich sonst zu weit gedreht hat und die Speiche "ueberdreht" wuerde. Das erfordert eine besondere aerodynamische Konstruktion der Typen und der Speichen. Die zeitliche Ablaufsteuerung der Vorgaenge muss ebenfalls sehr praezise sein. Ohne internen Computer im Drucker ist so etwas undenkbar.
Die exakte Uebersetzung von "im Vorueberflug" ist "on the fly". Darum heisst diese Methode auch "Print-on-the-fly".
Die Rekordmarke fuer diese Drucker steht bei 105 Zeichen pro Sekunde. Das ist eine Geschwindigkeit, die auch fuer Matrix-Drucker (die spaeter erklaert werden) lange, lange Zeit eine Art Grenzwert war.
Print-on-the-Fly-Drucker waren ab ca 6.000 bis 8.000 DM erhaeltlich.
Ob es sinnvoll war, solch teuren Geraete einzusetzen, war sehr fraglich. Durch neue Techniken sind war man zu der Zeit in der Lage, fuer rund 5000 DM Drucker fast gleicher Schriftqualitaet zu kaufen, die aber bei eben dieser Schriftqualitaet rund 420 Zeichen pro Sekunde drucken koennen und weitaus betriebssicherer sind: Laserdrucker.
Fuer den Buerobetrieb war bis Ende der 80er Jahre die Arbeit ohne einen Typenrad-Drucker der unteren bis mittleren Leistungsklasse undenkbar.
3.3.2.1. Matrix-Drucker
All die Drucker, die eine Type auf das Papier drucken, tun dies mit einem mechanischen Anschlag. Dafuer gibt es einen englischen Ausdruck: "impact" (= Stoss, mechanischer Anschlag /zB bei einem Zusammenstoss). Deshalb werden diese Drucker auch als Impact-Drucker bezeichnet. Das Gegenstueck dazu sind Drucker, die die Farbe ohne Stoss auf das Papier befoerdern. Fuer sie gibt es die gegenteilige Bezeichnung: Non-Impact-Drucker.
Es gibt allerdings keine Typendrucker, die Non-Impact-Drucker sind. Das mag daran liegen, dass man die Kurven eines zu druckenden Buchstaben vielleicht mit einer Art Pinsel malen muesste - das erfordert denn doch zu viel Aufwand. Ein moegliches Verfahren waere Fotodruck, bei dem es fuer jeden Buchstaben eine besondere Maske gaebe, durch die belichtet wird.
Man muss allerdings nicht unbedingt mit einer Type drucken, sondern kann die zu druckenden Zeichen aus vielen einzelnen Rasterpunkten (Matrix-Punkte) zusammensetzen. Das menschliche Auge setzt die Punkte dann beim Lesen wieder zu Linien und Flaechen zusammen. Das fuehrt uns nun zu einer neuen Gruppe, den Matrix-Druckern.
Um die Uebersicht zu bewahren, fuehren wird ein Schema ein und unterscheiden nach der Druckmethode (Type oder Matrix) und nach impact und non-impact.
Fuer alle Drucker gilt dann dieses Schema:
Typen-Drucker Matrix-Drucker
====================================
I I I
impact I X I ? I
------------------------------------
I I I
non-impact I gibt es nicht I ? I
------------------------------------
Bild: Einteilung der Drucker nach Druckverfahren
Die ersten Matrix-Drucker waren Geraete, bei dem die einzelnen Punkte eines Buchstaben mit Metallnadeln auf das Papier gedruckt wurden. Zwischen Nadeln und Papier war ein Farbband (wie zB beim Typenraddrucker).
Diese Drucktechnik hat, wenn auch mit verschiedensten Drucktechniken, die Typendrucker vollstaendig vom Markt verdraengt. In der Einfuehrungsphase der preiswerten Nadeldrucker (bis 2000 DM) fiel der Marktanteil der Typendrucker rapide um jaehrlich rund 1/3 des Umsatzes...
Anmerkung: Alte Geraete sind auch heute noch im Einsatz. Sie kennzeichnen sich vor allem durch ihre auesserst stabile Konstruktion aus: Sie koennen sehr schwer sein und kommen problemlos auf ein Gewicht von mehr als 1 Zentner! Sie waren fuer Dauereinsatz konzipiert und sollten jeden Tag, jahrein - jahraus, mehrere Stunden ununterbrochen drucken. Das hat sich vor allem im (hohen) Preis niedergeschlagen. Heute hat man wesentlich leichtere Geraete, die meist 3 bis 10 kg wiegen. Die aufwendige und robuste Mechanik wurde durch einfachere Loesungen ersetzt, was zu geringeren Preisen und geringerer Lebensdauer fuehrt. Man kann davon ausgehen, dass die heute in Massen eingesetzten Matrix-Drucker ein Lebenserwartung von ca. 2 Jahren haben.
Das Druckverfahren
Der Druckkopf wird an die gewuenschte Druckposition gefahren. Dann werden alle Punkte gedruckt, die zu der ersten Spalte des Buchstabens gehoeren. Danach faehrt der Druckkopf ein Stueckchen weiter - fuer die naechste Druckspalte des Buchstaben. Dann werden alle Punkte dieser Zeile gedruckt. Auf diese Weise werden von einer Druckzeile alle Buchstaben Spalte fuer Spalte gedruckt. Man muss lediglich den Druckkopf Stelle fuer Stelle weiterbewegen und dann die betreffenden Nadeln anstossen.
Um die Nadeln zu steuern, braucht man eine Logikschaltung, eine Intelligenz des Druckers. Also hat man in die Drucker sehr intelligente Steuerungen eingebaut. Ihre Aufgabe bestand (und besteht) ausschliesslich darin, den Druckkopf richtig weiterzubewegen und Buchstabe um Buchstabe sauber aus Einzelspalten zu drucken - das heisst: zu bestimmen, wann welche Nadel gegen das Papier schlagen muss.
Man sieht leicht, dass es hier ganz entscheidend auf eben diese Steuerung ankommt: Wann wird welche Nadel bewegt?
Man kann sich darauf beschraenken, die Buchstaben "so einigermassen" lesbar auf das Papier zu bringen. Man kann aber auch versuchen, die Lesbarkeit und / oder Uebersichtlichkeit des Druckgutes entscheidend zu verbessern durch:
Man kann nun nicht nur eine einzige dieser Moeglichkeiten herausgreifen, sondern durchaus mehrere miteinander kombinieren. Beispiele:
Kursivschrift + Fettschrift + Breitschrift
Schoenschrift + Fettschrift + Doppelanschlag
Was man miteinander kombinieren kann, haengt natuerlich davon ab, wie die Steuerung des druckerinternen Computers arbeitet und wie leistungsfaehig sie ist. Es kann sein, dass bei einem Drucker gewisse Kombinationen nicht zugelassen sind, bei einem anderen Geraet ganz andere Kombinationen nicht arbeiten.
Fuer den "ganz normalen" Druck, also die (relativ) schlechte Druckqualitaet hat man die amerikanische Bezeichnung draft uebernommen und uebersetzt dies manchmal mit "Datenqualitaet".
Ein sehr wichtiger Punkte ist die Schriftqualitaet: man versucht die Druckmoeglichkeiten und die Schriftqualitaet eines Typenraddruckers zu simulieren. Je mehr Nadeln man verwendet, um so feinere Rasterung ist moeglich - leider auf Kosten der Lebensdauer des Geraetes (Empfindlichkeit der Nadeln !). Man kann aber die Nadeln in 2 Spalten nebeneinander anordnen. Die Nadeln sind dabei leicht versetzt, so dass sich eine Ueberlappung ergibt. Man kann aber auch einen anderen Weg gehen und zuerst eine Zeile einmal drucken. Dann wird das Papier um eine halbe Punktbreite weitergezogen und anschliessend die gleiche Druckzeile nochmals gedruckt. Dadurch wird die Ueberlappung der Punkte erreicht. Man kann sogar noch weiter gehen und beides miteinander kombinieren: alles nur eine Frage der intelligenten Steuerung des Druckers!
Stand der Technik sind Aufrasterungen mit bis zu 40 x 48 Punkten pro Zeichen.
Ebenso wie besondere Schriftqualitaeten durch eine feine Rasterung erreicht werden, laesst sich eine bestimmte Schrifttype ("Font") drucken. Normalerweise beherrscht ein heute im Buero eingesetzter Drucker nicht nur einen Font (zum Beispiel Pica oder Courier), sondern mehrere. Ein Font laesst sich zusaetzlich mit den bereits besprochenen Moeglichkeiten wie Fettdruck etc kombinieren !
Die Auswahl von Schriftart, Schriftdicke etc wird entweder
Jene Matrix-Drucker, die die Schriftqualitaet eines Typenraddruckers simulieren koennen ("Briefqualitaet"), werden Near-Letter-Quality-Drucker genannt. Die Abkuerzung NLQ hat sich international durchgesetzt. Manche Hersteller gehen sogar so weit, ihre Geraete als LQ, also als Letter-Quality zu deklarieren. Aber das geht wohl zu weit. Hier darf naemlich eines nicht uebersehen werden: Near-Letter-Quality eines Impact-Matrix-Druckers kann man nur vergleichen mit dem Typenrad-Druck mit einem Textil-Farbband. Gute Typenrad-Drucker erreichen mit einem Plastic-Carbon-Farbband immer noch eine bessere Druckqualitaet.
Fuer die vielfaeltigen Moeglichkeiten des Drucks zahlt man allerdings einen hohen Preis: die Drucker werden sehr langsam !
Einfache Nadeldrucker erreichen Druckgeschwindigkeiten von ca 100 bis 160 Zeichen pro Sekunde. Leistungsdrucker kommen auf ca 200 bis 240 cps, Hochleistungsdrucker bis ca 750 cps.
NLQ-Drucker erreichen in Draftqualitaet ca 160 bis 220 cps. Will man aber zum Beispiel Briefqualitaet, so wird jede Zeile zweimal gedruckt (wegen der Ueberlappung der Punkte). Das halbiert die Druckleistung: nur noch 80 - 110 cps. Soll zusaetzlich Doppeldruck erfolgen, gibt es eine weitere Halbierung: 40 bis 55 cps. Es kann sein, dass man zum Beispiel fuer Fettdruck nochmals drucken muss: wieder eine Halbierung, also eine tatsaechliche Geschwindigkeit von 20 bis ca 28 Zeichen pro Sekunde. Das ist ein Wert, den mittlere Typenraddrucker seit vielen Jahren ohne jede Schwierigkeit bewaeltigen !
Drucker mit vielen Nadeln (zB 24) sind hier vielleicht etwas schneller, da sie nicht so sehr fuer die Ueberlappung der Punkte optimieren muessen. Hier lassen sich zum Teil NLQ und fast "volle" Geschwindigkeit von ca 230 cps (heutiger Stand der Technik) vereinbaren.
Man hat also diese Einteilung der Nadeldrucker:
1. einfache Nadeldrucker nur Draft-Qualitaet
2. NLQ-Drucker wahlweise Draft-Qualitaet oder
Kombination von Druckmoeglichkeiten.
Die Frage der Druckgeschwindigkeit ist sehr wichtig, vor allem im Bereich des reinen Datenausdrucks. Hochleistungsdrucker erreichen bis ueber 700 cps. Will man noch hoehere Geschwindigkeiten erreichen, so gibt es dafuer einen einfachen Weg: die Druckzeile wird von 2 Druckkoepfen bedruckt, jeder uebernimmt die halbe Zeilenbreite. Mit einem normal-stabilen Grundgeraet (ausgelegt fuer ca 200 cps) erreicht man damit 400 cps - ohne eine Einbusse an Lebensdauer oder einen Mehraufwand fuer stabilere Konstruktion zahlen zu muessen. Stand der Technik ist ein Drucker mit 3 Druckkoepfen, der auf eine Leistung von 850 cps kommt. Weil die Druckkoepfe starr mmiteinander verbunden sind durch eine Art Kamm, nennt man diese Drucker Kammdrucker. Es gibt aber auch eine ganz andere Methode, hohe Geschwindigkeiten zu erreichen: Ueber die ganze Druckbreite ist eine Nadel neben der anderen aufgereit. Der Druckkopf erfasst also die ganze Druckbreite. Der Druckkopf steht fest - zum Drucken einer Zeile muss nur das Papier (schnell) durchgezogen werden. Von der zu druckenden Zeile wird als erstes die oberste Linie gedruckt, dann die zweite, dann die dritte etc. Wegen dieser Arbeitsweise wird dieses Geraet Liniendrucker genannt. Linien-Drucker erreichen hohe Druckgeschwindigkeiten, allerdings erreichen sie nur Draft-Qualitaet.
Kamm-Drucker und Linien-Drucker haben nur eine Aufgabe: schnell zu sein. Daher werden sie auch als Schnelldrucker bezeichnet. Diese Bezeichnung gilt aber auch fuer Banddrucker und Walzendrucker. Sie beschreibt also nicht einen bestimmten Druckertyp, sondern nur seine Leistungsklasse.
Eine Abart der Liniendrucker sind die Shuttle-Drucker. Anstatt alle Nadeln fuer die ganze Druckbreite einzubauen, werden zB nur 27 Nadeln genommen. Wie bei einem Kamm-Drucker wird also die Druckzeile in gleichgrosse Bereiche aufgetrennt. Im Gegensatz zum Kammdrucker wird aber nicht von einem Zeichen eine ganze Spalte auf einmal gedruckt - es gibt ja nur eine einzelne Nadel. Weil der Aufbau einer Shuttle fuer die ganze Druckbreite sehr empfindlich waere, nimmt man zB 3 Shuttles fuer eine Zeile. Bei einem der Fabrikate kann der Anwender bei einem Ausfall sogar selbst die Shuttles austauschen: 2 Schrauben loesen, Kabel abziehen, Shuttles tauschen, neue Shuttles einstecken, Kabel anstecken, Schrauben anziehen - fertig!
Die Shuttle-Drucker sind sehr robust und schnell. Sie erreichen bis 600 Druck-Zeilen pro Minute.
3.3.2.2. Non-Impact-Drucker
1. Thermo-Drucker
2. Ink-Jet-Drucker
Verkaufsargumente
Nachteile Gegenmittel
1. verschmutzt Druckkopf austauschbar
2. Randunschaerfe Papier, Tinte aufeinander abstimmen
fest werdende Tinte benutzen
3. teures Spezialpapier Geraet mit fest werdender Tinte benutzen
3. Elektrostat-Drucker
Dies ist ein Liniendrucker: Ueber die volle Druckbreite ist eine Drucknadel neben der anderen angebracht. Die Nadeln werden jedoch nicht gegen das Papier gestossen, sondern werden nur in einem sehr geringen Abstand davon gehalten. Legt man eine sehr hohe Spannung an eine Nadel und benutzt das Papier als Gegenelektrode, so gibt es eine kleine Funkenentladung und Elektronen fliegen durch die Luft: das Papier wird an einer kleinen Flaeche aufgeladen. Auf das Papier wird ein Farbpulver gestreut, das von der elektrischen Ladung angezogen wird und an den geladenen Stellen haften bleibt. Jetzt muss nur noch dafuer gesorgt werden, dass das Pulver festgehalten (fixiert) wird. Dazu kann man mit zwei Metallwalzen das Papier unter hohem Druck pressen. Durch den hohen Druck schmilzt das Pulver an und verklebt mit dem Papier. Man kann aber auch eine der beiden Walzen aufheizen (auf ca 180 Grad C) und durch die Waerme das Pulver anschmelzen und verkleben. Das erfordert einen relativ geringen Anpressdruck.
Das Hauptproblem ist die grosse Zahl der Nadeln: ca 300 pro Zoll (bei einer Druckbreite von ca 70 cm !). Faellt nur eine davon aus, ist das gesamte Geraet unbrauchbar. Fuer die Ausgabe von normalen Texten ist der Elektrostat also viel zu aufwendig. Fuer Grafiken ist er jedoch gut geignet. Man kann auf Rollenpapier mehrere Meter lange Zeichnungen ausgeben. Ist die Papierbreite nicht ausreichend, so druckt wird die Zeichnung in mehreren Streifen und klebt sie anschliessend wie eine Tapete zusammen.
Der wohl wichtigste Hersteller ist Versatec, eine Tochterfirma von Xerox in den USA.
Elektrostaten waren sehr wichtige Ausgabegeaete und wurden gern in Rechenzentren eingesetzt. Sie sind schnell und liefern saubere Zeichnungen. Die Preise waren recht hoch und lagen Anfang der 90er Jahre bei einigen Geraeten um 70.000 DM.
4. Elektro-Erosions-Drucker
Beispiele: Tankstelle / Protokoll-Drucker /IBM-4250
5. Laser-Drucker
Klassen
Leistung Rasterung Preis 1988 Preis 2001
6-8 ppm 300x300 3.500,-- DM ... 10.000,-- DM
10 ppm 300x300 6.000,-- DM ... 15.000,-- DM
20 ppm 300x300 >10.000,-- DM ... 30.000,-- DM
60- 90 ppm 300x300 >25.000,-- DM ... 60.000,-- DM
100-120 ppm 300x300 ???
200-220 ppm 300x300 200.000,-- DM ... 800.000,-- DM
240x240
In den letzten 10 Jahren ist ein dramatischer Preisverfall eingetreten. Gebrauchtgeraete gibt es heute bereits ab 50 DM.
Anmerkungen:
1. Toner nachfuellbar ?
2. Lebensdauer des Geraets
a) 60.000 Seiten
b) 200.000 Seiten .. 500.000 Seiten
c) >500.000 Seiten
3. Lebensdauer der Walze
4. Lebensdauer der Fuser-Station (Fixier-Station)
6. Magnet-Drucker
7. Ionen-Drucker
Kapitel 3.4 - 3.7
=================
1. einfache Schreiber (1 Stift) 2. Mehrfachschreiber (mehrere Stifte)
1. Trommel-Plotter (aus x-t-Schreiber abgeleitet) 2. Flachbett-Plotter (x-y-Plotter)
Computer output on microfilm: COM Computer input from microfilm: CIM
1. Lochkarten-Stanzer (Puncher) 2. Lochstreifen-Stanzer (Puncher)
Kapitel 3.4: Belege, Datentraeger und dazugehoerende Geraete
Was wird von einem Computer ausgegeben (produziert)?
Die einfachste Unterscheidung fuer vom Computer ausgegebene Dinge ist jene nach dem Material. Es gibt:
--> sortieren nach Material
1. Normaler Ausdruck Normalpapier 2. Lochkarte Spezialpapier (oelgetraenkt) 3. Lochstreifen Spezialpapier (oelgetraenkt) 4. Kaertchen Kunststoff
--> Frage: was davon kann der Computer wieder verwenden (als Input)?
Eine andere Einteilung kann man vornehmen nach der Art der Beschriftung oder der Kennzeichnung / Markierung:
1. Klarschrift
1. Typenschrift (Pica / Courier etc)
2. Draft (einfacher Matrixdruck --> nicht geeignet)
2. OCR-Schriften (Optical Character Recognition)
1. OCRA
2. OCRB
3. Strichcodes (EAN etc)
4. Laser-Markierungen (Laser-Card)
dazu kommt als Eingabe vom Menschen:
1. Markierungsschrift (zB mit Bleistift-Schrift)
(vorgegebene Zeichenform)
2. Handschrift
Man kann auch danach unterscheiden, ob der Datentraeger vom Menschen gelesen werden kann oder nicht und ob der Computer sie ueber angeschlossene Lesegeraete erfassen kann. Wichtig ist ferner die jeweilige Unterscheidung, ob die Aufzeichnung auf dem Datentraeger verschluesselt wurde oder nicht.
maschinenlesbar menschenlesbar
-----------------------------------------------------------------------
verschluesselt verschluesselt
JA NEIN JA NEIN
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Handschrift
Markierungsschrift * Markierungsschrift
Klarschrift * Klarschrift / Blatt
OCR OCR
Balkencodes
(Strichcodes)
Lochstreifen
Lochkarte Lochkarte *
Kaertchen Kaertchen *
(Teile)
Laser-Card
* = mit Einschraenkung
Hier stellt man sich natuerlich die Frage, ob es fuer die nicht ausgefuellten Kaestchen auch Loesungen gibt.
Geraete, die mit magnetischer Aufzeichnung arbeiten, werden hier nicht naeher betrachtet (folgen in: "Grundlagen der Magnet-Aufzeichnung").
Maschinen / Geraete zum Einlesen
Wenn es Datentraeger (Blatt bis Lochstreifen) gibt, dann muss es auch Geraete geben, die diese Datentraeger lesen koennen.
1. Klarschrift-Leser
1. Blatt-Leser Typenschrift (Pica / Courier etc)
2. Markierungsschrift-Leser (zB mit Bleistift-Schrift)
3. Handschrift-Leser
4. OCR-Schriften (Optical Character Recognition)
2. Optische Kodierungs-Zeichen-Leser
1. Strichcodes-Leser (EAN etc)
2. Lochkarten-Leser
3. Lochstreifen-Leser
3. magnetische Kodierungs-Leser
1. Magnetkonten-Leser
2. Scheckkarten-Leser
4. mechanische Kodierungs-Leser
1. Lochkarten-Leser
2. Lochstreifen-Leser
3. Kaertchen-Leser
5. elektronische Daten-Uebertragung
1. Scheckkarten-Leser (Speicher in Scheckkarte eingebaut)
2. Scheckkarten-Leser (Computer in Scheckkarte eingebaut)
3. Laser-Card (Drexler Instruments)
1. Physikalische Grundlagen (Elektromagnetismus)
2. Logische Grundlagen (Magnetband)
3. Schnelle Speicher
3.1 Streifenspeicher
3.2 Trommelspeicher
3.3 rotierende Scheiben
3.3.1 Magnetplatten
3.3.1 Festplatten
3.3.2 Wechselplatten
3.3.3 Drivecards
3.3.4 Disk-Pacs
3.3.2 Disketten
3.4 Neueste Techniken: optische Medien
3.4.1 ROM / CD-ROM
3.4.2 WORM
3.4.3 Schreib/Lese-Systeme
3.4.4 Digital Paper (von ICI)
1. Physikalische Grundlagen: Elektromagnetismus
Ein Strom, der in einem elektrischen Leiter fliesst, besitzt ein Magnetfeld.
--> Wenn man einen Strom durch einen Draht fliessen laesst,
so besteht um diesen Draht ein Magnetfeld.
Wickelt man den Draht zu einer Spule, so wird das Magnetfeld staerker.
--> Die Staerke des Magnetfeldes haengt von der
Stromstaerke und von der Zahl der Windungen ab.
Wenn man einen Eisenstab (zum Beispiel einen Nagel) als Kern der Spule nimmt,
so wird durch die Wirkung des Eisenkerns das Magnetfeld staerker.
--> Die Staerke des Magnetfeldes haengt auch vom Material
des Kerns ab.
Den einfachsten Fall der Speicherung von Informationen bietet die Verwendung von Magnetband. Hierzu nimmt man eine Kunststofffolie. Sie ist sehr strapazierfaehig und wird als Traeger benutzt. Auf diesen Traeger bringt man eine duenne Schicht aus einem magnetisierbaren Material (zum Beispiel fein verteiltes Eisenpulver).
Bringt man einen Elektromagneten an eine magnetisierbare Beschichtung, so werden in den Eisenteilchen mikroskopisch kleine "Elementarmagnete" mit Gewalt in eine bestimmte Richtung gedreht.
--> Die Elementarmagnete sind die kleinsten magetischen
Teilchen, die wir hier benutzen koennen. Ihre Groesse haengt
von dem verwendeten Material und von der Art der Herstellung
dieses Materials ab.
Die Elementarmagnete zeigen nun alle in die gleiche Richtung und bilden allesamt einen sehr kleinen Magneten, ein kleines "Magnetchen".
Wird die Spule wieder entfernt (oder der Strom ausgeschaltet), dann bleibt das kleine Magnetchen erhalten.
! Dies ist die wichtige Eigenschaft dieses kuenstlich ! erzeugten Magnetes: er bleibt erhalten. Seine Kraft laesst ! zwar ein wenig nach, aber: er bleibt erhalten.
Damit hat man durch eine aeussere Kraft einen kleinen Magneten in einer Kunststoffschicht erzeugt.
Nun kommt es darauf an, dieses kleine Magnetfeld sinnvoll zu benutzen. Dazu zieht man den kuenstlich erzeugten Magneten an einer Spule vorbei.
Nunmehr gibt es ein physikalisches Phaenomen:
In der Spule entsteht durch die Feldlinien, die die Spule
durchqueren, eine elektrische Spannung.
Mit besonders dafuer konstruierten Verstaerkern kann man die Spannung verstaerken und das Signal auswerten. Dann erhaelt man bei jedem Magnetchen zum Beispiel einen Wert dafuer, wie stark es ist und in welche Richtung (Nord-Sued) es schaut.
Somit hat man eine Moeglichkeit, mit einer aeusseren Kraft einen Magneten zu erzeugen und ihn spaeter wieder zu erkennen.
Wichtig ist dabei die Eigenschaft, dass dieses Magnetchen auch dann erhalten bleibt, wenn die Kraft, mit der man es erzeugt hat, wieder verschwindet.
Das also sind die Grundlagen - nun kommt es nur noch darauf an, sie auch fuer Computer sinnvoll anzuwenden.
Als erstes geht es um den Elektromagneten (die Spule mit dem Eisenkern). Soll in der magnetisierbaren Beschichtung einer Folie ein Magnetchen erzeugt werden, dann muss man mit einer Spule ein starkes kuenstliches Magnetfeld erzeugen.
Die einfachste Methode besteht darin, einen Zylinder (zB einen Bolzen oder einen Nagel) senkrecht auf das Band zu halten. Sie hat jedoch einen grossen Nachteil: das Magnetfeld ist sehr gross.
1. Die Spitze des Nagels ist sehr gross
2. Das Magnetfeld nimmt immer mehr ab und wird zwar
schwaecher, dringt aber auch noch sehr weit neben der
Spitze des Nagels in die Magnetschicht.
Also geht es auch darum, das Magnetfeld moeglichst geschickt zu gestalten, damit man es ganz gezielt in die Beschichtung eindringen lassen kann.
Dazu biegt man beide Enden des Nagels zusammen. Die starken Feldlinien reichen nun von einem Ende des Nagels zum anderen: von einem Pol zum anderen.
Je naeher man beide Enden zusammenbringt, desto staerker
wird das Feld dazwischen.
Laesst man nur einen kleinen Spalt, so reicht das Magnetfeld von einem Pol zum anderen (von einem Ende des Nagels zum anderen) und ist sehr stark. Es quillt aber auch aus dem Spalt heraus und dringt in die magnetisierbare Beschichtung des Bandes ein.
Der besondere "Dreh" der Konstruktion besteht jetzt darin, den ganzen Eisenkern, die Spule und den Kopf so zu gestalten, dass das Magnetfeld auf eine ganz bestimmte Weise in die Beschichtung eindringt. Ferner muss man dafuer sorgen, dass das heraustretende Magnetfeld sehr klein (und stark) ist und ein moeglichest genau abgegrenztes Wirkungsfeld hat. Dann kann man sehr kleine Magnetchen erzeugen (und nachher wieder "lesen").
Mit dieser Konstruktion ist man in der Lage, kleine Magnetchen zu erzeugen. Als erstes beschraenkt man sich darauf, starke und schwache magnetische Felder auf dem Band zu erzeugen.
Geht man von Musik oder der menschlichen Sprache aus, dann bestehen diese aus Schwingungen. Wenn diese Schwingungen verstaerkt werden, so kann man mit diesen Signalen Magnetisierungen auf dem Band erzeugen. Laesst man das Band an einer Spule vorbeiziehen, so bewirken die Magnetisierungen, dass in der Spule eine Spannung entsteht. Sie schwankt mit der wechselnden Staerke und Richtung der Magnetfelder auf dem Band ebenfalls. Wenn man sie verstaerkt, so erhaelt man wieder jene Schwingungen, die man als Quelle benutzt hatte (von Musik oder Sprache).
Wenn man Musik auf Band aufzeichen kann, dann ist man auch in der Lage, anstelle der ganzen Fuelle von Toenen und Geraeuschen nur 2 einzelne zu verwenden: einen hohen Ton und einen tiefen Ton.
Damit hat man zwei Signale (= 2 Moeglichkeiten) und kann zwischen ihnen unterscheiden. Das ist genau das, was man fuer einen Computer benoetigt. Man kann nun festlegen (willkuerlich !), dass der hohe Ton beispielsweise eine "1" bedeuten soll und der tiefe Ton eine "0".
Dann baut man sich eine elektronische Schaltung, die vom Computer gesteuert wird. Erhaelt sie vom Computer ein Signal, das eine "1" bedeuten soll, so erzeugt sie einen hohen Ton - kommt das Signal fuer die "0", so gibt das einen tiefen Ton. Die erzeugten Toene zeichnet man auf Band auf.
Hinterher kann man das Band abspielen und kann mit einer anderen elektronischen Schaltung die Toene zurueckgewinnen: ist der hohe zu "hoeren", so gibt's die "1", kommt der tiefe Ton, so wird dem Computer eine "0" gemeldet.
Diese Aufzeichnungsmethode ist auch heute noch im Gebrauch. Sie wird vom allem bei Heimcomputern verwendet. Ihr Vorteil liegt dann darin, dass sie einfach ist und das benoetigte Material
- ein Tonband-Geraetoder ein Cassettenrecorder - dazu das Tonband oder die Music-Cassette
sehr billig ist.
Der Nachteil dieser Methode ist leicht zu erkennen: Die Elektronik braucht eine gewisse Weile, um mit einer ausreichenden Sicherheit zu erkennen, ob es sich jeweils um den hohen oder den tiefen Ton handelt.
Darum kann man nur sehr langsam arbeiten. Bei grossen Datenmengen ist dieses Verfahren der Tonaufzeichnung also sehr unpraktisch.
Fuer eine schnellere Methode muss man versuchen, die langsame Aufzeichnung eines Tones zu vermeiden. Die einfachste Loesung besteht dann darin, ganz gezielt ein kleines Magnetchen auf dem Band zu erzeugen. Dieses Magnetchen hat eine ganz bestimmte Groesse (Laenge und Breite und Eindringtiefe in das Band). In regelmaessigen Abstaenden folgt nun ein Magnetchen dem anderen. Dann soll es die Aufgabe der "schreibenden" Elektronik sein, die Magnetchen ausreichend stark und ausreichend klein zu machen und dafuer zu sorgen, dass die Abstaende eingehalten werden.
Die Aufgabe der "lesenden" Elektronik besteht darin, bei einem Magnetchen die RICHTUNG des Magnetfeldes zu erkennen. Diese soll nun jene Information liefern, die nachher wieder eine "0" oder eine "1" bedeuten soll.
Waehrend das erste Verfahren mit Magnetfeldern schwankender Staerke und Richtung arbeitete, basieren die folgenden auf gleichstarken Magnetfeldern, bei denen sich nur die Richtung aendert (immer um 180 Grad).
Das erste Verfahren bezeichnet man als
"analog" <--> schwankende Magnetfelder = Staerke und Richtung
aendern sich
die anderen als
"digital" <--> es ist ein starkes Feld da = es aendert sich nur
die Richtung.
2. Logische Grundlagen
Wenn man in der Lage ist, etwas auf Band zu speichern, dann geht es anschliessend darum, mit diesem Band moeglichst sinnvoll zu arbeiten. Die einfachste Art der Benutzung ist es, auf einer Rolle Band ein Programm oder eine "gewisse Menge" Daten (zum Beispiel die Zahlen etc einer Buchung) zu speichern. Bei vielen Heimcomputern war das die erste Methode (und ist es bis heute geblieben).
Dann muss man selbst (also der Mensch!) wissen, was auf welchem Band aufgezeichnet ist. Eine gewisse Hilfe ist ein Zaehlwerk, das die durchlaufenden Zentimeter Band zaehlt. Damit kann man sich auf dem kompletten Band Abschnitte merken, auf denen sich Daten oder Programme befinden. Um einen Abschnitt zu benutzen, muss man an die entsprechende Stelle "fahren" und von dort ab aufzeichnen oder lesen.
Dieses Verfahren ist aeusserst unbequem: der Mensch muss selbst das ganze Band verwalten. Zu der Fuelle von Baendern muss er einen Katalog fuehren, auf dem die Baender und die darauf gespeicherten Daten verwaltet werden.
Um eine gewisse Hilfe zu haben, kann man am Anfang eines jeden aufgezeichneten Programms oder Datenblocks einen Namen aufzeichnen. Dann braucht man nur mit Hilfe des Computers das Band lesen zu lassen - so lange, bis der vorgegebene Name gefunden worden ist. DANN darf der Computer die gelesenen Daten auch aufnehmen und verwenden. Alles andere muss er "wegwerfen".
Erstes Ergebnis:
Je mehr man auf eine Rolle Band aufzeichnen kann, umso wichtiger wird die Organisation darauf. Es ist unpraktisch, dass der Mensch den Katalog selbst verwaltet. Folglich muss der Computer diese Arbeit uebernehmen. Hierzu wird ausser den Daten auf dem Band (oder einem Hilfsband) ein Katalog aufgezeichnet. Mit dessen Hilfe kann dann das Band verwaltet werden.
Drittes Ergebnis:
Je mehr Daten auf einem Band sind, um so schwieriger wird es, sich damit zurechtzufinden. Also wird es auch wichtig, nicht nur den Namen, sondern auch die Laenge eines Datenblocks aufzuzeichnen. Hierzu kann man vor dem eigentlichen Datenteil eine Art "Vorspann" einfuehren, die den Namen und die Laenge des Datenblocks angibt. Der Datenblock erhaelt also einen "Kopf".
Viertes Ergebnis:
Bei sehr grossen Datenmengen ist es sehr unpraktisch, stets mehrere Meter Band "durchfahren" zu muessen, um endlich an die richtige Stelle zu gelangen. Vor allem aber tritt noch ein Problem auf: Wenn man einen Datenblock fertig gelesen hat, ist es sinnlos, das Band weiterzuziehen. Folglich wird die Mechanik gestoppt. Da dies nicht abrupt geschehen kann, dreht sie sich noch ein bisschen weiter. Aehnlich ist es beim Starten, wenn die Mechanik wieder in Gang gesetzt wird: Hier braucht man eine kurze Wegstrecke, um die volle Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen. Darum muss man zwischen den Datenbloecken einen freien Platz lassen, um das Band starten und stoppen zu koennen. Diese Luecke bezeichnet man auch als "Kluft".
Fuenftes Ergebnis:
Wie schon erwaehnt, gibt es Schwierigkeiten mit langen Datenbloecken. Praktischer waere es, kleinere Datenbloecke zu haben. Dann koennte man mit 2 verschiedenen Bandgeschwindigkeiten arbeiten. Mit der hohen Geschwindigkeit wird das Band im Schnell-Lauf "durchfahren". Kommt man in die ungefaehre "Gegend", wo sich der gesuchte Teil befindet, dann schaltet man um auf die langsamere Geschwindigkeit zum Lesen oder Schreiben. Dieser Methode sind jedoch Grenzen gesetzt ! Waehrend es sehr einfach zu verwalten ist, nur einen sehr grossen Block Daten zu haben - und ihn dann sehr langsam durchlesen zu muessen, bis die gesuchten Daten gefunden wurden - ist es wesentlich schwieriger, eine Verwaltung zu benutzen, bei der man viele kleine Bloecke hat, die einzeln, (dafuer aber sehr schnell) "anvisiert" und einzeln benutzt werden koennen.
Neben dem Problem der Verwaltung taucht ein weiteres auf: Zwischen zwei Bloecken muss immer eine Luecke sein. Nehmen wir an, die Luecke sei ca 1,5 cm lang und die (kleinen) Datenbloecke nur 0,5 cm. (Dann haben wir fuer jeden Datenblock 0,5 cm + 1,5 cm = 2 cm Band verbraucht.) Folglich werden 3/4 des gesamten Bandes nur fuer die Luecken verschwendet. Es ist also nicht sehr rationell, sehr viele kleine Datenbloecke zu haben. Vielmehr muss man einen Kompromiss schliessen zwischen der einfachen Benutzbarkeit (mit einer entsprechend aufwendigen Verwaltung) und der Vergeudung von Bandmaterial durch zu viele Luecken.
Sechstes Ergebnis:
Kurz: Entweder sehr grosse Datenmengen, dafuer wenige und grosse Bloecke oder aber kleine Datenbloecke, dann Begrenzung durch den fuer die Luecken vergeudeten Platz und nur eine geringe Gesamtmenge an Daten.
Moegliche Einteilungen (nach offiziellem Sprachgebrauch):
"Datensaetze mit fester Laenge / ungeblockt"
"Datensaetze mit fester Laenge, geblockt"
Um den Datensatz erkennen zu koennen, wird vor jedem Datensatz ein "Kopf" aufgezeichnet mit dem NAMEN (und eventuell anderen notwendigen Kennzeichen). Eine Eintragung ueber die LAENGE des Datensatzes ist notwendig.
"Datensaetze mit variabler Laenge, ungeblockt"
Der KOPF eines Datensatzes enthaelt eine Angabe ueber die Laenge des Datensatzes. Jeder Block enthaelt zusaetzlich eine Angabe (einen eigenen Kopf) ueber die Laenge des Blocks.
"Datensaetze mit variabler Laenge, geblockt"
"Datensaetze ohne Laengenangabe"
Da die Laenge unbekannt ist, muss beim Lesen auf irgendeine Weise herausgefunden werden, wann der Datensatz denn nun zu Ende ist (zum Beispiel durch ein besonderes Zeichen am Ende des Datensatzes). Das erfordert eine sehr flexible Handhabung unterschiedlicher Datenmengen, also eine grosse Intelligenz der Verwaltungsprogramme. Meist geht man jedoch jedoch den "Weg des geringsten Widerstands" und verzichtet beim kommerziellen Einsatz auf diese Methode. Bei der Messwerterfassung oder anderen Aufgabenbereichen kann es jedoch aus Platzgruenden sinnvoll sein, nur jene Daten zu speichern, die unbedingt notwendig sind und erst bei der anschliessenden Auswertung eine komplette "Neuordnung" der Daten durchzufuehren.
Wichtig: Die Ordnung auf dem Band ist eine Frage der Logik und des Aufwandes, den man zu erbringen bereit ist. Ausserdem haengt es von der Art der Daten ab, welche Methode man im Einzelfall anwendet.
3. Schnelle Speicher
1. Der Streifenspeicher
Die Speicherung auf Band hat einen erheblichen Nachteil: das Band muss immer wieder durchfahren werden, bis man endlich jene Stelle erreicht hat, an der man schreiben oder lesen moechte. Weil die Baender mehrere Hundert Meter lang sein koennen (bis ca 730 m) dauert es eine geraume Zeit, bis man sein Ziel erreicht hat.
Um diesem Nachteil aus dem Weg zu gehen, kann man sich leicht eines einfachen "Tricks" bedienen: Nehmen wir an, die Bloecke auf dem Band seien alle gleich lang, dann koennte man das Band in lauter gleichlange Stuecke zerschneiden, immer von einer Kluft zur naechsten. Wenn man einen bestimmten Block braucht, dann muss man "lediglich" das richtige Bandstueck nehmen und lesen. Also koennte man alle Stuecke in einen grossen Kasten tun und diese Stuecke dann mit einer Art Katalog verwalten. Die einzige Schwierigkeit besteht darin, das richtige Stueck schnell zu ergreifen und in das Geraet zum Lesen oder Beschreiben zu geben.
Die Bandstuecke sind weich und deshalb schlecht zu handhaben. Werden sie aber auf Streifen aus Pappe oder weichem Plastik aufgeklebt, so kann man eine Art Karteikartensammlung zusammenstellen. Tatsaechlich ist das auch versucht worden. Um moeglichst schnell auf einen Streifen zugreifen zu koennen, wurden ausgekluegelte mechanische Greifmechanismen konstruiert. Die Streifen sind in einem Magazin untergebracht und ein Greifer holt den gewuenschten Streifen aus dem Magazin und befoerdert ihn in einen Transportschacht. Dort wird er weitergeleitet und schliesslich um eine Walze herumgefuehrt. Dort sind Schreib-/Lesekoepfe und die Walze dient als Gegenlager, wenn die Koepfe gegen den Streifen druecken. Braucht man den Streifen nicht mehr, so wird er automatisch wieder von der Walze entfernt und dann an die richtige Stelle in das Magazin transportiert.
Wenn man mehrere Magazine hat und in einem davon zum Beispiel mehrere Hundert bis Tausend Streifen unterbringen kann, kommt man auf recht hohe Speicherkapazitaeten : Man hat mit dieser Technik an einem Ort (also fuer einen Computer) bis zu 2400 Millionen Zeichen speichern koennen.
Obwohl der Streifenspeicher es erlaubt, sehr grosse Datenmengen zu speichern, ist sie wieder aufgegeben worden und wird (im Gegensatz zu vielen anderen Methoden, die sich auf die eine oder andere Art erhalten haben) heute nicht mehr benutzt. Es gibt naemlich 2 erhebliche Nachteile:
2. Der Trommelspeicher
Es gibt aber noch eine andere Konstruktion, sich die Magnetbandstuecke so zu gestalten, dass man sie gut benutzen kann: Man klebt sie aussen auf eine Trommel. Wenn sich diese Trommel um ihre Laengsachse dreht, dann kann ein Schreib-/Lesekopf diesen Streifen bedienen.
In der Technik hat es natuerlich wenig Sinn, Streifen aus Kunststoff auf eine Trommel zu kleben. Vielmehr wird jener Teil der Oberflaeche der Trommel, den man benutzen will, mit einer metallischen Beschichtung zu versehen (Eisenoxide etc). Diese Beschichtung kann dann viel besser magnetisiert werden, ist wesentlich strapazierfaehiger und kann sehr sauber (glatt) poliert werden.
Es ist nun eine Frage des Geldes, das man investieren will, ob man fuer jede Spur einen Kopf fest montiert oder aber einen oder mehrere) Koepfe beweglich macht und diese(n) dann von Spur zu Spur bewegt. Hat jede Spur einen festen Kopf, so ist das ganze sehr schnell, weil die einzige mechanische Bewegung jene der rotierenden Trommel ist und man elektrisch von einem Kopf zum anderen umschalten kann. Bewegliche Koepfe muessen an die richtige Stelle gebracht werden. Das kostet Zeit fuer die Bewegung des Kopfes zur gewuenschten Spur und Zeit, die der Kopf benoetigt zum Beruhigen (er darf nicht schwingen, "wackeln").
Trommelspeicher sind sehr schnell und wurden auch mit grossem Erfolg eingesetzt. Es gab eine Reihe von Rechnern (zB von IBM), bei denen der Hauptspeicher ein Trommelspeicher war!
Leider hat der Trommelspeicher auch gewisse Nachteile:
Die Speicherung auf einer Trommel hat im Uebrigen eine bestimmte Organisation mit sich gebracht: Alle Spuren sind gleich lang. Also liegt es nahe, alle Spuren gleich zu behandeln und alle Spuren in gewisse gleichlange Stuecke zu zerlegen. Dann kann jedes Stueck sehr leicht verwaltet werden. Man muss lediglich jeder Spur eine Nummer und jedem Stueck darauf eine weitere Nummer geben und kann dann einen Katalog darueber fuehren, auf welchem Stueck Nr x der Spur y sich was befindet. Oder umgekehrt: Das Programm ABC befindet sich auf den Stuecken 1, 44, 89 der Spur 35.
3. rotierende Scheiben
Beim Trommelspeicher konnte man sich ueberlegen, gleichlange Streifen Magnetband auf eine Trommel zu kleben. Man koennte sie jedoch genausogut auf eine Scheibe kleben. Die Schallplatte ist ja schliesslich auch ein flacher "Datentraeger". Allerdings gibt es nun e