Eingabegerät
Maus (Computer)
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Die Maus ist eines der wichtigsten Eingabegeräte (Befehlsgeber) bei modernen Computern. Die Entwicklung von grafischen Benutzeroberflächen hat von der Verfügbarkeit dieses gebräuchlichen und heute weit verbreiteten Zeigegerätes (engl.: Pointing Device) stark profitiert.
Die Bewegung der Maus (normalerweise mit der Hand) auf dem Tisch oder einer speziellen Unterlage, dem Mauspad, wird über einen Sensor in der Maus aufgenommen und digitalisiert und über eine Schnittstelle an den angeschlossenen Computer übertragen. Über Funktionen des Betriebssystems wird diese zweidimensionale Bewegungsinformation in eine gleichartige Bewegung des Mauszeigers (fälschlicherweise umgangssprachlich auch Cursor genannt) auf dem Bildschirm umgesetzt. Durch Betätigung der Tasten oder zusätzlicher Elemente der Maus kann der Nutzer verschiedene Aktionen in dem Betriebssystem oder Anwendungsprogramm durchführen. Die Einführung der Computermaus kann als ein entscheidender Durchbruch in der Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit von Computern angesehen werden. Im Jahre 2005 waren bereits schätzungsweise mehr als eine Milliarde „Mäuse“ weltweit verkauft worden.
Seit bald zwei Jahrzehnten bildet die Maus somit für fast alle Computertätigkeiten zusammen mit dem Monitor und der Tastatur eine der wichtigsten Mensch-Maschine-Schnittstellen.
Name
Der Name „Mouse“ (engl.) entstand in einer Assoziation: das graue, teiloval-runde Gehäuse für die Hand (Mauskörper) mit einem grauen Kabel (Schwanz) rief den Gedanken an eine lebendige Maus hervor. Die Form der Maus hat sich im Wesentlichen bis heute nicht verändert, die Ecken sind noch ein wenig runder geworden. Wie von Beginn an ist sie aber größtenteils aus Kunststoff, seltener aus Metall oder Holz, gefertigt.
Geschichte
1963/1964 arbeitete ein Team um Douglas C. Engelbart und William English am Stanford Research Institute (SRI) an verschiedenen experimentellen Zeigergeräten. Dabei wurde auch die erste Computermaus entwickelt [1]. Im Dezember 1968 wurde sie auf der Herbsttagung der American Federation of Information Processing Societies (AFIPS) der Öffentlichkeit präsentiert. Das Gerät wurde damals noch nicht Maus sondern „X-Y-Positions-Anzeiger für ein Bildschirmsystem“ genannt. Es fand wenig Beachtung, da es noch keine grafischen Benutzeroberflächen gab und Menschen, die mit Computern zu tun hatten, hauptsächlich an Texteingabe interessiert und daran gewöhnt waren. Für das auf zwei rechtwinklig zueinander stehenden Rädern basierende Prinzip erhielt Engelbart am 17. November 1970 das Patent US3541541 [2].
Die Weiterentwicklung der Maus erfolgte in den 1970er Jahren am Palo Alto Research Center (PARC) der Firma Xerox. 1971 verließ William English das SRI und wechselte zu Xerox PARC. Dort entwickelte er die erste Kugelmaus. Sie wurde 1973 zum ersten Mal beim Xerox Alto eingesetzt, der auch erstmals eine grafische Benutzeroberfläche besaß. Durch seine Tätigkeit am Palo Alto Research Center war auch Niklaus Wirth angeregt worden, im Laufe seiner weiteren Arbeit an der ETH Zürich eine grafisch orientierte Workstation mit Mausbedienung zu entwickeln, die Lilith wurde 1980 vorgestellt. Die Kugelmaus wurde zum vorherrschenden Funktionsprinzip für Mäuse innerhalb der 1980er und 1990er Jahre.
Zum ersten Mal kommerziell verwendet wurde die Maus im Rechner Xerox Star im Jahre 1981, doch dem System wurde kein wirtschaftlicher Erfolg zuteil. Der Computerhersteller Apple lizenzierte diese Technik und entwickelte 1983 den Rechner Lisa, der allerdings ebenfalls keinen Markterfolg hatte. Erst das Nachfolgemodell, der 1984 eingeführte Macintosh, war und ist auch wegen seiner grafischen Benutzeroberfläche sehr erfolgreich. Erstmals im großen Marktgeschehen basierte diese Oberfläche auf Mausbedienung. 1985 bringt eine Ausgründung der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL; Eidgenössische Technische Hochschule – Lausanne), die Firma Logitech die erste populäre Drei-Tasten-Kugelmaus LogiMouse C7 mit RS-232-Anschluss auf den Markt. Mit der Einführung der PS/2-Systeme durch IBM im Jahre 1987 werden Mäuse mit PS/2-Anschluss vorgestellt. Die Maus wurde von IBM auch in Deutschland oft als Pointing Device bezeichnet.
1980 begann die Entwicklung optischer Mäuse. Steve Kirsch bei der Firma Mouse Systems und Richard Francis Lyon bei Xerox entwickelten unterschiedliche Ansätze für optische Mäuse. Deren Durchbruch kam aber erst mit billigen und leistungsfähigen Chips zur Bildverarbeitung. Ende der 1990er begannen die optischen Mäuse die auf Kugelmechanik basierenden Mäuse zu verdrängen. Ab Ende 1998 tauchen auch die ersten Mäuse auf, die über den 1996 im wesentlichen von Intel spezifizierten USB-Bus an den Computer angeschlossen und in Windows 95 (OSR2.1), Windows 98 auf PCs oder MacOS auf Apple iMac betrieben werden können (Primax Navigator, Logitech Pilot).
Das mitunter die Bewegungsfreiheit einschränkende Kabel führte zur Entwicklung drahtloser Mäuse. 1984 stellte Logitech eine Maus basierend auf Infrarottechnologie vor. Seit 1991 sind kabellose Mäuse verfügbar, die über Radiowellen mit dem Computer kommunizieren. Ende 2002 wird von Microsoft und Logitech eine Maus vorgestellt, die über Bluetooth per HID-Profil mit dem angeschlossenen PC kommuniziert, 2003 kann mit einem Produkt der Firma Belkin die Verbindung auch verschlüsselt werden.
1995 stellt Genius die Mouse Systems ProAgio und die Genius EasyScroll vor, die ein zusätzliches Scrollrad in der Mitte zwischen den beiden Maustasten aufweisen, um z. B. innerhalb eines Fensters schneller auf- und abscrollen zu können. Aber erst seit der 1996 von Microsoft vorgestellten Intellimouse und der integrierten Unterstützung innerhalb der Microsoft Software Produkte kommen derartige Mäuse auf einen höheren Marktanteil.
Seit 1998 gibt es von Sun Microsystems Lasermäuse für die Sun Sparc Workstations. Im Herbst 2004 stellt Logitech zusammen mit Agilent Technologies im Markt der Personal Computer eine erste Lasermaus vor, die Logitech MX 1000 Laser [3]. Die MX1000 erreichte eine Bildverarbeitung von 5,8 Megapixeln/Sekunde, bei einer Auflösung von 800 dpi[4]. Mittlerweile sind auch Lasermäuse anderer Hersteller mit mehr als 2000 dpi verfügbar (beispielsweise die „Razer Copperhead“, eine Maus für Computerspiele, engl.: gamer mouse).
Technik
Anwendungsprinzip
Der Anwender bewegt die Maus auf einer glatten Oberfläche, die Bewegungsinformation wird an den Rechner übertragen. Über Funktionen des Betriebssystems wird eine Markierung (Mauszeiger) auf dem Bildschirm entsprechend der Mausbewegung bewegt. Zumeist wird diese grafische Markierung als kleiner Pfeil dargestellt.
Die Maus ist mit Tasten ausgestattet, welche auf Tastendruck („Mausklick“) eine für die entsprechende Software registrierbare Aktivität übermittelt. Bei einem solchen Ereignis werden normalerweise die aktuellen Bildschirmkoordinaten berechnet und eine entsprechende Reaktion ausgelöst. Beispielsweise kann ein Anwender auf ein Dateisymbol zeigen und es mit einem Tastendruck aktivieren und auswählen. Das Programm registriert dieses und hebt dieses Dateisymbol grafisch hervor. In einem Textverarbeitungsprogramm kann ein Anwender den Mauszeiger in dem Text bewegen und mit einem Tastendruck eine Schreibmarke (Cursor) in den Text platzieren. Wenn der Anwender zu tippen beginnt, wird der Text an dieser Stelle eingefügt.
Die gegenüber einer durch Befehlszeilen gesteuerten Benutzerführung erweiterten, interaktiven Möglichkeiten haben unter anderem die Entwicklung von objektorientierter Programmierung vorangetrieben.
Sensorik
1: Bewegen der Maus erzeugt Drehung der Kugel.
2: X- und Y-Achsen übernehmen den jeweiligen Anteil der Bewegung.
3: Lochscheiben werden gedreht.
4: Infrarot-LEDs leuchten durch die Lochscheiben.
5: Sensoren empfangen Lichtpulse, die in X- und Y-Geschwindigkeiten umgesetzt werden.
Man kann verschiedene Verfahren zur Aufnahme der Mausbewegung unterscheiden.
Mechanisch-Elektrisch
Die ersten Mäuse funktionierten mit mechanischen Kontakten: in der allerersten Generation der Computermäuse wurden noch Schleifkontakte zur Koordinatenermittlung verwendet, welche jedoch starkem Verschleiß unterlagen.
Optomechanisch
Heute noch sind optomechanische Mäuse üblich, bei denen die Mausbewegungen über eine Rollkugel, zwei Lochscheiben und zugehörige Lichtschranken in elektrische Signale umgewandelt werden. Die Rollbewegung der Kugel wird über zwei Walzen auf zwei gelochte Segmentscheiben übertragen, aus deren Drehrichtung und Geschwindigkeit werden über Inkrementalgeber mit kleinen Lichtschranken elektrische Impulse ("Mickies") erzeugt. Die relativen Koordinaten zur Darstellung des Mauszeigers werden im Computer mit einer entsprechenden Software (Maustreiber) errechnet. Kugelmäuse sind anfällig für Verschmutzung, da die Kugel aus Vollgummi immer wieder Partikel in das Mausinnere zieht und diese Partikel der Mechanik, Optik und Elektronik mit der Zeit anhaften, was die Präzision und Wiederholgenauigkeit der Maus vermindert. Auch soll es vorkommen, dass durch Lichteinfall in nicht lichtdicht verschlossene Mausgehäuse die Lichtschranken eine (nicht vorhandene) Bewegung aufnehmen und den Mauszeiger sprunghaft über den Bildschirm wandern lassen. Vorteilhaft gegenüber optischen Mäusen mit dem bildverarbeitenden Prozessor macht sich ein reduzierter Strombedarf bemerkbar (25 mA vs. 100 mA bei einer optischen Maus).
Optisch mit Leuchtdioden
Neuere Mausgenerationen beleuchten die Oberfläche, auf der die Maus bewegt wird, mit einer eingebauten Lichtquelle (typischerweise mit einer Leuchtdiode) und nehmen die Reflexionen mit einem optischen Sensor auf. Ein eingebauter Mikroprozessor berechnet aus den Unterschieden zwischen nacheinander aufgenommen Bildern Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung der Maus. Man nennt diese Art optische Maus. Ausfallerscheinungen durch verschmutzte Kugeln und vor allem Rollachsen können konstruktionsbedingt nicht mehr auftreten. Da abgesehen von den Tasten keine mechanisch bewegten Teile mehr vorhanden sind, arbeiten solche Mäuse sehr zuverlässig.
Die ersten Mäuse dieser Art benötigten spezielle Mauspads, auf denen ein Gitter oder Punkte aufgezeichnet waren, an denen sich der optische Sensor orientieren konnte (System von Steve Kirsch, Mouse Systems). Mit höherer Leistung der in den Mäusen verbauten Mikroprozessoren können heute rechenintensivere Algorithmen zur Bildverarbeitung eingesetzt werden. So funktionieren moderne optische Mäuse auf fast allen Unterlagen. Nur Flächen, die eine sehr geringe oder keine Struktur aufweisen, z. B. Spiegel, Glas und viele lackierte Flächen, sind prinzipbedingt ungeeignet. Die hohe Präzision moderner optischer Mäuse macht sich besonders in grafischen Anwendungen und in Computerspielen positiv bemerkbar.
Optisch mit Laserdioden
Die Lasermaus stellt eine verbesserte Variante der optischen Maus dar. Dabei wird statt der normalen Leuchtdioden eine Laserdiode als Lichtquelle eingesetzt. Dies ergibt durch den Speckleeffekt einen besseren Kontrast auch auf sehr glatten Oberflächen, transparente Oberflächen bleiben jedoch problematisch. Die Laserdiode verbraucht aufgrund einer gepulsten Betriebsweise weniger Energie als die Leuchtdiode einer optischen Maus, wodurch längere Batteriestandzeiten bei kabellosen Mäusen möglich sind.
Empfindlichkeit
Je nach dem verwendeten Bewegungsaufnehmer (mechanisch-elektrisch, optomechanisch, optisch mit LED oder Laser-Leuchdiode) unterscheidet sich die Empfindlichkeit der Maus, d.h. die Strecke, die auf der Unterlage mit der Maus gefahren werden muss, um eine bestimmte Strecke mit dem Mauszeiger auf dem Bildschirm zurückzulegen. Dabei resultiert eine hohe Empfindlichkeit in einem kurzen Fahrweg auf der Unterlage. Einfluss hat darauf die manchmal bei Mäusen angegebene Auflösung in dpi, je mehr Punkte auf einer bestimmten Strecke aufgelöst werden können, desto empfindlicher ist die Maus.
Manche Betriebssysteme bieten die Möglichkeit, die Empfindlichkeit individuell zu beeinflussen. Neuerdings ist die Beschleunigung im Betriebssystem einstellbar, wenn zusätzlich zur zurückgelegten Strecke die Dauer der Bewegung ausgewertet wird. Bei Bewegung auf großen Flächen ist es hilfreich, wenn die große Strecke mit einer schnellen Bewegung überwunden werden und die genaue Annäherung an den gewünschten Punkt (das Zielen) dann mit normaler Geschwindigkeit erfolgen kann.
Tasten
Neben der Fähigkeit, eine zweidimensionale Position zu übermitteln, können mit Mäusen über Tasten Aktionen ausgelöst werden. Hinter den Maustasten, mit denen ein Mausklick ausgelöst wird, verbergen sich meist Mikrotaster die bei Überschreitung einer bestimmten Kraft eine Änderung in einem Stromkreis auslösen (vergleichbar mit Mikroschaltern, aber nicht rastend und selbst in die Ausgangsposition zurückstellend). Diese Änderung wird als Bit in einem Teil des Mausprotokolls an den Rechner übertragen und löst über Maustreiber, Betriebssystem und das Anwendungsprogramm eine damit verbundene Aktion aus. Die Taster weisen oft eine Art Knackfroscheffekt auf: Bei Überschreitung der erforderlichen Kraft erhält der Benutzer sowohl eine taktile als auch eine akustische Rückmeldung der Betätigung (daher auch der Begriff Mausklick).
Die erste Maus von Engelbart hatte lediglich eine Taste. Xerox erstellte schon früh eine Variante mit drei Tasten. Apple nutzte wieder nur eine Taste, viele Mäuse an Unix-Workstations besaßen drei Tasten. Im PC-Bereich waren dagegen lange Zeit Mäuse mit 2 Tasten dominierend. Jüngere Modelle haben oft zusätzliche Tasten, die zusätzliche Funktionen haben oder deren Funktionalität sogar frei programmiert werden kann.
Eine weitere Entwicklung war das Rollrad (Wheel-Maus). Dieses Rad hat meist die Funktion, bequemes Scrollen zu ermöglichen, kann jedoch auch anders belegt sein. Manche Modelle haben zwei Räder, um gleichzeitiges horizontales und vertikales Scrollen zu ermöglichen. Bei den meisten Modellen fungiert das Scrollrad außerdem als weitere Maustaste.
Kabellose Mäuse
Kabellose Mäuse übertragen ihre Informationen nicht mehr durch das manchmal störende Kabel. Stattdessen werden die Daten von der Maus via Infrarot oder Funk (beispielsweise Bluetooth oder in einem anderen ISM-Band (etwa 27 MHz)) zu einer Basisstation übertragen, die das Signal dann per Kabel über die serielle, PS/2- oder eine USB-Schnittstelle an den Computer weiterleitet.
Kabellose Mäuse benötigen eine eigene Stromversorgung, etwa durch Batterien oder Akkus. Zum Nachteil des höheren Gewichts kommt hier die Notwendigkeit des Batteriewechsels oder Nachladens. Weiter können kabellose Mäuse meist relativ leicht abgehört werden und haben oft eine längere Reaktionszeit. Es sind auch kabellose Mäuse ohne interne Stromversorgung verfügbar, die über Induktion von einem speziellen mitgelieferten, an einem USB-Anschluss angeschlossenen Mauspad mit Energie versorgt werden.
Schnittstellen für den elektrischen Anschluss
Da die Maus erst in den späten 1980er Jahren ihren Weg zu den IBM-PC-kompatiblen Rechnern gefundet hat, musste dort im Gegensatz zu Computern, die im Grundkonzept bereits eine Maus vorgesehen hatten (z. B. Macintosh, Amiga, Atari ST), erst eine geeignete Schnittstelle gefunden werden.
Busmouse-Anschluss an PC-Steckkarten
Anfangs wurden Mäuse für IBM-kompatible Computer über eigene Schnittstellenkarten (Busmaus) betrieben. Die Anschlußbelegung des Mauskabels ist nicht standardisiert, Maus und Karte müssen daher zusammen passen[5].
Serielle Schnittstelle nach RS-232
Eine verbreitete Methode war auch der Anschluss am seriellen Port (RS232) über einen 9- oder 25-poligen Sub-D-Stecker. Diese serielle Schnittstelle war ursprünglich für die Datenfernübertragung mit Fernschreibern, Modems und Akustikkopplern entwickelt worden. Da die Maus ein einfaches und in der Datenübertragung langsames Gerät ist, das nur für Koordinateninformation und Status der Tasten Daten übermittelt und außerdem seinen Strom über die Schnittstelle erhalten konnte, war diese Schnittstelle eine recht langlebige Lösung, bei der die Maus auch problemlos im laufenden Betrieb angeschlossen werden kann. Diese serielle Lösung hielt sich bei PCs seit Mitte der 1980er Jahre über zehn Jahre lang und verschwand erst ab 1996 allmählich mit dem Aufkommen der ATX-Hauptplatinen und der PS/2-Maus (siehe unten).
Herstellereigene Schnittstellen
Die Apple-Macintosh-Rechner stellten bereits bei ihrer Einführung einen eigenen (proprietären) Anschluss für die Maus bereit. Zunächst (Ur-Macintosh, Macintosh 512 und Macintosh Plus) wurden die unverarbeiteten Signale der Achsen und der Taste über einen neunpoligen Sub-D-Stecker übertragen, der 1987 beim Macintosh II und Macintosh SE durch den universelleren Apple Desktop Bus (ADB) ersetzt wurde. Dieser ADB schloss auch die Tastatur und andere Kleingeräte an und wurde bis zum Power Macintosh G3 (1998) verwendet, als Apple ihn durch die USB-Schnittstelle ablöste.
Auch bei SUN Unix Workstations war bis etwa 2003 die Maus mit der Tastatur verbunden, und beide Geräte wurden mit einem gemeinsamen Kabel an die Workstation angeschlossen (SUN Ultra).
PS/2-Schnittstelle
Bei IBM-kompatiblen Rechnern setzte sich mit dem breiten Aufkommen der mausgesteuerten Betriebssysteme mit dem PS/2-Anschluss eine gesonderte Schnittstelle nur für die Maus durch. Die PS/2-Schnittstelle selbst wurde durch IBM bereits 1987 in den technischen Referenzhandbüchern zum PS/2-System definiert [6]. Die Übertragungsprotokolle und die Pinbelegungen von Tastatur und Maus sind dabei identisch; es handelt sich um ein synchrones, serielles Protokoll, das ursprünglich speziell für Computer-Tastaturen entwickelt wurde. Es arbeitet mit einer 5 Volt-Spannungsversorgung.
Auch wenn die Pinbelegung für die grundsätzliche Kommunikation von Tastatur und Maus identisch ist, sind die Anschlüsse eindeutig zugeordnet. Eine Maus arbeitet nicht am Tastaturport, selbst wenn der Stecker passt. Teilweise haben weitere Pins eine Sonderbelegung, beispielsweise bei der Tastatur zum Ausschalten des Computers. Zur Verdeutlichung hat sich mit der Zeit eine farbliche Kodierung der Anschlüsse durchgesetzt, Anschlussstecker und -buchse sind für die Maus grün, für die Tastatur violett gefärbt.
USB-Schnittstelle
Heutzutage ist neben dem PS/2-Anschluss immer häufiger der universell einsetzbare USB-Anschluss für Mäuse und andere Peripherie für IBM-kompatible Rechner, Unix-Workstations (SUN, IBM) wie auch für Apple-Macintosh-Rechner gebräuchlich. Ein Vorteil von USB ist, dass mehrere Geräte, wie zum Beispiel Maus und Tastatur, mittels Hubs über denselben Anschluss an einem zentralen USB-Host-Controller im Computer betrieben werden können. Für die Übertragung werden neben Masse- und 5V-Versorgungsspannungsleitung zwei Datenleitungen verwendet, über die Daten differenziell übertragen werden. Außerdem sind Geräte am USB-Anschluss durch die Reihenfolge, in der die Verbindungen beim Steckvorgang hergestellt werden (zuerst Masse und Spannung) dafür ausgelegt, im laufenden Betrieb entfernt oder wieder angeschlossen werden zu können (Hotplug)[7].
Kommunikation mit dem angeschlossenen Computer
Unabhängig von der verwendeten physikalischen Schnittstelle findet eine serielle Datenübertragung zwischen dem Computer und der daran angeschlossenen Maus statt. Dabei werden verschiedene Verfahren zur Übertragung benutzt, die als Protokolle bezeichnet werden. Abhängig vom benutzten Mausprotokoll und der verwendeten Maus muss innerhalb des Betriebssystems auf dem Computer der entsprechende Maustreiber auf dem Computer installiert sein, über den ggf. auch Anpassungen für Empfindlichkeit und Beschleunigung der Maus vorgenommen werden können.
Busmouse
Bei einer Busmouse sitzt die komplette Elektronik zur Dekodierung von Mausbewegung und Tastenbetägigung auf einer PC-Einbaukarte auf dem ISA-Bus. Es werden neun Signale über einen 9-Pin-Hosiden-Adapter übertragen. Neben dem Massepotential sind dies die Kontaktsignale der drei Mausschalter und jeweils die zwei versetzten Lichtschrankensignale der Drehsensoren für X- und Y-Richtung. Diese Mäuse waren zum Beispiel von Logitech, Microsoft oder ATI zusammen mit den passenden ISA-Bus-Steckkarten erhältlich und sind heute kaum mehr in Betrieb anzutreffen.
Maus mit serieller Schnittstelle nach RS-232
Für Mäuse mit serieller Schnittstelle nach RS-232 können Anschlüsse mit 9- oder 25-poligen D-Sub-Buchsen am Mauskabel verwendet werden. Die Signale Masse, RxD, TxD, RTS, DTR werden benutzt, CTS und DSR werden nicht genutzt, dürfen aber auch nicht gebrückt sein. Aus DTR und RTS wird in der Maus die positive Versorgungsspannung für die Leuchtdioden der Bewegungssensoren und zur Bedienung der Schnittstelle gewonnen, über DTR erfolgt auch ein Reset. TxD liefert die negative Spannung. Die verwendete Signalspannungen liegen entsprechend RS232 zwischen −12 V und +12 V. Die Daten werden bei jeder Zustandsänderung (d.h. Mausklick, Bewegung) über den Anschluss RxD asynchron mit 1200 bit/s von der Maus an den Computer übertragen.
- Beim Microsoft Mausprotokoll werden die Daten in drei aufeinanderfolgenden Bytes übermittelt, darin sind Start- und Stopbits, zwei Bits für die beiden Maustasten und die Werte für X- und Y-Bewegung in jeweils einem 7-Bit-Wert verschachtelt enthalten. Die Daten werden mit sieben Datenbits und zwei Stopbits oder acht Datenbits und einem Stopbit übertragen. X- und Y-Werte repräsentieren jeweils die Änderung gegenüber dem vorherigen Stand und sind keine Absolutwerte bzw. -positionen. Nach erfolgter Übertragung an den Computer werden diese Zähler zurückgesetzt.
- Logitech verwendet ein bisher nicht genutztes Bit im Microsoft Mausprotokoll, um den Status für seine dritte Maustaste zu übertragen.
- Das Mouse-Systems Mausprotokoll verwendet gegenüber dem Microsoft Mausprotokoll ebenfalls ein weiteres, bisher ungenutztes Bit für die dritte Maustaste und übermittelt die Bewegung in fünf statt drei Bytes unverschachtelt, die beiden zusätzlichen Bytes vier und fünf enthalten bereits Änderungswerte gegenüber den in Byte zwei und drei übermittelten X- und Y-Werten. Die Daten werden mit acht Datenbits und einem Stopbit übertragen.
- Es gibt Mäuse, die über einen Umschalter auf der Unterseite der Maus zwischen dem Microsoft Mausprotokoll und dem Mouse-Systems-Mausprotokoll umgeschaltet werden können. Unter X-Windows lässt sich ein fehlender Umschalter zur Umschaltung in den Mouse-Systems-Modus möglicherweise durch Drücken der linken Maustaste während des Bootens ersetzen [8].
Maus mit PS/2-Schnittstelle
Eine PS/2-Maus wird an einem dem PS/2-Tastaturanschluss vergleichbaren, oftmals grünen 6-poligen Mini-DIN-Anschluss angeschlossen und über ein serielles, bidirektionales, synchrones Protokoll angesteuert. Diese Aufgabe übernimmt der Tastaturcontroller (bzw. Eingabegerätecontroller).
An IBM-kompatiblen PCs angeschlossene Mäuse verwenden in der Regel nicht mehr als vier physikalisch verbundene Drähte: 5-Volt-Speisespannung (maximal 275 mA Last), Masse, eine Daten- und eine Taktleitung. Takt- und Datenleitung werden von der Rechner- und der Mausseite über Open-Collector-Treiber angesteuert, der Ruhepegel liegt auf 5 V. Maus und Computer können jede der beiden Leitungen auf den Pegel von 0 V ziehen. Die Seite, die die Taktleitung auf 0 V-Pegel zieht, kann gültige Daten über die Datenleitung übermitteln. Das Taktsignal zwischen 10 kHz und 16,7 kHz wird von der Maus erzeugt, sie darf nur Daten senden, wenn das Taktsignal nicht vom Computer zur Unterbrechung der Kommunikation auf 0 V gelegt wurde.
Die Übertragung erfolgt mit Startbit (immer 0), acht Datenbits (niedrigstwertigstes Bit zuerst), ungerader Parität und einem Stopbit (immer 1), Daten werden bei hohem Pegel der Taktleitung auf die Datenleitung geschrieben und nach Pegelabfall des Taktes vom Computer gelesen. Daten werden vergleichbar dem Microsoft-Protokoll in drei 8-Bit-Zeichen, aber unverschachtelt übermittelt. Zusätzlich zu den im Microsoft-Protokoll für seriell angeschlossenene Mäuse enthaltenen Daten werden noch ein Vorzeichen- und ein Überlaufbit jeweils für X- und Y-Wert übertragen. Der Computer kann verschiedene Befehle an die Maus übermitteln und sie in verschiedene Übertragungsmodi versetzen (Streammode (Standard: jede Änderung wird übertragen), Remote Mode (Änderungen werden nur auf Abfrage übertragen), Reset Mode, Wrap Mode (Echo Modus)).
Durch Befehle des Computers (genauer: des Tastatur/Mauscontrollers) lassen sich auch Auflösung (Schritte/mm), Abtastrate (Abtastungen/s) und Skaling (Vergrößerungsfaktor der übermittelten Zählerstände) der Maus beeinflussen. Eine angeschlossene PS/2-Maus wird während des Bootens des IBM-kompatiblen PCs erkannt, normalerweise kann sie während des laufenden Betriebs nicht entfernt, neu angeschlossen und benutzt werden (nicht hotplug-fähig). Das kann funktionieren, muss es aber nicht.
Logitech hat dieses Protokoll für seine Dreitastenmäuse erweitert.
Intellimouse
Für die Benutzung der Intellimouse hat Microsoft das PS/2-Protokoll auf ein 4-Byte-Paketformat zum IMPS/2-Protokoll erweitert. Im vierten Datenpaket werden die Bewegungsinformationen des Scrollrades und die Zustände der beiden zusätzlichen Tasten übermittelt. Die Intellimouse verhält sich zum Zeitpunkt des Einschaltens wie eine PS/2-Maus, übermittelt aber nach Reset eine andere Device-ID. Diese bewirkt, dass der Maustreiber die dann übermittelten 4-Byte-Pakete verarbeitet.
PS/2-Serial-Maus
Einige, aber nicht alle PS/2-Mäuse können über einen zugehörigen Adapter auch an einem seriellen Anschluss betrieben werden (PS/2-Serial Mouse). Da diese Adapter jedoch nicht zwischen den unterschiedlichen Pegeln und Protokollen wandeln können, muss die Elektronik in der Maus erkennen, an welchem Anschluss sie betrieben wird und sich darauf einstellen. Das wäre z. B. über die Versorgungsspannung möglich, die am seriellen RS-232-Anschluss höher ist.
Maus am USB-Anschluss
An den USB angeschlossene Mäuse verwenden im Gegensatz zu an die PS/2-Schnittstelle angeschlossene Mäuse kein proprietäres Protokoll mehr, sondern ein vom USB Interface Forum standardisiertes Busprotokoll [9]. Die Daten werden seriell, differentiell auf den beiden Datenleitungen mit Sync-Signal, NRZI-Kodierung und Bit-Stuffing übertragen, daher ist eine separate Taktleitung wie bei PS/2-Mäusen nicht erforderlich.
Der USB-Gerätetreiber muss sicherstellen, dass häufig genug (siehe USB Software-Architektur) über einen USB-Treiber, den Treiber des USB-Hostcontrollers und den USB-Hostcontroller selbst der Status des USB-Slave-Clients (in diesem Falle: der Maus) abgefragt wird. Die Maus wird über eine vom USB-Hostcontroller nach Identifizierung vergebene sieben Bit lange Kennung als HID-Gerät (Human Interface Device) adressiert (siehe USB-Konfiguration) und als solches nach der Norm USB 1.0 bedient. Bei der Initialisierung informiert sie den Hostcontroller bzw. den dahinter liegenden USB-Treiber aus ihrem Pufferspeicher 0 über ihre Fähigkeiten und Eigenschaften (Anzahl (max. 4), Richtung (in oder out), Abfragehäufigkeit (sample rate) und Größe der Pufferspeicher (der sog.Endpunkte, max. 64 Byte), Geräteart, Hersteller, Class Code, Gerätekennung, Protokoll, benötigte Bandbreite u. a.), der diese Informationen speichert und die entsprechenden Zeitslots auf dem Bus reserviert. Dann fragt der Hostcontroller (im Auftrag des Gerätetreibers, der die Abfragen beim USB-Hostcontroller-Treiber in die Queue einstellt) im Interrupt-Transfer-Modus alle 10 ms die zu übermittelnden Daten aus den Endpunkten ab, die Übertragung erfolgt mit max. acht Byte pro Transfer prüfsummengesichert (CRC16) von der Maus an den Computer. Der Endpunkt bildet also faktisch im Hostdevice (der Maus) einen gemeinsam von Hostcontroller (dem Computer) und Hostdevice (der Maus) einsehbaren Speicherbereich, der in regelmäßigen, der innerhalb eines garantierten Zeitabstandes vom Computer ausgelesen wird. Falls bei IBM-kompatiblen PCs das BIOS Legacy-Unterstützung bietet, können USB-Mäuse durch Emulation des 8042-Tastaturcontrollers über den USB-Hubcontroller wie PS/2-Mäuse benutzt werden. Seit Einführung des Apple iMac ist USB der Standard-Eingabegeräteanschluss für Apple-Macintosh-Computer.
Maus für USB- oder PS/2- Anschluss
Vergleichbar den PS/2-Serial-Mäusen gibt es auch solche, die sich wahlweise an einem USB- oder einem PS/2-Anschluss betreiben lassen. Dafür gibt es Adapterstecker, die mit der Maus mitgeliefert werden, und vom USB-Anschluss auf den PS/2-Anschluss oder umgekehrt umsetzen. Die Mitlieferung eines Adapters lässt dabei einen Rückschluss auf die Fähigkeiten der Maus zu, denn auch hier muss die Maus anhand der gegebenen Verhältnisse entscheiden, ob sie sich wie eine PS/2-Maus oder wie eine Maus am USB-Anschluss verhält. Kriterium dabei kann z. B. die Reihenfolge des Anliegens von Spannungsversorgung und Datenleitung sein (bei USB liegt die Spannungsversorgung ja konstruktionsbedingt eher an) oder das Verhalten der Datenleitungen nach dem Anschluss. Bei einem PS/2-Rechner darf man davon ausgehen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Anschluss zur Übermittlung des Resetbefehls die Takt- und Datenleitung nach einem bestimmten Verfahren umgeschaltet werden, am USB ist von differentieller Datenübertragung auszugehen, was nicht den PS/2-Verfahrensweisen entspricht.
Maus am Apple Desktop Bus
Mit dem ADB hatte Apple bereits 1986 ein ähnliches Konzept wie beim USB verfolgt, wenn auch in kleinerem Maßstab. Verwendet wird ein vierpoliger Mini-DIN Stecker, vergleichbar einem S-Video-Stecker. Belegt sind normalerweise drei Verbindungen: 5 V Speisespannung, Masse und die Datenleitung. Eine vierte, zusätzliche Verbindung zum Netzteil des Computers blieb für Mäuse unbenutzt. Die Verbindung war aufgrund ihrer Konstruktion nicht hotplug-fähig und war nur für max. 400 Steckvorgänge zertifiziert. Dies ist verglichen mit den heutigen USB-Verbindungen sehr wenig. Adressiert werden konnten maximal 16 Geräte, die Datenübertragungsrate beschränkt sich auf 10 kBit/s. Die Steuerung erfolgt ausschließlich durch den Computer und die Geräte (in diesem Fall die Maus) liefern Daten nur bei Abfrage über einen definierten Speicherbereich (Register, vergleichbar dem Endpunkt) zurück. Die Definition erlaubte aber auch gleiche Adressen am Bus, was gelegentlich zu Problemen führte.
Konfiguration
Hardwareabhängig
Bei den ersten IBM-kompatiblen PCs mussten der Maus hardware-abhängige Ressourcen zugewiesen werden. Die Steckkarte der Busmouse erfordert in der Regel die Zuweisung eines eigenen der wenigen verfügbaren Interrupts sowie eines passenden I/O-Adressebereiches (Port). Die Einstellung erfolgt über Jumper oder etwas moderner im BIOS des Rechners.
Seriellen Mäusen ist in der Regel eine eigene serielle, physikalisch vorhandene Schnittstelle inklusive einer Schnittstellengeschwindigkeit und -protokoll (8N0, 7N1 o.ä.) zuzuweisen. Das wird genauso wie die Angabe des notwendigen, passenden Maustreibers mit seinen Optionen über Konfigurationsdateien vorgenommen.
Bei PS/2-Mäusen und bei USB-Mäusen entfallen derartige Angaben, da diese Schnittstellen bereits in der Hardware des Rechners bzw. aufgrund des verwendeten Protokolls arbeitsfähige Vorgaben zur Verfügung stellen. Spätestens bei seit Ende der 1990er Jahre ausgelieferter Hardware und Betriebssystemen muss sich der Anwender nur noch selten mit derartig hardwarebezogenen Details befassen.
Softwareabhängig
Dafür hat aber die Anzahl der Einstellungsmöglichkeiten über Maustreiber und Betriebssystem erheblich zugenommen. Erwähnt sei nur die bereits beschriebene Empfindlichkeitseinstellung der Maus, Zeitabstand für Doppelklick usw. sowie die Zuweisung von programmabhängigen Funktionen zu zusätzlichen Maustasten. Dieses sind aber weitestgehend nur Anpassungen, um dem Anwender die Benutzung angenehmer zu gestalten. Die grundlegende Funktion der Maus (d.h. Zeigen und Klicken) ist in der Regel auch ohne derartige Anpassungen gegeben.
Interaktion
Jede gängige grafische Benutzeroberfläche, die zur Zeit für Endanwender existiert, wird in erster Linie mit der Maus bedient. Die übliche Anzahl der Maustasten und weiterer Elemente zur Interaktion (Scrollrad) hat sich im Laufe der Zeit gewandelt.
Eine Taste: Die ursprüngliche Macintosh-Benutzeroberfläche war auf eine einfache Bedienung ausgelegt, in der der Anwender das komplette Gerät mit einer Maustaste bedienen konnte. Auch heute noch werden Apple-Mäuse mit einer Taste ausgeliefert, wobei die gesamte Oberfläche der Maus als Taste arbeitet. Zusätzliche kontextbezogene Programmfunktionen werden mit Hilfe von Spezialtasten auf der Tastatur (Modifiers) parallel zum Mausklick ausgelöst. Das aktuelle Betriebssystem Mac OS X unterstützt Mehrtastenmäuse. In den meisten Apple-Programmen wird die zweite Taste für das Kontextmenü eingesetzt. Bei Ein-Tasten-Mäusen wird dieses über Ctrl-Mausklick aufgerufen. Mittlerweile haben aber auch aktuelle Mäuse schon zwei Tasten.
Zwei Tasten (Microsoft Windows, IBM OS/2, Atari TOS, AmigaOS): Alle Geräte, die in Zusammenhang mit diesen Betriebssystemen benutzt wurden, wurden zunächst mit zwei Tasten ausgestattet. Dabei diente die eine (meist die linke) für die Auswahl, während die zweite (rechte) Taste eine Sonderfunktion auslöst. Insbesondere das so genannte Kontextmenü, welches mit Windows 95 erstmals in großem Umfang eingeführt wurde und eine Auswahl an Modifikationen für das konkret aktivierte Objekt bietet, wird über diese zweite Taste aktiviert. Bei Atari-TOS hatte die zweite Taste zunächst keine weitere Funktion und hatte je nach Programm eine andere Bedeutung. Beim AmigaOS wurde die rechte Maustaste für die Menüleiste benutzt. Mittels einer Funktion im Betriebssystem kann oftmals die Anordnung rechts-links auch getauscht werden, z. B. für Linkshänder.
Kategorien
Hardware
Bussystem
CPU-Sockel
Chipsatz
Computer
Gehäuse
Grafikchip
Hardware (Produkt)
Hardwarehersteller
Internet (Hardware)
Mikrocontroller
Mikroprozessor
Netzwerkgerät
Programmierbare Logik
Schnittstelle (Hardware)
Soundchip
Speicherkarte
Speicherlaufwerk
Speichermedium
Speichermodul
Standard (Hardware)
Steckkarte
Urheberrecht
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