Перфолента - Punched tape

Перфорированная бумажная лента с пятью и восемью отверстиями
Creed model 6S / 2 Считыватель бумажной ленты с 5 отверстиями
Считыватель бумажной ленты на компьютере Harwell с небольшим кусочком ленты с пятью отверстиями, соединенным по кругу, создавая физический программный цикл

Перфолента или перфорированная бумажная лента - это форма хранения данных , состоящая из длинной полосы бумаги, в которой проделаны отверстия. Он разработан на основе перфокарт и впоследствии использовался вместе с ними , отличаясь тем, что лента является непрерывной.

Он использовался на протяжении 19-го и большей части 20-го веков для программируемых ткацких станков, телетайпов , для ввода данных в компьютеры 1950-х и 1960-х годов, а затем в качестве носителя информации для мини-компьютеров и станков с ЧПУ .

История

Бумажная лента, сделанная из перфокарт , используется в жаккардовом ткацком станке . Большие отверстия на каждом краю - это отверстия для звездочек , которые используются для протягивания бумажной ленты через ткацкий станок.

Перфорированные бумажные ленты были впервые использованы Базилем Бушоном в 1725 году для управления ткацкими станками. Однако бумажные ленты были дорогими в изготовлении, хрупкими и трудными в ремонте. К 1801 году Жозеф Мари Жаккард разработал машины для создания бумажных лент путем последовательного связывания перфокарт для жаккардовых ткацких станков . Полученная бумажная лента, также называемая «цепочкой карт», была прочнее и проще как в изготовлении, так и в ремонте. Это привело к концепции передачи данных не в виде потока отдельных карт, а в виде одной «непрерывной карты» (или ленты). Бумажные ленты, изготовленные из перфокарт, широко использовались в 19 веке для управления ткацкими станками. Многие профессиональные вышивки до сих пор называют «перфораторами» тех, кто создает дизайны и машинные рисунки, хотя перфокарты и бумажная лента в конечном итоге были выведены из употребления в 1990-х годах.

В 1842 году во французском патенте Клода Сейтра было описано устройство для игры на фортепиано, которое считывает данные с рулонов перфорированной бумаги .

Накидка Уитстона с точкой, пробелом и чертой пробита, а также перфораторная пластина

В 1846 году Александр Бейн использовал перфоленту для отправки телеграмм . Эта технология была принята Чарльзом Уитстоном в 1857 году для подготовки, хранения и передачи данных в телеграфии.

В 1880-х годах Толберт Ланстон изобрел систему набора текста Monotype , которая состояла из клавиатуры и литейщика композиции . Лента, пробитая клавиатурой, позже была прочитана литейщиком, который произвел тип грифеля в соответствии с комбинациями отверстий в 0, 1 или более из 31 позиции. В считывателе ленты использовался сжатый воздух, который проходил через отверстия и направлялся в определенные механизмы литейщика. Система вошла в коммерческое использование в 1897 году и находилась в производстве до 1970-х годов, претерпев несколько изменений.

Текущее использование

В 21 веке перфолента используется очень редко. Он все еще может использоваться в старых военных системах и некоторыми любителями. В приложениях для обработки с числовым программным управлением (ЧПУ) очень немногие люди все еще используют ленту. Тем не менее, некоторые современные системы ЧПУ по-прежнему измеряют размер хранимых программ ЧПУ в футах или метрах, что соответствует эквивалентной длине при перфорации на бумажной ленте.

Форматы

Программное обеспечение на фальцованной бумажной ленте для миникомпьютера Data General Nova
Фальцованная бумажная лента

Данные были представлены наличием или отсутствием дыры в определенном месте. Ленты изначально имели пять рядов отверстий для данных. Более поздние ленты имели шесть, семь и восемь рядов. Ранняя электромеханическая программируемая вычислительная машина, калькулятор с автоматическим управлением последовательностью или Harvard Mark I , использовала бумажную ленту с 24 рядами. Ряд меньших отверстий для звездочек, которые всегда пробивались, служил для подачи ленты, первоначально использовалось колесо с радиальными зубьями, называемое звездочкой . Позже оптические считыватели использовали отверстия звездочки для генерации синхронизирующих импульсов. Отверстия для звездочек смещены немного в одну сторону, что дает понять, в какую сторону ориентировать ленту в считывающем устройстве, и разделив ленту на неравные стороны. Биты на более узкой стороне ленты обычно являются наименее значимыми битами , когда код представлен в цифровой системе в виде чисел.

Габаритные размеры

Лента для перфорации имела толщину 0,00394 дюйма (0,1 мм). Двумя наиболее распространенными значениями ширины были 11/16 дюйма (17,46 мм) для пятибитовых кодов и 1 дюйм (25,4 мм) для лент с шестью или более битами. Расстояние между отверстиями составляло 0,1 дюйма (2,54 мм) в обоих направлениях. Отверстия для данных имели диаметр 0,072 дюйма (1,83 мм); питающие отверстия составляли 0,046 дюйма (1,17 мм).

Клейкая лента

5-уровневая бумажная лента Бодо без чэда примерно 1975–1980 годов, пробитая в Teletype Corp.

В большинстве оборудования для перфорации ленты использовались твердые штампы для создания отверстий в ленте. В результате этого процесса были созданы « чад » или маленькие круглые кусочки бумаги. Управление утилизацией чада было раздражающей и сложной проблемой, поскольку крошечные кусочки бумаги имели тенденцию вылетать и мешать работе других электромеханических частей оборудования телетайпа.

Разновидностью ленточного перфоратора было устройство, называемое реперфоратором для печати без чада . Эта машина будет перфорировать полученный сигнал телепринтера на ленту и одновременно печатать на ней сообщение, используя механизм печати, аналогичный механизму обычного страничного принтера. Ленточный перфоратор вместо того, чтобы пробивать обычные круглые отверстия, вместо этого будет пробивать маленькие U-образные надрезы в бумаге, так что налет не образуется; «дыра» все еще была заполнена маленькой дверцей-ловушкой для бумаги. Из-за того, что отверстие не было проделано полностью, печать на бумаге оставалась нетронутой и разборчивой. Это позволило операторам читать ленту без необходимости расшифровывать дыры, что облегчило бы ретрансляцию сообщения на другую станцию ​​в сети. Кроме того, не было "коробки для чада", которую время от времени нужно опорожнять. Недостатком этого механизма было то, что безчерепная лента после перфорации плохо наматывалась, потому что выступающие отвороты бумаги цеплялись за следующий слой ленты, поэтому ее нельзя было плотно наматывать. Другой недостаток, который со временем стал очевиден, заключался в том, что не существовало надежного способа считывания ленты без чейки с помощью оптических средств, используемых более поздними высокоскоростными считывающими устройствами. Однако механические считыватели ленты, используемые в большинстве устройств со стандартной скоростью, не имели проблем с лентой без чеканки, потому что они считывали отверстия с помощью тупых подпружиненных чувствительных штифтов, которые легко отодвигали бумажные клапаны в сторону.

Кодирование

Слово «Википедия» и CR / LF как 7-битный ASCII, без бита четности, наименее значимый бит справа - например, «W» - это 1010111.

Текст кодировался несколькими способами. Самой ранней стандартной кодировкой символов была Бодо , которая восходит к 19 веку и имела пять отверстий. Код Бодо был заменен модифицированными кодами с 5 отверстиями, такими как код Мюррея (который добавлял возврат каретки и перевод строки ), который был преобразован в код Western Union, который в дальнейшем развился в Международный телеграфный алфавит № 2 (ITA 2), и вариант, называемый кодом американского телетайпа (USTTY). Другие стандарты, такие как Teletypesetter (TTS), FIELDATA и Flexowriter , имели шесть отверстий. В начале 1960-х годов Американская ассоциация стандартов возглавила проект по разработке универсального кода для обработки данных, который стал Американским стандартным кодом для обмена информацией (ASCII). Этот семиуровневый код был принят некоторыми пользователями телетайпов, включая AT&T ( Teletype ). Другие, такие как Телекс , остались с прежними кодами.

Приложения

Связь

Телетайп телекс модели 32 с дыроколом для бумажной ленты и считывателем слева
Работа реле с бумажной лентой на станции обслуживания полетов в Гонолулу ФАУ США в 1964 году.

Перфолента использовалась как способ хранения сообщений для телетайпов . Операторы набирали сообщение на бумажной ленте, а затем отправляли сообщение с ленты на максимальной скорости линии. Это позволяло оператору подготовить сообщение в автономном режиме с максимальной скоростью набора текста и позволяло оператору исправлять любую ошибку перед передачей. Опытный оператор может подготовить сообщение со скоростью 135 слов в минуту (WPM) или более за короткие промежутки времени.

Линия обычно работала со скоростью 75 л / мин, но работала непрерывно. Подготовив ленту "в автономном режиме" и затем посылая сообщение с помощью устройства для чтения ленты, линия могла бы работать непрерывно, а не зависеть от непрерывного набора текста "в режиме онлайн" одним оператором. Обычно одна линия 75WPM поддерживает работу трех или более операторов телетайпа в автономном режиме. Ленты, перфорированные на принимающей стороне, могут использоваться для ретрансляции сообщений на другую станцию. С использованием этих методов были разработаны крупные сети магазинов и пересылки .

Бумажная лента могла считываться в компьютеры со скоростью до 1000 символов в секунду. В 1963 году датская компания Regnecentralen представила устройство чтения бумажных лент RC 2000, которое могло читать 2000 символов в секунду; позже они увеличили скорость еще до 2500 cps. Уже вторая мировой войны , на читателе ленты Heath Robinson , используемые союзного codebreakers, был способен 2,000 сП , а Колосс может работать при 5000 сП с использованием оптического считывателя на магнитную ленту , разработанный Арнольд Lynch.

Миникомпьютеры

24-канальная программная лента для Harvard Mark I

Когда были выпущены первые миникомпьютеры , большинство производителей обратились к существующим серийным телетайпам ASCII (в первую очередь, Teletype Model 33 , способному передавать десять символов ASCII в секунду) в качестве недорогого решения для ввода с клавиатуры и вывода на принтер. Обычно описываемая модель 33 ASR включала перфоратор / считыватель бумажной ленты, где ASR означает «автоматическая отправка / получение», в отличие от моделей без перфорации / без считывателя KSR - отправка / получение с клавиатуры и RO - только прием . В качестве побочного эффекта перфолента стала популярным носителем для недорогих миникомпьютерных данных и хранения программ, и в большинстве миникомпьютеров было обычным делом найти выборку лент, содержащих полезные программы. Также были распространены более быстрые оптические считыватели.

Передача двоичных данных на эти миникомпьютеры или от них часто выполнялась с использованием метода двойного кодирования, чтобы компенсировать относительно высокую частоту ошибок перфораторов и считывателей. Низкоуровневое кодирование обычно было ASCII, далее закодировано и оформлено в различных схемах, таких как Intel Hex , в которых двоичное значение «01011010» будет представлено символами ASCII «5A». Информация о кадрировании, адресации и контрольной сумме (в основном в шестнадцатеричных символах ASCII) помогала обнаруживать ошибки. Эффективность такой схемы кодирования составляет порядка 35-40% (например, 36% из 44 8-битных символов ASCII, необходимых для представления шестнадцати байтов двоичных данных на кадр).

Автоматическое производство

Считыватель бумажной ленты на станке с числовым программным управлением (ЧПУ)

В 1970-х годах в автоматизированном производственном оборудовании часто использовалась бумажная лента. Бумажная лента была важным носителем информации , например, для машин для обмотки проволоки с компьютерным управлением . Считыватель бумажной ленты был меньше и дешевле, чем считыватель карт Холлерита или магнитной ленты . Были изобретены пропитанные воском и смазкой длинноволокнистые бумаги премиум-класса, а также майларовая пленка, чтобы производственные ленты для этих машин прослужили дольше.

Передача данных для программирования ПЗУ и СППЗУ

В 1970-х - начале 1980-х бумажная лента обычно использовалась для передачи двоичных данных для включения либо в микросхемы программируемой по маске постоянной памяти (ПЗУ), либо в их стираемые копии СППЗУ . Было разработано большое количество форматов кодирования для использования в компьютерной передаче и передаче данных ROM / EPROM. Обычно используемые форматы кодирования в основном основывались на тех форматах, которые поддерживались устройствами программирования EPROM, и включали в себя различные шестнадцатеричные варианты ASCII, а также ряд частных форматов.

Также использовалась гораздо более примитивная, а также гораздо более длинная схема кодирования высокого уровня, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish). В кодировке BNPF один байт (8 бит) будет представлен сильно избыточной последовательностью кадрирования символов, начинающейся с одного ASCII «B», восьми символов ASCII, где «0» будет представлен буквами «N» и «1». "будет представлен буквой" P "с последующим окончанием ASCII" F ". Эти десятисимвольные последовательности ASCII были разделены одним или несколькими пробельными символами , поэтому для каждого сохраненного байта использовалось не менее одиннадцати символов ASCII (эффективность 9%). Символы ASCII «N» и «P» различаются четырьмя битовыми позициями, обеспечивая отличную защиту от одиночных ошибок перфорации. Также были доступны альтернативные схемы, в которых «L» и «H» или «0» и «1» также были доступны для представления битов данных, но в обеих этих схемах кодирования два символа ASCII, несущих данные, отличаются только одной битовой позицией. , обеспечивая очень плохое обнаружение ошибок одиночного штампа.

Кассовые аппараты

Примерно в 1970 году NCR в Дейтоне, штат Огайо , изготовила кассовые аппараты, которые пробивали бумажную ленту. Примерно в то же время компания Sweda создала аналогичные кассовые аппараты. Затем ленту можно было считать в компьютер, и не только суммировать информацию о продажах, но и выставлять счета по транзакциям. Лента также использовалась для инвентаризации, записи отдела и количества проданных товаров.

Газетная промышленность

Перфорированная бумажная лента использовалась газетной промышленностью до середины 1970-х годов или позже. Газеты, как правило, нагнетались такими устройствами, как машины Linotype . С проводными службами, входящими в устройство, которое пробивает бумажную ленту, вместо того, чтобы оператору линотипа приходилось перепечатывать все входящие истории, бумажную ленту можно было вставить в считыватель бумажной ленты на линотипе, и он создал бы свинцовые пробки без оператор повторно набирает истории. Это также позволило газетам использовать такие устройства, как Friden Flexowriter , для преобразования набора текста в печатный шрифт с помощью ленты. Даже после упадка линотипа и горячего набора текста многие ранние фотонаборные устройства использовали устройства чтения с бумажной ленты.

Если ошибка была обнаружена в одной позиции на шестиуровневой ленте, этот символ можно было превратить в нулевой символ, который нужно было пропустить, выбив оставшиеся непробитые позиции так называемым «щипцом для цыплят». Это выглядело так. приспособление для удаления стеблей клубники, которое при нажатии большим и указательным пальцами могло пробивать оставшиеся позиции, по одному отверстию за раз.

Криптография

Шифры Вернама были изобретены в 1917 году для шифрования телетайпов с помощью ключа, хранящегося на бумажной ленте. В течение последней трети 20-го века Агентство национальной безопасности (АНБ) использовало перфоленту для распространения криптографических ключей . Восьмиуровневые бумажные ленты распространялись под строгим контролем учета и считывались устройством заполнения , таким как портативный KOI-18 , который был временно подключен к каждому устройству безопасности, которому требовались новые ключи. АНБ пытается заменить этот метод более безопасной системой электронного управления ключами ( EKMS ), но по состоянию на 2016 год бумажная лента, по-видимому, все еще используется. Контейнер с бумажной лентой - это контейнер с защитой от несанкционированного доступа, в котором есть элементы, предотвращающие необнаруженное изменение содержимого.

Преимущества и ограничения

Перфолента обладает некоторыми полезными свойствами:

  • Долголетие. Хотя качество многих магнитных лент со временем ухудшилось до такой степени, что данные на них были безвозвратно утеряны, перфоленту можно будет прочитать много десятилетий спустя, если использовать бескислотную бумагу или майларовую пленку. Некоторая бумага может быстро испортиться.
  • Доступность для человека. При необходимости рисунки отверстий можно расшифровать визуально, а порванную ленту отремонтировать (используя специальные склейки ленты по всему отверстию). Редактирование текста на перфоленте было достигнуто буквально вырезанием и приклеиванием ленты ножницами, клеем или путем наклеивания ленты на участок, чтобы закрыть все отверстия, и создания новых отверстий с помощью ручного дырокола.
  • Устойчивость к магнитному полю. В механическом цехе, полном мощных электродвигателей, программам числового программного управления необходимо выдерживать магнитные поля, создаваемые этими двигателями.
  • Легкость разрушения. В случае криптографических ключей преимуществом была присущая бумажной ленте воспламеняемость (иногда повышенная за счет использования флэш-бумаги). После того, как ключ был вставлен в устройство, бумажную ленту можно было просто сжечь, чтобы ключ не попал в руки врага.

Самыми большими проблемами с бумажной лентой были:

  • Надежность. Обычной практикой было следить за каждым механическим копированием ленты с ручным сравнением отверстий.
  • Перематывать ленту было сложно и часто возникали проблемы. Требовалась большая осторожность, чтобы не порвать ленту. В некоторых системах вместо рулонной бумажной ленты использовалась фальцованная бумажная лента. В этих системах не требовалась перемотка, не требовались никакие причудливые подающие бобины, приемные бобины или механизмы натяжного рычага; лента просто подавалась из расходного резервуара через считыватель в приемный резервуар, складываясь обратно в ту же форму, что и при подаче в считывающее устройство.
  • Низкая информационная плотность. Наборы данных, намного превышающие несколько десятков килобайт, непрактично обрабатывать в формате бумажной ленты.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки