Перфолента
Перфолента или перфорированная бумажная лента — это форма устройства хранения данных , состоящая из длинной полоски бумаги, в которой пробиты небольшие отверстия. Он был разработан и впоследствии использовался вместе с перфокартами , с той разницей, что лента непрерывная.
Перфокарты и цепочки перфокарт использовались для управления ткацкими станками в 18 веке. Использование в телеграфных системах началось в 1842 году. Перфоленты использовались на протяжении 19-го и большей части 20-го веков для программируемых ткацких станков, телетайпной связи, для ввода данных в компьютеры 1950-х и 1960-х годов, а позже в качестве носителя информации для мини-компьютеров и станков с ЧПУ. инструменты . Во время Второй мировой войны в системах взлома кодов использовались высокоскоростные системы перфоленты, использующие методы оптического считывания. Перфолента использовалась для передачи данных при изготовлении микросхем постоянной памяти .
История [ править ]
Перфорированные бумажные ленты впервые были использованы Базилем Бушоном в 1725 году для управления ткацкими станками. Однако изготовление бумажных лент было дорогостоящим, хрупким и трудным в ремонте. К 1801 году Жозеф Мари Жаккар разработал машины для создания бумажных лент путем связывания перфокарт в определенной последовательности для жаккардовых ткацких станков . Получившаяся бумажная лента, также называемая «карточной цепочкой», оказалась прочнее и проще как в создании, так и в ремонте. Это привело к концепции передачи данных не как потока отдельных карт, а как одной «непрерывной карты» (или ленты). Бумажные ленты, изготовленные из перфокарт, широко использовались на протяжении всего XIX века для управления ткацкими станками. Многие профессиональные вышивальщики по-прежнему называют тех, кто создает дизайны и машинные выкройки, перфораторами , хотя в 1990-х годах перфокарты и бумажная лента в конечном итоге были прекращены.
В 1842 году французский патент Клода Сейтра описал устройство для игры на фортепиано , которое считывало данные с перфорированных бумажных рулонов . К 1900 году широкие перфорированные ноты для пианино использовались для распространения популярной музыки на массовые рынки.
В 1846 году Александр Бейн использовал перфоленту для отправки телеграмм . Эта технология была принята Чарльзом Уитстоном в 1857 году для системы Уитстона, используемой для автоматизированной подготовки, хранения и передачи данных в телеграфии. [1] [2]
В 1880-х годах Толберт Ланстон изобрел систему набора текста «Монотипия» , которая состояла из клавиатуры и составной литейной машины . Лента, пробитая с помощью клавиатуры, позже была прочитана литейщиком, который изготовил свинцовый шрифт в соответствии с комбинациями отверстий в 31 позиции. В считывателе ленты использовался сжатый воздух, который проходил через отверстия и направлялся в определенные механизмы заклинателя. Система поступила в коммерческое использование в 1897 году и находилась в производстве вплоть до 1970-х годов, претерпев при этом несколько изменений.
Современное использование [ править ]
В 21 веке перфолента устарела, за исключением любителей . В приложениях обработки с числовым программным управлением (ЧПУ), хотя бумажная лента была заменена цифровой памятью , некоторые современные системы по-прежнему измеряют размер хранимых программ ЧПУ в футах или метрах, что соответствует эквивалентной длине, если бы данные были фактически перфорированы на бумажной ленте. . [3]
Форматы [ править ]
Данные представлялись наличием или отсутствием отверстия в определенном месте. Изначально ленты имели пять рядов отверстий для данных по всей ширине ленты. Более поздние ленты имели больше рядов. В электромеханической программируемой вычислительной машине 1944 года, «Калькулятор с автоматическим управлением последовательностью» или «Гарвард Марк I» , использовалась бумажная лента с 24 рядами. [4] Электронный калькулятор выборочной последовательности IBM (SSEC) использовал бумажную ленту с 74 рядами. [5] В австралийском электронном компьютере CSIRAC 1951 года использовалась бумажная лента шириной 3 дюйма (76 мм) с двенадцатью рядами. [6]
Всегда пробивался ряд отверстий для звездочек меньшего размера, которые использовались для синхронизации движения ленты. Первоначально для этого использовалось колесо с радиальными зубьями, называемое звездочкой . Позже оптические считыватели использовали отверстия звездочки для генерации синхронизирующих импульсов. Отверстия для звездочек располагались немного ближе к одному краю ленты, разделяя ленту на неравную ширину, чтобы было однозначно, в какую сторону ориентировать ленту в считывателе. Биты на более узкой ленте обычно были младшими битами, когда код был представлен в виде чисел в цифровой системе. [ нужна цитата ]
Материалы [ править ]
использовалась промасленная бумажная лента, предварительно пропитанная легким машинным маслом Во многих ранних машинах для смазки механизмов считывания и перфорации . Масляная пропитка обычно делала бумагу полупрозрачной и скользкой, а излишки масла могли перейти на одежду или любые поверхности, с которыми она соприкасалась. Более поздние устройства для чтения оптических лент часто использовали непромасленную непрозрачную бумажную ленту, которая была менее склонна к отложению маслянистого мусора на оптических датчиках и возникновению ошибок чтения. Еще одним нововведением стала бумажная лента, сложенная веером, которую было легче компактно хранить и она менее склонна к запутыванию по сравнению с рулонной бумажной лентой.
Для тяжелых условий эксплуатации или многократного использования полиэфирная майларовая часто использовалась лента. Эта прочная и долговечная пластиковая пленка обычно была тоньше бумажной ленты, но ее все же можно было использовать во многих устройствах, изначально предназначенных для бумажных носителей. Пластиковая лента иногда была прозрачной, но обычно ее алюминировали , чтобы сделать ее достаточно непрозрачной для использования в высокоскоростных оптических считывателях.
Размеры [ править ]
Лента для перфорации обычно имела толщину 0,00394 дюйма (0,100 мм). Две наиболее распространенные ширины были 11 ⁄ 16 дюймов (17 мм) для пятибитных кодов и 1 дюйм (25 мм) для лент с шестью и более битами. Расстояние между отверстиями составляло 0,1 дюйма (2,5 мм) в обоих направлениях. Отверстия для данных имели диаметр 0,072 дюйма (1,8 мм); Отверстия подачи звездочки составляли 0,046 дюйма (1,2 мм). [7]
Лента Чадлесса [ править ]
-02.jpg)
В большинстве оборудования для перфорации ленты используются сплошные круглые пробойники для создания отверстий в ленте. В результате этого процесса были созданы « чад » или небольшие круглые кусочки бумаги. Утилизация чада была неприятной и сложной проблемой, поскольку крошечные кусочки бумаги имели тенденцию вырываться из-под контроля и мешать работе других электромеханических частей оборудования телетайпа. Особенно проблематичны были остатки промасленной бумажной ленты, поскольку они имели тенденцию слипаться и накапливаться, а не свободно стекать в контейнер для сбора.
Разновидностью ленточного перфоратора было устройство под названием Chadless Printing Reperforator . Эта машина записывала полученный сигнал телетайпа на ленту и одновременно печатала на ней сообщение, используя механизм печати, аналогичный механизму обычного страничного принтера. Ленточный дырокол вместо того, чтобы пробивать обычные круглые отверстия, вместо этого пробивал в бумаге небольшие U-образные надрезы, чтобы не никаких потертостей образовывалось ; «дыра» все еще была заполнена маленьким бумажным люком. Поскольку отверстие не было пробито полностью, печать на бумаге осталась неповрежденной и разборчивой. Это позволило операторам читать ленту без необходимости расшифровывать дыры, что облегчило передачу сообщения на другую станцию в сети. Кроме того, не было «коробки для чада», которую можно было бы время от времени опорожнять.
Недостатком этой технологии было то, что после перфорации лента без чехла плохо сворачивалась при хранении, поскольку выступающие лоскуты бумаги цеплялись за следующий слой ленты и ее нельзя было плотно свернуть. Еще одним недостатком, который проявился со временем, было отсутствие надежного способа чтения ленты без чехла в более поздних высокоскоростных считывателях, в которых использовалось оптическое считывание. Однако механические считыватели ленты, используемые в большинстве оборудования со стандартной скоростью, не имели проблем с лентой без чехлов, поскольку они обнаруживали отверстия с помощью тупых подпружиненных механических чувствительных штифтов, которые легко отодвигали бумажные клапаны в сторону.
Кодировка [ править ]
Текст кодировался несколькими способами. Самой ранней стандартной кодировкой символов была кодировка Бодо , которая датируется 19 веком и имела пять отверстий. Код Бодо был заменен модифицированными кодами с пятью отверстиями, такими как код Мюррея (который добавил возврат каретки и перевод строки ), который был преобразован в код Western Union , который в дальнейшем был развит в Международный телеграфный алфавит № 2 (ITA 2), и вариант, называемый кодом американской телетайпы (USTTY). [8] 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 обработки данных, который стал Американским стандартным кодом обмена информацией (ASCII). Этот семиуровневый код был принят некоторыми пользователями телетайпов, включая AT&T ( Teletype ). Другие, такие как Телекс , остались с более ранними кодами.
Приложения [ править ]
Связь [ править ]
Перфолента использовалась как способ хранения сообщений на телетайпах . Операторы печатали сообщение на бумажную ленту, а затем отправляли сообщение с ленты на максимальной скорости. Это позволило оператору подготовить сообщение «в автономном режиме» с максимальной скоростью набора текста и исправить любую ошибку перед передачей. Опытный оператор может подготовить сообщение со скоростью 135 слов в минуту (WPM) или более на короткие периоды времени.
Линия обычно работала со скоростью 75 слов в минуту, но работала постоянно. Подготовив ленту «автономно», а затем отправив сообщение с помощью устройства чтения ленты, линия могла работать непрерывно, а не зависеть от непрерывного набора текста «онлайн» одним оператором. Обычно одна линия со скоростью 75 слов в минуту поддерживает трех или более операторов телетайпа, работающих в автономном режиме. Ленты, пробитые на принимающей стороне, можно было использовать для передачи сообщений на другую станцию. крупные сети хранения и пересылки С использованием этих методов были созданы .
Бумажную ленту можно было считывать в компьютеры со скоростью до 1000 символов в секунду. [9] В 1963 году датская компания Regnecentralen представила устройство для чтения бумажной ленты RC 2000, которое могло читать 2000 символов в секунду; позже они увеличили скорость еще больше, до 2500 гц. Еще во время Второй мировой войны устройство чтения ленты Хита Робинсона , используемое взломщиками кодов союзников, было способно работать со скоростью 2000 символов в секунду, тогда как Colossus мог работать со скоростью 5000 символов в секунду, используя оптический считыватель ленты, разработанный Арнольдом Линчем.
Миникомпьютеры [ править ]
Когда были выпущены первые миникомпьютеры , большинство производителей обратились к существующим серийным ASCII телетайпам (в первую очередь к Teletype Model 33 , способному обрабатывать десять символов ASCII в секунду) как к недорогому решению для ввода с клавиатуры и вывода на принтер. Обычно указанная модель 33 ASR включала в себя перфоратор/считыватель бумажной ленты, где ASR означает «автоматическая отправка/получение», в отличие от моделей KSR без перфорации/считывания – отправка/прием с клавиатуры и RO – только прием. В качестве побочного эффекта перфолента стала популярным носителем недорогих мини-компьютеров для хранения данных и программ, и в большинстве мини-компьютеров можно было найти набор лент, содержащих полезные программы. Также были распространены более быстрые оптические считыватели.
Передача двоичных данных на эти миникомпьютеры или с них часто осуществлялась с использованием метода двойного кодирования, чтобы компенсировать относительно высокий уровень ошибок перфораторов и считывателей. Кодировка низкого уровня обычно представляла собой ASCII, дополнительно кодированную и оформленную в различных схемах, таких как Intel Hex , в которой двоичное значение «01011010» будет представлено символами ASCII «5A». Информация о кадрах, адресации и контрольной сумме (в основном в шестнадцатеричных символах ASCII) помогла обнаружить ошибки. Эффективность такой схемы кодирования составляет порядка 35–40% (например, 36% от 44 8-битных символов ASCII, необходимых для представления шестнадцати байтов двоичных данных на кадр).
Компьютерное производство [ править ]
В 1970-х годах в компьютерном производственном оборудовании часто использовалась бумажная лента. Считыватель бумажной ленты был меньше и дешевле, чем считыватель карт Холлерита или магнитной ленты , и этот носитель был достаточно надежным в производственной среде. бумажная лента была важным носителем данных для машин для обмотки проволоки Например, с компьютерным управлением.
Длинноволокнистая бумага премиум-класса, пропитанная черным воском и смазкой, и лента из майларовой пленки были разработаны для того, чтобы часто используемые производственные ленты прослужили дольше.
Передача данных для программирования ПЗУ и СППЗУ [ править ]
В 1970-х и начале 1980-х годов бумажная лента обычно использовалась для передачи двоичных данных для включения либо в микросхемы программируемой по маске постоянной памяти (ПЗУ), либо в их стираемые аналоги СППЗУ . Для использования в компьютерах и при передаче данных из ПЗУ/СППЗУ было разработано значительное разнообразие форматов кодирования. [10] Обычно используемые форматы кодирования в основном основывались на тех форматах, которые поддерживали устройства программирования EPROM, и включали различные шестнадцатеричные варианты ASCII, а также ряд собственных форматов.
Также использовалась гораздо более примитивная и гораздо более длинная схема кодирования высокого уровня, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish), [11] [12] также пишется как BPNF (Начало-Положительное-Отрицательное-Окончание). [13] В кодировке BNPF один байт (8 бит) будет представлен весьма избыточной последовательностью кадров символов, начинающейся с одной заглавной буквы ASCII «B», восьми символов ASCII, где «0» будет представлен буквами «N» и «». 1» будет обозначаться буквой «P», за которой следует окончание ASCII «F». [11] [13] [12] Эти десятисимвольные последовательности ASCII были разделены одним или несколькими пробелами , поэтому для каждого сохраненного байта использовалось не менее одиннадцати символов ASCII (эффективность 9%). Символы ASCII «N» и «P» различались четырьмя битовыми позициями, что обеспечивало отличную защиту от одиночных ошибок. Альтернативные схемы под названием BHLF (Начало-Высокое-Низкое-Окончание) и B10F (Начало-Один-Ноль-Окончание) также были доступны, где для представления данных также были доступны «L» и «H» или «0» и «1». биты, [14] но в обеих этих схемах кодирования два символа ASCII, несущих данные, различаются только одной битовой позицией, что обеспечивает очень плохое обнаружение одиночных ошибок.
Кассовые аппараты [ править ]
Примерно в 1970 году компания NCR из Дейтона, штат Огайо , изготовила кассовые аппараты с перфорированной бумажной лентой. Примерно в то же время компания Sweda изготовила аналогичные кассовые аппараты. Затем ленту можно было прочитать в компьютере, и можно было не только суммировать информацию о продажах, но и выставлять счета по платежным транзакциям. Лента также использовалась для отслеживания запасов, записи отделов и номеров классов проданных товаров.
Газетная индустрия [ править ]
Перфолента из бумажной бумаги использовалась в газетной индустрии до середины 1970-х годов или позже. Газеты обычно приводились в движение с помощью таких устройств, как линотипы . Благодаря тому, что средства массовой информации поступают в устройство, которое будет перфорировать бумажную ленту, вместо того, чтобы оператору линотипа приходилось перепечатывать все входящие сообщения, бумажную ленту можно было бы вставить в устройство для чтения бумажной ленты на линотипе, и это позволило бы создавать свинцовые фрагменты без необходимости оператор перепечатывает истории. Это также позволило газетам использовать такие устройства, как Friden Flexowriter , для преобразования набора текста в шрифт с помощью ленты. Даже после упадка линотипа и набора горячим грифелем во многих ранних фотонаборных устройствах использовались считыватели бумажной ленты.
Если в какой-то позиции шестиуровневой ленты обнаруживалась ошибка, этот символ можно было превратить в нулевой символ и пропустить его, выбивая оставшиеся неперфорированные позиции с помощью так называемого «ощипывателя курицы». Это выглядело так: приспособление для удаления стеблей клубники, которое при нажатии большим и указательным пальцами могло пробивать оставшиеся отверстия по одному отверстию за раз.
Криптография [ править ]
Шифры Вернама были изобретены в 1917 году для шифрования телетайпных сообщений с использованием ключа, хранящегося на бумажной ленте. В последней трети 20-го века Агентство национальной безопасности (АНБ) использовало перфоленту для распространения криптографических ключей . Восьмиуровневые бумажные ленты распределялись под строгим учетным контролем и считывались с помощью устройства заполнения , такого как портативный КОИ-18 , которое временно подключалось к каждому устройству безопасности, которому требовались новые ключи. АНБ пыталось заменить этот метод более безопасной системой управления электронными ключами ( EKMS ), но по состоянию на 2016 г. [update]бумажная лента, очевидно, все еще использовалась. [15] Контейнер с бумажной лентой представляет собой защищенный от несанкционированного доступа контейнер, оснащенный функциями, предотвращающими необнаруженное изменение содержимого.
Преимущества и ограничения [ править ]
На бескислотной бумаге или майларовых лентах можно читать через много десятилетий после изготовления, в отличие от магнитной ленты, которая со временем может прийти в негодность и стать нечитаемой. При необходимости рисунки отверстий на перфоленте можно расшифровать на глаз, и даже возможна правка ленты путем ручной резки и сращивания. В отличие от магнитной ленты, магнитные поля, создаваемые электродвигателями, не могут изменить перфорированные данные. [16] В приложениях криптографии перфолента, используемая для распространения ключа, может быть быстро и полностью уничтожена путем сожжения, предотвращая попадание ключа в руки врага.
Надежность операций перфорации бумажной ленты вызывала беспокойство, поэтому в критически важных случаях можно было прочитать новую перфоленту после перфорации для проверки правильности содержимого. Для перемотки ленты требовалась приемная катушка или другие меры, чтобы избежать разрыва или запутывания ленты. [ нужна цитата ] В некоторых случаях лента, сложенная веером, упрощала обращение, поскольку лента снова складывалась в «приемный резервуар», готовый к повторному считыванию. Плотность информации на перфоленте была низкой по сравнению с магнитной лентой, что делало обработку больших наборов данных на перфоленте неудобной.
Галерея [ править ]
-
1943 года В машине для взлома кодов Colossus для хранения данных использовались бумажные ленты (показана копия). -
В IBM 1620 1959 года для хранения данных и программ использовалась бумажная лента. -
Устройство считывания ленты использовалось с UNIVAC 1105 для переписи населения США 1960 года. -
Промышленный считыватель ленты большой емкости -
начала 1960-х годов В этом компьютере Monrobot XI использовались два устройства чтения/перфорации бумажной ленты для автономного хранения данных. -
Устройство чтения бумажной ленты с фальцованной лентой на миникомпьютере PDP-1 (1960-е годы) -
Считыватели бумажной ленты для системы обработки текстов, c. 1970 год -
Большие системы IBM 1130 все еще работали с бумажной лентой в начале 1970-х годов (слева от консоли). -
Лента с восемью отверстиями 1974 года. -
В этом DEC 1970-х годов использовалось оптическое считывание. высокоскоростном считывателе/перфораторе -
Петля из бумажной ленты, управляющая позиционированием бумаги в линейном принтере IBM 1403 (1959–1983) -
Сверхмощный дырокол конца 1970-х годов, используемый Агентством национальной безопасности США для распространения секретного кода. -
Перфолента как элемент фасадной мозаики, Новосибирск
.jpg)
.jpg)
.jpg)
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Максфилд, Клайв (13 октября 2011 г.). «Как это было: Бумажные ленты и перфокарты» . ЭЭ Таймс .
- ^ Робертс, Стивен. «3. Кук и Уитстон» . Удаленное письмо: история телеграфных компаний в Великобритании между 1838 и 1868 годами .
- ^ Смид, Питер (2010). Настройка управления ЧПУ для фрезерования и токарной обработки: освоение систем управления ЧПУ . Промышленная пресса. п. 20. ISBN 978-0-8311-3350-4 .
- ^ Далаков, Георгий, История компьютеров: компьютеры MARK Говарда Эйкена , получено 12 января 2011 г.
- ^ да Круз, Франк (апрель 2021 г.). «Лента СЭСК» . История вычислительной техники Колумбийского университета . Проверено 25 мая 2024 г.
- ^ «Бумажная лента CSIRAC (реплика)» . Музей истории компьютеров . 2010 . Проверено 13 октября 2023 г.
- ^ Ланкастер, Дон (2010), Поваренная книга для телевизионной пишущей машинки (PDF) , Synergetics SP Press, стр. 211
- ^ Проеш, Роланд (2009). Техническое руководство по радиомониторингу ВЧ: издание 2009 г. Книги по запросу. ISBN 978-3837045734 .
- ^ Халт, Туре (1963), «Презентация нового высокоскоростного устройства чтения бумажной ленты», BIT Numerical Mathematics , 3 (2): 93–96, doi : 10.1007/BF01935575 , S2CID 61020497
- ^ «Форматы файлов перевода» (PDF) . Корпорация ввода-вывода данных . Проверено 30 августа 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Приложение A: Пример программы на PL/M: объектная лента BNPF». MCS-8 Руководство по программированию PL/M (PDF) . Ред. 1 (напечатано в сентябре 1974 г.). 15 марта 1974 г. [сентябрь 1973 г.]. п. 101. MCS180-0774-1К, MCS280-0974-1К. Архивировано (PDF) из оригинала 29 января 2022 г. Проверено 18 мая 2022 г. (1+i+100+1+11+1 страниц)
- ^ Перейти обратно: а б Файхтингер, Хервиг (1987). «1.8.5. Форматы данных перфоленты» [1.8.5. Форматы данных бумажной ленты]. Arbeitsbuch Mikrocomputer [ Рабочая тетрадь по микрокомпьютеру ] (на немецком языке) (2-е изд.). Мюнхен, Германия: Franzis-Verlag GmbH . стр. 240–243. ISBN 3-7723-8022-0 . (Примечание. В книге содержится описание формата BNPF.)
- ^ Перейти обратно: а б «Глава 6. Спецификация компонентов микрокомпьютерной системы — СППЗУ и ПЗУ: I. Инструкции по программированию ПЗУ и ПЗУ — B2. Формат бумажной ленты BPNF». Руководство пользователя MCS-80 (с введением в MCS-85) . Корпорация Интел . Октябрь 1977 г. [1975]. стр. 6–76. 98-153Д . Проверено 27 февраля 2020 г. [1] [2] (Примечание. В этом руководстве описывается «Формат бумажной ленты BPNF», «Формат бумажной ленты, отличный от Intellect Hex» и «Формат компьютерной перфокарты PN».)
- ^ «A. Форматы последовательной передачи данных: форматы ASCII BPNF, BHLF и B10F». Программатор XP640 EPROM — Руководство пользователя (PDF) . ГП «Промышленная электроника». 1984. с. 43. Архивировано (PDF) из оригинала 22 октября 2023 г. Проверено 22 октября 2023 г. (47 страниц)
- ^ «Сказка о ленте» . Агентство национальной безопасности Центральная служба безопасности. 03.05.2016. Архивировано из оригинала 23 сентября 2021 г. Проверено 16 июня 2014 г.
- ^ Синха, Нареш К. (30 июня 1986 г.). Микропроцессорные системы управления . Спрингер. п. 264. ИСБН 978-90-277-2287-4 .
Внешние ссылки [ править ]
- «Стандарт ECMA для обмена данными на перфоленте» . Европейская ассоциация производителей компьютеров. Ноябрь 1965 г. ECMA-10. Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 г. Проверено 10 июля 2003 г.
- Песня, в которой упоминается бумажная лента
- Различные перфорированные носители
- Олимпия Флексорайтер
- Подробное описание двух систем кодирования на бумажной ленте : кода Бодо и системы, используемой ILLIAC. компьютером
- Перфоратор/считыватель рабочей ленты GNT 3601 , Musée Bolo , YouTube
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
