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 является непрерывной.
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 и на протяжении большей части 20 веков для программируемых ткацких станков, телетайпной связи, для ввода данных в компьютеры 1950-х и 1960-х годов, а позже в качестве носителя данных 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 .
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 массовых рынках.
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.
В 21 веке перфолента будет использоваться очень редко, возможно, в устаревших военных системах или некоторыми любителями. В приложениях обработки с числовым программным управлением (ЧПУ) бумажная лента используется редко, но 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]
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, калькуляторе с автоматическим управлением последовательностью или Harvard Mark I , использовалась бумажная лента с 24 рядами. [4] В австралийском электронном компьютере CSIRAC 1951 года использовалась бумажная лента шириной 3 дюйма (76 мм) с двенадцатью рядами. [5]
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 ]
Во многих ранних машинах для смазки механизмов считывания и перфорации использовалась промасленная бумажная лента, предварительно пропитанная легким машинным маслом . 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 часто использовалась полиэфирная майларовая 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.
Лента для перфорации обычно имела толщину 0,00394 дюйма (0,100 мм). Две наиболее распространенные ширины составляли 11 ⁄ 16 дюймов (17 мм) для пятибитных кодов и 1 дюйм (25 мм) для лент с шестью или 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). [6]
-02.jpg/1280px-1980-Paper_Tape_fromTeletype_(chadless,_5-level_Baudot)-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 образовывалось никаких потертостей ; «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 чека 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.
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). [7] 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.
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 непрерывно. 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. С использованием этих методов были созданы крупные сети хранения и пересылки .
Бумажную ленту можно было считывать в компьютеры со скоростью до 1000 символов в секунду. [8] В 1963 году датская компания Regnecentralen представила устройство для чтения бумажной ленты под названием 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.
Когда были выпущены первые миникомпьютеры , большинство производителей обратились к существующим серийным телетайпам ASCII (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 обратно 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% из 44 8-битных символов ASCII, необходимых для представления шестнадцати байтов двоичных данных на кадр).
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. Например, бумажная лента была важным носителем данных для машин для обмотки проволоки 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.
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 EPROM . Для использования в компьютерах и при передаче данных из ПЗУ/СППЗУ было разработано значительное разнообразие форматов кодирования. [9] 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, а также гораздо более длинная схема кодирования высокого уровня, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish), [10] [11] , также записываемая как BPNF (Begin-Positive-Negative-Finish). [12] 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 буквой «N». а «1» будет обозначаться буквой «P», за которой следует завершающая ASCII «F». [10] [12] [11] 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 либо «L» и «H», либо «0» и «1». битов, [13] , но в обеих этих схемах кодирования два символа ASCII, несущих данные, различаются только одной битовой позицией, что обеспечивает очень плохое обнаружение одиночных ошибок.
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.
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 на шестиуровневой ленте обнаруживалась ошибка, этот символ можно было превратить в нулевой символ, который можно было пропустить, выбив 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.
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 год [обновлять], по-видимому, все еще использовалась бумажная лента. [14] Контейнер с бумажной лентой представляет собой защищенный от несанкционированного доступа контейнер, который имеет функции, предотвращающие необнаруженное изменение содержимого.
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. [15] 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 «веерообразно сложенная» лента упрощала обращение, поскольку лента снова складывалась в «приемный резервуар», готовый к повторному чтению. Плотность информации на перфоленте была низкой по сравнению с магнитной лентой, что делало обработку больших наборов данных на перфоленте неудобной.
.jpg/1280px-Paper_Tape_Drive_(31437412070).jpg)
.jpg/1280px-PDP-1_loading_a_program_from_the_paper_tape_(2283393712).jpg)
.jpg/1280px-IBM_1130_(16758008839).jpg)
