Перфорированная лента или перфорированная бумажная лента — это форма устройства хранения данных , состоящая из длинной полосы бумаги, в которой пробиты небольшие отверстия. Она была разработана на основе перфокарт и впоследствии использовалась вместе с ними , с той разницей, что лента непрерывна.
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 века и большую часть 20 века для программируемых ткацких станков, телетайпной связи, для ввода в компьютеры 1950-х и 1960-х годов, а позже в качестве носителя информации для мини-компьютеров и станков с ЧПУ . Во время Второй мировой войны высокоскоростные системы перфолент, использующие оптические методы считывания, использовались в системах взлома кодов. Перфолента использовалась для передачи данных для производства чипов постоянной памяти .
Перфорированные бумажные ленты впервые были использованы Базилем Бушоном в 1725 году для управления ткацкими станками. Однако бумажные ленты были дорогими в производстве, хрупкими и сложными в ремонте. К 1801 году Жозеф Мари Жаккар разработал машины для создания бумажных лент путем связывания перфокарт в последовательности для жаккардовых ткацких станков . Полученная бумажная лента, также называемая «цепочкой карт», была 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 19 века для управления ткацкими станками. Многие профессиональные вышивальные операции до сих пор называют тех людей, которые создают дизайны и машинные узоры, перфораторами, хотя перфокарты и бумажная лента в конечном итоге были выведены из употребления в 1990-х годах.
В 1842 году французский патент Клода Сейтра описывал устройство для игры на пианино , которое считывало данные с перфорированных бумажных рулонов . К 1900 году широкие перфорированные музыкальные рулоны для механических 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 Monotype , которая состояла из клавиатуры и наборного литейщика . Лента, пробитая клавиатурой, позже считывалась литейщиком, который производил свинцовый шрифт в соответствии с комбинациями отверстий в 31 позиции. Считывающее устройство ленты использовало сжатый воздух, который проходил через отверстия и направлялся в определенные механизмы литейщика. Система вошла в коммерческое использование в 1897 году и находилась в производстве вплоть до 1970-х годов, претерпев несколько изменений по ходу дела.
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 сохраненных программ ЧПУ в футах или метрах, что соответствует эквивалентной длине, если бы данные были фактически пробиты на бумажной ленте. [3]
Данные представлялись наличием или отсутствием отверстия в определенном месте. Первоначально ленты имели пять рядов отверстий для данных по всей ширине ленты. Более поздние ленты имели больше рядов. Электромеханическая программируемая вычислительная машина 1944 года, Automatic Sequence Controlled Calculator или Harvard Mark I , использовала бумажную ленту с 24 рядами, [4] IBM Selective Sequence Electronic Calculator (SSEC) использовал бумажную ленту с 74 рядами. [5] Австралийский электронный компьютер 1951 года, CSIRAC , использовал бумажную ленту шириной 3 дюйма (76 мм) с двенадцатью рядами. [6]
Ряд отверстий для звёздочек меньшего размера всегда пробивался для синхронизации движения ленты. Первоначально это делалось с помощью колеса с радиальными зубцами, называемого звёздочкой . Позже оптические считыватели использовали отверстия для звёздочек для генерации синхронизирующих импульсов. Отверстия для звёздочек были немного ближе к одному краю ленты, разделяя ленту на неравные ширины, чтобы было однозначно, в какую сторону ориентировать ленту в считывателе. Биты на более узкой ширине ленты, как правило, были наименее значимыми битами , когда код был представлен в виде чисел в цифровой системе. [ необходима цитата ]
Во многих ранних машинах использовалась промасленная бумажная лента, предварительно пропитанная легким машинным маслом , для смазки считывателя и механизмов перфорации. Пропитка маслом обычно делала бумагу несколько полупрозрачной и скользкой, а излишки масла могли переноситься на одежду или любые поверхности, с которыми она соприкасалась. Более поздние оптические считыватели ленты часто использовали непромасленную непрозрачную бумажную ленту, которая была менее склонна к отложению масляных частиц на оптических датчиках и возникновению ошибок считывания. Другим новшеством была бумажная лента, сложенная гармошкой, которую было легче компактно хранить и которая менее склонна к спутыванию по сравнению с рулонной бумажной лентой.
Для интенсивного или повторяющегося использования часто использовалась лента из полиэстера Mylar . Эта прочная, долговечная пластиковая пленка обычно была тоньше бумажных лент, но все еще могла использоваться во многих устройствах, изначально разработанных для бумажных носителей. Пластиковая лента иногда была прозрачной, но обычно алюминировалась, 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 распространённые ширины — 11 ⁄ 16 дюйма (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 для подачи звёздочек составляли 0,046 дюйма (1,2 мм). [7]
-02.jpg/1280px-1980-Paper_Tape_fromTeletype_(chadless,_5-level_Baudot)-02.jpg)
Большинство оборудования для перфорации ленты использовали сплошные круглые пробойники для создания отверстий в ленте. Этот процесс создавал « чад », или небольшие круглые кусочки бумаги. Управление утилизацией чада было раздражающей и сложной проблемой, поскольку крошечные кусочки бумаги имели тенденцию выходить из упаковки и мешать другим электромеханическим частям оборудования телетайпа. Чад от промасленной бумажной ленты был особенно проблематичным, поскольку он имел тенденцию слипаться и накапливаться, а не свободно стекать в контейнер для сбора.
Разновидностью ленточного перфоратора было устройство под названием Chadless Printing Reperforator . Эта машина пробивала полученный телетайпный сигнал на ленту и одновременно печатала на ней сообщение, используя печатающий механизм, похожий на механизм обычного страничного принтера. Ленточный перфоратор, вместо того чтобы пробивать обычные круглые отверстия, пробивал небольшие U-образные надрезы в бумаге, так что чад не производился; «отверстие» все еще было заполнено небольшим бумажным люком. Не полностью пробивая отверстие, печать на бумаге оставалась неповрежденной и разборчивой. Это позволяло операторам читать ленту, не расшифровывая отверстия, что облегчало передачу сообщения на другую станцию в сети. Кроме того, не было «ящика для чада», который нужно было время от времени опорожнять.
Недостатком этой технологии было то, что после перфорации лента без chadless плохо сворачивалась для хранения, поскольку выступающие лоскуты бумаги цеплялись за следующий слой ленты, и ее нельзя было плотно свернуть. Другим недостатком, который проявился со временем, было то, что не было надежного способа считывания ленты без chadless в более поздних высокоскоростных считывателях, которые использовали оптическое считывание. Однако механические считыватели ленты, используемые в большинстве оборудования со стандартной скоростью, не имели проблем с лентой без chadless, поскольку они считывали отверстия с помощью тупых подпружиненных механических считывающих штифтов, которые легко отталкивали бумажные лоскуты 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 разработан в код Western Union , который в дальнейшем был разработан в Международный телеграфный алфавит № 2 (ITA 2), и вариант, называемый кодом Американского телетайпа (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 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 Telex , остались с более ранними кодами.
Перфолента использовалась как способ хранения сообщений для телетайпов . Операторы печатали сообщение на бумажной ленте, а затем отправляли сообщение с ленты на максимальной скорости линии. Это позволяло оператору подготовить сообщение «офлайн» с наилучшей для него скоростью набора текста и позволяло оператору исправлять любые ошибки перед передачей. Опытный оператор мог подготовить сообщение со скоростью 135 слов в минуту (WPM) или больше в течение коротких промежутков времени.
Линия обычно работала со скоростью 75 слов в минуту, но работала непрерывно. Подготавливая ленту «офлайн» и затем отправляя сообщение с помощью считывателя ленты, линия могла работать непрерывно, а не зависеть от непрерывного «онлайн» набора текста одним оператором. Обычно одна линия со скоростью 75 слов в минуту поддерживала трех или более операторов телетайпа, работающих офлайн. Ленты, пробитые на приемном конце, можно было использовать для передачи сообщений на другую станцию. С использованием этих методов были разработаны крупные сети хранения и пересылки .
Бумажная лента могла считываться в компьютеры со скоростью до 1000 символов в секунду. [9] В 1963 году датская компания Regnecentralen представила считыватель бумажной ленты RC 2000, который мог считывать 2000 символов в секунду; позже они увеличили скорость еще больше, до 2500 символов в секунду. Еще во время Второй мировой войны считыватель ленты Heath Robinson , используемый дешифраторами союзников, был способен работать со скоростью 2000 символов в секунду, в то время как Colossus мог работать со скоростью 5000 символов в секунду, используя оптический считыватель ленты, разработанный Арнольдом Линчем.
Когда были выпущены первые мини-компьютеры , большинство производителей обратились к существующим серийным телепринтерам ASCII (в первую очередь Teletype Model 33 , способным пропускать десять символов ASCII в секунду) в качестве недорогого решения для ввода с клавиатуры и вывода на принтер. Обычно указываемая модель 33 ASR включала перфоратор/считыватель бумажной ленты, где ASR означает «автоматическая отправка/прием», в отличие от моделей KSR без перфоратора/считывателя — Keyboard Send/Receive и RO — Receive Only. В качестве побочного эффекта перфолента стала популярным носителем для недорогих данных и хранения программ мини-компьютеров, и в большинстве установок мини-компьютеров можно было найти набор лент, содержащих полезные программы. Более быстрые оптические считыватели также были распространены.
Двоичная передача данных на эти миникомпьютеры или с них часто осуществлялась с использованием техники двойного кодирования для компенсации относительно высокого уровня ошибок перфораторов и считывателей. Низкоуровневое кодирование обычно было ASCII, далее кодировалось и обрамлялось в различных схемах, таких как Intel Hex , в которой двоичное значение «01011010» представлялось 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).
В 1970-х годах оборудование для автоматизированного производства часто использовало бумажную ленту. Устройство для чтения бумажной ленты было меньше и дешевле, чем устройства для чтения карт Холлерита или магнитных лент , и этот носитель был достаточно надежным в производственной среде. Бумажная лента была важным носителем информации для машин для обмотки проводов с компьютерным управлением , например.
Для того чтобы интенсивно используемые производственные ленты служили дольше, были разработаны высококачественная черная вощеная и смазанная длинноволокнистая бумага и пленочная лента Mylar .
В 1970-х и начале 1980-х годов бумажная лента обычно использовалась для передачи двоичных данных для включения в чипы ПЗУ (ПЗУ) с программированием по маске или их стираемые аналоги СППЗУ . Было разработано значительное разнообразие форматов кодирования для использования в компьютерах и передаче данных ПЗУ/СППЗУ. [10] Обычно используемые форматы кодирования в первую очередь определялись теми форматами, которые поддерживались устройствами программирования СППЗУ, и включали различные шестнадцатеричные варианты ASCII, а также ряд фирменных форматов.
Также использовалась гораздо более примитивная, а также гораздо более длинная схема кодирования высокого уровня, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish), [11] [12] также записываемая как BPNF (Begin-Positive-Negative-Finish). [13] В кодировке BNPF один байт (8 бит) будет представлен высоко избыточной последовательностью обрамления символов, начинающейся с одной заглавной ASCII «B», восемью символами ASCII, где «0» будет представлен «N», а «1» будет представлено «P», за которыми следует конечный ASCII «F». [11] [13] [12] Эти десятисимвольные последовательности ASCII были разделены одним или несколькими пробельными символами , поэтому использовалось не менее одиннадцати символов ASCII для каждого сохраненного байта (эффективность 9%). Символы ASCII «N» и «P» отличались четырьмя битовыми позициями, что обеспечивало превосходную защиту от ошибок одиночного перфорирования. Также были доступны альтернативные схемы под названием BHLF (Begin-High-Low-Finish) и B10F (Begin-One-Zero-Finish), в которых для представления битов данных также использовались либо «L» и «H», либо «0» и «1» [14], но в обеих этих схемах кодирования два символа ASCII, несущие данные, различаются только одной позицией бита, что обеспечивает очень плохое обнаружение ошибок одиночного удара.
NCR из Дейтона, штат Огайо , около 1970 года производила кассовые аппараты, которые перфорировали бумажную ленту. Sweda производила похожие кассовые аппараты примерно в то же время. Затем ленту можно было считывать в компьютер, и можно было не только суммировать информацию о продажах, но и выставлять счета по транзакциям. Лента также использовалась для отслеживания инвентаря, регистрации отделов и номеров классов проданных товаров.
Перфорированная бумажная лента использовалась в газетной промышленности до середины 1970-х годов или позже. Газеты обычно набирались в горячий свинец с помощью таких устройств, как линотипные машины . С появлением у телеграфных служб устройств, которые перфорировали бумажную ленту, вместо того, чтобы оператору линотипа приходилось перепечатывать все входящие статьи, бумажную ленту можно было вставить в считыватель бумажной ленты на линотипе, и он создавал свинцовые стержни без необходимости перепечатывать статьи оператором. Это также позволило газетам использовать устройства, такие как Friden Flexowriter , для преобразования набора текста в свинцовый шрифт с помощью ленты. Даже после упадка линотипа и набора горячим свинцом многие ранние устройства фотонаборных машин использовали считыватели бумажной ленты.
Если в одной позиции на шестиуровневой ленте обнаруживалась ошибка, этот символ можно было превратить в нулевой символ, который можно было пропустить, пробивая оставшиеся непробитые позиции с помощью так называемого «щипчика для цыплят». Он был похож на инструмент для удаления стеблей клубники, который, если нажимать на него большим и указательным пальцами, можно было пробить оставшиеся позиции, по одному отверстию за раз.
Шифры Вернама были изобретены в 1917 году для шифрования телетайпных сообщений с использованием 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 заполняющим устройством , таким как ручной KOI-18 , который был временно подключен к каждому устройству безопасности, которому требовались новые ключи. АНБ пыталось заменить этот метод более безопасной электронной системой управления ключами ( EKMS ), но по состоянию на 2016 год [обновлять]бумажная лента, по-видимому, все еще использовалась. [15] Контейнер для бумажной ленты представляет собой защищенный от несанкционированного доступа контейнер, который содержит функции, предотвращающие необнаруженное изменение содержимого.
Бескислотные бумажные или майларовые ленты можно читать спустя много десятилетий после изготовления, в отличие от магнитной ленты, которая может со временем испортиться и стать нечитаемой. При необходимости рисунки отверстий на перфоленте можно расшифровать на глаз, и даже редактирование ленты возможно путем ручной резки и сращивания. В отличие от магнитной ленты, магнитные поля, такие как создаваемые электродвигателями, не могут изменить перфорированные данные. [16] В криптографических приложениях перфолента, используемая для распространения ключа, может быть быстро и полностью уничтожена путем сжигания, что предотвращает попадание ключа в руки врага.
Надежность операций перфорации бумажной ленты была проблемой, так как для критических приложений новая перфолента могла быть прочитана после перфорации, чтобы проверить правильность содержимого. Перемотка ленты требовала приемной катушки или других мер, чтобы избежать разрыва или запутывания ленты. [ необходима цитата ] В некоторых случаях лента «сложенная веером» упрощала обработку, поскольку лента складывалась в «приемный резервуар», готовый к повторному считыванию. Плотность информации на перфоленте была низкой по сравнению с магнитной лентой, что делало большие наборы данных неудобными для обработки в форме перфоленты.
.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)
