Перфорированная бумажная лента

Перфорированная бумажная лента (перфолента) — это носитель информации в виде бумажной ленты, на которую данные наносятся путём пробивания отверстий (перфораций) в определённых позициях. Относится к классу носителей на бумажной основе с механическим способом записи. Широко применялась в XIX—XX веках в телеграфии, вычислительной технике, станкостроении и автоматизированных системах управления. Основные характеристики: ширина ленты (обычно 17,5 мм, 22,5 мм или 25,4 мм), количество дорожек (от 5 до 8), шаг перфорации (2,5 мм или 2,54 мм) и материал (бумага, реже — лавсан или ацетатная плёнка).

История

Ранние предшественники

Идея использования перфорированной ленты восходит к ткацким станкам с программным управлением. В 1725 году французский ткач Базиль Бушон создал станок, где рисунок ткани задавался отверстиями в бумажной ленте. В 1804 году Жозеф Мари Жаккар усовершенствовал эту технологию, применив для управления станком перфокарты, соединённые в цепь. Однако перфолента как самостоятельный носитель данных появилась позже.

Телеграфия

В 1846 году американский изобретатель Александр Бейн предложил использовать перфорированную ленту для автоматической передачи телеграмм. В 1857 году английский инженер Чарльз Уитстон разработал автоматический телеграфный аппарат, который считывал отверстия с бумажной ленты и передавал сигналы по проводам. Система Уитстона позволяла увеличить скорость передачи в 5–10 раз по сравнению с ручной работой телеграфиста. В 1870-х годах перфолента стала стандартным носителем для телеграфных сообщений в Европе и США.

Вычислительная техника

В 1880-х годах Герман Холлерит применил перфокарты для обработки данных переписи населения США, но перфолента оставалась востребованной в телеграфии. В 1930-х годах перфоленту начали использовать в первых электромеханических вычислительных машинах. В 1936 году Конрад Цузе применил перфоленту для ввода программ в свой компьютер Z3. В 1940-х годах перфолента стала основным носителем для ввода данных и программ в ЭВМ первого поколения (например, ENIAC, UNIVAC I). В СССР перфолента активно использовалась в машинах «Минск», «Урал», БЭСМ.

Расцвет и упадок

Пик применения перфоленты пришёлся на 1950–1970-е годы. Она использовалась в качестве носителя для ввода-вывода данных, хранения программ и управления станками с ЧПУ. С развитием магнитных носителей (магнитная лента, дискеты) и полупроводниковой памяти в 1980-х годах перфолента постепенно вытеснялась. В 1990-х годах её применение сократилось до специализированных областей (некоторые станки с ЧПУ, системы управления технологическими процессами). К началу XXI века перфолента практически вышла из употребления, хотя в отдельных отраслях (например, в авиации и оборонной промышленности) она могла использоваться до 2010-х годов.

Устройство и принцип работы

Формат ленты

Перфолента представляет собой бумажную полосу шириной от 17,5 до 25,4 мм. Наиболее распространённые форматы:

• 5-дорожечная лента (ширина 17,5 мм) — использовалась в телеграфии (код Бодо).
• 7-дорожечная лента (ширина 22,5 мм) — применялась в некоторых вычислительных машинах.
• 8-дорожечная лента (ширина 25,4 мм) — стандарт для большинства ЭВМ 1960–1980-х годов (код ASCII, код КОИ-7, КОИ-8).

Кодирование данных

Информация на ленте представляется в виде двоичного кода: наличие отверстия в позиции соответствует логической «1», отсутствие — «0». Отверстия располагаются в строках, перпендикулярных направлению движения ленты. Каждая строка содержит один символ (букву, цифру, знак препинания или управляющую команду). Для синхронизации движения ленты часто используется дополнительная дорожка с отверстиями меньшего диаметра (тактовые отверстия), расположенная между информационными дорожками или с краю ленты.

Устройства чтения и записи

• Перфоратор — устройство для пробивки отверстий в ленте. Механический перфоратор с помощью электромагнитов воздействует на пуансоны, которые пробивают бумагу. Скорость перфорации составляла от 10 до 300 символов в секунду.
• Считыватель (ридер) — устройство, которое пропускает ленту через оптический или механический датчик. В оптическом считывателе свет от лампы проходит через отверстия и попадает на фотоэлементы; в механическом — щупы (иглы) проваливаются в отверстия, замыкая электрические контакты. Скорость считывания достигала 1000 символов в секунду.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Простота и дешевизна изготовления.
• Возможность визуального контроля (отверстия видны невооружённым глазом).
• Устойчивость к электромагнитным помехам.
• Долговечность при правильном хранении (бумага может храниться десятилетиями).

Недостатки:

• Низкая плотность записи (около 10–20 байт на метр ленты).
• Хрупкость (бумага рвётся, мнётся, боится влаги).
• Невозможность перезаписи (одноразовое использование).
• Большой объём носителя (для хранения 1 МБ данных требовалось около 50 км ленты).

Применение

Телеграфия

Перфолента использовалась в телеграфных аппаратах для автоматической передачи и приёма сообщений. На передающей стороне оператор набивал текст на перфораторе, затем лента пропускалась через автоматический передатчик. На приёмной стороне лента с отверстиями могла быть распечатана на бумаге или передана на ретрансляцию. Системы с перфолентой (например, аппараты «Бодо», «СТ-35», «Т-63») работали на линиях связи до 1970-х годов.

Вычислительная техника

В ЭВМ первого и второго поколений перфолента служила для ввода программ и данных, а также для вывода результатов. Программы записывались на ленту с помощью перфоратора, затем считывались в память машины. Перфолента также использовалась для хранения системных загрузчиков и диагностических тестов. В СССР перфолента была основным носителем для ЭВМ «Минск-32», «ЕС ЭВМ» (серия ЕС-1020, ЕС-1030), «СМ ЭВМ» и многих других.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)

В 1950–1970-х годах перфолента была стандартным носителем для программ управления станками с ЧПУ. Программа обработки детали записывалась на ленту в виде последовательности команд (G-коды, M-коды). Считыватель станка пропускал ленту и управлял движением инструмента. В СССР и России перфолента использовалась в станках моделей 2Р22, 16К20, 6Р13 и других.

Автоматизированные системы управления

Перфолента применялась в системах управления технологическими процессами (АСУ ТП), в частности, для хранения рецептур, режимов обработки и последовательностей операций. В некоторых системах (например, «Электроника-60», «Электроника-100/25») перфолента использовалась для загрузки операционной системы.

Специализированные применения

• Криптография — перфолента использовалась для хранения ключей шифрования и программ для шифровальных машин (например, «Фиалка», «Энигма»).
• Музыкальные автоматы — в некоторых механических пианино и органах перфолента задавала последовательность нот.
• Игрушки и обучающие устройства — в 1970–1980-х годах выпускались детские программируемые игрушки (например, «Электроника-01»), которые считывали программы с перфоленты.

Интересные факты

• В 1960-х годах перфолента использовалась в системе управления космическими кораблями «Аполлон» (NASA) для хранения полётных программ. Лента имела длину около 30 метров и содержала до 10 000 команд.
• В СССР перфолента была основным носителем для массовых ЭВМ «Минск-32» и «ЕС-1020». Для хранения одной программы требовалось от нескольких метров до нескольких километров ленты.
• В 1970-х годах перфолента применялась для записи и воспроизведения звука в ранних цифровых синтезаторах (например, Synclavier).
• В 1980-х годах перфолента использовалась в некоторых моделях калькуляторов и программируемых микрокалькуляторов (например, «Электроника МК-61») для ввода программ.
• В 1990-х годах перфолента была вытеснена дискетами и компакт-дисками, однако в некоторых отраслях (авиация, оборонная промышленность) она продолжала использоваться до 2010-х годов из-за высокой надёжности и устойчивости к электромагнитным помехам.

Источники

• Брукс, Ф. «Мифический человеко-месяц». — М.: Символ-Плюс, 2000.
• Гутер, Р. С., Полунов, Ю. Л. «От абака до компьютера». — М.: Знание, 1981.
• Малиновский, Б. Н. «История вычислительной техники в лицах». — Киев: Фирма «КИТ», 1995.
• Романов, В. Ю. «Перфорированные носители информации». — М.: Машиностроение, 1975.
• Таненбаум, Э. «Архитектура компьютера». — СПб.: Питер, 2007.
• Шауфлер, Р. «Телеграфия и телефония». — М.: Связьиздат, 1960.