Считыватель перфоленты

Считыватель перфоленты — это электромеханическое или электронное устройство, предназначенное для преобразования информации, записанной на бумажной перфоленте (перфорированной ленте), в электрические сигналы, которые могут быть обработаны вычислительной машиной, телетайпом, станком с числовым программным управлением (ЧПУ) или другим оборудованием. Считыватели перфоленты являлись основным устройством ввода данных в компьютерах и системах автоматизации середины XX века, до распространения магнитных и оптических носителей.

История

Перфолента как носитель информации возникла в середине XIX века в телеграфии. Первоначально она использовалась для автоматической передачи сообщений по аппаратам Бодо и Морзе. С развитием вычислительной техники в 1930—1940-х годах перфолента стала одним из основных носителей для ввода программ и данных. Первые считыватели были чисто механическими: они использовали металлические щупы или иглы, которые прощупывали отверстия в ленте и замыкали электрические контакты.

В 1950—1960-х годах, с появлением первых коммерческих компьютеров (например, IBM 704, «Урал-1», БЭСМ), считыватели перфоленты стали стандартным периферийным устройством. Они обеспечивали скорость чтения от 10 до 1000 символов в секунду. В СССР широко применялись считыватели типа ФС-1501, ФС-1502, а также устройства для ЭВМ «Минск», «Мир», «Наири». В 1970—1980-х годах, с переходом на магнитные ленты и диски, считыватели перфоленты постепенно вытеснялись, но в станкостроении и системах управления технологическими процессами (ЧПУ) они продолжали использоваться вплоть до 1990-х годов.

Принцип действия

Считыватель перфоленты работает по принципу механического или оптического распознавания отверстий, пробитых в бумажной ленте. Стандартная перфолента имеет ширину 17,5 мм (для 5-дорожечного кода) или 25,4 мм (для 8-дорожечного кода). Отверстия располагаются в строках (кадрах), каждая строка соответствует одному символу или команде.

Механическое считывание

В механических считывателях лента протягивается через блок считывающих головок, представляющих собой ряд металлических щупов или контактных пластин. При прохождении отверстия щуп проваливается в него и замыкает электрический контакт, формируя импульс тока. Отсутствие отверстия оставляет контакт разомкнутым. Этот метод был прост и надёжен, но имел низкую скорость (до 10—20 символов в секунду) и приводил к износу ленты.

Оптическое считывание

В оптических считывателях (например, модели ФС-1500, ФС-1501) лента освещается источником света (лампой накаливания или светодиодом), а с противоположной стороны установлены фотоэлементы (фотодиоды или фототранзисторы). При наличии отверстия свет попадает на фотоэлемент, генерируя электрический сигнал. Отсутствие отверстия — сигнал отсутствует. Оптические считыватели обеспечивали скорость до 500—1000 символов в секунду и не изнашивали ленту, но требовали защиты от пыли и стабильного источника света.

Протяжка ленты

Лента протягивается через считыватель с помощью электродвигателя и системы роликов. Для точного позиционирования строки используется храповой механизм или шаговый двигатель. В некоторых моделях (например, в считывателях для телетайпов) лента перемещается вручную или с помощью пневматического привода.

Классификация

Считыватели перфоленты классифицируются по нескольким признакам:

По принципу считывания

• Механические (контактные) — с использованием щупов или контактов.
• Оптические (фотоэлектрические) — с использованием фотоэлементов.
• Ёмкостные — регистрирующие изменение ёмкости при прохождении отверстия (редко применялись).

По скорости чтения

• Низкоскоростные — до 50 символов в секунду (использовались в телетайпах и простых станках ЧПУ).
• Среднескоростные — от 50 до 300 символов в секунду (широко применялись в ЭВМ 1960-х годов).
• Высокоскоростные — от 300 до 1000 символов в секунду (например, считыватель ФС-1501 для ЭВМ «Минск-32»).

По типу ленты

• Для 5-дорожечной ленты (код Бодо, телетайпный код).
• Для 8-дорожечной ленты (код ASCII, стандарт ISO 7-bit).
• Для ленты с синхронизирующим отверстием (транспортная дорожка для тактового сигнала).

Устройство

Типичный считыватель перфоленты состоит из следующих основных узлов:

1. Лентопротяжный механизм — электродвигатель, редуктор, ролики и направляющие, обеспечивающие равномерное перемещение ленты.
2. Считывающая головка — блок с фотоэлементами или контактами, расположенными по числу дорожек ленты (обычно 5, 6 или 8).
3. Усилитель и формирователь сигналов — электронная схема, преобразующая слабые сигналы от фотоэлементов или контактов в стандартные логические уровни (например, ТТЛ или КМОП).
4. Блок управления — схема синхронизации, обеспечивающая выдачу стробирующего импульса при каждом кадре ленты.
5. Корпус — металлический или пластмассовый кожух, защищающий механизм от пыли и повреждений.

Применение

Считыватели перфоленты использовались в следующих областях:

• Вычислительная техника — ввод программ и данных в ЭВМ первого и второго поколений (например, в советских ЭВМ «Урал», «Минск», «Мир», «Наири»).
• Телеграфия и связь — автоматическая передача сообщений по телетайпным линиям.
• Станки с ЧПУ — чтение управляющих программ для металлорежущих станков (например, станки серии 16К20, 2А622).
• Системы управления технологическими процессами — ввод режимов работы и уставок.
• Полиграфия — управление линотипами и фотонаборными машинами.

Примеры моделей

• ФС-1501 — оптический считыватель, выпускавшийся в СССР. Скорость чтения до 500 символов в секунду, 8 дорожек. Применялся в ЭВМ «Минск-32», «ЕС ЭВМ».
• ФС-1502 — модификация с повышенной надёжностью, использовалась в станках ЧПУ.
• IBM 2671 — оптический считыватель для компьютеров IBM System/360. Скорость до 1000 символов в секунду.
• Teletype 33 — механический считыватель для телетайпов, скорость 10 символов в секунду.

Интересные факты

• Перфолента, используемая в считывателях, часто изготавливалась из специальной бумаги с высокой прочностью на разрыв, чтобы выдерживать многократное протягивание.
• В СССР для считывателей перфоленты применялись фотоэлементы на основе сернистого кадмия (CdS), которые имели большую инерционность, что ограничивало скорость чтения.
• Считыватели перфоленты были основным устройством ввода для первых советских космических программ — программы для управления спутниками и ракетами вводились именно с перфоленты.
• В 1980-х годах в СССР выпускались бытовые компьютеры («Электроника БК-0010», «Радио-86РК»), которые могли использовать считыватель перфоленты в качестве внешнего накопителя.

Источники

• ГОСТ 2.743-82. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники.
• Аппаратура передачи данных и периферийные устройства ЭВМ. — М.: Радио и связь, 1985.
• Шауров В. В. Устройства ввода-вывода информации. — М.: Высшая школа, 1987.
• Техническая документация на считыватель перфоленты ФС-1501. — Минск: ПО «Горизонт», 1972.