Děrovaná páska - Punched tape

Pět a osm děrovaná papírová páska
Creed model 6S/2 5-ti otvorová čtečka papírových pásek
Čtečka papírových pásek na počítači Harwell s malým kouskem pětidírkové pásky zapojené do kruhu-vytvoření fyzické programové smyčky

Děrovaná páska nebo děrovaná papírová páska je forma ukládání dat, která se skládá z dlouhého pásu papíru, do kterého jsou děrovány otvory. Vyvinul se z a následně byl použit vedle děrných štítků , lišících se tím, že páska je spojitá.

To bylo používáno skrz 19. a pro hodně z 20. století pro programovatelné tkalcovské stavy, dálnopisnou komunikaci, pro vstup do počítačů 50. a 60. let a později jako paměťové médium pro minipočítače a CNC obráběcí stroje .

Dějiny

Papírová páska, vyrobená z děrných štítků , používaná v žakárovém stavu . Velké otvory na každém okraji jsou otvory pro řetězová kola , sloužící k protažení papírové pásky tkalcovským stavem.

Perforované papírové pásky poprvé použil Basile Bouchon v roce 1725 k ovládání tkalcovských stavů. Papírové pásky však byly drahé na výrobu, křehké a těžko se opravovaly. V roce 1801 vyvinul Joseph Marie Jacquard stroje na vytváření papírových pásků vázáním děrných štítků v pořadí pro žakárské stavy . Výsledná papírová páska, nazývaná také „řetěz karet“, byla silnější a jednodušší jak při vytváření, tak při opravách. To vedlo ke konceptu sdělování dat nikoli jako proud jednotlivých karet, ale jako jedna „souvislá karta“ (neboli páska). Papírové pásky vyrobené z děrných štítků byly široce používány po celé 19. století pro ovládání tkalcovských stavů. Mnoho profesionálních vyšívacích operací stále odkazuje na ty jedince, kteří vytvářejí návrhy a vzory strojů, jako na „děrovače“, přestože děrné štítky a papírová páska byly v 90. letech nakonec vyřazeny.

V roce 1842 popsal francouzský patent Claude Seytre zařízení na hraní na klavír, které četlo data z děrovaných papírových ruliček .

Wheatstone skluz s tečkou, mezerou a pomlčkou děrovanou a děrovací deskou perforátoru

V roce 1846 Alexander Bain použil k odesílání telegramů děrnou pásku . Tuto technologii přijal Charles Wheatstone v roce 1857 pro přípravu, ukládání a přenos dat v telegrafii.

V 80. letech 19. století vynalezl Tolbert Lanston sázecí systém Monotype , který se skládal z klávesnice a sesílacího kolečka . Páska, děrovaná klávesnicí, byla později přečtena sesilatelem, který vyrobil typ svodu podle kombinace otvorů v 0, 1 nebo více z 31 pozic. Čtečka pásek používala stlačený vzduch, který procházel otvory a směřoval do určitých mechanismů sesilatele. Systém šel do komerčního použití v roce 1897 a byl ve výrobě až do sedmdesátých let minulého století a prošel několika změnami.

Aktuální využití

V 21. století je použití děrné pásky velmi vzácné. Může být stále používán ve starších vojenských systémech a některými fandy. V počítačových numerických řízeních (CNC) obráběcích aplikacích velmi málo lidí stále používá pásku. Některé moderní CNC systémy však stále měří velikost uložených CNC programů ve stopách nebo metrech, což odpovídá ekvivalentní délce, pokud je vyraženo na papírovou pásku.

Formáty

Software na skládací papírové pásce pro minipočítač Data General Nova
Skládaná papírová páska

Data byla reprezentována přítomností nebo nepřítomností díry na konkrétním místě. Pásky původně měly pět řad otvorů pro data. Pozdější pásky měly šest, sedm a osm řad. Časný elektromechanický programovatelný počítací stroj, automatická sekvence řízená kalkulačka nebo Harvard Mark I , používal papírovou pásku s 24 řadami. Řada menších řetězových otvorů, které byly vždy děrovány, sloužila k podávání pásky, původně pomocí kola s radiálními zuby, kterému se říká řetězové kolo . Později optické čtečky používaly otvory pro řetězová kola ke generování časovacích impulsů. Otvory pro řetězová kola jsou mírně na jedné straně, takže je jasné, jakým způsobem pásku ve čtečce orientovat a rozdělit pásku na nestejné strany. Bity na užší straně pásky jsou obecně nejméně významné bity , když je kód v digitálním systému reprezentován jako čísla.

Rozměry

Páska pro děrování byla silná 0,00394 palce (0,1 mm). Dvě nejběžnější šířky byly 11/16 palce (17,46 mm) pro pětbitové kódy a 1 palec (25,4 mm) pro pásky se šesti nebo více bity. Rozteč otvorů byla v obou směrech 2,54 mm. Datové otvory měly průměr 0,072 palce (1,83 mm); přívodní otvory byly 0,046 palce (1,17 mm).

Chadless páska

Chadless 5stupňová papírová páska Baudot kolem roku 1975–1980 vyražená u společnosti Teletype Corp

Většina zařízení pro děrování pásky používala k vytváření otvorů v pásku pevné razníky. Tento proces vytvořil „ čad “ neboli malé kruhové kousky papíru. Správa likvidace čadu byla nepříjemným a složitým problémem, protože drobné kousky papíru měly tendenci unikat a zasahovat do ostatních elektromechanických částí zařízení dálnopisu.

Variací na děrovačce bylo zařízení zvané Chadless Printing Reperforator . Tento stroj by vrazil přijatý signál dálnopisu na pásku a vytiskl na něj zprávu současně pomocí tiskového mechanismu podobného mechanismu běžné stránky. Děrovačka pásky, místo aby dělala obvyklé kulaté otvory, místo toho děrovala do papíru malé řezy ve tvaru písmene U, takže by se nevyráběl žádný chad ; „díra“ byla stále zaplněna malými dvířky papíru. Tím, že nebyl otvor zcela vyražen, zůstal tisk na papíru neporušený a čitelný. To umožnilo operátorům přečíst pásku, aniž by museli dešifrovat otvory, což by usnadnilo předání zprávy na jinou stanici v síti. Rovněž zde nebylo žádné „čadové pole“, které by se čas od času vyprázdnilo. Nevýhodou tohoto mechanismu bylo, že páska bez hrudky, jakmile byla děrována, se špatně srolovala, protože vyčnívající chlopně papíru se zachytily na další vrstvě pásky, takže ji nebylo možné pevně srolovat. Další nevýhodou, jak bylo vidět v průběhu času, bylo, že neexistoval spolehlivý způsob, jak číst pásku bez výstupků optickými prostředky, které používají pozdější vysokorychlostní čtečky. Mechanické čtečky pásek používané ve většině zařízení se standardní rychlostí neměly s páskou bez problému žádný problém, protože snímala otvory pomocí tupých odpružených snímacích kolíků, které snadno vytlačovaly chlopně papíru z cesty.

Kódování

Slovo „Wikipedia“ a CR/LF jako 7bitové ASCII, bez paritního bitu, nejméně významný bit vpravo-např. „W“ je 1010111

Text byl zakódován několika způsoby. Nejčasnějším standardním kódováním znaků byl Baudot , který se datuje do 19. století a měl pět děr. Baudotův kód byl nahrazen upravenými 5-ti jamkovými kódy, jako je Murrayův kód (který přidal návrat vozíku a posun řádku ), který byl vyvinut do kódu Western Union, který byl dále rozvinut do Mezinárodní telegrafní abecedy č. 2 (ITA 2), a varianta s názvem americký kód dálnopisu (USTTY). Jiné standardy, jako Teletypesetter (TTS), FIELDATA a Flexowriter , měly šest děr. Na počátku 60. let vedla Americká asociace pro normalizaci projekt na vyvinutí univerzálního kódu pro zpracování dat, který se stal americkým standardním kódem pro výměnu informací (ASCII). Tento sedmúrovňový kód přijali někteří uživatelé dálnopisů, včetně AT&T ( Teletype ). Jiní, jako například Telex , zůstali u dřívějších kódů.

Aplikace

komunikace

Dálnopis typu Telex model 32 s děrovačkou papírové pásky a čtečkou vlevo
Provoz relé papírového pásku na letové servisní stanici Honolulu USA FAA v roce 1964

Děrná páska byla použita jako způsob ukládání zpráv pro dálnopisy . Operátoři napsali zprávu na papírovou pásku a poté odeslali zprávu maximální rychlostí linky z pásky. To umožnilo operátorovi připravit zprávu „off-line“ při nejlepší rychlosti psaní operátora a umožnilo operátorovi opravit jakoukoli chybu před přenosem. Zkušený operátor by mohl na krátkou dobu připravit zprávu rychlostí 135 slov za minutu (WPM) nebo více.

Linka obvykle fungovala při 75 WPM, ale fungovala nepřetržitě. Připravením pásky „off-line“ a následným odesláním zprávy čtečkou pásek mohla linka fungovat nepřetržitě, než aby závisela na nepřetržitém „on-line“ psaní jediným operátorem. Jedna linka 75WPM obvykle podporovala tři nebo více operátorů dálnopisu pracujících offline. Pásky nalepené na přijímacím konci lze použít k přenosu zpráv na jinou stanici. Pomocí těchto technik byly vyvinuty velké prodejní a předávací sítě.

Papírové pásky bylo možné načíst do počítačů rychlostí až 1 000 znaků za sekundu. V roce 1963 představila dánská společnost Regnecentralen čtečku papírových pásek s názvem RC 2000, která dokázala přečíst 2 000 znaků za sekundu; později rychlost ještě zvýšili, a to až na 2 500 cps. Již ve druhé světové válce byla čtečka pásek Heath Robinson , používaná spojeneckými kodéry, schopná 2 000 cps, zatímco Colossus mohl běžet rychlostí 5 000 cps pomocí čtečky optických pásek navržené Arnoldem Lynchem.

Minipočítače

24kanálová programová páska pro Harvard Mark I

Když byly vydávány první minipočítače , většina výrobců se obrátila na stávající sériově vyráběné teleprintery ASCII (primárně Teletype Model 33 , schopné propustnosti deseti znaků ASCII za sekundu) jako levné řešení pro vstup klávesnice a výstup tiskárny. Běžně specifikovaný model 33 ASR zahrnoval děrovačku/čtečku papírových pásek, kde ASR znamená „automatické odesílání/přijímání“ na rozdíl od modelů KSR - odesílání/přijímání bez klávesnice /čtečky bez klávesnice a RO - pouze pro příjem. Jako vedlejší účinek se děrná páska stala oblíbeným médiem pro nízkonákladová data a úložiště minipočítačů a ve většině instalací minipočítačů bylo běžné najít výběr pásek obsahujících užitečné programy. Časté byly také rychlejší optické čtečky.

Binární přenos dat do nebo z těchto minipočítačů byl často prováděn pomocí dvakrát kódované techniky pro kompenzaci relativně vysoké chybovosti razníků a čteček. Nízkoúrovňové kódování bylo typicky ASCII, dále kódované a rámované v různých schématech, jako je Intel Hex , ve kterém by binární hodnota „01011010“ byla reprezentována znaky ASCII „5A“. Při detekci chyb pomohly informace o rámování, adresování a kontrolním součtu (primárně v šestnáctkových znacích ASCII). Účinnosti takového schématu kódování jsou řádově 35–40% (např. Pro reprezentaci šestnácti bytů binárních dat na rámec je třeba 36% ze 44 8bitových znaků ASCII ).

Počítačem podporovaná výroba

Čtečka papírových pásek na počítači s numerickým řízením (CNC)

V sedmdesátých letech počítačová výrobní zařízení často používala papírovou pásku. Papírová páska byla například důležitým paměťovým médiem například pro počítačem ovládané stroje na balení drátu . Čtečka papírových pásek byla menší a levnější než čtečky karet Hollerith nebo magnetických pásek . Prémiové černé voskované a mazané papíry s dlouhými vlákny a filmová páska Mylar byly vynalezeny tak, aby výrobní pásky pro tyto stroje trvaly déle.

Přenos dat pro programování ROM a EPROM

V sedmdesátých létech přes časná osmdesátá léta, papírová páska byla běžně používána k přenosu binárních dat pro začlenění buď do masek programovatelných pamětí jen pro čtení (ROM) nebo do jejich vymazatelných protějšků EPROM . Byla vyvinuta významná řada kódovacích formátů pro použití při přenosu dat z počítače a ROM/EPROM. Běžně používané formáty kódování byly primárně poháněny těmi formáty, které programovací zařízení EPROM podporovaly a zahrnovaly různé hexadecimální varianty ASCII a také řadu proprietárních formátů.

Bylo také použito mnohem primitivnější a také mnohem delší schéma kódování na vysoké úrovni, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish). V kódování BNPF by jeden bajt (8 bitů) byl reprezentován vysoce nadbytečnou sekvencí rámování znaků počínaje jedním ASCII „B“, osmi znaky ASCII, kde „0“ by bylo reprezentováno „N“ a „1“ "bude reprezentováno písmenem" P ", za nímž bude končit ASCII" F ". Tyto desetimístné sekvence ASCII byly odděleny jedním nebo více prázdnými znaky , a proto bylo použito nejméně jedenáct znaků ASCII pro každý uložený bajt (účinnost 9%). Znaky ASCII „N“ a „P“ se liší ve čtyřech bitových pozicích a poskytují vynikající ochranu před chybami při jediném děrování. Alternativní schémata byla také k dispozici tam, kde „L“ a „H“ nebo „0“ a „1“ byly také k dispozici pro reprezentaci datových bitů, ale v obou těchto kódovacích schématech se dva znaky ASCII nesoucí data liší pouze v jedné bitové pozici , poskytující velmi špatnou detekci chyby jednoho úderu.

Pokladny

NCR z Daytonu v Ohiu vyrobilo kolem roku 1970 pokladny, které by děrovaly papírovou pásku. Sweda vyrobila podobné pokladny přibližně ve stejnou dobu. Páska by pak mohla být načtena do počítače a nejen by mohly být shrnuty informace o prodejích, ale také by mohlo být provedeno vyúčtování poplatkových transakcí. Páska byla také použita pro sledování inventáře, záznamové oddělení a počty prodaných položek.

Novinový průmysl

Děrovaný papír používal novinový průmysl až do poloviny 70. let nebo později. Noviny byly obvykle připravovány horkým olovem zařízeními, jako jsou stroje Linotype . Vzhledem k tomu, že se drátové služby dostaly do zařízení, které by děrovalo papírovou pásku, než aby operátor Linotype musel přepisovat všechny příchozí příběhy, papírovou pásku by bylo možné vložit do čtečky papírových pásků na Linotype a vytvořilo by to olověné slimáky bez operátor přepisuje příběhy. To také umožnilo novinám používat zařízení, jako je například Friden Flexowriter , k převodu psaní na typ vedení pomocí pásky. Dokonce i po zániku sazeb linotypu a horkého vedení používalo mnoho raných zařízení pro fototypování čtečky papírových pásek.

Pokud byla na šestipásmové kazetě nalezena chyba na jedné pozici, mohl by být tento znak přeměněn na nulový znak, který bude přeskočen vyražením zbývajících neděrovaných pozic pomocí takzvaného „kuřecího trhače“. odstraňovač jahodových stonků, který po stlačení palcem a ukazováčkem dokáže vyrazit zbývající pozice po jedné díře.

Kryptografie

Vernamovy šifry byly vynalezeny v roce 1917 za účelem šifrování komunikace dálnopisu pomocí klíče uloženého na papírovém pásku. Během poslední třetiny 20. století používala Národní bezpečnostní agentura (NSA) k distribuci kryptografických klíčů děrnou papírovou pásku . Osmistupňové papírové pásky byly distribuovány za přísných účetních kontrol a čteny plnicím zařízením , jako je ruční KOI-18 , které bylo dočasně připojeno ke každému zabezpečovacímu zařízení, které potřebovalo nové klíče. NSA se pokouší nahradit tuto metodu bezpečnějším systémem správy elektronických klíčů ( EKMS ), ale od roku 2016 se papírová páska zřejmě stále používá. Kanystr na papírovou pásku je kontejner odolný proti neoprávněné manipulaci, který obsahuje funkce, které zabraňují nezjištěné změně obsahu.

Výhody a omezení

Děrná páska má několik užitečných vlastností:

  • Dlouhověkost. Ačkoli se mnoho magnetických pásek časem zhoršilo natolik, že data na nich byla nenávratně ztracena, děrnou pásku lze přečíst o mnoho desítek let později, pokud se použije papír bez kyseliny nebo Mylarův film. Některý papír se může rychle degradovat.
  • Lidská přístupnost. Dírkové vzory lze v případě potřeby vizuálně dekódovat a roztrženou pásku opravit (pomocí speciálních spojovacích pásků se všemi otvory). Úpravy textu na děrné pásce bylo dosaženo doslovným přestřižením a nalepením pásky nůžkami, lepidlem nebo přelepením části, aby se pokryly všechny otvory, a vytvořením nových děr pomocí ručního děrovače.
  • Odolnost vůči magnetickému poli. Ve strojírně plné výkonných elektromotorů musí programy numerického řízení přežít magnetická pole generovaná těmito motory.
  • Snadné zničení. V případě kryptografických klíčů byla výhoda inherentní hořlavosti (někdy vylepšené použitím bleskového papíru) papírové pásky. Jakmile byl klíč vložen do zařízení, papírovou pásku bylo možné jednoduše spálit a zabránit tomu, aby se klíč dostal do rukou nepřítele.

Největší problémy s papírovou páskou byly:

  • Spolehlivost. Běžnou praxí bylo sledovat každé mechanické kopírování pásky s ručním porovnáváním jednotlivých otvorů.
  • Převíjení pásky bylo obtížné a náchylné k problémům. Byla nutná velká opatrnost, aby nedošlo k přetržení pásky. Některé systémy používaly spíše skládanou papírovou pásku než srolovanou papírovou pásku. V těchto systémech nebylo nutné převíjení, ani nebyly zapotřebí žádné efektní zásobovací cívky, navíjecí cívky nebo mechanismy napínacího ramene; páska se pouze přiváděla ze zásobní nádrže přes čtečku do odběrné nádrže a sama se znovu skládala zpět do přesně stejné podoby, jako když byla přiváděna do čtečky.
  • Nízká hustota informací. Datové sady mnohem větší než několik desítek kilobajtů jsou ve formátu papírové pásky nepraktické.

Viz také

Reference

externí odkazy