Перфокарты для компьютера

История

Перфокарты впервые начали применяться в ткацких станках Жаккарда (1808) для управления узорами на тканях. В информатике перфокарты впервые были применены в «аналитической машине» Бэббиджа и в «интеллектуальных машинах» коллежского советника С. Н. Корсакова (1832), механических устройствах для информационного поиска и классификации записей. В конце XIX в. началось использование перфокарт для обработки результатов переписей населения в США (см. табулятор Холлерита).

Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространённым был «формат IBM», введённый в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 7⅜ × 3¾ дюйма (187,325 × 82,55 мм), толщина карты 0,007 дюйма (0,178 мм). Первоначально углы были острые, а с 1964 г. — скруглённые (впрочем, в СССР и позже использовали карты с нескруглёнными углами). Примечательно, что по приблизительным подсчётам, гигабайт информации, представленной в виде перфокарт, весил бы примерно 22 тонны (не считая веса, потерянного в результате перфорации отверстий).

Поддержка использования данного носителя информации вызвала появление индустрии по производству широкого класса специализированного оборудования — устройств подготовки, ввода и вывода данных, раскладочно-подборочных, расшифровочных и других машин.

Применение в компьютерной технике

Бухгалтерские машины (табуляторы) и позднее компьютеры первого поколения, в 1920-х—1950-х годах, использовали перфокарты в качестве основного носителя при хранении и обработке данных. Затем, в течение 1970-х — начале 1980-х годов, они использовались только для хранения данных и постепенно были замещены магнитными лентами. В настоящее время перфокарты не используются нигде, кроме устаревших систем, однако оставили свой след в компьютерной технике: отображаемый по умолчанию текстовый видеорежим дисплеев подавляющего большинства компьютерных устройств содержит по горизонтали 80 знакомест, ровно столько, сколько их было на стандартной перфокарте.

Главным преимуществом перфокарт было удобство манипуляции данными — в любом месте колоды можно было добавить карты, удалить, заменить одни карты другими (то есть фактически выполнять многие функции, позже реализованные в интерактивных текстовых редакторах).

В 2011 году в США всё ещё существовала компания Cardamation, поставлявшая перфокарты и устройства для работы с перфокартами. Об использовании перфокарт в современных организациях сообщалось в 1999 и 2012 годах.

Двоичный и текстовый режим

Заполненная перфокарта в текстовом режиме (строка «С*10,05 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДРЕСА АКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРА ЗАДАЧИ»)

При работе с перфокартами в двоичном режиме перфокарта рассматривается как двумерный битовый массив; допустимы любые комбинации пробивок. Например, в системах IBM 701 машинное слово состояло из 36 бит; при записи данных на перфокарты в одной строке пробивок записывалось 2 машинных слова (последние 8 колонок не использовались), всего на одну перфокарту можно было записать 24 машинных слова.

При работе с перфокартами в текстовом режиме каждая колонка обозначает один символ; таким образом, одна перфокарта представляет строку из 80 символов. Допускаются лишь некоторые комбинации пробивок. Наиболее просто кодируются цифры — одной пробивкой в позиции, обозначенной данной цифрой. Буквы и другие символы кодируются несколькими пробивками в одной колонке. Отсутствие пробивок в колонке означает пробел (в отличие от перфоленты, где отсутствие пробивок означает пустой символ, NUL). В системе IBM/360 были определены комбинации пробивок для всех 256 значений байта (например, пустой символ NUL обозначался комбинацией 12-0-1-8-9), так что фактически в текстовом режиме можно было записывать и любые двоичные данные.

Для удобства работы с текстовыми данными вдоль верхнего края перфокарты часто печатались те же символы в обычном человеком читаемом виде.

Перфокарты: начало

Перфокарты (от латинского perforo — пробиваю) — это носители информации из тонкого картона, данные на которых кодируются с помощью отверстий, проделанных в определенных точках. Впервые они появились в 1804 году, когда французский изобретатель Жозеф Жаккар, представил ткацкий станок с высочайшей для той эпохи степенью автоматизации. С помощью перфокарт Жаккар мог формировать самые разные узоры на тканях.

Нити у станка пропускались через отверстия в жестяных пластинах. Последовательность отверстий — в современной терминологии — «программировала» место, которое нить занимала в будущем узоре.

В текстильном деле метод широко применяется по сей день: так, многие вязальные машины, например марки Brother, работают на перфокартах.

Изобретение Жаккара вдохновило английского математика-новатора Чарльза Бэббиджа. Он решил позаимствовать идею перфорированных пластин и использовать их для создания аналитической вычислительной машины. Её блок-схему он предложил в 1834 году. Правда, замысел первого «компьютера» на перфокартах существенно опередил своё время.

Из соображений исторической справедливости нельзя не упомянуть современника Бэббиджа — русского изобретателя Семёна Корсакова. В 1832 году он собрал механический гомеоскоп с неподвижными частями: он помогал найти лекарство в структурированной перфорированной таблице по определённым признакам заболевания (симптомам). Принцип работы устройства можно посмотреть на странице в Википедии.

Распространение технологии

Активно перфокарты начали использовать на рубеже веков. В 1890 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал «табулирующую машину», предназначенную для обработки результатов переписи населения Соединённых Штатов. Её создание было продиктовано тем, что ручной анализ материалов предыдущей переписи занял несколько лет.

Холлерит представил перфокарты с двенадцатью рядами по двадцать дырок в каждом. Они кодировали информацию о возрасте жителя США, семейном положении, количестве детей и так далее. Перфокарты помещались в специальный аппарат, который автоматически подсчитывал число тех или иных конфигураций пробитых отверстий. По сути, это была первая в мире система для обработки больших данных.

После успеха и тиражирования своего изобретения в 1896 году Холлерит открыл фирму Tabulating Machine Co. Спустя пятнадцать лет она объединилась с двумя другими конторами по автоматизации статистических подсчётов и превратилась в Computing Tabulating Recording. Последняя, в свою очередь, позже была преобразована в ныне известную IBM.

В IBM продолжили разработку «перфотехнологий» и в 1928 году представили новую карту (IBM Card) размерами 7⅜ х 3¾ дюйма. Она имела 80 столбцов и 12 строк, а пробиваемые в ней отверстия были прямоугольными.

Сначала она использовалась со счётными машинами и компьютерами фирмы, но впоследствии завоевала статус технологического стандарта. Перенял его в дальнейшем и Советский Союз.

Изображение — Marcin Wichary — CC BY 2.0

Для считывания перфокарт использовались два метода — электромеханический и фотоэлектрический. В первом случае поверхность носителя информации подвергалась воздействию металлических прощупывающих щёток. Пройдя через отверстие в картоне, они замыкали контур электроцепи, сигнализируя о наличии проёма в этом месте. Во втором случае в схеме задействовались фотодиоды, у которых падало сопротивление при попадании на них света через пробой.

В 1920–1950-е годы перфокарты безраздельно доминировали в качестве носителя. С их помощью как обрабатывали данные, так и хранили их. Однако с увеличением темпов технического прогресса обнаружилось, что перфокарты становятся «бутылочным горлышком» индустрии.

Виной тому была их скромная ёмкость. На стандартной перфокарте кодировалось до 80 символов. А значит для запоминания одного мегабайта данных требовалось свыше 13 тыс. картонных носителей. Кроме того, скорость чтения и записи на перфокарты оставляла желать лучшего. Через считыватели нельзя было пропустить больше 1 тыс. перфокарт в минуту.

По этим причинам усилия многих инженерных школ были брошены на разработку новых технологий хранения данных. И в скором времени перфокарты заменили более «прогрессивной» магнитной лентой.

След в истории

Окончательно свои позиции перфокарты уступили в 1980-х, вытесненные более надёжными и ёмкими магнитными лентами и гибкими дисками. Однако свой след в истории они оставили, и заметный. Достаточно сказать, что на перфокартах был реализован ввод данных в электронно-счётный комплекс для вычисления и корректировок орбиты первого искусственного спутника Земли, запущенного СССР в 1957 году.

Перфокарты стали настолько обыденной деталью в технологической индустрии, что мыслились как неотъемлемый её атрибут. Об этом даже писали фантасты. У Роберта Шекли в романе «Корпорация „Бессмертие“» (1958) люди XXII века летают на гелитакси и умеют переносить сознание из одного тела в другое, однако в работе по-прежнему задействуют перфокарты.

При всем при этом Роберт Шекли может быть не так далек от правды, как видится сегодня. Компания IBM — которая расформировала департамент, занимавшийся перфокартами — разрабатывает новую технологию сверхплотной записи информации. Она называется Millipede, и в её основе лежит метод перфорирования носителя.

Крохотные иглы продавливают на кусочке пластика нанометровые углубления, каждое из которых означает один бит. Millipede позволяет записать на кусочке пластика размером с почтовую марку порядка 25 Гбайт данных. Так что, быть может, в ходе четвёртой промышленной революции «перфокарты» ждёт ренессанс.

Что еще почитать в выходные:

  • «Не только Agile: 10 книг про управление проектами»
  • «Как отметить день информационной безопасности»

Материал опубликован пользователем. Нажмите кнопку «Написать», чтобы поделиться мнением или рассказать о своём проекте.

Написать