Lochstreifen - Punched tape

Gelochtes Papierband mit fünf und acht Löchern
Creed Modell 6S/2 5-Loch-Papierbandleser
Papierbandleser auf dem Harwell-Computer mit einem kleinen Stück Fünf-Loch-Klebeband, das in einem Kreis verbunden ist – eine physische Programmschleife entsteht

Lochstreifen oder perforiertes Papierband ist eine Form der Datenspeicherung , die aus einem langen Streifen aus Papier besteht , in den Löcher werden ausgestanzt. Es entwickelte sich aus und wurde später neben Lochkarten verwendet und unterscheidet sich dadurch, dass das Band durchgehend ist.

Es wurde während des 19. und des 20. Jahrhunderts für programmierbare Webstühle, Fernschreiberkommunikation , zur Eingabe in Computer der 1950er und 1960er Jahre und später als Speichermedium für Minicomputer und CNC-Werkzeugmaschinen verwendet .

Geschichte

Ein aus Lochkarten hergestelltes Papierband, das in einem Jacquard-Webstuhl verwendet wird . Die großen Löcher an jeder Kante sind Ritzellöcher , die verwendet werden, um das Papierband durch den Webstuhl zu ziehen.

Perforierte Papierbänder wurden erstmals 1725 von Basile Bouchon zur Kontrolle von Webstühlen verwendet. Die Papierbänder waren jedoch teuer in der Herstellung, zerbrechlich und schwer zu reparieren. Bis 1801 hatte Joseph Marie Jacquard Maschinen entwickelt, um Papierbänder herzustellen, indem er Lochkarten in einer Reihenfolge für Jacquard-Webstühle verband . Das resultierende Papierband, auch "Kartenkette" genannt, war stärker und einfacher herzustellen und zu reparieren. Dies führte zu dem Konzept, Daten nicht als Strom einzelner Karten, sondern als eine "kontinuierliche Karte" (oder ein Band) zu kommunizieren. Aus Lochkarten hergestellte Papierbänder wurden im 19. Jahrhundert häufig zur Steuerung von Webstühlen verwendet. Viele professionelle Stickereibetriebe bezeichnen die Personen, die die Designs und Maschinenmuster erstellen, immer noch als "Stanzer", obwohl Lochkarten und Papierklebeband in den 1990er Jahren endgültig abgeschafft wurden.

Im Jahr 1842 beschrieb ein französisches Patent von Claude Seytre ein Klavierspielgerät , das Daten von perforierten Papierrollen liest .

Wheatstone-Schlicker mit Punkt, Leerzeichen und Strich gestanzt und Locher-Stanzplatte

Im Jahr 1846 benutzte Alexander Bain Lochstreifen, um Telegramme zu senden . Diese Technologie wurde 1857 von Charles Wheatstone für die Aufbereitung, Speicherung und Übertragung von Daten in der Telegrafie übernommen.

In den 1880er Jahren, Tolbert Lanston erfand das Monotypie Satzsystem , das aus einer Tastatur und eine Zusammensetzung bestand aus Caster . Das mit der Tastatur gestanzte Band wurde später vom Gießer gelesen, der Bleitypen entsprechend den Kombinationen von Löchern in 0, 1 oder mehr von 31 Positionen herstellte. Der Bandleser verwendete Druckluft, die durch die Löcher strömte und in bestimmte Mechanismen der Laufrolle geleitet wurde. Das System wurde 1897 kommerziell genutzt und war bis in die 1970er Jahre in Produktion, wobei es mehrere Änderungen durchmachte.

Derzeitiger Gebrauch

Im 21. Jahrhundert ist die Verwendung von Lochstreifen sehr selten. Es kann noch in älteren Militärsystemen und von einigen Bastlern verwendet werden. Bei Bearbeitungsanwendungen mit computergestützter numerischer Steuerung (CNC) verwenden nur sehr wenige Menschen noch Band. Einige moderne CNC-Systeme messen jedoch immer noch die Größe gespeicherter CNC-Programme in Fuß oder Metern, was der äquivalenten Länge entspricht, wenn sie auf Papierband gestanzt wird.

Formate

Software auf Endlospapierband für den Data General Nova Minicomputer
Endlospapierband

Die Daten wurden durch das Vorhandensein oder Fehlen eines Lochs an einer bestimmten Stelle dargestellt. Bänder hatten ursprünglich fünf Reihen von Löchern für Daten. Spätere Bänder hatten sechs, sieben und acht Reihen. Eine frühe elektromechanische programmierbare Rechenmaschine, der Automatic Sequence Controlled Calculator oder Harvard Mark I , verwendete Papierband mit 24 Reihen. Eine Reihe kleinerer Ritzellöcher, die immer gestanzt wurden, diente dem Bandvorschub, ursprünglich mit einem Rad mit radialen Zähnen, das als Ritzel bezeichnet wurde . Spätere optische Leser verwendeten die Kettenradlöcher, um Taktimpulse zu erzeugen. Die Ritzellöcher sind leicht auf einer Seite, was die Ausrichtung des Bandes im Lesegerät deutlich macht und das Band in ungleiche Seiten unterteilt. Die Bits auf der schmaleren Seite des Bandes sind im Allgemeinen die niedrigstwertigen Bits , wenn der Code in einem digitalen System als Zahlen dargestellt wird.

Maße

Das Band zum Stanzen war 0,00394 Zoll (0,1 mm) dick. Die beiden gebräuchlichsten Breiten waren 11/16 Zoll (17,46 mm) für Fünf-Bit-Codes und 1 Zoll (25,4 mm) für Bänder mit sechs oder mehr Bits. Der Lochabstand betrug 0,1 Zoll (2,54 mm) in beiden Richtungen. Die Datenlöcher hatten einen Durchmesser von 0,072 Zoll (1,83 mm); Zufuhrlöcher waren 0,046 Zoll (1,17 mm) groß.

Chadless-Band

Chadless 5-stufiges Baudot-Papierband ca. 1975-1980 gestanzt bei Teletype Corp

Die meisten Bandstanzgeräte verwendeten feste Stanzen, um Löcher im Band zu erzeugen. Dieser Prozess erzeugte " Tschad ", oder kleine runde Papierstücke. Die Entsorgung des Tschads war ein lästiges und komplexes Problem, da die winzigen Papierstücke dazu neigten, zu entweichen und die anderen elektromechanischen Teile der Fernschreiberausrüstung zu stören.

Eine Variation des Bandlochers war ein Gerät namens Chadless Printing Reperforator . Dieses Gerät würde ein empfangenes Fernschreibersignal auf Band stanzen und gleichzeitig die Nachricht darauf drucken, wobei ein Druckmechanismus ähnlich dem eines gewöhnlichen Seitendruckers verwendet wurde. Statt die üblichen runden Löcher auszustanzen , stanzt der Bandstanzer stattdessen kleine U-förmige Einschnitte in das Papier, so dass kein Papierkram entsteht; das "Loch" war noch mit einer kleinen Papierfalltür gefüllt. Da das Loch nicht vollständig ausgestanzt wurde, blieb der Druck auf dem Papier intakt und lesbar. Dies ermöglichte es den Betreibern, das Band zu lesen, ohne die Löcher entziffern zu müssen, was die Weiterleitung der Nachricht an eine andere Station im Netzwerk erleichterte. Es gab auch keine "Chad-Box", die von Zeit zu Zeit geleert werden musste. Ein Nachteil dieses Mechanismus war, dass sich das krallenlose Klebeband nach dem Lochen nicht gut aufrollen ließ, da sich die überstehenden Papierlappen an der nächsten Klebebandlage verfangen würden, so dass es nicht fest aufgerollt werden konnte. Ein weiterer Nachteil bestand im Laufe der Zeit darin, dass es keinen zuverlässigen Weg gab, schadloses Band mit optischen Mitteln zu lesen, die von späteren Hochgeschwindigkeitslesern verwendet wurden. Die in den meisten Standardgeschwindigkeitsgeräten verwendeten mechanischen Bandleser hatten jedoch kein Problem mit schadlosen Bändern, da sie die Löcher mit stumpfen, federbelasteten Taststiften abtasteten, die die Papierlaschen leicht aus dem Weg schoben.

Codierung

Das Wort "Wikipedia" und ein CR/LF als 7-Bit-ASCII, ohne Paritätsbit, am wenigsten signifikantes Bit rechts - zB "W" ist 1010111

Text wurde auf verschiedene Weise kodiert. Die früheste Standard - Zeichencodierung war Baudot , die stammt aus dem 19. Jahrhundert und hatte fünf Löcher. Der Baudot-Code wurde durch modifizierte 5-Loch-Codes ersetzt, wie den Murray-Code (der Wagenrücklauf und Zeilenvorschub hinzufügte ), der zum Western Union-Code weiterentwickelt wurde, der zum International Telegraph Alphabet No. 2 (ITA 2) weiterentwickelt wurde, und eine Variante, die als American Teletypewriter Code (USTTY) bezeichnet wird. Andere Standards wie Teletypesetter (TTS), FIELDATA und Flexowriter hatten sechs Löcher. In den frühen 1960er Jahren leitete die American Standards Association ein Projekt zur Entwicklung eines universellen Codes für die Datenverarbeitung, der zum American Standard Code for Information Interchange (ASCII) wurde. Dieser siebenstufige Code wurde von einigen Fernschreiberbenutzern übernommen, darunter AT&T ( Teletype ). Andere, wie Telex , blieben bei den früheren Codes.

Anwendungen

Kommunikation

Telex Modell 32 Fernschreiber mit Lochstreifen und Lesegerät links
Papierband-Relaisbetrieb an der Honolulu-Flugservicestation der US-amerikanischen FAA im Jahr 1964

Lochstreifen wurden als Mittel zum Speichern von Nachrichten für Fernschreiber verwendet . Die Bediener tippten die Nachricht auf das Papierband und sendeten die Nachricht dann mit der maximalen Liniengeschwindigkeit vom Band. Dies ermöglichte es der Bedienungsperson, die Nachricht "offline" mit der besten Schreibgeschwindigkeit der Bedienungsperson vorzubereiten, und erlaubte der Bedienungsperson, jeden Fehler vor der Übertragung zu korrigieren. Ein erfahrener Operator könnte für kurze Zeit eine Nachricht mit 135 Wörtern pro Minute (WPM) oder mehr vorbereiten.

Die Linie arbeitete normalerweise mit 75 WPM, aber sie arbeitete kontinuierlich. Durch "Offline"-Vorbereiten des Bandes und anschließendes Senden der Nachricht mit einem Bandlesegerät könnte die Linie kontinuierlich arbeiten, anstatt von einem kontinuierlichen "Online"-Schreiben durch eine einzelne Bedienungsperson abhängig zu sein. Normalerweise unterstützt eine einzelne 75-WPM-Leitung drei oder mehr Fernschreiber, die offline arbeiten. Am Empfangsende gelochte Bänder könnten verwendet werden, um Nachrichten an eine andere Station weiterzuleiten. Unter Verwendung dieser Techniken wurden große Store- und Forward- Netzwerke entwickelt.

Papierstreifen konnten mit bis zu 1.000 Zeichen pro Sekunde in Computer eingelesen werden. 1963 führte eine dänische Firma namens Regnecentralen einen Papierbandleser namens RC 2000 ein, der 2.000 Zeichen pro Sekunde lesen konnte; später erhöhten sie die Geschwindigkeit weiter, bis auf 2.500 cps. Bereits im Zweiten Weltkrieg erreichte der von alliierten Codebrechern verwendete Heath Robinson- Bandleser 2.000 cps, während Colossus mit einem von Arnold Lynch entwickelten optischen Bandleser mit 5.000 cps laufen konnte.

Minicomputer

Ein 24-Kanal-Programmband für das Harvard Mark I

Als die ersten Minicomputer auf den Markt kamen, wandten sich die meisten Hersteller an die bestehenden massenproduzierten ASCII- Fernschreiber (hauptsächlich das Teletype Model 33 , das einen Durchsatz von zehn ASCII-Zeichen pro Sekunde ermöglicht) als kostengünstige Lösung für Tastatureingabe und Druckerausgabe. Das allgemein spezifizierte Modell 33 ASR beinhaltete einen Papierbandstanzer/-leser, wobei ASR für "Automatic Send/Receive" steht, im Gegensatz zu den stanzlosen/leserlosen KSR – Keyboard Send/Receive und RO – Receive Only-Modellen. Als Nebeneffekt wurde Lochstreifen zu einem beliebten Medium für die kostengünstige Speicherung von Daten und Programmen auf Minicomputern, und es war üblich, in den meisten Minicomputer-Installationen eine Auswahl an Bändern mit nützlichen Programmen zu finden. Auch schnellere optische Lesegeräte waren üblich.

Die binäre Datenübertragung zu oder von diesen Minicomputern wurde oft unter Verwendung einer doppelt codierten Technik durchgeführt, um die relativ hohe Fehlerrate von Stempeln und Lesegeräten zu kompensieren. Die Low-Level-Codierung war typischerweise ASCII, die weiter in verschiedenen Schemata wie Intel Hex codiert und eingerahmt wurde , in denen ein Binärwert von "01011010" durch die ASCII-Zeichen "5A" dargestellt würde. Framing-, Adressierungs- und Prüfsummeninformationen (hauptsächlich in ASCII-Hex-Zeichen) halfen bei der Fehlererkennung. Die Effizienz eines solchen Codierungsschemas liegt in der Größenordnung von 35–40% (zB 36% von 44 8-Bit-ASCII-Zeichen, die benötigt werden, um 16 Bytes binärer Daten pro Frame darzustellen ).

Computergestützte Fertigung

Papierstreifenleser an einer Computer-Numerical-Control- (CNC-)Maschine

In den 1970er Jahren wurde bei computergestützten Fertigungsanlagen häufig Papierklebeband verwendet. Papierband war beispielsweise ein wichtiges Speichermedium für computergesteuerte Wire-Wrap- Maschinen. Ein Papierbandleser war kleiner und billiger als Hollerith-Karten- oder Magnetbandleser . Hochwertige schwarze gewachste und geschmierte Langfaserpapiere und Mylar- Filmbänder wurden erfunden, damit die Produktionsbänder für diese Maschinen länger halten.

Datenübertragung für ROM- und EPROM-Programmierung

In den 1970er bis frühen 1980er Jahren wurde Papierband üblicherweise verwendet, um Binärdaten zur Aufnahme in entweder maskenprogrammierbare Festwertspeicher (ROM) oder deren löschbare Gegenstücke EPROMs zu übertragen . Zur Verwendung bei der Computer- und ROM/EPROM-Datenübertragung wurde eine beträchtliche Vielfalt von Codierformaten entwickelt. Üblicherweise verwendete Kodierungsformate wurden hauptsächlich von den Formaten bestimmt, die von EPROM-Programmiergeräten unterstützt wurden und umfassten verschiedene ASCII-Hex-Varianten sowie eine Reihe von proprietären Formaten.

Ein viel primitiveres sowie ein viel längeres High-Level-Codierungsschema wurde ebenfalls verwendet, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish). Bei der BNPF-Codierung würde ein einzelnes Byte (8 Bits) durch eine hochredundante Zeichenfolge dargestellt, die mit einem einzelnen ASCII „B“ beginnt, acht ASCII-Zeichen, wobei eine „0“ durch ein „N“ und eine „1 . dargestellt würde " würde durch ein "P" dargestellt, gefolgt von einem ASCII-Ende "F". Diese aus zehn Zeichen bestehenden ASCII-Sequenzen wurden durch ein oder mehrere Leerzeichen getrennt, sodass für jedes gespeicherte Byte mindestens elf ASCII-Zeichen verwendet wurden (9 % Effizienz). Die ASCII-Zeichen "N" und "P" unterscheiden sich in vier Bitpositionen, was einen hervorragenden Schutz vor Einzelstanzfehlern bietet. Es waren auch alternative Schemata verfügbar, bei denen "L" und "H" oder "0" und "1" ebenfalls verfügbar waren, um Datenbits darzustellen, aber in diesen beiden Kodierungsschemata unterscheiden sich die beiden datentragenden ASCII-Zeichen nur in einer Bitposition , was eine sehr schlechte Erkennung von Einzelstempelfehlern ermöglicht.

Kassen

NCR aus Dayton, Ohio , stellte um 1970 Registrierkassen her, die Papierstreifen stanzten. Sweda stellte ungefähr zur gleichen Zeit ähnliche Registrierkassen her. Das Band könnte dann in einen Computer eingelesen werden und es könnten nicht nur Verkaufsinformationen zusammengefasst, sondern auch Abrechnungen für Gebührentransaktionen durchgeführt werden. Das Band wurde auch für die Bestandsverfolgung, die Erfassung der Abteilungs- und Klassennummern der verkauften Artikel verwendet.

Zeitungsindustrie

Gelochtes Papierband wurde von der Zeitungsindustrie bis Mitte der 1970er Jahre oder später verwendet. Zeitungen wurden typischerweise von Geräten wie Linotype-Maschinen in heißes Blei gesetzt . Da die Drahtdienste in ein Gerät gelangen, das Papierstreifen stanzt, anstatt dass der Linotype-Bediener alle eingehenden Geschichten erneut eingeben muss, könnte der Papierstreifen in einen Papierstreifenleser auf der Linotype gesteckt werden und es würden die Bleischnecken ohne die Operator, der die Geschichten erneut eintippt. Dies ermöglichte es Zeitungen auch, Geräte wie den Friden Flexowriter zu verwenden , um das Schreiben per Klebeband in Bleischrift umzuwandeln. Selbst nach dem Niedergang der Linotype und des Heißbleisatzes verwendeten viele der frühen Fotosatzgeräte Papierbandlesegeräte.

Wenn an einer Stelle auf dem sechsstufigen Band ein Fehler gefunden wurde, konnte dieses Zeichen in ein zu überspringendes Nullzeichen umgewandelt werden, indem die verbleibenden ungestanzten Stellen mit einem sogenannten „Hühnerpflücker“ ausgestanzt wurden ein Erdbeerstielentferner, der, mit Daumen und Zeigefinger gedrückt, die restlichen Positionen Loch für Loch ausstanzen konnte.

Kryptographie

Vernam-Chiffren wurden 1917 erfunden, um die Kommunikation von Fernschreibern mit einem auf Papierband gespeicherten Schlüssel zu verschlüsseln . Im letzten Drittel des 20. Jahrhunderts verwendete die National Security Agency (NSA) Lochstreifen, um kryptografische Schlüssel zu verteilen . Die achtstufigen Papierbänder wurden unter strengen Buchhaltungskontrollen verteilt und von einem Füllgerät wie dem Handheld KOI-18 gelesen , das vorübergehend mit jedem Sicherheitsgerät verbunden war, das neue Schlüssel benötigte. Die NSA hat versucht, diese Methode durch ein sichereres elektronisches Schlüsselverwaltungssystem ( EKMS ) zu ersetzen , aber seit 2016 wird anscheinend immer noch Papierband verwendet. Der Papierbandbehälter ist ein manipulationssicherer Behälter, der Funktionen enthält, die eine unbemerkte Veränderung des Inhalts verhindern.

Vorteile und Einschränkungen

Lochstreifen hat einige nützliche Eigenschaften:

  • Langlebigkeit. Obwohl viele Magnetbänder im Laufe der Zeit so stark abgenutzt sind, dass die darauf befindlichen Daten unwiederbringlich verloren gegangen sind, können Lochstreifen noch viele Jahrzehnte später gelesen werden, wenn säurefreies Papier oder Mylar-Folie verwendet wird. Manches Papier kann sich schnell abbauen.
  • Menschliche Zugänglichkeit. Die Lochbilder können bei Bedarf visuell entschlüsselt und eingerissenes Band repariert werden (mit speziellen Ganzlochmuster-Bandspleißen). Das Bearbeiten von Text auf einem Lochband wurde erreicht, indem das Band buchstäblich mit einer Schere, Klebstoff oder durch Überkleben eines Abschnitts, um alle Löcher abzudecken und neue Löcher mit einem manuellen Locher zu machen, geschnitten und eingefügt wurde.
  • Magnetfeldimmunität. In einer Maschinenhalle voller leistungsstarker Elektromotoren müssen die numerischen Steuerungsprogramme die von diesen Motoren erzeugten Magnetfelder überleben.
  • Leichte Zerstörung. Im Fall von kryptografischen Schlüsseln war die inhärente Entflammbarkeit (manchmal durch die Verwendung von Flash-Papier verstärkt) von Papierklebeband ein Vorteil. Nachdem der Schlüssel in das Gerät geladen war, konnte das Papierband einfach verbrannt werden, um zu verhindern, dass der Schlüssel in feindliche Hände fällt.

Die größten Probleme mit Papierklebeband waren:

  • Zuverlässigkeit. Es war gängige Praxis, jedem mechanischen Kopieren eines Bandes einen manuellen Loch-für-Loch-Vergleich zu folgen.
  • Das Zurückspulen des Bandes war schwierig und anfällig für Probleme. Es war große Sorgfalt erforderlich, um ein Reißen des Bandes zu vermeiden. Einige Systeme verwendet Leporello Papierband statt gewalzte Papierband. Bei diesen Systemen war weder ein Umspulen noch irgendwelche ausgefallenen Zuführspulen-, Aufwickelspulen- oder Spannarmmechanismen erforderlich; das Band wird lediglich vom Vorratstank durch das Lesegerät zum Aufwickeltank geführt, wobei es sich wieder in genau die gleiche Form zurückfaltet, in der es in das Lesegerät eingeführt wurde.
  • Geringe Informationsdichte. Datensätze, die viel größer als einige Dutzend Kilobyte sind, sind im Papierbandformat unpraktisch.

Siehe auch

Verweise

Externe Links