В мир информатики # 103 (1–15 февраля).
История информатики

Перфоносители

М.Э. Смолевицкая,
Москва

Перфоносителями называют носители информации с перфорациями — отверстиями круглой или прямоугольной формы, места расположения которых соответствуют закодированной на этом носителе информации. Перфорации могут наноситься на рулонную бумагу, металлические диски или карты, узкую бумажную, пластмассовую и целлулоидную ленту, небольшие прямоугольные карточки из специального тонкого картона.

Самыми первыми перфоносителями, видимо, следует считать перфокарты в виде прямоугольных карточек различных размеров, которые начали использоваться в ткацких станках французов Б.Бушо и М.Фалькони между 1725-м и 1745 гг.

В 1801 году после 20-летних трудов французский механик Жозеф Мари Жаккар представил свой знаменитый ткацкий автомат. Данный прибор управлял переплетением нитей основы и уткa по программе, нанесенной в виде отверстий (перфораций) на картонные листы, связанные в цепь. На станках Жаккара до наших дней производятся “жаккардовые ткани”.

Принцип использования перфорированных программоносителей оказался весьма плодотворным, и в XIX веке он начал применяться в телеграфных аппаратах, наборных машинах, вычислительной технике и музыкальных автоматах.

В 1832 году английский математик Чарльз Бэббидж начинает строить свою знаменитую Аналитическую машину. Бэббидж предполагал, что отдельные устройства этой вычислительной машины будут обмениваться информацией, нанесенной на перфокарты трех видов: карты данных, карты операций и карты переменных. Некоторые из этих карт сохранились и хранятся в Музее науки в Лондоне (см. рис. 1).

Рис. 1

В конце XIX века американский изобретатель Герман Холлерит создал машину для выполнения статистических расчетов и начал ее промышленный выпуск. Вся информация вводилась в эти машины с помощью перфокарт, пробивки на которые наносились одним из устройств машины — перфоратором. В 1890 году счетная машина Г.Холлерита впервые использовалась при проведении переписи населения в США, затем в Австрии, Канаде и других странах.

В 1896 году в России проводилась первая всеобщая перепись населения. Для обработки данных, полученных во время ее проведения, машины Германа Холлерита были специально приобретены, и сам изобретатель принимал в этом мероприятии непосредственное участие. Была разработана специальная перфокарта с полями, соответствующими вопросам переписных листов. Одна из сохранившихся машин Г.Холлерита экспонируется в Политехническом музее в Москве.

В первой половине ХХ века перфокарты использовались в табуляторах перфорационных машин, разработанных на основе принципов счетных машин Г.Холлерита.

Затем перфокарты широко использовались в электронных вычислительных машинах вплоть до начала 90-х годов ХХ века. Дискретность данного носителя информации и его малая механическая прочность ограничивали быстродействие карточных устройств ввода и вывода. Но перфокарты имели и достоинства: возможности визуального контроля, замены карты в массиве, их объединения в массив и его разделения.

Размер перфокарт для электронных вычислительных машин был стандартизован: длина — 187,32 мм, ширина — 82,5 мм, толщина — 0,18 мм. Точное соблюдение размеров было необходимо для правильной ориентации и транспортировки карт в процессе перфорации и считывания информации. Плотность записи информации не превышала 4 бит/кв. см.

В Политехническом музее хранятся наборы перфокарт и журналы распечаток информации на этих перфокартах, использовавшиеся для расчета поправок орбиты первого искусственного спутника Земли в 1956 году (рис. 2).

Рис. 2

Перфорированная лента, или перфолента, впервые была использована в автоматическом телеграфном аппарате Ч.Уитстона, созданном в 1858 году. Расположенные на ней соответствующим образом дырочки-пробивки обозначали точки и тире азбуки Морзе. На таком аппарате можно было передавать до 500 букв в минуту, т.е. в пять-шесть раз больше, чем при ручной работе посредством телеграфного ключа.

Рис. 3

Эти передатчики использовались и в первой половине XX века. По воспоминаниям маршала войск связи И.Т. Пересыпкина, ими, наряду с аппаратами Бодо и старт-стопными передатчиками СТ-35, была оснащена Красная Армия в период Великой Отечественной войны.

Аппарат Ч.Уитстона, перфораторы Ф.Крида, приставки к аппарату Э.Бодо можно увидеть в залах Политехнического музея.

В дальнейшем перфоленты стали использоваться и в телетайпах. Первые в мире телетайпы были разработаны в 1918 году в США. В 1921–1925 годах они были созданы и в нашей стране (разработчики А.П. Трусевич, В.И. Каупуж). До 50-х годов прошлого века серийно выпускались телетайпы как с ленточным, так и с рулонным носителями (широкими лентами): модель Л.И. Тремля, СТ-35, РТА-50 и др. Скорость их работы составляла до 400 знаков в минуту. Так же как и при эксплуатации аппаратов прошлых лет с прямой (ручной) передачей, эта скорость была значительно ниже пропускной способности линий связи, что вызвало необходимость автоматизации процессов передачи телеграмм.

Первые автоматизированные телетайпы были выпущены в нашей стране в 1950 году на базе модели СТ-35 путем простого подключения реперфоратора и трансмиттера. Реперфоратор преобразовывал механические комбинации знаков от клавиатуры в кодовые комбинации отверстий на перфоленте с помощью наборного и пробивного устройств. Трансмиттер передавал комбинацию электрических сигналов в линию связи при пропускании через него перфоленты.

В 1869 году русский изобретатель Петр Павлович Княгининский создал первый в мире “автомат-наборщик” — литеронаборную машину с программным управлением от перфоленты. Его машина “читала” текст, представлявший собой бумажную ленту с комбинациями отверстий, соответствующими каждой букве и знаку (так называемые “депеши”), и автоматически (с помощью электромагнитного механизма) производила набор металлических литер. В 1870 году машина Княгининского была доставлена в Петербург и демонстрировалась на Мануфактурной выставке. Позже со своей машиной Княгининский был в Москве. К его машине проявляли интерес, но никто не поддержал изобретателя в его стремлении найти ей практическое применение.

Умер П.П. Княгининский в нищете, а машина его бесследно исчезла. Между тем идея Княгининского была весьма прогрессивна. Принцип автоматизации набора с помощью перфорированной ленты был использован в 90-х годах XIX века при создании строкоотливной наборной машины.

В ХХ веке перфоленты имели большое значение как носитель информации ввиду того, что они позволяют связывать в единую систему различные виды вычислительных машин — клавишные, перфорационные, электронные.

Перфоленты выпускались разной степени прочности, в бобинах¹ различной ширины и длиной 160–200 м, белого цвета или окрашенные в светлые тона. Плотность записи информации на перфоленте составляет около 13 бит/кв. см.

Использовались пяти- и восьмидорожечные ленты. Помимо кодовых дорожек в средней части лент располагалась транспортная, или ведущая, дорожка, необходимая для перемещения ленты, а также для синхронизации в устройствах, использующих фотоэлектрический способ воспроизведения пробивок. Ряды отверстий, расположенных поперек перфоленты, образовывали строки. На каждой строке записывался код одного символа. Массивы информации могли объединяться в зоны, отделяемые друг от друга промежутками без перфорации. Начало и конец зоны также могли отмечаться соответствующими этим признакам служебными символами.

Недостаток бумажных перфолент — малая механическая прочность и в связи с этим невысокий срок службы и ограниченная скорость протяжки при записи (перфорации) и воспроизведении.

Перфолента была самым дешевым носителем информации. Относительно проста и дешева была аппаратура, с помощью которой на ней записывалась и с нее считывалась информация.

Окончание в следующем выпуске.

¹ Бобина — катушка, барабан, валик, на которые наматывается что-то (кинопленка, магнитная лента, пряжа, канат и т.п.). —Прим. ред.