Как устроено IT. Пост 3. Перфокарты
В этом посте я расскажу о истории и принципе работы перфокарт.
Слово перфокарта произошло от двух латинских слов: perforo - пробиваю и charta - лист из папируса; бумага. носитель информации из тонкого картона, представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты. Наиболее широко перфокарты применялись во второй половине XX века для ввода и хранения данных в системах автоматизированной обработки информации. В настоящее время, как и перфолента, практически вытеснены более компактными, быстрыми и удобными полупроводниковыми, магнитными и оптическими носителями.
Cоветский вариант перфокарты IBM, 1980 г.
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
Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространённым был «формат IBM», введённый в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 187,325 × 82,55 мм. Первоначально углы были острые, а с 1964 г. — скруглённые. Примечательно, что по приблизительным подсчётам, гигабайт информации, представленной в виде перфокарт, весил бы примерно 22 тонны.
Перфокарта, формат IBM
Поздний европейский вариант перфокарты IBM
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 еще существовала компания Cardamation, поставлявшая перфокарты и устройства для работы с перфокартами. Об использовании перфокарт в современных организациях сообщалось в 1999 и 2012 годах.
А теперь о принципе работы. Перфокарта может считываться в двух режимах: двоичном и текстовом.
При работе с перфокартой в двоичном режиме, каждая ячейка интерпретируется как бит, в значении 0 или 1. Например, если ячейка пробита - 1, иначе 0. Комбинацией 0 и 1, составляются машинные слова. Машинное слово - это какая то команда ЭВМ, на совершение действия. Например команда на сложение двух чисел, или вычитание, на вывод переменной на другую перфокарты или на экран. У разных ЭВМ разная длина машинного слова, 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. То есть 24 команды на перфокарту.
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.Для удобства работы с текстовыми данными вдоль верхнего края перфокарты часто печатались те же символы в обычном человекочитаемом виде.
Заполненная перфокарта в текстовом режиме (строка «С*10,05 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДРЕСА АКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРА ЗАДАЧИ»)
Различные комбинации перфокарты
Следует заметить, что везде одинаково кодировались только цифры и латинские буквы; в кодировании остальных символов существовали большие различия.
Существую также перфоленты.
Первые перфоленты использовались с середины XIX века в телеграфии, отверстия в них располагались в 5 рядов, для передачи данных использовался код Бодо.
Прообразом перфолент стали перфокарты. Объединенные особым образом перфокарты образовывали ленту, которую можно удобно изменять. Постепенно этот поток поступающих карт с данными эволюционировал в одну «непрерывную карту» или ленту. Первые перфоленты использовались при передаче и хранении телеграмм.
Серия из перфокарт, использовавшихся в ткацких станках Жаккарда
Памятка программиста. (Вычислительный центр института «Энергосетьпроект»), 1960-е годы. Машинный код «Минск-22»: код перфоленты и значение кода.
С середины XX века перфоленты стали использоваться в качестве носителя информации для первых электромеханических вычислительных машин. Во одном из первых таких устройств, Марке I, использовались перфоленты с разрядностью в 24 бита.
В середине ленты идёт дорожка с более мелкой перфорацией, так называемая «транспортная дорожка». Она служит для перемещения ленты с помощью зубчатого колеса.
Слово «Wikipedia», записанное на перфоленте
Перфолента для компьютера Марк I, содержащая отметки объёма программы