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穿孔卡片编辑本段回目录

输入/输出设备就像电脑的舌头和牙齿,执行着吞吞吐吐的任务。外部信息经输入设备吞进电脑的肚子里,消化以后再从输出设备中吐出来。

在上个世纪70年代磁盘获得广泛应用之前,穿孔卡片是数据和程序的最主要的信息载体。在那个时代,电脑既没有配置显示器,也没有打印机,更没有今天广泛使用的硬盘、软盘和U盘。大学里的学生去上电脑课时,都要带着从书店里买来的空白卡片,进入电脑机房后,第一步要做的事情是利用打孔机在卡片机上凿出一些小孔(这个过程就是编程)。由于每张卡片只能容纳程序的一小段,需要把一大叠卡片一张一张地顺序插入卡片阅读机中,才能将程序全部输入到计算机中,运算结果也通过纸带穿孔机输出的纸带展现出来。

1 莫尔斯电报码:穿孔纸带的最早应用(1857年)

Sir Charles Wheatstone (1802~1875)
 
早在电子计算机被发明之前,穿孔纸带就有了应用。电报发明20年后的1857年,英国物理学家、发明家查尔斯·惠斯通爵士发明了用连续的穿孔纸带来记录莫尔斯电报码的方法。顺便说一下,麦克风、立体图像成像法也是查尔斯·惠斯通的发明。

查尔斯·惠斯通(Charles Wheatstone,1802~1875)

莫尔斯电码使用点(dot)和划(dash)两个基本符号来组成数字和符号,dot和dash就像五笔字形输入法中的字根,数字或字符可由1~5个这样的“字根”组合而成。划的持续时间比点的持续时间长3倍,所以我们能够听到发报时所发出的长短不一的滴嗒声。通常点和划是连续记录的,而查尔斯所发明的纸带将点和划分成两行,读取信息时点和划并行传送。这样,只要事先将电码录入到纸带上,在发报时就能将传送速度提高到原来的2倍。

记录莫尔斯电码的查尔斯纸带

2 穿孔卡片:IBM的名片(1884年~1975年)

   IBM公司对计算机的发展有很大贡献,它不仅倡导和推广了PC这一概念,先后推出了IBM XT和IBM AT这些标志性产品,还发明了软盘、硬盘等具有划时代意义的存储产品。也许大家并不知道,真正让IBM发展成为跨国公司的产品既不是PC,也不是软盘和硬盘,而是穿孔卡片及自动制表机。

IBM的前身是计算制表记录公司,该公司的创始人赫尔曼·霍勒雷斯于1884年建造了世界上第一台机电式自动计算机,它实际上就是一台自动穿孔卡片制表机。1924年,计算制表公司更名为国际商用机器公司(International Bussiness Machine Corporation,即IBM),公司的主要业务还是经营自动制表机。

赫尔曼·霍勒雷斯(Herman Hollerith)

自动制表机的主角是穿孔卡片,卡片阅读机将卡片上孔的分布情况由光电器件转换成电信号,然后再由计算装置对电信号进行处理。

制表机定期地对卡片进行加减乘除,累计存档,印成报表,就实现了管理自动化。二战期间,IBM制表机为战争机器的高效运转立下了汗马功劳。美国军方的后勤系统和前线指挥系统大量使用制表机,士官的军晌、伤亡情况,轰炸机的命中率等等,都被制成图表。二战结束后,美国的政府部门、学校都利用穿孔卡片来记录雇员和学生的信息,企业也将穿孔卡片纳入到生产管理之中。就象今天的磁卡一样,穿孔卡片广泛地融入了人们的生活,上班要打卡,就医要打卡,就餐也是打卡。

IBM自动制表机(IBM Key Punch machine)

在穿孔卡片半个多世纪的生命周期内,它几乎成了IBM公司的名片,它不仅给IBM带来了滚滚财富,也使IBM的业务范围扩大到了全球。1946年第一台电子计算机ENIAC诞生时,由于当时键盘和打印机还没有诞生,数据输入和输出全都仰仗于卡片打孔机和读卡机,所以IBM的业务自然地进入了计算机领域,并凭借雄厚的经济实力很快确立了在电脑硬件领域中的霸主地位。

3 纸带(卡片)设备对电子计算机的贡献(1946年~1977年)

   没有输入输出设备,再好的计算机也无法发挥作用。现在的电脑用户中,恐怕很少有人见过纸带是什么样子。想当年,从第一台电子计算机ENIAC到第三代的IBM System/360,穿孔纸带(卡片)设备都占有十分重要地位。

年代

典型机种

输入设备

输出设备

第一代计算机

1946

ENIAC

卡片阅读机

卡片打孔机

1954

IBM 650

按键式卡片打孔机IBM 026

卡片阅读机

第二代计算机

1959

IBM 1620

卡片打孔机/阅读器:每张卡片有8012列,读速度250卡片/分;打孔速度125卡片/

纸带打孔机/阅读器150字母/

电传打字机输出速率为10字母/

按键式打孔机

打印机:120~600/分;120字母/

1963

DEC PDP-8

纸带打孔机/阅读机300字母/(读孔)100字母/(打孔)8/字母

卡片打孔机/阅读机读速约300卡片/分;打孔速度100卡片/

 

CRT显示器

打印机:300/

第三代计算机

1964

IBM System/360

纸带打孔机/阅读机

卡片打孔机/阅读机

磁鼓:7MB312kB/

磁盘机:7MB156kB/

Data Cell:磁卡;40MB55kB/

 

CRT显示器;

打印机;

语音传输器

 上面的表格反映了输入输出设备发展的历史轮廓。早期的穿孔纸带机的控制系统完全由继电器建造的,这种机器中如果有一小片污垢或纸片粘在触点之间,继电器就会失效所以后来控制电路先后改用电子管和晶体管不仅缩小了体积,提高了速度,还延长了使用寿命。但是,随着电脑的速度不断提升,纸带设备的数据吞吐还是跟不上处理器速度的提升,拖了整个系统的后腿。所以在以Apple II1977)和IBM PC1981)为代表的第四代计算机中,纸带设备的位置完全由键盘、打印机和CRT显示器的新式设备所代之,而数据存储设备则使用了速度更快、容量更大的磁带或磁盘。大学生再去上电脑课时,再也不用携带许多的卡片,磁盘与键盘结合起来就能完成数据存储和输入输出的任务,既方便又快捷。

1857年到1977年,纸带穿孔机/阅读器的生命周期长达120年。迄今为止,还没有任何一项产品具有如此强大的生命力,恐怕今后再也不会有这样的现象了。

比尔·盖茨究竟用什么东西保存他的宝贝数据呢?聪明的读者一定已经找到了答案。对,既不是磁盘,更不是U盘,比尔·盖茨当年使用非常原始的穿孔纸带和穿孔卡片来保存数据的。


正文编辑本段回目录

  一种由薄纸板制成,用孔洞位置或其组合表示信息,通过穿孔或轧口方式记录和存储信息的方形卡片。是手工检索和机械化情报检索系统的重要工具。
  18世纪末,西方一些国家已将穿孔卡片应用于纺织业,用来贮存纺织机工作过程控制的信息。后来,其应用领域扩展到统计工作中,如美国第一次人口普查就使用了穿孔卡片。20世纪40~60年代,它得到了西方情报检索界的重视和应用。
  主要类型  穿孔卡片有许多种类。按处理手段可分为手工穿孔卡片和机器穿孔卡片。还可以按穿孔部位、孔洞形状、编码方法等特征来分类。其中,较常见的类型有:边缘穿孔卡片(图1)、中心穿孔卡片、槽式穿孔卡片、窗式穿孔卡片、组合穿孔卡片和透光穿孔卡片。机器穿孔卡片又有45列孔、80列孔和90列孔之分。其中以80列孔的机器穿孔卡片(图2)最为常用。

穿孔卡片 穿孔卡片

  编码方法  ①直接编码法,即一孔一码法。每一孔位直接代表某一种数据。是一种最简单的编码方法,但编码容量小。②组合编码法,即用两个或两个以上的孔位的不同组合代表不同的数据。它能充分利用卡片上数量有限的孔位,生成各种数字型或字母型组合代码,具有代码容量大,可扩展性能好等优点。常见的组合代码有“7-4-2-1码”和三角代码。③ 叠置代码法,即重叠使用同一代码区的孔位进行编码,以提高穿孔区的利用率。④固定区编码法,即先将卡片上的全部孔位按数据类型分为不同的代码区(如著者区、主题区等),然后在指定区域内对数据编码。⑤自由区编码法,即不同数据类型所用的代码区的大小和位置不是严格固定的,可随数据记录的长度而改变。
  “7-4-2-1码”的编码方法是:将边缘穿孔卡片四周的孔位(部分或全部)分为若干组,每组含4列孔位,分别标有数字7,4,2,1;穿孔时,每组孔洞只能表示一位数字。数字 1,2,4,7直接用被轧口的单个孔洞表示;数字 3,5,6,8,9则分别由同一组孔洞内两个轧口的孔洞表示;若一组孔洞均不轧口,则表示数字零。各种数据或情报特征均可按一定编码规则转换为数字化信息,然后再转换为“7-4-2-1”码。例如,假定用“473”代表某一文献著者周某,把此代号转换成“7-4-2-1” 码需要3组孔洞,第一组用来表示百位数“4”,第二组表示十位数“7”,第三组表示个位数“3”。为防止重码和“假联系”,可在每一组孔洞中增加一个特征孔位(SF),或将单排孔换为双排孔,并用深浅两种不同的轧口方式来防止重码(图3)。

穿孔卡片

  三角代码的编码方法是:在卡片周围设置若干个倒三角形,以一组孔洞(单排孔或双排孔)为三角形的底边,并把三角形内划成网格状,每个棱形方格内标明要表示的数字或字母。编码时,先选出标有所需字符的方格,然后将与该方格下面两条边的延长线相交的那两列孔洞轧口,该字符的编码工作就完成了。机器穿孔卡片 (以80列的规格为例) 有80列孔位, 每列又含12个孔洞(12,11,0~9),组合元多,编码容量大。既可采用直接编码法(如对数字编码),也可采用组合编码法(如对字母和标点符号编码)。每个字符占用一列孔位。具体编码规则可由使用者自定。
  检索方法  操作前准备好一定规格的穿孔卡片、待处理的情报资料和必要的工具 (如手工穿孔用的轧口钳、选卡箱,机器穿孔用的穿孔机、译孔机、验孔机、复孔机、选卡机、分卡机以及检索机等)。操作步骤分建档和检索两个阶段。建档阶段包括确定系统的任务、检索语言、编码方法,对情报资料进行编码(即通过在卡片上轧口或穿孔,把情报特征或数据转换成代码),然后将已编码的卡片按某种顺序(一般是随机排列,透光比孔卡除外)组织排列起来。检索阶段包括制定检索策略、选择检索词并加以编码,以及实施检索( 即按检索策略将探针插入卡片上的相应孔洞,通过抖动选出相关的卡片(图4);或借助检视元件启动传动装置或接通相应的电路,打开受卡盒门,将符合要求的卡片送入相应的受卡盒中。

穿孔卡片

  用途  穿孔卡片可应用于产品、材料、情报资料的管理和索引编排等方面。但亦有较大局限性,如信息存贮量小,代码容量有限,检索操作速度较慢,卡片易损坏等等。随着计算机在数据处理和情报检索中的成功应用,穿孔卡片已被磁性信息载体所取代,只有机器穿孔卡片仍作为计算机输入数据的一种手段继续使用着。

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