パンチテープ

パンチテープまたはミシン目付き紙テープは、小さな穴が開けられた長い紙片で構成されるデータ保存デバイスの一種です。パンチカードから開発され、その後パンチカードと併用されましたが、テープが連続している点が異なります。

パンチカードとパンチカードのチェーンは、18 世紀に織機の制御に使用されました。電信システムへの使用は 1842 年に始まりました。パンチテープは、19 世紀を通じて、そして 20 世紀の大半にわたって、プログラム可能な織機、テレプリンター通信、1950 年代と 1960 年代のコンピューターへの入力、そして後にはミニコンピューターとCNC 工作機械の記憶媒体として使用されました。第二次世界大戦中は、光学読み取り方法を使用する高速パンチテープシステムが暗号解読システムに使用されました。パンチテープは、読み取り専用メモリチップの製造のためのデータ送信に使用されました。

穴のあいた紙テープは、1725 年にバジル ブションが織機を制御するために初めて使用しました。しかし、紙テープは作成コストが高く、壊れやすく、修理が困難でした。1801 年までに、ジョセフ マリー ジャカードは、ジャカード織機用にパンチカードを連続して結んで紙テープを作成する機械を開発しました。その結果得られた紙テープは「カードのチェーン」とも呼ばれ、作成と修理の両方がより強く、より簡単になりました。これにより、個々のカードのストリームではなく、1 枚の「連続カード」(またはテープ) としてデータを通信するという概念が生まれました。パンチカードから作成された紙テープは、織機を制御するために 19 世紀を通じて広く使用されました。パンチカードと紙テープは 1990 年代に最終的に廃止されましたが、多くのプロの刺繍作業では、デザインと機械パターンを作成する個人を今でもパンチャーと呼んでいます。

1842年、クロード・セイトルによるフランスの特許には、穴の開いた紙のロールからデータを読み取るピアノ演奏装置が記載されていました。1900年までに、自動ピアノ用の幅広の穴の開いた楽譜ロールが、ポピュラー音楽を大衆市場に配信するために使用されました。

1846年、アレクサンダー・ベインはパンチテープを使って電報を送った。この技術は1857年にチャールズ・ホイートストンによって採用され、電信におけるデータの自動準備、保存、送信に使用されるホイートストンシステムとなった。^{[1] [2]}

1880年代、トルバート・ランストンはモノタイプ植字システムを発明した。これはキーボードと組版機から構成されていた。キーボードで穴を開けたテープは後に組版機によって読み取られ、最大31箇所の穴の組み合わせに応じて鉛活字が作成された。テープ読み取り機は圧縮空気を使用し、それが穴を通過して組版機の特定の機構に送られた。このシステムは1897年に商業的に使用され、途中でいくつかの変更が加えられながら、1970年代まで生産されていた。

21世紀では、パンチテープは趣味人の間では使われていません。コンピュータ数値制御（CNC）加工アプリケーションでは、紙テープはデジタルメモリに置き換えられましたが、一部の最新システムでは、保存されたCNCプログラムのサイズをフィートまたはメートルで測定しており、これはデータが実際に紙テープにパンチされた場合の同等の長さに対応しています。^[3]

データは、特定の場所の穴の有無で表されました。テープには、当初、テープの幅全体にデータ用の穴が 5 列ありました。後にテープの列数は増加しました。1944 年の電気機械式プログラム可能計算機、自動シーケンス制御計算機、またはハーバード マーク Iは、24 列の紙テープを使用していました。 ^[4] IBM選択シーケンス電子計算機 (SSEC) は、 74 列の紙テープを使用していました。^[5]オーストラリアの 1951 年の電子計算機、CSIRAC は、 12 列の3 インチ (76 mm) 幅の紙テープを使用していました。 ^[6]

テープの動きを同期させるために、小さなスプロケット穴の列が常に開けられていた。もともと、これはスプロケットホイールと呼ばれる放射状の歯を持つホイールを使用して行われていた。後に、光学式リーダーはタイミングパルスを生成するためにスプロケット穴を利用した。スプロケット穴はテープの片方の端にわずかに近づき、テープを不均等な幅に分割して、リーダー内でテープをどの方向に向けるかを明確にした。コードがデジタルシステムで数字として表されるとき、テープの狭い幅のビットは通常、最下位ビットであった。 ^[要出典]

初期の機械の多くは、リーダーとパンチ機構を潤滑するために、軽い機械油をあらかじめ含浸させた油を塗った紙テープを使用していました。油を塗った紙は通常、半透明で滑りやすくなり、余分な油は衣服や接触した表面に付着する可能性があります。その後の光テープリーダーでは、油を塗っていない不透明な紙テープが指定されることが多く、光学センサーに油性の破片が付着して読み取りエラーが発生する可能性が低くなりました。もう 1 つの革新は、ロール紙テープに比べてコンパクトに保管しやすく、絡まりにくいファンフォールド紙テープでした。

耐久性の高い用途や繰り返し使用する用途では、ポリエステルマイラーテープがよく使用されていました。この丈夫で耐久性のあるプラスチック フィルムは、通常、紙テープよりも薄いのですが、もともと紙媒体用に設計された多くのデバイスで使用できます。プラスチック テープは透明な場合もありますが、通常は高速光学リーダーで使用できるように不透明になるように アルミニウムでコーティングされています。

パンチング用のテープは通常0.00394インチ（0.100 mm）の厚さでした。最も一般的な2つの幅は、5ビットコードの場合は11⁄16インチ（ 17 mm）、6ビット以上のテープの場合は1インチ（25 mm）でした。穴の間隔は両方向とも0.1インチ（2.5 mm）でした。データ穴の直径は0.072インチ（1.8 mm）、スプロケットフィード穴は0.046インチ（1.2 mm）でした。^[7]

ほとんどのテープ穿孔装置は、テープに穴を開けるために円形の穴あけ機を使用していました。このプロセスにより、「チャド」、つまり小さな円形の紙片が作られました。チャドの廃棄管理は面倒で複雑な問題でした。小さな紙片は封じ込めから逃れ、テレプリンター装置の他の電気機械部品に干渉する傾向があったからです。油を塗った紙テープからのチャドは特に問題で、収集容器に自由に流れ込むのではなく、固まって蓄積する傾向がありました。

テープ パンチのバリエーションとして、チャドレス プリンティング リパーフォレータと呼ばれる装置があります。このマシンは、通常のページ プリンタと同様の印刷メカニズムを使用して、受信したテレプリンタ信号をテープにパンチし、同時にメッセージを印刷します。テープ パンチは、通常の丸い穴をパンチするのではなく、紙に小さな U 字型の切り込みをパンチするため、チャドは生成されません。ただし、この「穴」には小さな紙のトラップ ドアが取り付けられています。穴を完全にパンチしないことにより、紙の印刷はそのままで判読可能です。これにより、オペレータは穴を解読しなくてもテープを読み取ることができ、ネットワーク内の別のステーションにメッセージを中継しやすくなります。また、時々空にする必要がある「チャド ボックス」もありませんでした。

この技術の欠点は、チャドレス テープを一度穴あけすると、突き出た紙のフラップが次のテープ層に引っかかり、しっかりと巻き取れないため、保管時にうまく巻き取れないことです。また、後に光学感知を使用する高速リーダーでは、チャドレス テープを確実に読み取る方法がなかったという欠点も明らかになりました。ただし、ほとんどの標準速度機器で使用されている機械式テープ リーダーでは、紙のフラップを簡単に押しのける鈍いバネ仕掛けの機械式感知ピンで穴を感知するため、チャドレス テープでも問題はありませんでした。

テキストはいくつかの方法でエンコードされた。最も古い標準文字エンコードは19世紀に遡る5つの穴を持つBaudot であった。Baudotコードは、後にウェスタンユニオンコードに発展し、国際電信アルファベット第2号 (ITA 2) に発展したマレーコードや、アメリカテレタイプライターコード (USTTY) と呼ばれる変形などの修正された5穴コードに取って代わられた。[ 8 ^]テレタイプセッター(TTS)、FIELDATA、フレキソライターなどの他の標準には6つの穴があった。1960年代初頭、アメリカ規格協会はデータ処理用のユニバーサルコード開発プロジェクトを主導し、これがアメリカ標準情報交換コード(ASCII) となった。この7レベルのコードは、 AT&T ( Teletype )を含む一部のテレプリンターユーザーに採用された。Telexなどの他の企業は、以前のコードを使用し続けた。

パンチ テープは、テレタイプライターのメッセージを保存する方法として使用されました。オペレーターは、メッセージを紙テープに入力し、次にテープから最大回線速度でメッセージを送信しました。これにより、オペレーターは、オペレーターの最高の入力速度でメッセージを「オフライン」で準備し、送信前にエラーを修正することができました。経験豊富なオペレーターは、短時間であれば 135 ワード/分 (WPM) 以上でメッセージを準備できました。

この回線は通常 75 WPM で動作していましたが、連続的に動作していました。テープを「オフライン」で準備し、テープ リーダーでメッセージを送信することで、1 人のオペレーターによる連続的な「オンライン」入力に依存することなく、回線を連続的に動作させることができました。通常、1 本の 75 WPM 回線で、オフラインで作業する 3 人以上のテレタイプ オペレーターをサポートしていました。受信側でパンチされたテープを使用して、メッセージを別のステーションに中継することができました。これらの技術を使用して、大規模なストア アンド フォワードネットワークが開発されました。

紙テープは、最高毎秒1,000文字の速度でコンピュータに読み取られた。^[9] 1963年、デンマークのRegnecentralen社は、毎秒2,000文字の読み取りが可能なRC 2000という紙テープリーダーを発表した。後に同社は速度をさらに上げ、毎秒2,500文字の読み取りを可能にした。第二次世界大戦の頃には、連合国の暗号解読者が使用したヒース・ロビンソンのテープリーダーは毎秒2,000文字の読み取りが可能であり、一方コロッサスはアーノルド・リンチが設計した光テープリーダーを使用して毎秒5,000文字の読み取りが可能であった。

最初のミニコンピュータがリリースされたとき、ほとんどのメーカーは、キーボード入力とプリンタ出力の低コストなソリューションとして、既存の大量生産されたASCII テレプリンタ(主にTeletype Model 33、1秒あたり 10 ASCII 文字のスループットが可能) に目を向けました。一般的に指定された Model 33 ASR には、紙テープのパンチ/リーダーが含まれていました。ASR は「自動送信/受信」の略で、パンチレス/リーダーレスの KSR (キーボード送信/受信)および RO (受信のみ) モデルとは対照的です。副次的な効果として、パンチ テープは低コストのミニコンピュータのデータとプログラムを保存する一般的な媒体となり、ほとんどのミニコンピュータのインストールで、便利なプログラムが入ったテープがいくつか見つかるのが一般的でした。より高速な光学式リーダーも一般的でした。

これらのミニコンピュータとの間のバイナリ データの転送は、パンチとリーダーの比較的高いエラー率を補うために、二重エンコード技術を使用して行われることが多かった。低レベルのエンコードは通常 ASCII であり、さらにエンコードされてIntel Hexなどのさまざまな方式でフレーム化され、バイナリ値 "01011010" は ASCII 文字 "5A" で表されます。フレーミング、アドレス指定、およびチェックサム(主に ASCII 16 進文字) 情報は、エラー検出に役立ちます。このようなエンコード方式の効率は、35 ～ 40% 程度です (たとえば、フレームごとに 16バイトのバイナリ データを表すのに 44 個の 8 ビット ASCII 文字が必要なので、36%)。

1970 年代には、コンピュータ支援製造装置では紙テープがよく使用されていました。紙テープ リーダーはホレリス カードや磁気テープリーダーよりも小型で安価であり、製造環境においてメディアの信頼性も十分にありました。紙テープは、たとえば コンピュータ制御のワイヤ ラップマシンにとって重要なストレージ メディアでした。

頻繁に使用される制作テープがより長持ちするように、 最高級の黒のワックスがけされた潤滑剤入り長繊維紙とマイラーフィルムテープが開発されました。

1970年代から1980年代初頭にかけて、紙テープは、マスクプログラマブル読み取り専用メモリ（ROM）チップまたはその消去可能な対応物であるEPROMに組み込むためのバイナリデータを転送するために一般的に使用されていました。コンピュータとROM / EPROMのデータ転送で使用するために、非常に多様なエンコード形式が開発されました。^[10]一般的に使用されるエンコード形式は、主にEPROMプログラミングデバイスがサポートする形式によって決まり、さまざまなASCII 16進数のバリアントといくつかの独自の形式が含まれていました。

より原始的で、より長い高レベルのエンコード方式であるBNPF（Begin-Negative-Positive-Finish）^{[11] [12]も使用されました。これは}BPNF（Begin-Positive-Negative-Finish）^[13]とも表記されます。BNPFエンコードでは、1バイト（8ビット）が、大文字のASCII「B」1文字で始まり、8つのASCII文字（「0」は「N」で、「1」は「P」で表され、最後にASCII「F」が続きます。^{[11] [13] [12]}これらの10文字のASCIIシーケンスは、1つ以上の空白文字で区切られており、したがって、格納されるバイトごとに少なくとも11個のASCII文字が使用されています（9%の効率）。ASCII「N」と「P」文字は4ビットの位置が異なり、シングルパンチエラーに対する優れた保護を提供します。 BHLF（Begin-High-Low-Finish）とB10F（Begin-One-Zero-Finish）と呼ばれる代替方式も利用可能であり、データビットを表すために「L」と「H」または「0」と「1」のいずれかも利用可能であったが、^[14]これらのエンコード方式の両方で、2つのデータを含むASCII文字は1ビットの位置のみが異なるため、シングルパンチエラーの検出が非常に不十分であった。

オハイオ州デイトンのNCR は、1970 年頃に紙テープに穴を開けるキャッシュ レジスタを製造しました。Swedaも同時期に同様のキャッシュ レジスタを製造しました。テープはコンピューターに読み込まれ、販売情報をまとめるだけでなく、料金取引の請求書を作成することもできます。テープは在庫追跡、販売された商品の部門番号やクラス番号の記録にも使用されました。

新聞業界では、1970 年代半ば以降まで、穴あけ紙テープが使用されていました。新聞は通常、ライノタイプ機などの装置によって鉛活字に組まれていました。通信社が紙テープに穴を開ける装置を導入したことで、ライノタイプのオペレーターが送られてくる記事をすべて再入力する必要がなくなり、紙テープをライノタイプの紙テープ リーダーに挿入すれば、オペレーターが記事を再入力しなくても鉛活字が作成されました。これにより、新聞社はFriden Flexowriterなどの装置を使用して、テープ経由で活字を鉛活字に変換できるようになりました。ライノタイプと鉛活字植字が廃止された後も、初期の写真植字装置の多くは紙テープ リーダーを利用していました。

6 レベル テープ上の 1 つの位置でエラーが見つかった場合、その文字はヌル文字に変換され、残りのパンチされていない位置を「チキン プラッカー」と呼ばれるものでパンチしてスキップできます。これはイチゴの茎取り器のように見え、親指と人差し指で押すと、一度に 1 つの穴ずつ残りの位置をパンチできます。

バーナム暗号は1917年に発明され、紙テープに保存された鍵を使用してテレタイプ通信を暗号化する。20世紀の最後の3分の1の間、国家安全保障局（NSA）は暗号鍵を配布するために穴あき紙テープを使用していた。8レベルの紙テープは厳格な会計管理の下で配布され、新しい鍵が必要な各セキュリティデバイスに一時的に接続された手持ち式のKOI-18などの充填装置によって読み取られた。NSAはこの方法をより安全な電子鍵管理システム（ EKMS ）に置き換えようとしてきたが、2016年時点では紙テープがまだ使用されているようである。^[15]紙テープキャニスターは改ざん防止容器で、気付かれずに内容物が変更されるのを防ぐ機能を備えている。 ^{[アップデート]}

中性紙やマイラーテープは製造後何十年も読み取ることができますが、磁気テープは時間の経過とともに劣化し、読めなくなります。必要に応じて、パンチテープの穴のパターンを目で解読することができ、手動で切断してつなぎ合わせることでテープを編集することもできます。磁気テープとは異なり、電気モーターによって生成される磁場はパンチデータを変更できません。^[16]暗号化アプリケーションでは、キーを配布するために使用されるパンチテープは、燃やすことで迅速かつ完全に破壊できるため、キーが敵の手に渡るのを防ぐことができます。

紙テープのパンチ操作の信頼性が懸念事項であったため、重要な用途では、パンチ後に新しいパンチテープを読み取り、正しい内容を確認できました。テープを巻き戻すには、テープが破れたり絡まったりしないように、巻き取りリールまたはその他の手段が必要でした。^[要出典]一部の用途では、「ファンフォールド」テープは、テープが「巻き取りタンク」に再び折りたたまれて再読み取りの準備ができるため、取り扱いが簡単になりました。パンチテープの情報密度は磁気テープに比べて低いため、パンチテープ形式では大きなデータセットの取り扱いが困難でした。

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  1943 年のColossus暗号解読機は、データを保持するために紙テープを使用していました (レプリカを表示)
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  この1959年のIBM 1620は、データとプログラムを保存するために紙テープを使用していました。
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  1960 年の米国国勢調査でUNIVAC 1105とともに使用されたテープ リーダー
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  大容量産業用テープリーダー
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  この1960年代初期のMonrobot XIコンピュータは、オフラインデータストレージに2つの紙テープリーダー/パンチを使用していました。
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  PDP-1ミニコンピュータ上の折り畳み式紙テープ リーダー(1960 年代)
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  ワードプロセッサ用紙テープリーダー、 1970年頃
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  1970 年代初頭、大型のIBM 1130システムはまだ紙テープを扱っていました (コンソールの左側)
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  1974年の8穴テープ
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  この1970年代のDEC高速ファンフォールドリーダー/パンチは光学センサーを使用していました
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  IBM 1403ライン プリンタの用紙位置を制御する紙テープ ループ(1959-1983)
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  1970年代後半、米国国家安全保障局が秘密コードの配布に使用した頑丈なテープパンチ
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  ノボシビルスクのファサードモザイクの要素としてのパンチテープ

• ビットバケット
• ブックミュージック
• フリーデン フレキソライター
• キーパンチ
• テープライブラリ
• ジガルスキーシート

ウィキメディア・コモンズには、パンチテープに関連するメディアがあります。

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• 「パンチテープ上のデータ交換に関する ECMA 標準」。欧州コンピュータ製造業者協会。1965 年 11 月。ECMA-10。2011 年 9 月 27 日にオリジナルからアーカイブ。2003年 7 月 10 日に取得。
• 紙テープについて言及した歌
• 各種パンチメディア
• オリンピア フレキソライター
• 2つの紙テープコードシステム、BaudotコードとILLIACコンピュータで使用されるシステムの詳細な説明
• 実用紙テープパンチ/リーダー GNT 3601、Musée Bolo、YouTube