パンチカード

バジル・ブションは1725年に紙テープに穴を開けて織機を制御する方法を開発した。この設計は彼の助手ジャン＝バティスト・ファルコンとジャック・ヴォーカンソンによって改良された。^{[ 5 ]}これらの改良によって織られる模様は制御できるようになったが、それでも機構を操作する助手が必要だった。

1804年、ジョセフ・マリー・ジャカールは織機の操作を自動化する機構を実証した。複数のパンチカードが任意の長さのチェーンに連結され、各カードには開口（経糸を上げ下げする）と1回の通過のためのシャトルの選択に関する指示が記録されていた。^{[ 6 ]}

セミョン・コルサコフは、情報保存と検索のために情報学でパンチカードを最初に提案した人物として知られている。コルサコフは1832年9月に彼の新しい方法と機械を発表した。^{[ 7 ]}

チャールズ・バベッジは、計算機のストアの説明の中で、「特定の穴が開けられ、数字ホイールのセットに接続されたレバーの反対側に立っている数字カード」の使用を提案しました 。「カードを進めると、カードに穴がない反対側のレバーが押し込まれ、その数字とその符号が転送されます」^{[ 8 ]} 。彼が実際に作ったという証拠はありません。

1881年、ジュール・カルパンティエは、パンチカードを使用してハーモニウムの演奏を録音および再生する方法を開発しました。このシステムはメログラフ・レペティトゥールと呼ばれ、 「鍵盤で演奏された通常の音楽をジャカードの言語で書き留める」[9]、つまり一連のカードに穴を開けることで記録すると説明^されました。1887年までに、カルパンティエは、演奏者の鍵盤の押下を記録するメログラフと音楽を再生するメロトロープに機構を分離しました。 ^{[ 10 ] [ 11 ]}

1800 年代末、ハーマン ホレリスは、機械で読み取れる媒体にデータを記録する方法を考案し、1890 年の米国国勢調査のためにパンチ カード データ処理技術を開発しました。^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}これは、ジャカード織機の織り技術と鉄道のパンチ写真に部分的に触発されたものです。^{[ 17 ]パンチ写真は、車掌が}切符購入者の説明 (たとえば、背が低いか高いか、髪が黒いか明るいか) を切符にマークするための迅速な方法でした。^{[ 17 ]車掌はパンチ穴を「読み取る」ことで切符を販売した人物の基本的な説明を得ることができた}ため、切符の不正を減らすために使用されました。^{[ 17 ]}

ホレリスの集計機はパンチカードに保存されたデータを読み取り、集計し、政府機関や商業機関のデータ処理に利用され始めた。当初、これらの電気機械式機械は穴の数を数えるだけであったが、1920年代までには基本的な算術演算を実行する装置を備えるようになった。^{[ 18 ]： 124}

ホレリスは、1896年にタビュレーティング・マシン・カンパニーを設立しました。これは、1911年に株式買収によって合併して5番目の会社であるコンピューティング・タビュレーティング・レコーディング・カンパニー（CTR）を形成した4社のうちの1社であり、後に1924年にインターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション（IBM）に改名されました。パンチカード事業に参入した他の企業には、ザ・タブレーター・リミテッド（英国、1902年）、ドイチェ・ホレリス・マシーネン・ゲゼルシャフトmbH（デホマグ）（ドイツ、1911年）、パワーズ・アカウンティング・マシン・カンパニー（米国、1911年）、レミントン・ランド（米国、1927年）、HW エグリ・ブル（フランス、1931年）などがあります。^{[ 19 ]}これらの企業やその他の企業は、1950年代に電子計算機が開発された後も、さまざまなパンチカードと、パンチカードの作成、分類、集計のためのユニットレコードマシンを製造および販売しました。

IBMとレミントン・ランドはともに、パンチカードの購入を機械のリース契約に紐付けており、これは1914年の米国クレイトン反トラスト法に違反していた。1932年、米国政府はこの問題で両社を提訴した。レミントン・ランドはすぐに和解した。IBMは自社の事業をサービス提供と捉え、カードは機械の一部であると主張した。IBMは最高裁判所まで争ったが、1936年に敗訴した。最高裁は、IBMはカードの仕様を設定することしかできないと判決を下した。^{[ 20 ] [ 21 ]： 300-301}

「1937年までに 、IBMはニューヨーク州エンディコットで32台の印刷機を稼働させ、 毎日500万枚から1000万枚のパンチカードを印刷、裁断、積み重ねていた。」^{[ 22 ]}パンチカードは、米国政府の小切手^{[ 23 ]や貯蓄債券[ 24 ]}などの法的文書としても使用されていた。

第二次世界大戦中、連合国は枢軸国の通信を解読する取り組みの一部でパンチカード装置を使用しました。たとえば、オーストラリアの中央局を参照してください。イギリスのブレッチリー・パークでは、「週に約200 万枚のパンチカードが生産されており、この作戦の規模の大きさを示しています」^{[ 25 ]} 。ナチス・ドイツでは、さまざまな地域の国勢調査やその他の目的でパンチカードが使用されました^{[ 26 ] [ 27 ]}（IBMとホロコーストを参照）。

パンチカード技術は、ビジネスデータ処理のための強力なツールへと発展しました。1950年までに、パンチカードは産業界や政府機関で広く普及しました。「折り曲げたり、スピンドルしたり、破損させたりしないでください」という警告は、処理のために返送される小切手や公共料金の請求書などの書類として配布された一部のパンチカードに記載されており、第二次世界大戦後の時代のモットーとなりました。^{[ 28 ] [ 29 ]}

1956年^{[ 30 ]} 、 IBMは同意判決に署名し、その中でIBMは1962年までに米国におけるパンチカード製造能力の半分以下を保有することを義務付けた。IBMがパンチカードに関する条項を最も重要な点とみなしたこの判決にトーマス・ワトソン・ジュニアが署名したことで、トーマス・ワトソン・シニアから彼への権力移譲が完了した^{[ 21 ]}。

1950年代、Univac UNITYPERはデータ入力に磁気テープを導入しました。1960年代には、より高性能なコンピュータが利用可能になるにつれて、データ保存の主要な手段としてパンチカードは徐々に磁気テープに置き換えられました。Mohawk Data Sciencesは1965年に磁気テープエンコーダを導入し、キーパンチの代替として販売され、ある程度の成功を収めました。パンチカードは、1980年代半ばまでデータとコンピュータプログラムの両方を入力するために依然として一般的に使用されていましたが、低コストの磁気ディスクストレージと、より安価なミニコンピュータ上の手頃な価格の対話型端末の組み合わせにより、パンチカードはこれらの役割においても時代遅れになりました。^{[ 31 ] : 151}しかし、その影響は多くの標準規約とファイル形式を通じて生き続けています。パンチカードに取って代わった端末、たとえばIBM 3270は、既存のソフトウェアとの互換性のために、テキストモードで80列のテキストを表示しました。一部のプログラムは依然として80テキストカラムの慣例に従って動作しているが、新しいシステムでは可変幅フォントを使用したグラフィカルユーザーインターフェースが採用されているため、そうしたプログラムはますます少なくなっている。

ハーマン・ホレリスは1889年に電気機械式集計機に関する3つの特許を取得しました^{[ 39 ]}。これらの特許では、紙テープと長方形のカードの両方が記録媒体として使用可能であると記載されていました。 1月8日の米国特許第395,781号に示されているカードはテンプレートで印刷され、穴の位置は端近くに配置されていたため、鉄道の車掌のパンチで穴を開けることができ、中央は手書きの説明のために確保されていました。ホレリスはもともと、車掌が乗客の概略的な説明を記録できる鉄道切符から着想を得ていました^{[ 18 ] : 15} 

私は西部を旅行していたのですが、確かパンチ写真と呼ばれるものが付いた切符を持っていました 。車掌が 、髪の色が明るい、目の色が黒い、鼻が大きいなど、個人の特徴をパンチで打ち抜いていたのです。つまり、私は各人のパンチ写真だけを撮ったということです。

チケットパンチの使用が疲れる上にミスも多かったため、ホレリスはパンタグラフ式の「キーボードパンチ」を開発した。これはカードの拡大図が特徴で、穴を開ける位置を示していた。手動で読み取るカードの下には、印刷された読み取りボードを置くことができた。^{[ 35 ]： 43}

ホレリスは、さまざまなカードサイズを構想していた。1890年の米国国勢調査の集計システムについて彼が提案した記事の中で、ホレリスは、マニラ紙の3インチ×5インチ＋1/2（7.6×14.0cm）のカードが「通常の目的に十分対応できる」と示唆した。 [ 40 ] 1890年の国勢調査で使用^されたカードには、丸い穴、12行、24列があった。これらのカードの読み取りボードは、コロンビア大学のコンピューティング歴史サイトで見ることができる。^{[ 41 ]}ある時点で、3インチ＋1 / 4 × 7インチ＋3/8（83×187mm ）が標準的なカードサイズになった。これは、 1862年から1923年までの当時の紙幣の寸法である。^{[ 42 ]}この規模は、全国で配布される6000万枚のパンチカードのために、銀行タイプのストレージを利用できるようにするために必要だった。^{[ 41 ]}  

ホレリスのオリジナルのシステムでは、アプリケーションごとにアドホックなコーディングシステムを使用し、穴のグループに性別や婚姻状況などの特定の意味が割り当てられていました。彼の集計機には最大 40 個のカウンターがあり、それぞれに 100 分割されたダイヤルと 2 つの指示針がありました。1 つの指示針はカウント パルスごとに 1 単位進み、もう 1 つの指示針はもう 1 つのダイヤルが 1 回転するごとに 1 単位進みました。この構成により、最大 9,999 までカウントできました。特定の集計実行中、カウンターには特定の穴、またはリレー ロジックを使用して穴の組み合わせが割り当てられました。^{[ 40 ]}

後期の設計では、10行のカードが作られ、各行には0から9までの数字が割り当てられ、45列になりました。^{[ 43 ]} このカードは、集計機が単純に数を数えるカードの代わりに、複数桁の数字を記録するフィールドを提供し、集計機が合計できるようにしました。ホレリスの45列のパンチカードは、コムリーの「ブラウンの月の表へのホレリス集計機の適用」に図示されています。^{[ 44 ]}

1920年代後半になると、顧客はパンチカード1枚あたりにより多くのデータを保存したいと考えるようになった。1927年、^{[ 45 ]} IBMの責任者であるトーマス・J・ ワトソン・シニアは、トップ発明家であるクレア・D・レイクとJ・ロイデン・ピアースの2人に、パンチカードのサイズを大きくせずにデータ容量を増やす方法を独自に開発するよう依頼した。^{[ 46 ]}ピアースは丸い穴と45列を維持しつつ、各列により多くのデータを保存できるようにしたいと考えていた。レイクは長方形の穴を提案し、穴の間隔を狭くすることで、パンチカード1枚あたり80列を可能にし、従来のフォーマットの容量をほぼ2倍にすることを提案した。^{[ 47 ]}ワトソンは後者の解決策を選び、IBMカードとして発表した。その理由の一つは、既存のタビュレーター設計と互換性があったこと、特許で保護でき、会社に明確な優位性をもたらすことができたこと、^{[ 48 ]}そして「穴の機械的検出を使用している競合他社は変更するのが難しいだろう」という理由からであった。^{[ 45 ]}  

1928 年に導入されたIBM カード形式^{[ 49 ]}は、長方形の穴、80 列、10 行を備えていました。^{[ 50 ]}カードのサイズは7 + 3 ⁄ 8インチx 3 + 1 ⁄ 4インチ (187 x 83 mm)です。カードは厚さ0.007 インチ (180 μm)の滑らかな素材で作られています。1 インチあたり約 143 枚のカード ( 56 枚/cm) があります。1930 年に、IBM カード形式は長方形の穴、80 列、12 行を備え、カードの上部にアルファベット コード用の 2 行が追加されました。^{[ 45 ]} 1964 年に、IBM は角を四角から丸に変更しました。^{[ 51 ]}これらは通常 2,000 枚のカードが入った箱^{[ 52 ]}または連続用紙カードとして提供されます。連続用紙カードは、文書管理 (たとえば小切手) のために、事前に番号が付けられ、事前に穴が開けられている場合があります。^{[ 53 ]}  

当初ははい/いいえの質問への回答を記録するために設計されましたが、列とゾーンを使用することで、数値、アルファベット、特殊文字のサポートが追加されました。列の上位 3 つの位置はゾーンパンチ位置と呼ばれ、12 (最上位)、11、および 0 (0 はゾーンパンチまたは数字パンチのどちらでも使用できます) です。^{[ 54 ]} 10 進数データの場合、下位 10 位は数字パンチ位置と呼ばれ、0 (最上位) から 9 までです。^{[ 54 ]} 10 進数フィールドに算術記号を指定するには、フィールドの右端の列をゾーンパンチでオーバーパンチします。プラスの場合は 12、マイナス (CR) の場合は 11 です。ポンド スターリングの十進法導入前の通貨の場合、ペニー列は 0 から 11 までの値を表します。10 (最上位)、11、そして上記のように 0 から 9 までです。算術記号は、隣接するシリング列にパンチできます。^{[ 55 ] : 9}ゾーンパンチは、マスターカードを示すなど、処理において他の用途にも使用されていました。^{[ 56 ]}

図：^{[ 57 ]}

 _______________________________________________ / &-0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQR/STUVWXYZ 12| x xxxxxxxxx 11| x xxxxxxxxx 0| x xxxxxxxxx 1| xxxx 2| xxxx 3| xxxx 4| xxxx 5| xxxx 6| xxxx 7| xxxx 8| xxxx 9| xxxx |________________________________________________ 

注：11ゾーンと12ゾーンは、それぞれXゾーンとYゾーンとも呼ばれていました。

1931 年、IBM は大文字と特殊文字の導入を開始しました (Powers-Samas は 1921 年に最初の商用アルファベットパンチ カード表現を開発しました)。^{[ 58 ] [ 59 ] [ nb 1 ]} 26 文字には 2 つのパンチ (ゾーン [12、11、0] + 数字 [1–9]) があります。ドイツ語、スウェーデン語、デンマーク語、ノルウェー語、スペイン語、ポルトガル語、フィンランド語では最大 3 つの追加文字が必要ですが、ここではパンチは示されていません。^{[ 60 ] : 88–90}ほとんどの特殊文字には 2 つまたは 3 つのパンチ (ゾーン [12、11、0、またはなし] + 数字 [2–7] + 8) がありますが、いくつかの特殊文字は例外です。"&" は 12 のみ、"-" は 11 のみ、"/" は 0 + 1) です。スペース文字にはパンチがありません。^{[ 60 ] : 38}ゾーン [12, 11, 0] と数字 [0–9] の組み合わせによって列に表現される情報は、その列の使用法に依存します。たとえば、組み合わせ「12-1」は、アルファベット列では文字「A」、符号付き数字列ではプラス符号付き数字「1」、または「12」が他の用途で使用される列では符号なし数字「1」になります。1964年にEBCDICが導入され、最大 6 つのパンチ (ゾーン [12, 11, 0, 8, 9] + 数字 [1–7]) を持つ列が定義されました。IBM や他のメーカーは、さまざまな 80 列カード文字エンコーディングを使用しました。^{[ 61 ] [ 62 ]} 1969年の米国国家規格では、128文字分のパンチが定義され、ホレリスに敬意を表してホレリスパンチカードコード（しばしば単にホレリスカードコードと呼ばれる）と名付けられた。^{[ 60 ] : 7}

一部のコンピュータアプリケーションでは、バイナリ形式が使用されていました。バイナリ形式では、各穴が単一のバイナリ数字（または「ビット」）を表し、各列（または行）は単純なビットフィールドとして扱われ、穴のあらゆる組み合わせが許可されます。

例えば、IBM 701 ^{[ 63 ]}およびIBM 704 [ ^{64 ]では、} IBM 711を使用してカードのデータが行バイナリ形式でメモリに読み込まれました。カードの 12 行それぞれについて、80 列のうち 72 列が読み込まれ、残りの 8 列はスキップされ、2 つの36 ビットワードに読み込まれました。カード全体を格納するには 864 ビットが必要でした。コントロール パネルを使用して、読み取る 72 列を選択しました。ソフトウェアはこのデータを目的の形式に変換しました。ある慣習では、1 列目から 72 列目をデータに、73 列目から 80 列目をカードの連番に使用しました。これは、上の FORTRAN 用パンチ カードの図に示されています。このような番号付きカードは機械でソートできるため、デッキが落下した場合でも、ソート マシンを使用して元の順序に戻すことができました。この慣習は、80 列すべてのデータを読み取ることができるようになった後のシステムでも、FORTRAN で引き続き使用されました。

IBMのカードリーダー3504、3505、および多機能ユニット3525は、カードイメージとも呼ばれる列バイナリデータに異なるエンコード方式を使用しており、各列は6行（12-3と4-9）に分割され、2つの8ビットバイトにエンコードされ、各グループの穴は連続するバイトのビット2～7（MSb番号付け、ビット0と1は未使用）で表されます。カード全体を格納するには、160バイトの8ビット、つまり1280ビットが必要でした。^{[ 65 ]}

パンチカードを扱う人間の作業を支援するため、IBM  026、そして後に登場した029および129キーパンチ機は、80列それぞれの上に人間が読めるテキストを印刷することができた。

いたずらとして、パンチカードは可能なすべてのパンチ位置に穴が開いているように作られることがあった。このような「レースカード」は構造的な強度に欠け、機械の中で頻繁に歪んで詰まってしまうことがあった。^{[ 66 ]}

IBMの80桁パンチカード形式は業界を席巻し、他の企業もカードやそれを処理する機器を製造していたにもかかわらず、単にIBMカードとして知られるようになった。 ^{[ 67 ]}

最も一般的なパンチカードフォーマットの一つに、IBM  5081カードフォーマットがあります。これは、フィールド分割のない汎用レイアウトです。このフォーマットでは、80列それぞれの数字のパンチ位置に対応する数字が印刷されています。他のパンチカードメーカーも、同じレイアウトと番号のカードを製造していました。

長いカードには両端に折り目が入った切り取り線があり、それを切り取ると80桁のカードが残ります。切り取ったカードは「スタブカード」と呼ばれます。

80 列のカードは両端に折り目が付いており、切り離すと短いカードとスタブ カードの両方ができます。短いカードは他の IBM マシンで処理できます。 ^{[ 53 ] [ 68 ]}スタブ カードの一般的な長さは 51 列でした。スタブ カードは、タグ、ラベル、またはカーボン コピーが必要なアプリケーションで使用されました。^{[ 53 ]}

IBMアーカイブによると、IBMサプライ部門は1958年に、特殊な溝加工が施されたIBMパンチカードに手動で穴を開けるための高速かつ正確な手段としてPort-A-Punchを導入しました。ポケットに収まるように設計されたPort-A-Punchは、どこでもパンチカード文書を作成できるようにしました。この製品は、原資料の事前の手書きやタイピングが不要になるため、実地棚卸、作業指示書、統計調査などの「その場」での記録作業を目的としていました。^{[ 69 ]}

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  IBMポート・ア・パンチ
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  FORTRANのPort-A-Punchカード。コンパイラディレクティブ「SQUEEZE」により、入力データから交互に現れる空白列が削除されました。
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  ポータブルパンチ

1969年、IBMはIBM System/3ローエンドビジネスコンピュータとともに、より小型の丸穴96列カードフォーマットを導入しました。これらのカードには、紙テープ よりも小さい直径1mmの小さな円形の穴があります。データは6ビットBCD（32文字×3行）または8ビットEBCDICで格納されます。このフォーマットでは、最上段の各列は最下段の2つのパンチ行と組み合わされて8ビットバイトを形成し、中段はさらに2つのパンチ行と組み合わされるため、各カードには8ビット/バイトのバイナリコード化されたデータが64バイト含まれています。^{[ 70 ]} 80列カードと同様に、カードの最上部には読み取り可能なテキストが印刷されていました。また、印刷可能な4行目の32文字もありました。このフォーマットは広く使用されることはありませんでした。これはIBM専用だったが、System/3以外の機器ではサポートされておらず、System/3でもすぐに8インチフロッピーディスクを使用する1973年のIBM 3740データ入力システムに取って代わられた。

しかし、この方式は1978年に再利用され、IBMは自社のIBM 3624 ATMに印刷専用のレシートプリンターとしてこの機構を再利用した。

Powers/Remington Rand カードのフォーマットは、当初は Hollerith と同じで、45 列と丸穴でした。1930 年に、Remington Rand は45 列のそれぞれに 2 文字をコード化することで、1928 年の IBM の 80 列フォーマットを飛び越え、現在では一般的に 90 列カードと呼ばれるものを作成しました。^{[ 31 ] : 142}各カードには 6 行のセットが 2 つあります。各セットの行には、0、1/2、3/4、5/6、7/8、9 のラベルが付けられています。偶数ペアは、そのパンチと 9 パンチを組み合わせることによって形成されます。アルファベットと特殊文字は、3 つ以上のパンチを使用します。^{[ 71 ] [ 72 ]} 

英国のパワーズ・サマス社は、ユニットレコード機器に様々なカード形式を採用した。当初は45列、丸穴のカードを使用していた。その後、36列、40列、65列のカードが提供されるようになった。130列のカードも用意されており、これはカードを2行に分割し、各行に65列、各文字スペースに5つのパンチ位置を設けることで作成された。21列のカードはIBMのスタブカードに相当するものであった。^{[ 55 ]： 47-51} 

IBMのレイノルズ・B・ジョンソンによって開発されたマークセンス（電気式）カード^{[ 73 ]}には、特殊な電気式ペンでマークできる楕円形が印刷されている。カードには通常、在庫品目の名前や場所などの初期情報がパンチされる。在庫数量などの追加情報は、楕円形の中にマークされる。マークセンスカードを検出するオプションを備えたカードパンチは、対応する情報をカードにパンチすることができる。

アパーチャカードは、パンチカードの右側に切り抜き穴があります。この穴には、マイクロフォーム 画像が記録された35mmマイクロフィルムが挿入されます。アパーチャカードは、あらゆる工学分野の図面に使用されます。図面番号などの図面に関する情報は、通常、カードの残りの部分にパンチ穴で穴あけされ、印刷されます。

個別に処理されることを想定したパンチカードによく印刷される要求の一般的な例として、特に一般の人が使用して返却することを目的としたものには、「折り曲げたり、ねじったり、破損させたりしないでください」（英国では「曲げたり、ねじったり、折り曲げたり、破損させたりしないでください」）があります。^{[ 28 ] : 43–55}チャールズ A. フィリップスによって考案されたこの言葉は、^{[ 88 ]}第二次世界大戦後の時代のモットーとなり、 ^{[ 89 ]}広く嘲笑され、風刺されました。1960 年代のバークレーの学生の中には、「折り曲げたり、ねじったり、破損させたりしないでください。私は学生です」と書かれたバッジを着けている人もいました。^{[ 90 ]}少なくとも 1 つのパンチカード発行者は猶予を与えました。1966 年のコンピュータ ダンスのチケットには、学生に「このチケットは折り曲げても構いません」と書かれていました。このモットーは、初期のコンピューターデートサービスをテーマにしたドリス・マイルズ・ディズニーの1970年の著書^{[ 91 ]}や、その本を基にした1971年のテレビ映画、そして同様のタイトルの1967年のカナダの短編映画『折り曲げたり、ホチキスで留めたり、スピンドルしたり、破損させたりしないでください』にも使われています。