キーパンチ

キーパンチとは、人間のオペレーターがキーを打つことによって特定位置に、硬い紙カードに正確に穴を開ける装置です。同じ機能を持つ他の装置としては、ギャング パンチ、パンタグラフ パンチ、スタンプなどがあります。この用語は、人間がデータをパンチ テープメディアに転記するために使用する同様の機械にも使用されました。

ジャカード織機では、パンチカードを組み合わせて「チェーン」と呼ばれる紙テープを作り、織機が読み取ることで動作を指示するプログラムが含まれていました。 ^[1]

ホレリス マシンやその他のユニット レコード マシンの場合、結果として得られるパンチ カードには、それらのマシンで処理されるデータが含まれていました。パンチ カード入出力デバイスを備えたコンピューターの場合、結果として得られるパンチ カードには、コンピューターの動作を指示するデータまたはプログラムが含まれていました。

初期のホレリス キーパンチは手動の装置でした。後のキーパンチは、1 つのユニットに複数の機能を組み合わせた電気機械装置でした。これらは、タイプライターのキーボードに似た小さな机に似ており、空白カード用のホッパーとパンチ カード用のスタッカーが装備されていました。一部のキーパンチ モデルでは、列の上部に、その列にパンチされた穴で表される文字を印刷できました。キーパンチによって打ち抜かれた小さなピースは、チャド ボックス^{[2] [3]}または ( IBMでは)チップ ボックス、またはビット バケットに収まりました。

多くのデータ処理アプリケーションでは、パンチカードは、まったく同じデータをもう一度入力して、2回目の入力とパンチされたデータが同じかどうかを確認することによって検証されていました（2パス検証として知られています）。キーパンチオペレーター（通常は女性）の需要が高く、^[4]キーパンチと検証機でフルタイムで働く人が多く、多くの場合、数十または数百人のオペレーター全員がデータ入力を行う大規模なキーパンチ部門で働いていました。

1950年代にレミントン・ランド社は、UNIVACシステム用の磁気テープへのデータ直接入力を可能にするUNITYPERを発表しました。その後、モホーク・データ・サイエンシズ社は1965年に改良された磁気テープ・エンコーダーを製造し、キーパンチの代替品としてある程度成功を収めました。マイクロプロセッサと安価なコンピュータ端末の登場により、インフォレックスやパーテックなどの中小企業がテープへのキー入力やディスクへのキー入力のシステムをさらに開発しました。^[5]

キーパンチとパンチカードは、1970 年代までデータとプログラムの入力に広く使用されていましたが、入力パラダイムの変化と安価な CRTコンピュータ端末の登場により、急速に時代遅れになりました。パンチカードをテープまたはディスクに転送する手順がなくなると (カード自体のコストを節約できるという利点もあります)、入力プロセス中のチェックと修正が改善されました。ビデオ ディスプレイ端末、対話型タイムシェアリング システム、そして後にはパーソナル コンピュータの開発により、データやプログラムの作成者が、キーパンチ オペレータが入力するフォームに書き込むのではなく、直接入力できるようになりました。

ジャカードカードは、パンチではなく、スタンプまたはカットされたと言われている。最初のジャカード カードは、ガイド プレートを使用して手作業でスタンプされた。改良された方法では、カードを 2 枚の穴あき金属プレートの間に置き、ヒンジで留め、希望のパターンに合わせてパンチを挿入し、その後、組み立てたカードをプレス機に通してカードをカットする。これらの基本的に手作業のプロセスは、後に機械に置き換えられた。キーボードで操作され、ユニット レコードのキーパンチに機能的に匹敵する、キーにちなんで「ピアノ マシン」と呼ばれるものが最も一般的になった。^[1]

1890年代にハーマン・ホレリスが開発した最初のカードパンチ装置は、直径3/16インチの丸い穴をあける普通のチケットパンチでした。^[8]このようなパンチは、使用する穴をカードの端の近くに配置することで使いやすくなりました。ホレリスはすぐに、より正確で使いやすいキーボードパンチを開発しました。パンタグラフを使用してパンチ機構をガイドポインターにリンクし、オペレーターが12×20のマトリックスの適切なマークの上に置き、20列のうちの1つの正しい穴に手動パンチを合わせます。^[9]

1901年、ホレリス社は、オペレーターが12個のキーのうちの1つを押して穴を開けると、カードが自動的に次の列に進む機構の特許を取得しました^{[10] 。この第1世代のタイプ001キーパンチ[11]は、} 45列と丸い穴を使用していました。1923年、タビュレーティングマシン社は、最初の電動キーパンチであるタイプ011電動キーパンチ^[12]を発表しました。これは、各キーが電気接点を閉じ、ソレノイドを作動させて穴を開ける、似たようなデバイスです。80列のパンチカード形式は、1928年に発表されました^[13]。 その後のホレリスのキーパンチには、タイプ016モーター駆動電動複製キーパンチ^{[14] [15]}（1929年）、タイプ31アルファベット複製パンチ^[16]（1933年）、タイプ32アルファベット印刷パンチ^[17]（1933年）などがあります。

「アルファベット複写キーパンチは、アルファベット情報を集計カードに記録し、完全な単語や名前を数値データとともにアルファベット会計機で印刷できるようにしました。タイプ31アルファベット複写パンチ^[16]は1933年にIBMによって導入され、0.65秒で1枚のカードを自動的に排出し、次のカードを供給しました。これらのマシンには、アルファベットと数字のキーボードが別々に装備されていました。アルファベットキーボードは、シフト、タブ、バックスペース、文字キーがなくなり、スキップ、リリース、スタッカー、および「1」キーが提供された以外は、従来の手動タイプライター^[17]に似ていました。」– IBMアーカイブ^[18]

IBM のキーパンチと検証機のほとんどは、キーボードに共通の電気/機械設計を使用して、機械的なキーストロークをエンコードしています。キーが押されると、キーステムのリンクがキーボード アセンブリの上部にある対応するベイルのセットをトリップします。ベイルは次に (閉じた) 接点を形成して、文字を電気的にエンコードします。マシンによって各キーストロークが検出されると、フィードバック回路がベイル付きの 1 組の磁石に電力を供給し、キーステムを機械的に復元し、ベイルをリセットして電気的エンコードを実行し、操作者にアクション完了の「感触」と音を伝えます。各マシンは、キーボード内のベイル コンタクトの摩耗、汚れ、クリアランスの量、およびベース マシンの要因などのいくつかの変数に基づいて、独自の「感触」を生み出す傾向がありました。ただし、キーボードには、復元ベイル コンタクトとエンコード ベイル コンタクトのコンタクトを正しく調整する以外に、「感触」を調整する手段はありませんでした。シフト、リリース、複製などの特殊機能キーには、ステムの下に電気接点のみがあり、エンコード用のベイル アセンブリへの機械的なリンクはありませんでした。

024、026、029 などの IBMキーパンチは、タブ移動や前のカードからのフィールドの自動複製など、さまざまな機能を制御するプログラム カードを搭載できるようにしました。後期の 129 では、電子回路カードを使用して、キーパンチ オペレーターが作成した簡単なプログラムを保存しました。

IBM 024 カード パンチと IBM 026 印刷カード パンチ^[19] は 1949 年に発表されました。印刷機構を除いて、これらはほぼ同一でした。024 と 026 キーパンチの心臓部は、カード列ごとに 1 つずつ、それぞれ比較的高出力のアクチュエータを備えた 12 個の精密パンチのセットでした。パンチ カードは一度に 1 列ずつパンチに渡され、適切なパンチが作動して穴が開けられ、列がパンチされるときに独特の「チャンク、チャンク」という音がしました。どちらのマシンも、51、60、66、80 列のカードを処理できました。^[20]

026は各列の上にパンチ文字を印刷することができた。1964年までに、文字セットがわずかに異なる10のバージョンがあった。科学バージョンでは、商用文字セットではあまり使用されない4つの文字の代わりに、括弧、等号、プラス記号が印刷された。^[21]

ロジックはダイオード、25L6 真空管、リレーで構成されていました。真空管回路は 150VDC を使用しましたが、この電圧はパンチ クラッチ マグネットの動作にのみ使用されました^{[説明が必要]}。他のほとんどの回路は 48VDC を使用しました。

文字は 5 × 7ドット マトリックスワイヤ アレイを使用して印刷されました。文字の形状を導出するデバイスは、1960 個のピン (35 ピン x 56 印刷可能文字) 用のスペースがある「コード プレート」と呼ばれる金属プレートでした。特定の文字でドットが印刷されない場合は、ピンが機械加工されました。プレートを正しく配置して印刷ワイヤ アレイの一方の端に押し付けると、正しいワイヤだけがリボンに押し付けられ、次にパンチ カードに押し付けられました。(このプリンタ メカニズムは、IBM カスタマー エンジニアによって一般に修理が難しいと考えられていました。最も一般的な問題の 1 つは、コード プレートとリボンの間のきつく曲がった細いチューブ内でワイヤが破損することでした。破片を取り出し、35 本のワイヤの束を交換するのは非常に面倒でした)。ユーザーが標準以外のパンチ パターンを使用して「バイナリ」カードを複製しようとすると、印刷メカニズムが損傷する傾向がありました。これにより、コード プレートの位置決めメカニズムがプレートを意図された動作範囲を超えて移動させようとし、損傷が発生する場合があります。多くの人が想定したように、印刷をオフにしても実際には損傷を防ぐことはできませんでした。コード プレート機構がパンチ ユニットと噛み合ったままになり、コード プレートがずれたためです。印刷をオフにすると、印刷ピンがリボンとカードに押し付けられるのを抑えるだけでした。

1930年代から1940年代にかけて鉄道客車のデザインも手がけた「流線型」モチーフの工業デザイナー、レイモンド・ローウィは、IBMの026/024カードパンチの外観デザインを手がけ、受賞歴もある。その重厚なスチール構造と丸みを帯びた角^[22]は、まさに工業用アールデコ様式を反映している。

IBM 056 は、024 カード パンチおよび 026 印刷カード パンチの検証機でした。検証機は、マシン カバーの中央下部に赤いエラー レンズがあることを除けば、026 キーパンチと似ています。検証機のオペレーターは、キーパンチ オペレーターとまったく同じデータを入力し、検証機はパンチされたデータが一致するかどうかを確認します。検証に成功したカードには、右端に小さな切り込みがパンチされていました。

IBM 056 検証機は、パンチ ユニットとプリント ヘッドを除いて、024/026 キーパンチと同じ機械的および電気的コンポーネントをほとんど使用していました。パンチ ユニットには、パンチの代わりに感知ピンがありました。感知された穴または感知されなかった穴は、検証機のオペレーターが入力した構成と異なる場合に接触ベイルを作動させます。これにより、カードの前進が停止し、マシン カバーに赤いエラー ライトが表示されます。ノッチング メカニズムは、026 印刷キーパンチの印刷メカニズムが占める領域に配置されていました。ノッチング メカニズムを駆動するソレノイドと、トップ ノッチ パンチまたはカードの端のパンチを選択するソレノイドがありました。

検証するデータを入力しているオペレータがエラーに遭遇した場合、オペレータは 2 回目と 3 回目の試行で、フィールドにあるはずのデータを再入力することができました。3 回目の試行が間違っていた場合、エラーのある列のカード上部にエラー ノッチが付けられ、カードの端にある「OK」パンチは無効になりました。検証オペレータがキーパンチ オペレータと同じくらいエラーを犯す可能性があったため、カード上のデータは実際には正しい可能性があります。ただし、3 回の試行では、オペレータが同じエラーを繰り返す可能性は低くなります。検証オペレータの中には、前のキーパンチ オペレータがカードに作成したエラーを推測できたものもおり、検証手順の目的に反していました。そのため、一部のマシンは 1 回の入力のみを許可し、2 回目の試行でエラー ノッチを付けるように変更されました。^{[説明が必要]}

エラー ノッチのあるカードは、通常、エラーのある列まで「複製」し、正しいデータを入力するという方法で再度パンチされます (024 または 026 を使用)。複製機能は、カードをパンチせずにパンチ ステーションに通すことで実現されます。次のステーションでは、感知ピンが元のカードにある穴を読み取り、データをパンチ ステーションに転送して空白のカードに書き込みます。エラーのある列は、複製されるのではなく、修正されます。修正されたカードは、再度データをチェックして「OK ノッチ」として検証されます。

選択したテキストを入力してパンチ穴を開けることができるカードパンチとタイプライターの最初の組み合わせは、1925年にパワーズ社によって開発されました。^[23] IBM 824タイプライターカードパンチは、IBM 024のキーボードをIBM電気タイプライターに置き換えたものでした。^[24] 同様に、IBM 826はIBM 026キーパンチを使用していました。^[25]

1964 年にSystem/360で導入された029 には、括弧、等号、プラス記号などの新しい文字コードや、 EBCDICコードで使用されるその他の新しい記号が含まれていました。IBM 029 は機械的には IBM 026 に似ており、026 と同じ種類のメカニズムを使用してカードの上部にパンチ文字を印刷しましたが、EBCDIC の文字セットが大きいため、2240 個の印刷ピン サイトを備えたより大きなコード プレートを使用しました。

029 のロジックは、後期モデルではワイヤー コンタクト リレー、初期モデルではSMS カード上のリード リレーとダイオードで構成されていました。最初に使用された「高度な」リード リレーは予想よりも信頼性が低いことが判明したため、IBM は旧式のワイヤー コンタクト リレー ベースの設計に戻りました。すべて 48 ボルトの DC で動作し、024/026 で使用されていた真空管は必要ありませんでした。(追加料金で) 共通で追加された機能は、先頭のゼロ機能 (「左ゼロ」と呼ばれます) でした。これは、追加の 4 枚の SMS カード セットによって実現されました。フィールドは、プログラム カードを使用して先頭のゼロ用にプログラムされました。フィールドが (たとえば) 6 桁の場合、オペレーターは実際の値 (たとえば 73) を入力するだけで済みます。この機能は、先頭の 4 つのゼロに続いて 73 を入力することでフィールドを埋め、実質的にフィールドを右揃えにします (つまり、000073)。

IBM 5924 キーパンチは、IBM が 1971 年に発表したIBM 漢字システムで特別なキーボードが取り付けられた 029 モデル T01 であり、キーパンチ オペレーターの左手は 15 個のシフト キーの 1 つを選択し、右手はそのシフト用の 240 個の漢字の 1 つを選択します。これにより、通常 10,000 文字を超える大規模な文字セットを使用する中国語、日本語、韓国語のコンピュータ処理が導入されました。

IBM 059 は、IBM 029 カード パンチの検証機です。設計上、以前の 056 検証機とは根本的に異なり、機械的な感知ピンの代わりにカードの穴を光学的に感知します。これにより、059 は 056 (024 キーパンチよりも音がうるさいことが多かった) よりもずっと静かになりました。光学センサーは単一の光源を使用し、光ファイバー ライトパイプを介してマシン内のさまざまな場所に分散されました。テクノロジにもかかわらず、基本的な動作モードは 056 と基本的に同じままでした。

皮肉なことに、すべての検証オペレータがノイズ低減を喜んだわけではありません。029 キーパンチ マシンも設置された部屋で使用した場合、検証オペレータは、古い 056 が発する大きな「ドン」という音による聴覚フィードバックを聞き逃すことがありました。一部のオペレータは、キーを強く打つことでこれを補うことが知られており、キーボード部品が実際に摩耗することもありました。

1971 年にSystem/370とともに導入されたIBM 129 は、パンチング、検証、および一部のコンピューターの補助的なオンライン 80 列カード リーダー/パンチとして使用できました。キーボード コンソールのスイッチで、パンチ モードと検証モードを切り替えることができました。

トランジスタ化された IBM 129 カード データ レコーダーが他の IBM キーパンチよりも優れている点は、カード イメージを保持するための電子 80 列バッファーを備えていることです。以前の IBM キーパンチでは、キーストローク エラーが発生すると、リリース キーとレジスタ キーを押してカードを取り出す必要がありました。エラーを修正するには、エラー列に達するまで複製キーを押してから、そのカードの残りの正しいデータを入力し、リリース キーを押して、出力カード スタッカーから不良カードを手動で取り除いてからデッキに配置していました (これには多少の練習が必要でしたが、すぐに自動操作になり、考える必要がなくなりました)。129 では、キーストローク エラーはBackspaceキーを押して消去し、再度キー入力できます。リリース キーが押されると、80 列のカード全体が、メカニズムが可能な限り高速で自動的にパンチされました。

ロジックは、スイングアウト式のワイヤーラップバックプレーン上の SLTモジュールにありました。

129 の 2 番目の利点は、キー入力時に各列をパンチすることによってキー入力操作の速度が制限されないことです。

129 は、ロータリー スイッチで選択可能な 6 つのプログラムをメモリに保存できます。以前のキーパンチ マシンとは異なり、プログラム カードは通常のカード フィード パスを介してメモリに読み込まれ、「プログラム ドラム」に巻き付けられていませんでした。

129 は電子メモリを使用しているため、1 枚のカードから次のカードにデータを複製するためのピン センス ユニットを備えた独立した「読み取りステーション」がありませんでした。代わりに、複製は前のカードの保存されたイメージに基づいて行われました。また、パンチ ステーションに統合された光学読み取りユニットを介してカードを「読み込む」こともできました。

IBM 024、026、029キーパンチと、その付属の検証装置である056と059は、プログラムカード^[26]（ドラムカードとも呼ばれる）を使用して、限られた範囲でプログラムすることができた。キーパンチまたは検証装置は、各フィールドの先頭に自動的に進む、フィールド内の特定の文字タイプをデフォルトにする、前のカードからフィールドを複製する、などするようにプログラムすることができた。プログラムカードは、以前のキーパンチで使用されていたスキップバーの改良版であった。^[27]

プログラムはパンチカードにエンコードされており、どのキーパンチでも作成可能でした (プログラムカードが装着されていなくてもキーパンチは作動しました)。プログラムカードはプログラムドラムに巻き付けられ、所定の位置に固定されていました。パンチされているカードがパンチ機構を通過すると、ドラムが回転しました。プログラムカードの穴はスターホイールの配列によって感知され、プログラムカードの穴がスターホイールの下を通過するとレバーが上下し、電気接点が作動しました。プログラムは上部の 6 行 [12、11、0、1、2、3] にエンコードされていました。オプションの2 番目のプログラム機能がインストールされている場合は、別のプログラムを下部の 6 行 [4、5、6、7、8、9] にエンコードできます。スイッチを使用して、オペレーターが使用するプログラムを選択できます。キーパンチの中央カバーをオペレーターの方に傾けて開き、ロックレバーを解除すると、プログラムドラムを取り外して交換できます。

プログラム カードには、次のように機能を制御する文字が刻印されていました。

FORTRAN、RPG、IBMアセンブラなどの多くのプログラミング言語では、1、10、16、36、72 などの特定のカード列に操作をコード化します。このようなセットアップのプログラム カードは、次のようにコード化されます。

1....10....20....30....40....50.... ...60....70....80
1ああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああああ &&&&&&&

この例では、キーパンチ オペレーターがカードの先頭に数文字入力し、スキップ キーを押すと、キーパンチは列 10 にタブ移動します。空白のプログラム コードの後に​​「フィールド定義」(12) (プログラム 2 の場合は (4)) が続くと、「数値シフト」フィールドが定義されます。上記の例では、プログラムで列 72 ～ 80 が数値シフト フィールドとして定義されています。実際には、この定義は、列 72 に「継続文字」として特殊記号をパンチするために使用される可能性が高く、その後、列 73 ～ 80 にカード シーケンス番号をパンチするか、それ以上入力する必要がない場合はその時点でカードをリリースすることができます。

注: 「フィールド定義」(12) と「アルファベットシフト」(1) はAとして印刷されます。

プログラム 2 コードがパンチされた場合、プリンタが印刷方法を知らない無効な文字が生成され、プリンタが損傷する可能性もあります。

プログラム カードは、トランプの各カードに定数フィールドを挿入する「ギャング パンチ」などの特定のタスクを自動化できます。娯楽として、プログラム カードは、リズミカルなパターンで「ノイズの多い」文字 (多くの穴で表される文字、通常は特殊文字) と「静かな」数字や文字をギャング パンチして音楽を再生するように設定することもできます。

1969年、IBMは新しい小型の96列パンチカードを搭載した低価格ビジネスコンピュータのSystem/3ファミリーを発表しました。^[28] 印刷および検証機能を備えたキーパンチであるIBM 5496データレコーダーとIBM 5486カードソーターは、これらの96列カード用に作られました。

1906年頃から、アメリカ合衆国国勢調査局の職員であったジェームズ・パワーズが、国勢調査アプリケーション専用で240個のキーを持つパワーズ・キーパンチを開発した。 ^{[29] [30]} 1911年、パワーズはパワーズ・アカウンティング・マシン・カンパニーを設立した。この会社は1927年にレミントン・ランドに買収された。 ^[31] レミントン・ランドのUNIVAC部門は、90列カード用のキーパンチとIBMの80列カード用の同様の機械を製造した。同社の90列キーパンチは、IBMの特許問題を回避するためにレミントン・ランドが開発した機械システムを採用していた（エッカート・モークリー・コンピュータ・コーポレーションが買収されるずっと前）。UNIVACキーパンチはカード全体の文字列を格納し、1回の通過ですべての穴をあけるため、間違いがあった場合にカードを無駄にすることなく訂正することができた。

レミントンランドのキーパンチには、UNIVACカードコードパンチタイプ306-5、90桁アルファベット（タイプ306-2、306-3）、90桁数字（タイプ204-2、204-3）、ポータブル電動パンチタイプ202、スポットパンチタイプ301、自動検証機タイプ313が含まれていました。^[32]

タイプ306-2は検証機能を備えており、カードはキーパンチに再度通され、再度キー入力される。同じカードを同じ順序で検証パンチすると、正しい情報を示すミシン目が長くなる。丸いミシン目は誤った情報を示す。エラーの完全かつ迅速な検出は、自動検証機^{[33]によって機械的に実行される。}

UNIVAC 1710検証通訳パンチは1969年に導入されました。^[34]

何かをキーパンチする（動詞としてkeypunchする）と言うことは、^[35]キーパンチと呼ばれる実際の装置が時代遅れになった現在では、^[36]データ入力を指します。^[37]

この動詞の使用法は、以前のプロセスに取って代わりました。^[38 ] 「キーパンチでキーが押されると、カードの上部に文字が印刷されるだけでなく、コンピュータが解釈できる一連の穴が開けられます」^[39]と説明されてい ます。

1950年代にレミントンランド社はUNITYPER ^{[40] [41]}を発表し、UNIVACシステムで磁気テープに直接データを入力できるようになりました。その後、モホークデータサイエンス社は1965年に改良された磁気テープエンコーダーを製造し、キーパンチの代替品としてある程度成功を収めました。1970年代半ばには、マイクロプロセッサと安価なコンピュータ端末の台頭により、 InforexやPertecなどの中小企業がテープへのキー入力システムやディスクへのキー入力システムをさらに開発しました。

1980 年代半ばまで、データ入力やプログラミングにはパンチ カードが一般的に使用されていました。しかし、パンチ カードをテープやディスクに転送する手順がなくなると (カード自体のコストを節約できるという利点も加わり)、データ入力プロセス中のチェックと修正が改善されました。ビデオ ディスプレイ端末、対話型タイムシェア システム、そして後にはパーソナル コンピュータの開発により、データ入力担当者が入力するフォームにデータを書き込むのではなく、データを作成した作業者が直接入力できるようになりました。

• パンチカード
• パンチカード入出力
• ホレリスコード
• ユニット記録装置
• パンチカード時代のコンピュータプログラミング
• IBM 製品の一覧
• チャド（紙）

• コロンビア大学のコンピューター史: IBM のキーパンチ
• IBM (nd)。IBM 会計マシン、電動パンチ タイプ 011、カスタマー エンジニアリング マニュアル(PDF)。
• IBM (1964 年 12 月)。リファレンス マニュアル: IBM 24 カード パンチ、IBM 26 印刷カード パンチ(PDF)。A24-0520-2。
• IBM (1970 年 6 月)。リファレンス マニュアル - IBM 29 カード パンチ(PDF)。GA24-3332-6。
• IBM (1969)。IBM フィールド エンジニアリング保守マニュアル - 29 カード パンチ(PDF)。S225-3357-3。
• IBM (1962 年 12 月)。リファレンス マニュアル: IBM 056 カード検証ツール(PDF)。A24-1018-1。

ウィキメディア・コモンズには、キーパンチマシンに関連するメディアがあります。

• コロンビア大学のコンピュータの歴史: IBM キーパンチ
• IBM アーカイブ: IBM 029 — カードパンチ
• IBM アーカイブ: 鉄道で働く (001 キーパンチ)
• IBM パンチカード会計機 (1955)