Перфорированная лента — носитель информации в виде ленты из бумаги (или иного гибкого материала), на котором данные записаны при помощи отверстий, пробитых в определённых местах.
Мы начали разговор об истории перфокарт с лондонской Всемирной выставки 1851 года. Помимо жаккардовых станков и тканей, сотканных при помощи перфокарт, здесь была представлена и перфолента. Своё первое применение она нашла в главном изобретении того времени — электрическом телеграфе.
Перфолента появилась даже раньше перфокарт: в 1725 году француз Базиль Боашон предложил полуавтоматический ткацкий станок, управляемый перфолентой. Однако лента оказалось слишком хрупкой, поэтому в 1728 году Жан-Батист Фалькон догадался разделить её на отдельные карты, а затем связать их друг с другом. Такие «ленты из карт» применялись и в ткацком станке Жозефа-Мари Жаккара, и в аналитической машине Чарльза Бэббиджа. Перфоленте же пришлось ждать более ста лет, пока её не возродил к жизни шотландский изобретатель Александр Бэйн (1810–1877).
Александр Бэйн. Фото Джона Мэйолла, 1876 год. Источник
Бэйн был одним из двенадцати детей в семье бедного шотландского фермера. В юности он заинтересовался часами и стал учеником часовщика. Однажды ему повезло попасть на лекцию, посвящённую «свету, теплу и электрической жидкости», после которой Бэйн на всю жизнь заинтересовался этой недавно открытой силой.
В 1837 году Бэйн перебрался в Лондон. К 1840 году он сделал два первых изобретения: буквопечатающий телеграф и электрические часы. Не зная, что делать с ними дальше, он обратился к профессору Чарльзу Уитстону (1802–1875), который уже успел прославиться как один из изобретателей телеграфа. Вскоре после этого Бэйн с удивлением обнаружил, что Уитстон показывает электрические часы как своё изобретение, и обвинил его в краже. Сегодня нам сложно понять, что на самом деле произошло между Бэйном и Уитстоном. Первый отличался тяжёлым и неуживчивым характером, а второй несколько раз обвинялся в присвоении чужих идей.
Чарльз Уитстон. Рисунок Уильяма Брокдона, 1837 год. Источник
Позже Бэйн разработал несколько удачных конструкций электрического телеграфа, а также первый аппарат для передачи изображений на расстояние — предшественника всех камер и сканеров. В 1843 году он запатентовал электрохимический телеграф, действие которого было основано на изменении цвета некоторых реактивов при действии на них электрического тока. Главным преимуществом такого телеграфа было малое количество движущихся частей, которое обеспечивало простоту и высокую скорость работы.
Принцип действия электрохимического телеграфа Бэйна. Передатчик (B) состоит из батареи и ключа. Через провод (L) он соединяется с приемником (A), где сообщение записывается на бумажную ленту (R) с помощью электродов (S и W). Рисунок из книги The Telegraph Manual, 1859 год. Источник
Бэйн понимал, что его телеграф может записывать сообщения гораздо быстрее, чем их отправляет человек-оператор. Поэтому к 1846 году он создал автоматический передатчик, использующий перфорированную ленту. По его замыслу, в бумажной ленте пробиваются отверстия, соответствующие по длине точкам и тире телеграфной азбуки. В передатчике лента проходит между двух электродов, замыкая цепь на более или менее короткие промежутки времени. В приёмнике эти сигналы разной длительности записываются как точки и тире.
Телеграф Бэйна, 1850 год. Устройство может служить как приёмником, так и передатчиком. Источник
Скорость работы нового телеграфа впечатлила современников — она приближалась к двадцати тысячам слов в час (точнее, 282 слова за 52 секунды). В том же 1846 году британская Electric Telegraph Co. покупает патент Бэйна, а через два года начинает использовать его телеграф на некоторых особо загруженных линиях. Впрочем, без проблем не обходится. Каждую телеграмму нужно сначала перенести на перфоленту, что сводит на нет высокую скорость передачи, да и телеграмм тогда передавалось не очень много, поэтому линии в основном были свободны. Другой проблемой становится бумажная лента в приёмнике — она должна быть смочена химическим реактивом, чтобы электрический ток мог оставить на ней следы. Из-за этого она легко рвётся и дурно пахнет.
Выставка 1851 года стала лебединой песней Бэйна: к этому времени он уже сделал все свои основные изобретения. Найти новые рынки для своего телеграфа ему не удалось: например, в США его система не смогла развиваться из-за давления другого изобретателя, Сэмюэля Морзе. Потеряв всё своё состояние, Бэйн доживал остаток дней на пенсию, выхлопотанную для него знаменитым учёным сэром Уильямом Томсоном (лордом Кельвином).
Аппаратная комната Electric Telegraph Co. в 1850-х годах. Телеграф Бэйна — на переднем плане в центре. Рисунок из книги The Telegraph Manual, 1859 год. Источник
Хотя телеграф Бэйна применялся очень ограниченно, идея использования перфоленты для передачи телеграмм была подхвачена другими изобретателями. Первым стал Чарльз Уитстон, давний оппонент Бэйна, который предложил свою систему в 1858 году. Его телеграф был не электрохимическим, а электромагнитным: здесь перфолента управляла направлением электрического тока в линии, а в приёмнике ток заставлял действовать электромагниты, отмечающие на ленте точки и тире азбуки Морзе. Уитстон также усовершенствовал саму перфоленту: теперь на ней располагались три дорожки: две из них соответствовали точкам и тире, а третья использовалась для равномерного протягивания ленты через аппарат.
Автоматический телеграф Уитстона. Рисунок из книги La télégraphie historique, 1888 год. Справа налево: перфоратор с тремя клавишами (точка, тире, пропуск), передатчик (перед ним — обычный телеграфный ключ для коротких сообщений), приёмник. Источник
Автоматический телеграф Уитстона начал использоваться в Великобритании в 1867 году, сменив телеграф Бэйна. К тому времени количество отправляемых телеграмм увеличилось, и возможность передавать сообщения с большой скоростью оказалась весьма кстати. Использование системы Уитстона позволило, по словам инженера Уильяма Приса, «удвоить пропускную способность длинных линий и учетверить — коротких». Уже к 1880 году скорость передачи на некоторых линиях превышала двести слов (тысячу знаков) в минуту, а к 1913 году она могла достигать трёхсот и даже четырёхсот слов в минуту.
К концу XIX века многие изобретатели пытались создать новую систему телеграфирования, которая могла бы работать с высокой скоростью, была простой в использовании и принимала сообщения текстом, а не знаками. Фредерик Крид и Эдвард Кляйншмидт, например, пытались улучшить систему Уитстона, оснастив её перфоратором с клавиатурой и буквопечатающим приемником. Благодаря этому телеграф Уитстона использовался в Великобритании вплоть до 1930-х годов. Однако настоящий успех ждал совсем другую идею.
В 1874 году француз Жан-Морис-Эмиль Бодо запатентовал собственную систему телеграфирования. Он не использовал перфоленту, но в основе его системы лежал равномерный пятибитный код, то есть такой, в котором каждая буква или цифра кодируется сочетанием пятью нулей и единиц.
Объединить пятибитный код с перфолентой смог новозеландец Дональд Мюррей, газетный репортёр и изобретатель-любитель (1865–1945). К 1905 году он создаёт новую систему телеграфии, в основе которой лежит пятибитный код, подобный коду Бодо.
Дональд Мюррей с перфоратором своей конструкции. Источник
Система Мюррея шире всего применялась… в России! Начиная с 1905 года, его аппараты работали на линиях, соединявших Санкт-Петербург с Омском, Москвой и даже Берлином. Опыты показали, что на длинных линиях телеграф Мюррея работал в полтора-два раза быстрее телеграфа Уитстона. В других европейских странах его система не получила большого распространения.
Автоматический телеграф Мюррея. Справа налево: клавиатурный перфоратор, передатчик, приёмник-перфоратор, печатающее устройство (на отдельном столике). Фото 1905 года. Источник
В США в это время проблему решают несколько изобретателей. С 1903 года над созданием буквопечатающего телеграфа работали инженер Чарльз Крам (1852–1937) и его сын Говард (1883–1961). В 1906 году при финансовой поддержке бизнесмена Джоя Мортона они создали компанию Morkrum Co. Одновременно изобретатель Эдвард Кляйншмидт (1875–1977), уже успевший разработать перфоратор для системы Уитстона, создаёт свой буквопечатающий телеграф и учреждает компанию Kleinschmidt Electric Co. В основе обеих систем лежало использование пятибитного кода, следовательно, компании были вынуждены конкурировать за очень небольшой рынок.
В 1912 году крупнейшая телеграфная компания Америки Western Union решила заменить телеграф Морзе на более современный. Ни одно из существующих решений не подошло, поэтому Western Union решила собрать свою систему по частям: перфораторы были поставлены Morcrum Co., печатающие устройства — Kleinschmidt Electric Co., в ход пошли и патенты Мюррея, и работы многих других изобретателей.
Телеграфная система Western Union. Слева — оператор записывает сообщение на перфоленту, которая пропускается через передатчик. Справа — приём сообщения. Фото из журнала Popular Science, 1916 год. Источник
В 1924 году, решив, что торговать лучше, чем воевать, Morcrum Co. и Kleinschmidt Electric Co. объединились в Morkrum-Kleinschmidt Corporation. Используя все предыдущие наработки, новая компания создала телетайп (от английского teletypewriter) — телеграфный аппарат, действующий по принципу пишущей машинки и не требующий от оператора специальных знаний. В 1928 году компания сменила имя на Teletype Corporation, а в 1930 году вошла в состав могущественной American Telephone and Telegraph Co.
За короткий срок телетайп заменил все использовавшиеся ранее системы телеграфии, став фактическим мировым стандартом. Для работы на телетайпе необязательно использовать перфоленту: сообщения можно передавать сразу на принимающий аппарат. Тем не менее, она продолжала использоваться до конца 1970-х годов, когда телеграф начал отказываться от электромеханического оборудования в пользу электронного.
Реклама телетайпа. В левой части консоли видны два блока для чтения и записи на перфоленту. Фото из брошюры Teletype Corporation, 1969 год. Источник
Каким же образом перфолента стала использоваться в компьютерной технике? Если перфокарты вначале помогли автоматизировать обработку больших объёмов однотипных данных (например, результатов переписи населения), а затем оказались удобным способом ввода информации в компьютер, то перфолента изначально не имела никакого применения в вычислительной технике.
Оператор вводит данные в Complex Number Calculator Джорджа Стибица при помощи модифицированного телетайпа, 1940 год. Источник
Первым использовать телетайп для связи с вычислительной машиной предложил в 1939 году американский инженер Джордж Стибиц (1904–1995). Когда в 1950-х годах началось массовое производство компьютеров, инженеры быстро поняли, что для ввода и вывода информации очень удобно использовать широко распространённые телетайпы. Поначалу они использовались как вспомогательный инструмент, а основным оставались перфокарты, однако появление более простых компьютеров в 1960-х годах привело к тому, что телетайп с перфолентой оказался наиболее практичным интерфейсом.
Считыватель перфоленты компьютера KDF9, 1965 год. Источник
Какое же наследие оставила после себя перфолента? В 1931 году Международный телеграфный союз утвердил стандартные пятибитные коды для использования в буквопечатающих телеграфах. Первый из них был основан на коде Бодо, второй — на коде Мюррея. К 1964 году пятибитные коды устарели, и Американская ассоциация стандартов ввела в использование семибитный код, получивший название ASCII (American Standard Code for Information Interchange). В 1968 году использование ASCII стало обязательным на всех компьютерах, приобретаемых американским правительством, благодаря чему он стал стандартом сначала для вычислительной техники вообще, а затем и для интернета.
Хотя сегодня ASCII уступил место стандарту Unicode, новый формат является обратно совместимым. Поэтому, когда вы читаете или пишете текст с применением Unicode, то есть любой текст на цифровом носителе, вы используете технологию кодирования, восходящую к автоматическому телеграфу Александра Бэйна 1846 года.
Источники
- Beauchamp, K. G. A history of telegraphy: its technology and applications (2008).
- Burns, R. W. Communications: an international history of the formative years (2004).
- Fischer, E. The Evolution of Character Codes, 1874–1968 (2012).
- Huurdeman, A. A. The worldwide history of telecommunications (2003).
- Kleinschmidt, E. E. Printing Telegraphy… A New Era Begins (1967).
- Lardner, D. The Electric Telegraph Popularised (1855).
- MacMillan D. Codes that Don’t Count (2010).
- Roberts, S. Distant Writing A History of the Telegraph Companies in Britain between 1838 and 1868 (2012).
- Shaffner, T. P. The Telegraph Manual (1859).
- Turnbull, L. The Electro-Magnetic Telegraph: With an Historical Account of Its Rise, Progress, and Present Condition (1853).
