Perforatrice (informatica)

Una perforatrice (in inglese keypunch) è un dispositivo per perforare con precisione su schede perforate, creando buchi in posizioni specifiche e determinate dai tasti premuti da un operatore umano.

Keypunch IBM 026

Operatrici che compilano dati idrografici per carte nautiche su schede perforate utilizzando la perforatrice elettrica IBM Type 016. New Orleans, 1938.

Altri dispositivi con la stessa funzione includono il gang punch, il pantograph punch e lo stamp.

Il termine perforatrice è usato anche per macchine simili che permettono di trascrivere dati su nastro perforato.

Per i telai di Jacquard, le schede perforate prodotte venivano concatenate in una sorta di “nastro” cartaceo (chiamato “chain”), che conteneva un programma che il telaio leggeva per dirigere il proprio funzionamento^[1].

Per le macchine di tipo Hollerith e altri sistemi “unit record”, le schede perforate contenevano dati da elaborare; nei computer dotati di dispositivi di input/output per schede, le schede perforate potevano contenere dati oppure programmi che indirizzavano l’esecuzione del computer.

Le prime keypunch di tipo Hollerith erano manuali. Successivamente svilupparono versioni elettromeccaniche che combinavano più funzioni in un unico apparato: avevano una tastiera simile a quella di una macchina per scrivere, un “hopper” per le schede vuote e un “stacker” per quelle già perforate. Alcuni modelli potevano anche stampare, sopra ogni colonna, il carattere corrispondente ai fori creati.

I piccoli frammenti di carta rimossi (detti “chad”) finivano in una scatola detta “chad box”^[2][3] oppure, nel caso delle macchine IBM, “bit bucket”.

In molte applicazioni di elaborazione dati, le schede perforate venivano verificate: l’operatore immetteva gli stessi dati una seconda volta su una macchina di verifica, per controllare che i dati perforati corrispondessero. Questo metodo è noto come two-pass verification.

Ci fu una forte domanda di operatori e operatrici di keypunch tra gli anni '40 e la metà degli anni '70^[4], spesso donne, che lavoravano full-time su macchine keypunch e verifier in grandi reparti con decine o centinaia di macchine.

Negli anni ’50, la Remington Rand introdusse la UNITYPER, che permetteva l’inserimento dati direttamente su nastro magnetico per sistemi UNIVAC, bypassando l’uso delle schede perforate.

In seguito, con l’avvento di microprocessori e terminali informatici a basso costo, emersero sistemi key-to-tape e key-to-disk da aziende minori, che sostituirono le schede perforate^[5].

Le schede perforate rimasero diffuse anche negli anni Settanta, ma divennero rapidamente obsolete con l’arrivo dei terminali CRT a basso costo. Questi ultimi eliminarono la necessità di trasferire i dati dalle schede al nastro o al disco e permisero di ridurre i costi dei materiali, migliorando al contempo il controllo e la correzione dei dati durante l’immissione.

Stampa delle schede Jacquard (1801–1890)

Tra il 1801 e il 1890, le schede Jacquard venivano “stampate” o tagliate manualmente, anziché perforate.

Inizialmente, a mano o usando una piastra guida, si inserivano i punzoni nelle piastra per creare i fori; poi si passava tutto attraverso una pressa per tagliare la carta.

Poi furono introdotte macchine con tastiera (“macchine piano”), che assomigliavano a piccoli pianoforti: avevano tasti che, premuti, azionavano punzoni per creare le perforazioni. Queste macchine divennero le più comuni^[1].

Keypunch Hollerith e IBM (1890–1930)

Pantografo di Hollerith

Herman Hollerith sviluppò le prime macchine per perforare schede negli anni 1890^[6]. Le sue prime macchine usavano punzoni manuali che praticavano fori rotondi, ma poi progettò un “Keyboard Punch” con un pantografo: l’operatore poggiava un puntatore su una matrice (12 × 20) per allineare il punzone al punto corretto della scheda.

Nel 1901 Hollerith brevettò un meccanismo con una tastiera da 12 tasti^[7]: premendo un tasto veniva prodotto un foro e la scheda avanzava automaticamente alla colonna successiva. Il suo primo modello, il “Type 001 keypunch”, usava schede da 45 colonne con fori rotondi^[8].

Nel 1923 la Tabulating Machine Company introdusse il primo keypunch elettrico (“Type 011 Electric Keypunch”)^[9], in cui ogni tasto chiudeva un contatto elettrico che attivava un solenoide per praticare il buco.

Nel 1928 fu introdotto il formato di scheda da 80 colonne, che divenne molto diffuso^[10].

Successivamente, Hollerith (poi IBM) sviluppò altri modelli: ad esempio il Type 016 Motor-Driven Electric Duplicating Keypunch, il Type 31 Alphabetical Duplicating Punch^[11], e il Type 32 Alphabetical Printing Punch^[12].

Le macchine Alphabetical, come la Type 31, avevano una tastiera simile a quella di una macchina per scrivere, ma con meno tasti (erano assenti tasti come shift, tab, backspace); erano presenti invece tasti come skip, release, stacker.

Keypunch IBM post-seconda guerra mondiale (80 colonne)

Keypunch azionato a mano (prodotto dalla British ICT), anni '60

Dopo la seconda guerra mondiale, IBM produsse molti modelli di keypunch e macchine di verifica (“verifiers”) per schede da 80 colonne.

La tastiera di queste macchine era progettata per rilevare ogni pressione di tasto: il movimento del tasto faceva scattare una serie di “bails” (leve) che chiudevano contatti elettrici per codificare il carattere.

Al rilascio del tasto, un circuito magnetico ricollocava il meccanismo al suo stato iniziale, dando un feedback meccanico all’operatore (“feel”), che cambiava col tempo in base all’usura, alla sporcizia, ecc.

Le macchine avevano tasti speciali (come shift, release, duplicazione, tab) che però funzionavano solo elettricamente, non con collegamenti meccanici.

IBM 024 e 026 Card Punch

IBM 026 Card Punch

Una scheda perforata IBM 026

Il modello 024 è un keypunch da 80 colonne, annunciato nel 1949^[13].

Il modello 026 è simile, ma ha anche una testina di stampa: può stampare sopra ogni colonna il carattere corrispondente a ciò che viene perforato^[14].

Il meccanismo di foratura consiste in 12 punzoni (uno per riga della scheda), molto potenti, che attivano in sequenza mentre la scheda avanza colonna per colonna.

La stampa dei caratteri è fatta con una matrice 5×7 di fili, che si appoggia su un “code plate” (piastra con perni): i perni rappresentano i punti da stampare, e quelli non presenti significano che quel punto non va stampato.

Il code plate e il meccanismo di stampa erano però delicati: i fili potevano rompersi, il code plate poteva danneggiarsi durante particolari operazioni.

Il design esterno del 024/026 fu curato da Raymond Loewy, in stile Art decò^[15].

IBM 056 Card Verifier

La donna a destra è davanti a un keypunch IBM 026. La donna a sinistra è davanti a un IBM 056 Card Verifier.

Il modello 056 è una macchina di verifica che accompagna il 024/026. L’operatore reinserisce i dati e la macchina controlla che i fori corrispondano. Se la verifica ha successo, viene inciso un piccolo intaglio (“notch”) sul bordo destro della scheda^[16].

Il meccanismo usa punzoni che rilevano la presenza dei buchi. Se la configurazione è sbagliata, un meccanismo ferma la scheda e si accende una luce rossa di errore.

Se l’operatore si sbaglia, ha generalmente 3 tentativi per reinserire il dato. Se anche al terzo tentativo è sbagliato, si perfora un “notch” d’errore, e il tasto “OK” di fine scheda non viene attivato.

Per correggere una scheda con errore, si duplica la parte giusta fino alla colonna sbagliata, si reinserisce il dato corretto, poi si verifica di nuovo con la 056.

Altri modelli IBM

IBM 029 Card Punch

• Typewriter Card Punches: IBM ha prodotto modelli che combinavano la funzione di tipo macchina da scrivere con la perforazione. Ad esempio, la IBM 824 era una 024 con tastiera da macchina da scrivere; la 826 era basata sulla 026^[17].

• IBM 029 Card Punch: introdotta nel 1964 con il sistema System/360, supportava un set di caratteri più ampio (EBCDIC), e stampava il carattere sopra la colonna^[18].

• IBM 5924 Key Punch: variante della 029 usata nei sistemi Kanji (Giappone, Cina, Corea), con tastiere speciali per molti caratteri^[19].
• IBM 059 Verifier: compagno della 029. Usa sensori ottici (invece di punzoni meccanici) per leggere i fori, quindi è molto più silenziosa^[20].
• IBM 129 Card Data Recorder^[21]: introdotta nel 1971 con il System/370. È realizzata attraverso transistor, ha un buffer elettronico per l’immagine della scheda (80 colonne), e supporta sia modalità “punch” che “verify”. Consente di correggere un errore con il tasto backspace, prima di perforare definitivamente e può memorizzare fino a 6 “programmi” semplici su schede elettroniche, selezionabili con un interruttore. Non usa un “drum” meccanico per il programma: legge la “program card” (scheda di programma) nella normale alimentazione, e il programma è caricato nella memoria. La duplicazione di dati fra schede avviene usando il buffer già presente, non con lettura meccanica.

Program Card

Scheda di programma per un IBM 026 al Computer History Museum

Le macchine 024, 026 e 029 (e i loro verifier) possono essere “programmati” in modo limitato tramite una scheda di programma, chiamata anche “drum card”^[22].

La scheda di programma è avvolta attorno a un cilindro all’interno della macchina, e durante la perforazione viene letta da un array di ruote che attiva leve secondo i fori nella scheda di programma.

Il programma è codificato nelle prime 6 righe della scheda (righe 12, 11, 0, 1, 2, 3). Se presente una “Second Program Feature”, si può codificare un secondo programma nelle righe 4–9. Un selettore nell’apparecchio permette di passare da un programma all’altro.

Le funzioni implementabili includono:

• Definire “campi” di dati (cioè dire in quali colonne si inseriscono certi dati)
• Saltare le colonne automaticamente (tab)
• Duplicare un campo dai dati della scheda precedente
• Forzare “zeri iniziali” (left-zero)
• Soppressione stampa se necessario

Per esempio, con un programma si può fare in modo che dopo che l’operatore ha scritto qualche carattere, premendo “skip” la macchina avanzi fino a colonna 10.

È persino possibile “programmare” le schede per suonare una melodia: configurando i codici su ciascuna colonna, alcune riproducono “caratteri rumorosi” (molti fori), altre “caratteri silenziosi”, in un certo ritmo.

Molti linguaggi di programmazione, come Fortran, RPG e IBM Assembler, codificano le operazioni in colonne di schede specifiche, come 1, 10, 16, 36 e 72.

IBM 5496 Data Recorder per schede a 96 colonne

Nel 1969 IBM introdusse la System/3, che usava schede più piccole da 96 colonne^[23].

La IBM 5496 Data Recorder è un keypunch per queste schede da 96 colonne, con funzioni di stampa e verifica^[24].

Keypunch di Powers e Remington Rand (UNIVAC)

Intorno al 1906, James Powers (impiegato per l'Ufficio del censimento degli Stati Uniti d'America) sviluppò un keypunch con 240 tasti, progettato per le esigenze del censimento^[25][26].

Nel 1911 fondò la Powers Accounting Machine Company, che nel 1927 fu acquisita da Remington Rand^[27].

La divisione UNIVAC di Remington Rand realizzò keypunch per schede a 90 colonne (diverse da quelle IBM a 80 colonne) e altre macchine analoghe^[28].

Le loro macchine usavano un sistema meccanico peculiare per evitare problemi di brevetto con IBM.

Nei modelli UNIVAC, l’intero contenuto di una scheda veniva memorizzato internamente prima di perforare, e poi la scheda veniva perforata in un’unica passata. Questo permetteva di correggere errori prima di bucare, anziché sprecare schede.

Esempi di modelli UNIVAC sono: Card Code Punch Type 306-5, 90 Column Alphabetical (306-2, 306-3), 90 Column Numerical (204-2, 204-3), Portable Electric Punch Type 202, Spot Punch (Type 301), e Automatic Verifying Machine Type 313^[29].

Il modello Type 306-2 supportava la verifica: le schede venivano passate due volte, e se la seconda perforazione corrispondeva alla prima, i fori si allungavano per segnalare che erano corretti; se non corrispondevano, i fori restavano rotondi^[30].

Il “UNIVAC 1710 Verifying Interpreting Punch” fu introdotto nel 1969^[31].

Keypunch come verbo (“to keypunch”)

L’uso del verbo “keypunch” in inglese (es. “to keypunch data”) indicava l’inserimento di dati su schede perforate^[32].

Ora che il dispositivo fisico è obsoleto, “to keypunch” significa ancora fare inserimento dati (data entry), anche se non su schede perforate^[33][34].

Questo uso del verbo ha sostituito il processo precedente, descritto come "Quando un tasto viene premuto su un keypunch, esso stampa il carattere sulla parte superiore della scheda ma crea anche una serie di fori che il computer può interpretare."^[35].

Transizione all’inserimento dati diretto

Negli anni ’50, Remington Rand presentò la UNITYPER^[36][37], che permetteva di inserire dati direttamente su nastro magnetico per i sistemi UNIVAC, eliminando parte del bisogno di schede perforate.

Negli anni ’60 e ’70, con la diffusione dei microprocessori e dei terminali a basso costo, sono emersi sistemi key-to-tape e key-to-disk prodotti da aziende come Inforex e Pertec^[5].

Le schede perforate sono rimaste in uso anche negli anni ’70, ma con terminali video, sistemi time-sharing interattivi e, successivamente, i personal computer, gli utenti iniziarono a inserire i dati direttamente: non serviva più passare dai keypunch operator.

A metà degli anni '80 nella maggior parte delle aziende e università i keypunch vengono dismessi^[38].

In alcune strutture militari, governative o laboratori scientifici che utilizzavano ancora sistemi basati su schede, l’uso è persistito fino ai primi anni ’90^[39].