Perfokaart

Perfokaart on nelinurkne kartongist kaart, mis kannab digitaalset informatsiooni sõltuvalt avade olemasolust või puudumisest teatud kohtades.
Praeguseks on perfokaart aegunud andmekandja, kuid perfokaardid olid laialdaselt kasutusel nii 19. sajandil kangastelgede juhtimiseks kui ka 20. sajandil mehaaniliste muusikainstrumentide kontrollimiseks ning arvutusmasinates sisend-, väljund- ja salvestuskandjana. Esimesed digitaalsed arvutid kasutasid perfokaarte
peamise meediumina programmide ja andmete sisestamiseks. Perfokaarte on kasutatud ka hääletusmasinates.

Ajalugu

Perfokaarte kasutasid esimest korda Basile Bouchon ja Jean-Baptiste Falcon umbes 1725. aastal kangastelgede juhtimiseks. Joseph Marie Jacquard täiustas märgatavalt seda töötamisviisi oma Jaquard'i kangasteljega.
Semjon Korsakov oli vaieldavalt esimene, kes kasutas perfokaarte informaatikas andmete talletamiseks ja otsimiseks. Korsakov avalikustas oma uue meetodi ja masinad 1832. aasta septembris ning patentide taotlemise asemel pakkus oma leiutisi avalikuks kasutamiseks.
Charles Babbage pakkus välja "numbrikaartide" kasutamise oma 26. detsembril 1837 avaldatud raamatus "On the Mathematical Powers of the Calculating Engine".
Herman Hellerith leiutas andmete salvestamise sellisele kandjale, mida masin saaks hiljem lugeda. Varasemaid masinloetavaid kandjaid kasutati vaid mehhanismi juhtimiseks, mitte andmete jaoks. Ta asutas ettevõtte Tabulating Machine Company 1896. aastal, mis oli üks neljast ettevõttest, millest moodustus Computing Tabulating Recording Corporation (CTR), mis hiljem hakkas kandma nime IBM. IBM tootis ja turustas erinevaid masinaid perfokaartide tootmiseks, sorteerimiseks ja augustamiseks isegi pärast elektrooniliste arvutitega tegelema hakkamist 1950. aastate lõpus. IBM arendas perfokaartide tehnoloogiast võimsa vahendi äriliseks andmetöötluseks ja tootis valikut selleks mõeldud masinaid. 1950. aastateks olid IBM kaardi- ja arvutusmasinad saanud tööstuses ja valitsusasutustes üldlevinuks. Teatud perfokaartidele (tavaliselt nendel, mida jagati dokumentidena ja hiljem korjati kokku edasiseks töötluseks) oli trükitud järgmine hoiatus: "Do not fold, spindle or mutilate" ("Ärge murdke, mulgustage ega moonutage seda"), mis muutus II maailmasõja järgse perioodi motoks.
1950. aastateni olid perfokaardid peamiseks andmesisestus-, salvestus- ja töötlusmeediumiks. IBM-i arhiiviandmetele tuginedes toodeti 1937. aastaks IBM-i Endicotis (USA New Yorgi osariigis) paiknevas tehases 32 trükimasinal 10 miljonit perfokaarti päevas. Perfokaarte kasutati isegi juriidiliste dokumentidena, näiteks USA valitsuse tšekkidena ja säästuvõlakirjadena. 1960. aastatel asendus perfokaart salvestuskandjana järk-järgult magnetlindiga. Perfokaarte kasutati andmesisestuseks ja programmeerimiseks veel ulatuslikult 1970. aastate keskpaigani, kuid ketasmälude madalama hinna ning kasutajaterminalide ilmumise tõttu kadusid nad tasapisi käibelt. Sellele vaatamata omasid perfokaardid mõju ka edaspidi. Sisestusterminalid, mis asendasid perfokaarte, näiteks IBM 3270, väljastasid 80 tekstiveergu tekstirežiimis sobitumaks olemasoleva tarkvaraga. Mõned programmid töötavad siiani 80 veeru režiimis, kuid neid jääb siiski järjest vähemaks, sest uuemates süsteemides on kasutusel graafiline kasutajaliides.
Tänapäeval on perfokaardid üldiselt iganenud ja asendatud muude salvestusmeetoditega; perfokaarte kasutatakse ainult mõnes spetsialiseeritud rakenduses.

Kaartide formaadid

Algselt oli kõigil perfokaarte kasutavatel rakendustel spetsiifilised kaarditüübid. Alles 1928. aastal tehti kaardid ja masinad universaalseks. Mulgustamise tulemusena saadud ruudu-, ringi- või ovaalikujulisi paberitükikesi nimetatakse perfojääkideks (ingl chad). Mitmemärgilised andmed, näiteks sõnad ja suured numbrid, paiknesid kaardil eraldi väljal. Ühel kaardi ülemistest nurkadest oli tavaliselt sisselõige, et kaarti ei sisestataks valesti; see võimaldas kergemini erinevates kohtades tehtud sisselõigetega kaartidel vahet teha. Tavaliselt trükiti kaardid nii, et mulgustuse rida ja veergu saaks kindlaks teha. Teatud rakenduste jaoks võisid kaardile olla trükitud ka nimed, logod jms.

Hollerithi perfokaardi formaadid

1889. aastal väljastati Herman Hollerith'ile mitmed patendid mehaanilistele  tabuleerimismasinatele. Patentides olid kirjeldatud nii perfolindid kui ka perfokaardid võimaliku salvestuskandjana. Kaardile, mis on näidatud patendis U.S. Patent 395,781, oli eelnevalt trükitud mall ning augud paiknesid kaardi äärtes, et neid oleks võimalik mulgustada raudteekonduktori mulgustajaga, ja keskmine kaardi osa oli reserveeritud kirjalikeks selgitusteks. Hollerith oli algselt inspireeritud rongipiletitest, kuhu konduktoril oli võimalik kodeerida üldist reisija kirjeldust."
Piletite perforeerimine kujunes aeganõudvaks ja vearohkeks, seetõttu leiutas Hollerith pantograafilise "klaviatuurmulgustamise", mis võimaldas kasutada kogu kaardi pinda. Hollerith kujutles mitmeid kaardiformaate. 1890. aasta USA rahvaloenduse kohta kirjutatud artiklis pakkus Hollerith välja 76,2 × 139,7 mm mõõtmetega kaartide kasutamise, sest nendele kaartidele mahuksid kõik vajalikud andmed.
1890. aasta USA rahvaloenduse tarvis kasutatud kaartidel olid ümmargused augud, 12 rida ja 24 veergu. Kaardi eksemplari ja seda tüüpi kaartide lugemistahvlit saab näha Columbia Ülikooli Arvutustehnika Ajaloo väljapanekul. Mingil hetkel muutus standardseks kaardimõõt 82,550 × 187,325 mm, mis oli natuke suurem kui tolleaegne USA ühedollarine rahatäht. Columbia väljapanekus on öeldud, et Hollerith kasutas ära paberraha transportimiseks mõeldud kaste. Hollerithi algne lahendus kasutas kindla süsteemiga kodeeringut iga rakenduse jaoks, kus aukude grupid olid määratud tähendusega, näiteks sugu või perekonnaseis. Tema tabuleerimismasin oli 40 loenduriga, iga loendur oli jagatud 100 ühikuks ja igal loenduril oli kaks indikaatorit, millest üks liikus ühe ühiku võrra edasi iga takti järel, teine liikus ühiku võrra siis, kui esimene oli teinud täispöörde. Selline lahendus võimaldas lugeda 10 000-ni. Tavaliselt määrati üheks tabuleerimistsükliks igale loendurile oma kindel mulgustus. Hollerith kasutas releeloogikat mulgustuste kombinatsioonide loendamiseks, näiteks abielus naiste arvu teadasaamiseks.
Hilisemad disainid muutsid 12 reaga kodeeringu standardseks, kus alumised kümme rida esindasid numbreid 0–9.

IBM-i 80 veeruga kaardiformaat

Sellel IBM-i kaardiformaadil, mis disainiti 1928. aastal, olid nelinurksed augud, 80 veergu (igal veerul 12 mulgustamiskohta) ja üks mulgustus veeru kohta. Kaardi mõõtmed olid täpselt 187,325 × 82,55 mm. Kaardi paksus oli 180 µm, sentimeetrikõrguses pakis oli umbes 56 kaarti. 1964. aastal hakati tootma kaarte kumerate nurkadega.
Alumised kümme positsiooni igal veerul esindasid numbreid 0–9. Veeru kahte ülemist positsiooni nimetati tsoonimulgustusteks (ing.k."zone punch"), positsioonid 11 ja 12, vastavalt teine ja ülemine rida. Algselt mulgustati ainult numbrilisi andmeid, igale veerule üks mulgustus. Märke sai väljale lisada topeltmulgustades vähima kaaluga arvu positsiooni tsoonimulgustusalas: 12 tähistas plussi, 11 miinust.
     ______________________________________________
    /&-0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQR/STUVWXYZ
 Y / x           xxxxxxxxx
 X|   x                   xxxxxxxxx
 0|    x                           xxxxxxxxx
 1|     x        x        x        x
 2|      x        x        x        x
 3|       x        x        x        x
 4|        x        x        x        x
 5|         x        x        x        x
 6|          x        x        x        x
 7|           x        x        x        x
 8|            x        x        x        x
 9|             x        x        x        x
  |________________________________________________

　Viide: Märkus: Y ja X tsoone nimetati ka vastavalt tsoonideks 12 ja 11.
Hiljem tuli kasutusele ühe veeru mitmekordne mulgustamine tähistamaks suurtähti ja erimärke. Tähel oli kaks mulgustust (positsioon [12,11,10] + number [1+9]). Erimärke tähistati kahe või kolme mulgustusega (positsioon [12,11,10 või tühi] + number [2-7] + 8), esines erandeid. Nende muutustega kaasnes veerus sisalduva informatsiooni sõltumine veeru liigist. Näiteks kombinatsioon "12-1" tähistas täheveerus tähte "A" ja omas numbrilistes veergudes teistsugust väärtust. EBCDIC käibelevõtuga sai võimalikuks kuni kuue mulgustuse olemasolu ühes veerus (positsioon [12,11,0,8,9] + number [1-7]. IBM ja teised perfokaartide tootjad kasutasid mitmeid erinevaid 80-veerulise perfokaardi märgikoode. 1969. aasta American National Standard defineeris 128-märgilise mulgustussüsteemi ja selle nimeks sai Hollerith Punched Card Code Hollerith'i auks.
Teatud rakenduste jaoks kasutati binaarformaati, kus iga mulgustus väljendas ühte binaarset märki (bitti) ja iga veergu käsitleti kui tavalist bitivälja ning kõik mulgustuskombinatsioonid olid lubatud. 80-veeruline kaart, mida nimetati lihtsalt IBM-i kaardiks, sai domineerivaks perfokaardi tüübiks.
Üks levinumaid kaarte oli IBM 5081, mis oli universaalse kujundusega ilma tähendustega veergudeta. See oli nii levinud, et teised tootjad kasutasid sama tüübinumbrit (vt pilt) ja isegi kasutajad teadsid seda tüübinumbrit.

Elektrograafilised kaardid

Elektrograafilistele kaartidele, mille arendas välja IBM-i töötaja Reynold B. Johnson, olid trükitud ovaalid, mida sai märgistada erilise elektrograafilise pliiatsiga. Kaardid trükiti tavaliselt teatud eelneva informatsiooniga, näiteks inventuuri tegemiseks kaubaartikli nime ja asukohaga, ning kasutaja sai pliiatsiga kaardile lisada andmeid, näiteks kaubaartikli koguse, märgistades pliiatsiga vastavaid ovaale. Elektrograafiliste kaartide tuvastamisvõimega mulgustusmasinad said seejärel mulgustada kaardi märgistatud kohtades.

IBM-i 96 veeruga kaardiformaat

1970. aastate alguses tuli IBM koos IBM System/3 arvutiga välja uue, väiksema, ümmarguste mulgustustega, 96-veerulise kaardiformaadiga.
Neil kaartidel olid imepisikesed (1 mm) ümarad mulgustused, väiksemad kui paberlindi mulgustused. Andmed salvestati kuuebitises binaarkodeeringus kümnendkoodis.

IBM Port-A-Punch

IBM-i arhiivi andmetel toodi 1958. aastal turule Port-A-Punch, kaasaskantav mulgustusseade, mis oli mõeldud kaartide käigult mulgustamiseks. Kasutusaladeks planeeriti inventuure, statistiliste uuringute tegemist jms. Kahjuks jäid mulgustused "karvaseks" (mitte puhtalt lõigatuteks) ja see põhjustas mõnikord kaarte lugeva riistvara rikkeid.

IBM-i perfokaartide tootmine

IBM-i töötaja Fred M. Carroll töötas välja mitu trükipressi, mida kasutati levinud standardsete kaartide tootmiseks, kaasa arvatud 1921. aasta mudel, mis tootis 400 kaarti minutis (ingl cards per minute või cpm). Hiljem ta arendas täiesti uut tüüpi trükipressi, mis suutis toota üle 800 kaardi minutis, ja see toodi turule 1936. aastal. Carrolli kiire press, mis sisaldas trükisilindrit, sai perfokaartide tootmises revolutsiooniliseks. Oletatakse, et aastatel 1930–1950 saadi veerand ettevõtte kasumist tänu Carrolli pressile.
Nende presside äravisatud trükiplaate, iga plaat silindrisse keeratud IBM-i kaardi mõõtmetega, hakati tihtipeale kasutama pliiatsihoidjatena ning tänapäeval on need kollektsiooneeritavad esemed (igal kaarditüübil oli oma trükiplaat).
Algupäraselt nõudis IBM, et kliendid kasutaksid IBM-i masinatel (mida sai vaid rentida, mitte osta) ainult IBM-i toodetud kaarte. IBM pidas ennast teenuse osutajaks ja kaarte masina osadeks. 1932. aastal andis USA valitsus IBM-i selle nõude pärast kohtusse. IBM võitles ülemkohtuni välja, kuid kaotas – kohtu otsusega sai IBM õiguse määrata vaid kaartide spetsifikatsioone. Teises juhtumis, mis oli arutlusel 1955. aastal, kirjutas IBM alla konsensuslepingule, kus ühe punktina nõustus IBM 1962. aastaks mitte ületama poolt USA perfokaartide kogutoodangust.