La cinta perforada o cinta de papel perforada es un tipo de dispositivo de almacenamiento de datos que consiste en una tira larga de papel a través de la cual se perforan pequeños orificios. Se desarrolló a partir de las tarjetas perforadas y posteriormente se utilizó junto con ellas , con la diferencia de que la cinta es continua.
Las tarjetas perforadas y las cadenas de tarjetas perforadas se utilizaron para controlar telares en el siglo XVIII. Su uso en sistemas de telegrafía comenzó en 1842. Las cintas perforadas se utilizaron a lo largo del siglo XIX y durante gran parte del siglo XX para telares programables, comunicación por teleimpresora , para la entrada de datos a las computadoras de los años 1950 y 1960, y más tarde como medio de almacenamiento para minicomputadoras y máquinas herramienta CNC . Durante la Segunda Guerra Mundial, se utilizaron sistemas de cinta perforada de alta velocidad que utilizaban métodos de lectura óptica en sistemas de descifrado de códigos. La cinta perforada se utilizó para transmitir datos para la fabricación de chips de memoria de solo lectura .
Las cintas de papel perforadas fueron utilizadas por primera vez por Basile Bouchon en 1725 para controlar los telares. Sin embargo, las cintas de papel eran caras de crear, frágiles y difíciles de reparar. En 1801, Joseph Marie Jacquard había desarrollado máquinas para crear cintas de papel atando tarjetas perforadas en una secuencia para telares Jacquard . La cinta de papel resultante, también llamada "cadena de tarjetas", era más fuerte y más simple tanto de crear como de reparar. Esto llevó al concepto de comunicar datos no como un flujo de tarjetas individuales, sino como una "tarjeta continua" (o cinta). Las cintas de papel construidas a partir de tarjetas perforadas se utilizaron ampliamente durante todo el siglo XIX para controlar los telares. Muchas operaciones de bordado profesionales todavía se refieren a las personas que crean los diseños y patrones de la máquina como perforadores, aunque las tarjetas perforadas y la cinta de papel finalmente se eliminaron en la década de 1990.
En 1842, una patente francesa de Claude Seytre describía un dispositivo para tocar el piano que leía datos de rollos de papel perforados . En 1900, se utilizaban rollos de música perforados anchos para pianolas con el fin de distribuir música popular a los mercados masivos.
En 1846, Alexander Bain utilizó cintas perforadas para enviar telegramas . Esta tecnología fue adoptada por Charles Wheatstone en 1857 para el sistema Wheatstone utilizado para la preparación, almacenamiento y transmisión automatizada de datos en telegrafía. [1] [2]
En la década de 1880, Tolbert Lanston inventó el sistema de composición tipográfica Monotype , que consistía en un teclado y una máquina de colada . La cinta, perforada con el teclado, era leída posteriormente por la máquina de colada, que producía tipos de plomo según las combinaciones de agujeros en hasta 31 posiciones. El lector de cinta utilizaba aire comprimido, que pasaba por los agujeros y se dirigía hacia ciertos mecanismos de la máquina de colada. El sistema entró en uso comercial en 1897 y estuvo en producción hasta bien entrada la década de 1970, sufriendo varios cambios a lo largo del camino.
En el siglo XXI, la cinta perforada está obsoleta, excepto entre los aficionados . En las aplicaciones de mecanizado de control numérico por computadora (CNC), aunque la cinta de papel ha sido reemplazada por la memoria digital , algunos sistemas modernos aún miden el tamaño de los programas CNC almacenados en pies o metros, lo que corresponde a la longitud equivalente si los datos se perforaran en realidad en una cinta de papel. [3]
Los datos se representaban mediante la presencia o ausencia de un agujero en una ubicación particular. Las cintas originalmente tenían cinco filas de agujeros para datos a lo largo del ancho de la cinta. Las cintas posteriores tenían más filas. Una máquina calculadora programable electromecánica de 1944, la Calculadora Automática de Secuencia Controlada o Harvard Mark I , usaba cinta de papel con 24 filas, [4] La Calculadora Electrónica de Secuencia Selectiva (SSEC) de IBM usaba cinta de papel con 74 filas. [5] La computadora electrónica australiana de 1951, CSIRAC , usaba cinta de papel de 3 pulgadas (76 mm) de ancho con doce filas. [6]
Siempre se perforaba una hilera de agujeros más pequeños para sincronizar el movimiento de la cinta. Originalmente, esto se hacía utilizando una rueda con dientes radiales llamada rueda dentada . Más tarde, los lectores ópticos hicieron uso de los agujeros de la rueda dentada para generar pulsos de sincronización. Los agujeros de la rueda dentada estaban ligeramente más cerca de un borde de la cinta, dividiéndola en anchos desiguales, para que no hubiera ninguna duda sobre la dirección en la que orientarla en el lector. Los bits en el ancho más estrecho de la cinta eran generalmente los bits menos significativos cuando el código se representaba como números en un sistema digital. [7]
Muchas de las primeras máquinas utilizaban cinta de papel aceitada, que se impregnaba previamente con un aceite ligero para máquinas , para lubricar el lector y los mecanismos de perforación. La impregnación de aceite solía hacer que el papel fuera algo translúcido y resbaladizo, y el exceso de aceite podía transferirse a la ropa o a cualquier superficie con la que entrara en contacto. Los lectores de cinta óptica posteriores solían especificar cinta de papel opaca sin aceite, que era menos propensa a depositar residuos aceitosos en los sensores ópticos y provocar errores de lectura. Otra innovación fue la cinta de papel plegada en acordeón, que era más fácil de almacenar de forma compacta y menos propensa a enredarse, en comparación con la cinta de papel enrollada.
Para usos intensivos o repetitivos, se solía utilizar cinta Mylar de poliéster . Esta película de plástico resistente y duradera solía ser más fina que las cintas de papel, pero podía utilizarse en muchos dispositivos diseñados originalmente para soportes de papel. La cinta de plástico a veces era transparente, pero normalmente se aluminizaba para que fuera lo suficientemente opaca para su uso en lectores ópticos de alta velocidad.
La cinta para perforar tenía normalmente un grosor de 0,00394 pulgadas (0,100 mm). Los dos anchos más comunes eran 11 ⁄ 16 pulgadas (17 mm) para códigos de cinco bits y 1 pulgada (25 mm) para cintas con seis o más bits. El espaciado entre orificios era de 0,1 pulgadas (2,5 mm) en ambas direcciones. Los orificios de datos tenían un diámetro de 0,072 pulgadas (1,8 mm); los orificios de alimentación de la rueda dentada tenían un diámetro de 0,046 pulgadas (1,2 mm). [8]
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La mayoría de los equipos de perforación de cinta utilizaban perforadores circulares sólidos para crear agujeros en la cinta. Este proceso creaba " chad ", o pequeños trozos circulares de papel. Gestionar la eliminación de chad era un problema molesto y complejo, ya que los diminutos trozos de papel tenían tendencia a escapar del contenedor e interferir con las otras partes electromecánicas del equipo de teleimpresión. El chad de la cinta de papel aceitado era especialmente problemático, ya que tendía a apelmazarse y acumularse, en lugar de fluir libremente hacia un recipiente de recolección.
Una variante de la perforadora de cinta era un dispositivo llamado reperforador de impresión sin huella dactilar . Esta máquina perforaba una señal de teleimpresora recibida en una cinta e imprimía el mensaje en ella al mismo tiempo, utilizando un mecanismo de impresión similar al de una impresora de páginas común. La perforadora de cinta, en lugar de perforar los agujeros redondos habituales, perforaba pequeños cortes en forma de U en el papel, de modo que no se produjeran huellas dactilares ; el "agujero" seguía estando lleno con una pequeña trampilla de papel. Al no perforar completamente el agujero, la impresión en el papel permanecía intacta y legible. Esto permitía a los operadores leer la cinta sin tener que descifrar los agujeros, lo que facilitaba la transmisión del mensaje a otra estación de la red. Además, no había una "caja de huellas dactilares" que vaciar de vez en cuando.
Una desventaja de esta tecnología era que, una vez perforada, la cinta sin perforaciones no se enrollaba bien para su almacenamiento, porque las solapas de papel que sobresalían se enganchaban en la siguiente capa de cinta, por lo que no se podía enrollar con firmeza. Otra desventaja que surgió con el tiempo fue que no había una forma fiable de leer la cinta sin perforaciones en los lectores de alta velocidad posteriores que utilizaban detección óptica. Sin embargo, los lectores de cinta mecánicos utilizados en la mayoría de los equipos de velocidad estándar no tenían problemas con la cinta sin perforaciones, porque detectaban los agujeros mediante pasadores de detección mecánicos con resortes romos, que empujaban fácilmente las solapas de papel para que no estorbaran.
El texto se codificaba de varias formas. La primera codificación de caracteres estándar fue Baudot , que data del siglo XIX y tenía cinco agujeros. El código Baudot fue reemplazado por códigos modificados de cinco agujeros, como el código Murray (que agregó retorno de carro y avance de línea ), que se desarrolló en el código Western Union , que luego se desarrolló en el Alfabeto Telegráfico Internacional No. 2 (ITA 2), y una variante llamada código American Teletypewriter (USTTY). [9] Otros estándares, como Teletypesetter (TTS), FIELDATA y Flexowriter , tenían seis agujeros. A principios de la década de 1960, la American Standards Association lideró un proyecto para desarrollar un código universal para el procesamiento de datos, que se convirtió en el Código Estándar Americano para el Intercambio de Información (ASCII). Este código de siete niveles fue adoptado por algunos usuarios de teleimpresoras, incluido AT&T ( Teletype ). Otros, como Telex , se quedaron con los códigos anteriores.
La cinta perforada se utilizaba como forma de almacenar mensajes para los teletipos . Los operadores escribían el mensaje en la cinta de papel y luego lo enviaban a la velocidad máxima de línea desde la cinta. Esto permitía al operador preparar el mensaje "fuera de línea" a la mejor velocidad de escritura del operador y le permitía corregir cualquier error antes de la transmisión. Un operador experimentado podía preparar un mensaje a 135 palabras por minuto (PPM) o más durante períodos cortos.
La línea funcionaba normalmente a 75 ppm, pero de forma continua. Al preparar la cinta "fuera de línea" y luego enviar el mensaje con un lector de cintas, la línea podía funcionar de forma continua en lugar de depender de la escritura continua "en línea" por parte de un solo operador. Normalmente, una sola línea de 75 ppm admitía a tres o más operadores de teletipo que trabajaban fuera de línea. Las cintas perforadas en el extremo receptor podían utilizarse para retransmitir mensajes a otra estación. Se desarrollaron grandes redes de almacenamiento y reenvío utilizando estas técnicas.
Las cintas de papel podían leerse en ordenadores a una velocidad de hasta 1.000 caracteres por segundo. [10] En 1963, una empresa danesa llamada Regnecentralen presentó un lector de cintas de papel llamado RC 2000 que podía leer 2.000 caracteres por segundo; más tarde aumentaron aún más la velocidad, hasta 2.500 cps. Ya en la Segunda Guerra Mundial , el lector de cintas Heath Robinson , utilizado por los descifradores de códigos aliados, era capaz de leer 2.000 cps, mientras que Colossus podía funcionar a 5.000 cps utilizando un lector de cinta óptica diseñado por Arnold Lynch.
Cuando se lanzaron las primeras minicomputadoras , la mayoría de los fabricantes recurrieron a las teleimpresoras ASCII de producción masiva existentes (principalmente el Teletype Model 33 , capaz de procesar diez caracteres ASCII por segundo) como una solución de bajo costo para la entrada de datos mediante teclado y la salida de datos mediante impresora. El ASR Model 33, que se especificaba comúnmente, incluía un perforador/lector de cinta de papel, donde ASR significa "Automatic Send/Receive" (Envío/Recepción Automático), a diferencia de los modelos KSR ( Keyboard Send/Receive) sin perforador/lector y RO (Receive Only) sin perforador/lector. Como efecto secundario, la cinta perforada se convirtió en un medio popular para el almacenamiento de datos y programas de minicomputadoras de bajo costo, y era común encontrar una selección de cintas que contenían programas útiles en la mayoría de las instalaciones de minicomputadoras. También eran comunes los lectores ópticos más rápidos.
La transferencia de datos binarios hacia o desde estas minicomputadoras se lograba a menudo utilizando una técnica de doble codificación para compensar la tasa de error relativamente alta de los lectores y perforadores. La codificación de bajo nivel era típicamente ASCII, codificada y enmarcada en varios esquemas como Intel Hex , en el que un valor binario de "01011010" estaría representado por los caracteres ASCII "5A". La información de enmarcado, direccionamiento y suma de comprobación (principalmente en caracteres hexadecimales ASCII) ayudaba con la detección de errores. Las eficiencias de un esquema de codificación de este tipo son del orden del 35-40% (por ejemplo, se necesita un 36% de 44 caracteres ASCII de 8 bits para representar dieciséis bytes de datos binarios por trama).
En la década de 1970, los equipos de fabricación asistidos por ordenador solían utilizar cinta de papel. Un lector de cinta de papel era más pequeño y menos costoso que los lectores de tarjetas Hollerith o de cinta magnética , y el medio era razonablemente fiable en un entorno de fabricación. La cinta de papel era un importante medio de almacenamiento para las máquinas de bobinado de cables controladas por ordenador , por ejemplo.
Se desarrollaron papeles de fibra larga encerados y lubricados de primera calidad y cintas de película Mylar para que las cintas de producción muy utilizadas duraran más.
En la década de 1970 y principios de la de 1980, la cinta de papel se usaba comúnmente para transferir datos binarios para su incorporación en chips de memoria de solo lectura (ROM) programables con máscara o sus contrapartes borrables, las EPROM . Se desarrolló una variedad significativa de formatos de codificación para su uso en la transferencia de datos de ROM/EPROM y computadoras. [11] Los formatos de codificación que se usaban comúnmente estaban impulsados principalmente por aquellos formatos que los dispositivos de programación EPROM admitían e incluían varias variantes hexadecimales ASCII, así como una serie de formatos propietarios.
También se utilizó un esquema de codificación de alto nivel mucho más primitivo y mucho más largo, BNPF (Begin-Negative-Positive-Finish), [12] [13] también escrito como BPNF (Begin-Positive-Negative-Finish). [14] En la codificación BNPF, un solo byte (8 bits) se representaría mediante una secuencia de encuadre de caracteres altamente redundante que comenzaría con una única "B" ASCII mayúscula, ocho caracteres ASCII donde un "0" se representaría con una "N" y un "1" se representaría con una "P", seguido de una "F" ASCII final. [12] [14] [13] Estas secuencias ASCII de diez caracteres estaban separadas por uno o más caracteres de espacio en blanco , por lo que se usaban al menos once caracteres ASCII para cada byte almacenado (9% de eficiencia). Los caracteres ASCII "N" y "P" diferían en cuatro posiciones de bit, lo que proporcionaba una excelente protección contra errores de perforación única. También estaban disponibles esquemas alternativos denominados BHLF (Begin-High-Low-Finish) y B10F (Begin-One-Zero-Finish), en los que "L" y "H" o "0" y "1" también estaban disponibles para representar bits de datos, [15] pero en ambos esquemas de codificación, los dos caracteres ASCII que contienen datos difieren solo en una posición de bit, lo que proporciona una detección de errores de perforación única muy deficiente.
NCR de Dayton, Ohio , fabricó cajas registradoras alrededor de 1970 que perforaban cintas de papel. Sweda fabricó cajas registradoras similares en la misma época. La cinta podía leerse en una computadora y no solo se podía resumir la información de ventas, sino que también se podían realizar facturas en las transacciones de cobro. La cinta también se usaba para el seguimiento de inventarios y para registrar los números de departamento y clase de los artículos vendidos.
La cinta de papel perforada se utilizó en la industria periodística hasta mediados de la década de 1970 o más tarde. Los periódicos se componían normalmente en membrete caliente mediante dispositivos como las máquinas Linotype . Cuando los servicios de noticias empezaron a utilizar un dispositivo que perforaba la cinta de papel, en lugar de que el operador de Linotype tuviera que volver a mecanografiar todas las historias entrantes, la cinta de papel se podía introducir en un lector de cinta de papel en la Linotype y este creaba los membretes sin que el operador tuviera que volver a mecanografiar las historias. Esto también permitió a los periódicos utilizar dispositivos, como la Friden Flexowriter , para convertir la mecanografía en membrete a través de la cinta. Incluso después de la desaparición de Linotype y la composición tipográfica con membrete caliente, muchos de los primeros dispositivos fotocomponedores utilizaban lectores de cinta de papel.
Si se encontraba un error en una posición de la cinta de seis niveles, ese carácter podía convertirse en un carácter nulo que se podía omitir perforando las posiciones restantes no perforadas con lo que se conocía como un "desplumador de pollos". Parecía un despalillador de fresas que, presionado con el pulgar y el índice, podía perforar las posiciones restantes, un agujero a la vez.
Los cifrados Vernam se inventaron en 1917 para cifrar las comunicaciones por teleimpresora utilizando una clave almacenada en una cinta de papel. Durante el último tercio del siglo XX, la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) utilizó cintas de papel perforadas para distribuir claves criptográficas . Las cintas de papel de ocho niveles se distribuían bajo estrictos controles contables y eran leídas por un dispositivo de llenado , como el KOI-18 portátil , que se conectaba temporalmente a cada dispositivo de seguridad que necesitaba nuevas claves. La NSA ha estado tratando de reemplazar este método con un sistema de gestión de claves electrónicas ( EKMS ) más seguro, pero a partir de 2016 [actualizar], aparentemente todavía se estaba empleando la cinta de papel. [16] El bote de cinta de papel es un contenedor a prueba de manipulaciones que contiene características para evitar la alteración no detectada de los contenidos.
Las cintas de papel sin ácido o Mylar pueden leerse muchas décadas después de su fabricación, a diferencia de la cinta magnética, que puede deteriorarse y volverse ilegible con el tiempo. Los patrones de agujeros de la cinta perforada se pueden decodificar a simple vista si es necesario, e incluso es posible editar una cinta mediante corte y empalme manual. A diferencia de la cinta magnética, los campos magnéticos, como los producidos por motores eléctricos, no pueden alterar los datos perforados. [17] En aplicaciones de criptografía, una cinta perforada utilizada para distribuir una clave se puede destruir rápida y completamente quemándola, lo que evita que la clave caiga en manos de un enemigo.
La fiabilidad de las operaciones de perforación de cintas de papel era una preocupación, de modo que para aplicaciones críticas se podía leer una nueva cinta perforada después de la perforación para verificar el contenido correcto. Para rebobinar una cinta se necesitaba un carrete de recogida u otras medidas para evitar rasgar o enredar la cinta. [ cita requerida ] En algunos usos, la cinta "plegada en abanico" simplificaba el manejo, ya que la cinta se volvía a plegar en un "tanque de recogida" lista para ser leída nuevamente. La densidad de información de la cinta perforada era baja en comparación con la de la cinta magnética, lo que hacía que los conjuntos de datos grandes fueran difíciles de manejar en forma de cinta perforada.
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