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| Speichermedium Lochkarte
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| Hollerith-Lochkarte | |
| Allgemeines | |
|---|---|
| Typ | mechanisches Speichermedium |
| GröĂe | verschiedene GröĂen z. B. Hollerith-Lochkarte: 18,7 cm Ă 8,3 cm Ă 0,17 mm Karton |
| Ursprung | |
| MarkteinfĂŒhrung | Mitte 18. Jahrhundert |
| Nachfolger | Datensatz in Datei |
Eine Lochkarte (LK) ist ein aus Spezialpapier gefertigter, in der Datenverarbeitung bis in die 1970er Jahre zur Datenerfassung und -Speicherung hÀufig verwendeter DatentrÀger. In ihm wurden die Dateninhalte durch einen Lochcode abgebildet, der mithilfe von elektro-mechanischen GerÀten erzeugt und verarbeitet wurde.
In den Zeiten der maximalen Verbreitung von Lochkarten â direkt vor der VerfĂŒgbarkeit elektronischer Speichermedien â konnten vielen Computersystemen ihre Eingabedaten ausschlieĂlich ĂŒber Lochkarten zugefĂŒhrt werden. Auch zur Speicherung von Bestandsdaten (z. B. Kontoinformationen einer Bank) wurden zunĂ€chst Lochkarten verwendet. In der Softwareentwicklung wurde der Programm-Quellcode von den Programmierern auf Lochkarten erfasst, archiviert und bearbeitet. Auch zum Laden von Programmen (im Maschinencode oder auch als Programm-Quelltext) wurden Lochkarten verwendet. Sukzessive wurden die Lochkarten durch elektronische Speichermedien wie MagnetbĂ€nder und Magnetplatten sowie fĂŒr die Eingabe durch andere DatentrĂ€ger und durch BildschirmgerĂ€te abgelöst. LĂ€nger hielten sich Lochkarten als TrĂ€germedium fĂŒr JCL-Steueranweisungen, ĂŒber die Jobs bereits unter Nutzung elektronischer Programmbibliotheken ausgefĂŒhrt wurden.
Inhaltsverzeichnis |
Lochkarten und lochkartenĂ€hnliche Systeme wurden ab etwa der Mitte des 18. Jahrhunderts im Bereich der Automatisierung und der Datenverarbeitung verwendet. Sie wurden meist eingesetzt, um wiederkehrende AblĂ€ufe rationell zu wiederholen. Es wurden unter anderem lochkartengesteuerte WebstĂŒhle gebaut, wobei die ersten Lochkarten hier hölzerne PlĂ€ttchen waren, bekannt ist vor allem der Jacquard-Webstuhl von Joseph-Marie Jacquard. Drehorgeln werden oftmals noch heute mit lochkartenĂ€hnlichen Speichermedien (sogenannte Faltkartonnoten oder Lochbandrollen) gesteuert, aber auch andere automatische und teilautomatische Musikinstrumente bedienen sich dieses Verfahrens. Charles Babbage sah fĂŒr seine Analytical Engine eine Lochkartensteuerung vor. FrĂŒhe Datenverarbeitungs- und -registrieranlagen waren ohne Lochkarten nicht denkbar.
Die UrsprĂŒnge der Lochkarte gehen auf die Funktionsweise von Spieldosen und anderen Automaten zurĂŒck, in denen eine sich drehende Walze oder Scheibe mit darauf angebrachten Stiften oder Löchern die automatisierte Wiedergabe von MusikstĂŒcken und die Steuerung mechanischer AblĂ€ufe ermöglichte.
Das Grundprinzip der Datenspeicherung einer Lochkarte ist, dass die fĂŒr eine spezielle Funktion eines Automaten relevanten Daten in geeigneter Form kodiert werden. Beispielsweise werden in ein aus dĂŒnnem Karton bestehenden Speichermedium Löcher gestanzt, deren Position vom jeweiligen Code vorgegeben wird. Um die Funktion dann zu einem beliebigen Zeitpunkt auszufĂŒhren, werden die Löcher des Speichermediums durch eine Leseeinheit abgelesen und durch eine geeignete Vorrichtung passend decodiert, so dass sie der Funktion zugeordnet werden können. Die Abtastung der Steuerbefehle kann auf mechanischem, pneumatischem, opto-elektrischem oder auch elektromechanischem Wege geschehen.
Mechanische und auch elektromechanische Speichersysteme, die Daten durch Löcher in einem externen Medium aus Papier, Karton oder Àhnlichem speichern, boten vor der Entwicklung der elektronischen Datenverarbeitung, im Gegensatz zu Systemen wie etwa der Stiftwalze, die wirtschaftlichste Möglichkeit, codierte Daten schnell zu vervielfÀltigen und mit einfachen Mitteln einen neuen Code zu schreiben.
Die spĂ€ter im Computerbereich weit verbreitete Lochkarte geht auf die US-amerikanische VolkszĂ€hlung 1890 zurĂŒck, zu der Herman Hollerith ein auf Lochkarten basierendes Verfahren einschlieĂlich der zugehörigen Stanz- und Auswertemaschinen Tabelliermaschinen entwickelte. Die VolkszĂ€hlung wurde zwischen dem 1. Juni 1890 und dem 1. Juli 1890 durchgefĂŒhrt. Die Daten zur Einwohnererfassung wurden manuell direkt in die Tabelliermaschinen eingegeben. Die Ergebnisse dieser Daten wurden am 12. Dezember 1890 veröffentlicht. Alle anderen Daten wurden zuerst in die Lochkarten gelocht und dann mit den Tabelliermaschinen ausgewertet. Der erste Teil der Ergebnisse wurde am 12. Dezember 1892 als Compendium of the Eleventh Census Part I veröffentlicht. Die Teile 2 und 3 wurden 1894 und 1896 veröffentlicht.
Die Lochkarte wurde nach ihrer Massenpremiere, der VolkszĂ€hlung, vor allem in mechanischen und elektromechanischen Rechen- und Lochkartensortierern und Lochkartenmischern eingesetzt. Es dauerte allerdings bis 1928, bevor die Lochkarte ihr endgĂŒltiges, standardisiertes Format bekam (das ĂŒbrigens nicht, wie gelegentlich behauptet, der GröĂe des damaligen Ein-Dollar-Scheins entspricht). Nach ihrem Erfinder war fĂŒr diese Art Lochkarten auch die Bezeichnung Hollerithkarte ĂŒblich.
Eine Hollerith-Lochkarte ist ein rechteckiges, etwa 18,7 cm Ă 8,3 cm groĂes StĂŒck 0,17 mm dĂŒnner Karton, in das in vorgegebene Positionen spaltenweise Löcher gestanzt werden, um eine Folge von Zeichen (heute wĂŒrde man sagen: eine Zeile Text) zu codieren.
Als im 20. Jahrhundert Computer entwickelt wurden, boten sich die schon etablierten Lochkarten als Medium zur Programmeingabe und Datenspeicherung an.
Das erste Format der Hollerith-Lochkarten, das bei der VolkszĂ€hlung im Jahr 1890 verwendet worden war, sah 240 Positionen fĂŒr Löcher vor, es wurde jedoch bald auf 45 Spalten mit je 12 Positionen erweitert. Dies entsprach 45 Zeichen zu je 12 bit (spĂ€ter wurde eine 6-bit-Codierung erfunden, die es erlaubte, 90 Zeichen zu speichern). IBM lieĂ sich 1928 ein 80-Spalten-Format mit rechteckigen Löchern patentieren, das die weiteste Verbreitung fand und auch noch heute bei GroĂrechneranlagen von IBM zu finden ist; die bis heute ĂŒbliche maximale ZeilenlĂ€nge von knapp 80 Zeichen in E-Mails und Textdateien geht auf dieses Lochkartenformat zurĂŒck, ebenso das Darstellungsformat von meist 80 Zeichen Breite auf den Terminals von IBM-GroĂrechnern, welche u. a. als DatenerfassungsgerĂ€te die Lochkarten spĂ€ter verdrĂ€ngten. In die Lochkarte können in 80 Spalten und in 12 Zeilen Löcher gestanzt werden. UrsprĂŒnglich konnte nur ein Loch pro Spalte fĂŒr Ziffern benutzt werden. SpĂ€ter kam eine zweite Lochung fĂŒr GroĂbuchstaben und eine dritte Lochung fĂŒr Sonderzeichen hinzu. Mit Verwendung des EBCDIC-Codes seit 1964 wurden bis zu 6-fach-Lochungen zugelassen. Dabei entsprach eine Karte einer Zeile Text und eine Spalte der Karte einer Zeichenposition der Zeile. Eine Lochkarte hatte somit ein Fassungsvermögen von 80 Byte. Eine 80-GB-Festplatte kann somit den Inhalt einer Milliarde Lochkarten speichern. Das wĂŒrde einem Lochkartenstapel von 170 km Höhe entsprechen.
Die feste Ausrichtung an den Spalten der Lochkarten hatte Auswirkung auf die Syntax mancher Programmiersprachen. Bei alten Fortran-Varianten waren die ersten fĂŒnf Spalten fĂŒr ein numerisches Label vorgesehen. Bei zĂŒgiger Durchsicht der Lochkarten konnte sehr einfach erkannt werden, wenn ein Label oder der Quellcode falsch positioniert waren. Ein beliebiges Zeichen in Spalte 6, ĂŒblicherweise ein Sternchen oder ein groĂes C (fĂŒr Continue), bedeutete: Fortsetzungskarte, d. h. die Anweisung auf der vorherigen Lochkarte/Zeile wird ab Spalte 7 fortgesetzt. Die acht Spalten 73 bis 80 waren bei Fortran fĂŒr Kommentare reserviert. Hier lochte man oft eine fortlaufende Nummer, damit man einen heruntergefallenen Lochkartenstapel leichter sortieren konnte. Auf fĂŒr Fortran-Programme hergestellten Lochkarten waren diese Bereiche optisch deutlich markiert. Die Programmiersprache COBOL basiert mit ihrer Sprachsyntax ebenfalls auf der Lochkarte. Auch die Datenkarten hatten normalerweise ein festes Format, wobei ein Datensatz einer Karte entsprach und dort die Eingabedaten wie beispielsweise Betrag, Kundennummer und Datum festen Bereichen der Spalten zugeordnet waren.
Zahlreiche Verbesserungen der Lochkartensysteme gehen auf Gustav Tauschek (1899â1945) zurĂŒck.
Um Lochkarten zu erstellen, gab es Lochkartenlocher, die, manuell bedient, spaltenweise Löcher so in die Karte stanzten, dass sie je nach vertikaler Lochposition und -kombination ein anderes definiertes Zeichen reprĂ€sentierten. Neuere GerĂ€te druckten zusĂ€tzlich zum gestanzten Code â um die Karte auch fĂŒr Menschen lesbar zu machen â den Inhalt als Klartext am oberen Rand mit auf die Karten. Erfahrene Programmierer konnten die Informationen auch ohne Hilfsmittel, einfach nur durch Betrachtung der Lochpositionen, interpretieren.
Diese GerĂ€te hatten eine Schreibmaschinentastatur (meist mit numerischer Blocktastatur), eine ZufĂŒhrvorrichtung fĂŒr leere und eine Ablagevorrichtung fĂŒr erstellte Lochkarten sowie â zur Steuerung und Beschleunigung der ErfassungsvorgĂ€nge â eine sog. Programmkarte. Diese war z. B. auf einer rotierenden Trommel aufgespannt, die von elektrischen FĂŒhlern abgetastet wurde und je nach Inhalt der Karte bestimmte Funktionen steuerte. So konnten z. B. Felder (Spaltenbereiche) als numerisch oder alpha-numerisch definiert werden. Bestimmte Felder konnten direkt angesprungen oder ĂŒbersprungen werden, so dass nur das Eintippen bestimmter Feldinhalte nötig war, ohne Steuertasten zu betĂ€tigen. Andere Programmbefehle bewirkten das Kopieren bestimmter Spaltenbereiche von einer vorhergehenden auf die neue Karte.
Auf der Tastatur gab es eine Kopiertaste, mit der die gerade gestanzte Karte bis zu einer gewĂŒnschten Spalte kopiert werden konnte. Diese Funktion wurde spĂ€ter von Betriebssystemen mit Terminal-gesteuerter Eingabe ĂŒbernommen, um eine editierte Zeile auf einem Fernschreiber oder spĂ€ter auch auf dem Monitor neu auszugeben. Die zuletzt eingegebene Zeile kann noch heute z. B. bei der Windows-Eingabeaufforderung zeichenweise durch die Cursor-rechts-Taste und im ganzen durch die Cursor-oben-Taste kopiert werden.
Optional konnten zur Kontrolle auf einer zweiten Maschine, dem LochkartenartenprĂŒfer, die Daten nochmals eingegeben werden. Wenn die Lochungen ĂŒbereinstimmten, wurde die Karte als geprĂŒft gekennzeichnet, sonst musste sie korrigiert werden.
In seltenen FĂ€llen kamen Handlocher zum Einsatz, mit denen, ggf. nach dem Ăberkleben fehlerhafter Lochungen, bestimmte Spalten nachgelocht werden oder ganze Karten neu erstellt werden konnten.
Eingelesen wurden die Lochkarten durch den Lochkartenleser, ein PeripheriegerĂ€t des Rechners. Der Lochkartenstapel wurde dazu in einem Leseschacht aufgelegt und â zur besseren mechanischen ZufĂŒhrung â mit einem Gewicht beschwert. Auf Knopfdruck wurde der Lesevorgang gestartet. Durch ein GeblĂ€se und ĂŒber Rollen wurde der Stapel direkt vor dem Karteneinzug aufgelockert und eine Karte nach der anderen eingelesen. Der Lesevorgang erfolgte entweder durch mechanisches Abtasten mit Stiften, durch BĂŒrsten â wobei die Lochkarte als Isolator zur Kontaktwalze diente â oder durch Lichtschranken mit Fotozellen.
Die damaligen Programme waren nicht interaktiv: Ein Programm wurde gestartet, las Eingabedaten eines bestimmten Ordnungsbegriffs, verarbeitete sie und gab Ergebnisdaten aus â wieder als Lochkarten und/oder ĂŒber Drucker. Dabei wurden sowohl der Kartenleser als auch der Lochkartenstanzer und der Drucker als PeripheriegerĂ€te der Zentraleinheit vom Programm jeweils gezielt angesteuert.
Diese Arbeitsweise bedingte bis zu drei 'SĂ€tze' von Lochkarten: Ein Satz enthielt das Verarbeitungsprogramm (z. B. im Maschinencode), das zu Beginn der Arbeit in den Arbeitsspeicher geladen wurde sowie technische Steueranweisungen fĂŒr die Verarbeitung (âJobkartenâ fĂŒr die JCL); ein zweiter Satz enthielt die Eingabedaten; ein dritter Satz enthielt bei Bedarf (oft reichte eine Druckausgabe der Ergebnisse) die erzeugten Ausgabedaten â die i. d. R. zum nĂ€chsten Verarbeitungstermin wieder als Eingabe verwendet wurden.
Die englische Bezeichnung fĂŒr einen Kartenstapel ist batch, und der ganze Prozess der Verarbeitung sowie auch der Programmstapel war ein Job. Daraus wurden die Begriffe Batchjob, Batchdatei und auch die Dateiendung bat fĂŒr eine DOS-Datei. Der Ausdruck batch wird auch als Synonym fĂŒr den Begriff Stapelverarbeitung verwendet.
Ein nicht unbedeutender Aspekt der Lochkartenverarbeitung war die Notwendigkeit, die Lochkarten zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstationen körperlich zu transportieren. Je nach Situation war dies eine logistische Herausforderung, denn nur selten wurden die Lochkarten dort verarbeitet (im Rechenzentrum), wo sie auch erzeugt wurden (z. B. im âLochsaalâ).
Transportiert wurden die Lochkarten im Allgemeinen in KunststoffbehĂ€ltern, in denen die Lochkarten bei unvollstĂ€ndiger FĂŒllung mit Klemmleisten fixiert wurden. Zum Teil, z. B. innerhalb eines GebĂ€udes, wurden auch die Kartons verwendet, in denen die Lochkarten vom Hersteller geliefert wurden, je Karton 2000 StĂŒck. FĂŒr gröĂere Datenmengen wurden innerhalb von GebĂ€uden Transportwagen benutzt.
Die Arbeit mit Lochkarten erforderte auch Raum zu deren Aufbewahrung. Solche Lager waren zum Beispiel wie folgt organisiert:
Alle diese Archive wurden manuell befĂŒllt bzw. aus ihnen wurden Kartenstapel fĂŒr die Verarbeitung manuell entnommen. Ein funktionierendes Ordnungssystem und dessen Einhaltung waren unabdingbare Voraussetzungen fĂŒr das Funktionieren der Bearbeitungsprozesse.
Die Lochkarten von IBM, z. B. auf Systemen der Serie 360, wiesen 80 Spalten auf, fĂŒr jedes Zeichen eine Spalte. Horizontal gab es 12 Reihen, oben 2 Reihen fĂŒr sog. âĂberlochungenâ und darunter 10 Reihen fĂŒr die numerischen Werte 0 bis 9. Die Ăberlochungen wurden auch âZonenâ oder âZonungâ genannt: 12er und 11er Zone. Die Null-Reihe des numerischen Teils wurde bei Mehrfachlochungen ebenfalls als Ăberlochung benutzt und bezeichnet, die 10er-Zone.
FĂŒr die Abbildung bestimmter Zeichen oder Werte wurden folgende Lochungen verwendet und umgekehrt (die Lochungen wurden als entsprechende Zeichen interpretiert):
Man erkennt einen gewissen Zusammenhang zwischen der Lochkarten-Codierung und dem EBCDIC-Code â in dem die Lochkarteninhalte im Hauptspeicher oder auf elektronischen DatentrĂ€gern in hexadezimaler Form gespeichert wurden: Die Ăberlochungen gingen in das erste Halbbyte ein (den Zonenteil), die numerischen Lochungen (bei Ziffern) unverĂ€ndert in das zweite Halbbyte (den Nummernteil). So wurde z. B. der Buchstabe âAâ hexadezimal zu âC1â, der Buchstabe âSâ zu âE2â, die vorzeichenlose Ziffer â3â zu âF3â. Als positiver Wert wurde die â3â mit âC3â, als negativer Wert mit âD3â gespeichert. Zur internen Verarbeitung in Rechenoperationen mussten numerische LK-Felder in intern-numerische Datenformate konvertiert werden â zum Beispiel in das binĂ€re oder das 'gepackte' Datenformat. In Assemblersprachen wurde dies individuell programmiert (z. B. 'PACK ZWI_FELD,LK_FELD'), höhere Programmiersprachen fĂŒgten solche Konvertierungen automatisch ein.
Somit war in einer Lochkartenspalte z. B. der negative Wert ââ4â mit einer 11er Ăberlochung und der 4 im Nummernteil codiert â identisch zum Buchstaben âMâ. Ob âMâ oder âminus 4â galt, war davon abhĂ€ngig, ob das verarbeitende Programm die Spalte als Teil eines Textfelds oder eines numerischen Felds (letzte Spalte) interpretierte.
Transportable Massenspeicher (wie Magnetbandkassetten oder spĂ€ter Disketten), die ab Mitte der 1960er Jahre eingefĂŒhrt wurden (und noch spĂ€ter die FernĂŒbertragung von Eingabedaten â online, DFĂ) verdrĂ€ngten sukzessive die Lochkarte als Erfassungsmedium. Eine in den spĂ€ten 1960er Jahren von IBM vorgestellte kleinere Karte höherer KapazitĂ€t konnte sich nicht mehr durchsetzen. Als Speicher- und Verarbeitungsmedium fĂŒr Programmdaten, die Stammdaten oder auch fĂŒr Zwischenergebnisse wurden neuere und schnellere Speichermedien wie MagnetbĂ€nder und Magnetplattenspeicher verwendet.
Kurzzeitig wurden auch âMagnetkartenâ verwendet, welche die gleichen Abmessungen wie die Lochkarten hatten. Auf diesen Karten wurden die âLöcherâ durch die magnetisch gespeicherte binĂ€re âEinsâ ersetzt. Manche Lesesysteme konnten sogar Magnetkarten und Lochkarten lesen.
Lochkartensysteme fanden wegen ihrer Robustheit aber auch andere Anwendungsbereiche, so zum Beispiel als ProgrammtrĂ€ger fĂŒr Waschmaschinen oder fĂŒr SchlĂŒsselkarten und Ausweiskarten. Teilweise wurden die Lochkarten dabei in transparenten oder durchscheinenden Kunststoff eingeschweiĂt. Mittlerweile sind auch diese Lochkarten wieder weitgehend durch Chipkarten und Ă€hnliche Systeme ersetzt worden.Lochkarten im Hollerith-Format gibt es heute noch bei einigen mechanischen Stempeluhren. Das Bild rechts zeigt einen nahezu baugleichen Lochkartenleser aus den 1970er Jahren mit einer Leseleistung von 1000 Karten/Minute. In der Computertechnik sind echte Lochkarten heutzutage nicht mehr von Bedeutung. Jedoch werden noch immer hĂ€ufig Umfragedaten in Dateien gespeichert, deren Format an Lochkarten angelehnt ist â auch im 21. Jahrhundert gibt es also noch âSpaltenâ und âKartenâ, wenn auch nur virtuell (siehe: Liste der Begriffe und Methoden der Marktforschung).
Lochkarten finden auch noch in US-amerikanischen Wahlmaschinen Verwendung. Bei der Wahl von George W. Bush zum PrÀsidenten der USA wurden teilweise Wahlzettel verwendet, die vom WÀhler wie Lochkarten von Hand mit einem Stift gelocht werden mussten.[2]. Das stellte sich als extrem unzuverlÀssig heraus und ist deshalb stark in die Kritik geraten.
Die von Hollerith gegrĂŒndete Firma Tabulating Machine Company wurde spĂ€ter in IBM umbenannt.
Bis in die 1990er Jahre gab es so genannte Randlochkarten â manchmal auch als Kerblochkarte bezeichnet â, die manuell bearbeitet wurden. Verschiedene Suchkriterien (zum Beispiel im Bibliothekswesen) wurden mit Löchern oder Schlitzen an allen vier RĂ€ndern der Karte codiert.
Die Karten hatten alle im uncodierten Zustand dieselbe Anordnung von Löchern am Rand. Durch Entfernen des Materials zwischen Loch und Kartenrand entstand ein Schlitz, die Codierung. Hatte man jetzt mehrere Karten mit unterschiedlicher Codierung, so konnte man mit Hilfe einer Nadel, die durch die Löcher passte, die Karten sortieren.
Man stellte zuerst die unsortierten Karten als Stapel zusammen (damit man erkennen konnte, dass diese alle mit der richtigen Seite in eine Richtung lagen, war bei allen Karten die obere rechte Ecke abgeschrĂ€gt). AnschlieĂend konnte man eine oder mehrere Nadeln durch die gewĂŒnschten Löcher (Suchkriterium) stecken. Durch Anheben der Nadeln wurden nur die Karten mit angehoben, die an diesen Positionen noch intakte Löcher hatten. Waren an diesen Stellen Schlitze, fielen diese Karten unten aus dem Stapel heraus.
Eine Sonderform der Lochkarte stellte die Filmlochkarte nach DIN 19053 dar. Diese hatte einen 35-mm-Mikrofilm eingeklebt. Dadurch konnten z. B. technische Zeichnungen rasch aus einem Lochkartenbestand per Sortierung extrahiert werden.
Kleine Lochkarten werden manchmal auch in Hotels als SchlĂŒsselkarten verwendet.