شريط مثقوب

في القرن الحادي والعشرين، أصبح الشريط المثقوب من الماضي باستثناء الهواة وتطبيقات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC). ورغم أن الذاكرة الرقمية حلت محل الشريط الورقي ، إلا أن بعض الأنظمة الحديثة لا تزال تقيس حجم برامج CNC المخزنة بالأقدام أو الأمتار، وهو ما يعادل الطول المكافئ لو تم تثقيب البيانات فعليًا على شريط ورقي. ^{[ 3 ]}

استخدمت العديد من الأجهزة القديمة شريطًا ورقيًا مشبعًا مسبقًا بزيت خفيف لتزييت آلية القراءة والتثقيب. عادةً ما كان تشريب الزيت يجعل الورق شبه شفاف وزلقًا، وقد ينتقل الزيت الزائد إلى الملابس أو أي سطح يلامسه. أما أجهزة قراءة الأشرطة الضوئية اللاحقة، فكانت تستخدم غالبًا شريطًا ورقيًا معتمًا غير مشبع بالزيت، مما يقلل من احتمالية تراكم الرواسب الزيتية على المستشعرات الضوئية وحدوث أخطاء في القراءة. ومن الابتكارات الأخرى الشريط الورقي المطوي، الذي كان أسهل في التخزين بشكل مضغوط وأقل عرضة للتشابك مقارنةً بالشريط الورقي الملفوف.

للاستخدامات الشاقة أو المتكررة، كان يُستخدم شريط مايلر البوليستر بكثرة. هذا الغشاء البلاستيكي المتين والقوي كان عادةً أرق من الأشرطة الورقية، ولكنه كان يُستخدم في العديد من الأجهزة المصممة أصلاً للوسائط الورقية. كان الشريط البلاستيكي شفافًا في بعض الأحيان، ولكنه كان يُطلى عادةً بالألمنيوم ليصبح معتمًا بما يكفي للاستخدام في أجهزة القراءة الضوئية عالية السرعة.

كان سمك شريط التثقيب عادةً 0.100 مم (0.00394 بوصة) . وكان العرضان الأكثر شيوعًا هما 17 مم (11/16 بوصة ) للرموز ذات الخمس بتات، و 25 مم (بوصة واحدة) للأشرطة ذات الست بتات أو أكثر. وكانت المسافة بين الثقوب 2.5 مم (0.1 بوصة ) في كلا الاتجاهين. وكان قطر ثقوب البيانات 1.8 مم (0.072 بوصة) ، بينما كان قطر ثقوب تغذية العجلة المسننة 1.2 مم (0.046 بوصة ) . ^{[ 8 ]}      

تستخدم معظم أجهزة تثقيب الشريط مثاقب دائرية صلبة لعمل ثقوب في الشريط. ينتج عن هذه العملية ما يُعرف بـ" القصاصات الورقية "، وهي قطع صغيرة دائرية من الورق. كانت إدارة التخلص من هذه القصاصات مشكلة مزعجة ومعقدة، إذ تميل هذه القطع الصغيرة إلى التسرب من الحاويات والتداخل مع الأجزاء الكهروميكانيكية الأخرى لجهاز الطباعة عن بُعد. وكانت القصاصات الورقية الناتجة عن الشريط الورقي المُشحم تُشكل مشكلة خاصة، لأنها تميل إلى التكتل والتراكم بدلاً من التدفق بحرية في حاوية التجميع.

كان هناك جهاز مبتكر يُسمى " مثقب الطباعة بدون قصاصات" يعمل على تثقيب الشريط . يقوم هذا الجهاز بتثقيب إشارة التلكس المُستلمة على الشريط وطباعة الرسالة عليه في الوقت نفسه، باستخدام آلية طباعة مشابهة لتلك الموجودة في طابعات الصفحات العادية. وبدلاً من تثقيب الثقوب الدائرية المعتادة، يقوم الجهاز بعمل شقوق صغيرة على شكل حرف U في الورق، مما يمنع ظهور قصاصات الورق. ويبقى "الثقب" مملوءًا بغطاء ورقي صغير. وبفضل عدم تثقيب الثقب بالكامل، تبقى الطباعة على الورق سليمة ومقروءة. وهذا يُمكّن المشغلين من قراءة الشريط دون الحاجة إلى فك رموز الثقوب، مما يُسهّل إعادة توجيه الرسالة إلى محطة أخرى في الشبكة. كما أنه لا حاجة لتفريغ "صندوق قصاصات الورق" بشكل دوري.

من عيوب هذه التقنية أن الشريط الخالي من الشقوق، بعد ثقبه، لم يكن يُلفّ جيدًا للتخزين، لأن أطراف الورق البارزة كانت تعلق بالطبقة التالية من الشريط، مما يحول دون لفه بإحكام. ومن العيوب الأخرى التي ظهرت مع مرور الوقت عدم وجود طريقة موثوقة لقراءة هذا النوع من الشريط في أجهزة القراءة عالية السرعة اللاحقة التي تستخدم الاستشعار البصري. مع ذلك، لم تواجه أجهزة قراءة الأشرطة الميكانيكية المستخدمة في معظم الأجهزة ذات السرعة القياسية أي مشكلة مع الشريط الخالي من الشقوق، لأنها كانت تستشعر الثقوب بواسطة دبابيس استشعار ميكانيكية زنبركية غير حادة، تدفع أطراف الورق بسهولة.

استُخدم الشريط المثقوب كوسيلة لتخزين الرسائل في أجهزة الطباعة عن بُعد . كان المشغلون يكتبون الرسالة على الشريط الورقي، ثم يرسلونها بأقصى سرعة ممكنة من الشريط. سمح هذا للمشغل بإعداد الرسالة "خارج الخط" بأفضل سرعة كتابة لديه، كما سمح له بتصحيح أي خطأ قبل الإرسال. كان بإمكان المشغل الخبير إعداد رسالة بسرعة 135 كلمة في الدقيقة أو أكثر لفترات قصيرة.

كان الخط يعمل عادةً بسرعة 75  كلمة في الدقيقة، ولكنه كان يعمل بشكل متواصل. من خلال تجهيز الشريط "خارج الخط" ثم إرسال الرسالة باستخدام قارئ الشريط، كان بإمكان الخط العمل بشكل متواصل بدلاً من الاعتماد على الكتابة "المتواصلة" من قِبل مشغل واحد. عادةً، كان  خط واحد بسرعة 75 كلمة في الدقيقة يدعم ثلاثة مشغلين أو أكثر يعملون خارج الخط. يمكن استخدام الأشرطة المثقوبة في الطرف المستقبل لإعادة توجيه الرسائل إلى محطة أخرى. وقد طُوّرت شبكات تخزين وإعادة توجيه واسعة النطاق باستخدام هذه التقنيات.

كان بالإمكان قراءة الأشرطة الورقية في أجهزة الكمبيوتر بسرعة تصل إلى 1000 حرف في الثانية. ^{[ 10 ]} في عام 1963، طرحت شركة ريغنيسنترالن الدنماركية قارئ أشرطة ورقية يُدعى RC  2000، قادر على قراءة 2000 حرف في الثانية؛ ثم زادت سرعته لاحقًا إلى 2500  حرف في الثانية. وفي وقت مبكر من الحرب العالمية الثانية ، كان قارئ أشرطة هيث روبنسون ، الذي استخدمه محللو الشفرات التابعون للحلفاء، قادرًا على قراءة 2000  حرف في الثانية، بينما كان جهاز كولوسوس يعمل بسرعة 5000  حرف في الثانية باستخدام قارئ أشرطة ضوئي صممه أرنولد لينش.

عندما طُرحت الحواسيب الصغيرة الأولى في الأسواق، اتجه معظم المصنّعين إلى طابعات ASCII التي كانت تُنتج بكميات كبيرة (وخاصةً طراز Teletype 33 ، القادر على معالجة عشرة أحرف ASCII في الثانية) كحل منخفض التكلفة لإدخال البيانات عبر لوحة المفاتيح وإخراجها عبر الطابعة. كان طراز 33 ASR، الذي كان شائع الاستخدام، مزودًا بقارئ/مثقب لشريط الورق، حيث يرمز ASR إلى "الإرسال/الاستقبال التلقائي"، على عكس طرازي KSR ( الإرسال/الاستقبال عبر لوحة المفاتيح) وRO (الاستقبال فقط) اللذين لا يحتويان على مثقب أو قارئ. ونتيجةً لذلك، أصبح الشريط المثقب وسيلة شائعة لتخزين بيانات وبرامج الحواسيب الصغيرة بتكلفة منخفضة، وكان من الشائع العثور على مجموعة من الأشرطة التي تحتوي على برامج مفيدة في معظم تركيبات الحواسيب الصغيرة. كما شاع استخدام قارئات ضوئية أسرع.

كان نقل البيانات الثنائية من وإلى هذه الحواسيب الصغيرة يتم غالبًا باستخدام تقنية التشفير المزدوج للتعويض عن معدل الخطأ المرتفع نسبيًا في أجهزة التثقيب والقراءة. كان التشفير الأساسي عادةً ASCII، ثم يُشفّر ويُؤطّر وفقًا لأنظمة مختلفة مثل Intel Hex ، حيث تمثل القيمة الثنائية "01011010" حرف ASCII "Z". ساعدت معلومات التأطير والعنونة ومجموع التحقق (بشكل أساسي بأحرف ASCII سداسية عشرية) في اكتشاف الأخطاء. تتراوح كفاءة نظام التشفير هذا بين 35 و40% (على سبيل المثال، 36% نظرًا للحاجة إلى 44 حرف ASCII من 8 بت لتمثيل 16 بايت من البيانات الثنائية لكل إطار).

في سبعينيات القرن العشرين، كانت معدات التصنيع بمساعدة الحاسوب تستخدم الشريط الورقي بكثرة. وكان قارئ الشريط الورقي أصغر حجمًا وأقل تكلفة من قارئات بطاقات هوليريث أو الأشرطة المغناطيسية ، كما كان هذا الوسيط موثوقًا به إلى حد معقول في بيئة التصنيع. وكان الشريط الورقي وسيلة تخزين مهمة لآلات لف الأسلاك التي يتم التحكم فيها بواسطة الحاسوب ، على سبيل المثال.

تم تطوير أوراق طويلة الألياف سوداء اللون مشمعة ومزيتة ممتازة، وشريط فيلم مايلر ، بحيث تدوم أشرطة الإنتاج المستخدمة بكثرة لفترة أطول.

في سبعينيات القرن العشرين وحتى أوائل ثمانينياته، شاع استخدام الشريط الورقي لنقل البيانات الثنائية لإدراجها في رقائق ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة (ROM) أو نظيراتها القابلة للمسح (EPROM ). وقد طُوِّرت مجموعة متنوعة من صيغ التشفير لاستخدامها في نقل البيانات بين الحاسوب وذاكرة ROM/EPROM. ^{[ 11 ]} وكانت صيغ التشفير الشائعة الاستخدام تعتمد بشكل أساسي على الصيغ التي تدعمها أجهزة برمجة EPROM، وشملت متغيرات ASCII السداسية العشرية المختلفة، بالإضافة إلى عدد من الصيغ الخاصة.

استُخدمت أيضًا خوارزمية ترميز عالية المستوى أكثر بدائية وأطول بكثير، وهي BNPF (بداية-سلبي-إيجابي-نهاية)، ^{[ 12 ] [ 13 ]} وتُكتب أيضًا BPNF (بداية-إيجابي-سلبي-نهاية). ^{[ 14 ]} في ترميز BNPF، يُمثَّل كل بايت (8 بتات) بتسلسل أحرف زائد يبدأ بحرف ASCII كبير "B"، ثم ثمانية أحرف ASCII حيث يُمثَّل "0" بالحرف "N" و"1" بالحرف "P"، وينتهي بحرف ASCII "F". ^{[ 12 ] [ 14 ] [ 13 ]} تُفصل هذه التسلسلات العشرة أحرف ASCII بمسافة بيضاء واحدة أو أكثر ، وبالتالي يُستخدم ما لا يقل عن أحد عشر حرف ASCII لكل بايت مُخزَّن (بكفاءة 9%). تختلف أحرف ASCII "N" و"P" في أربعة مواضع بت، مما يوفر حماية ممتازة من أخطاء الثقب الواحد. كما تتوفر أنظمة بديلة تُسمى BHLF (بداية-عالي-منخفض-نهاية) وB10F (بداية-واحد-صفر-نهاية)، حيث يتوفر إما "L" و"H" أو "0" و"1" لتمثيل بتات البيانات، ^{[ 15 ]} ولكن في كلا نظامي التشفير هذين، يختلف حرفا ASCII الحاملان للبيانات في موضع بت واحد فقط، مما يوفر اكتشافًا ضعيفًا للغاية لأخطاء الثقب الواحد.

صنعت شركة NCR في دايتون، أوهايو ، آلات تسجيل نقدية حوالي عام 1970، تعمل بتقنية تثقيب الشريط الورقي. وصنعت شركة Sweda آلات مماثلة في نفس الفترة تقريبًا. كان بالإمكان قراءة الشريط وإدخاله إلى الحاسوب، ما يتيح ليس فقط تلخيص معلومات المبيعات، بل أيضًا إصدار الفواتير للمعاملات المدفوعة مسبقًا. كما استُخدم الشريط لتتبع المخزون، وتسجيل أرقام الأقسام والفئات للأصناف المباعة.

استُخدم الشريط الورقي المثقوب في صناعة الصحف حتى منتصف سبعينيات القرن الماضي أو ما بعدها. وكانت الصحف تُطبع عادةً باستخدام الرصاص الساخن بواسطة أجهزة مثل آلات لينوتايب . ومع دخول وكالات الأنباء إلى استخدام جهاز يثقب الشريط الورقي، أصبح بإمكان مشغل آلة لينوتايب، بدلاً من إعادة كتابة جميع الأخبار الواردة، وضع الشريط الورقي في قارئ الشريط الورقي الموجود على آلة لينوتايب، ليقوم الجهاز بإنشاء قوالب الرصاص دون الحاجة إلى إعادة كتابة الأخبار. كما أتاح ذلك للصحف استخدام أجهزة، مثل فريدن فليكسورايتر ، لتحويل الكتابة إلى حروف رصاصية عبر الشريط. وحتى بعد زوال لينوتايب والطباعة بالرصاص الساخن، استمر استخدام قارئات الشريط الورقي في العديد من أجهزة الطباعة الضوئية المبكرة.

إذا تم اكتشاف خطأ في موضع واحد على الشريط ذي المستويات الستة، يمكن تحويل هذا الحرف إلى حرف فارغ لتجاوزه عن طريق ثقب المواضع المتبقية غير المثقوبة باستخدام أداة تُعرف باسم "أداة نتف الدجاج". كانت تشبه أداة إزالة ساق الفراولة، حيث يتم الضغط عليها بالإبهام والسبابة لثقب المواضع المتبقية، ثقبًا تلو الآخر.

ابتُكرت خوارزميات فيرنام عام 1917 لتشفير اتصالات التلغراف باستخدام مفتاح مُخزّن على شريط ورقي. خلال الثلث الأخير من القرن العشرين وحتى مطلع القرن الحادي والعشرين، استخدمت وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) أشرطة ورقية مثقبة لتوزيع مفاتيح التشفير . وُزّعت هذه الأشرطة الورقية ذات المستويات الثمانية تحت رقابة محاسبية صارمة، وقُرئت بواسطة جهاز تعبئة ، مثل جهاز KOI-18 المحمول ، الذي كان يُوصل مؤقتًا بكل جهاز أمني يحتاج إلى مفاتيح جديدة. كانت علبة الشريط الورقي حاوية مقاومة للعبث، مزودة بميزات تمنع أي تغيير غير مكتشف في محتوياتها. أنهت وكالة الأمن القومي الأمريكية إنتاج مفاتيح التشفير القائمة على الأشرطة الورقية في 2 أكتوبر 2019، بعد عقود من الجهود المبذولة لتطبيق نظام إدارة مفاتيح إلكترونية ( EKMS ) جديد وأكثر أمانًا ^{[ 16 ].}