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Lochkartentechnik

Auf dieser Webseite finden Sie Informationen über die Lochkartentechnik. Um einen möglichst tiefen Einblick in diese, veraltete, Technologie zu erhalten, wurden große Teile aus einem Lehrbuch des Lochkartenverfahren aus dem Jahre 1966 übernommen.

Die Lochkarte selbst

Die Lochkarte war lange Zeit das prägende Symbol für die Datenverarbeitung und wurde in dem 1928 eingeführten 80-stelligen Standardformat von der Größe einer 1-Dollar-Note bis in die 1980er Jahre hinein verwendet, bevor sie von magnetischen und optischen Datenträgern abgelöst wurde. Sie bot im Vergleich zu heutigen Massenspeichern allerdings auch gewisse Vorteile, so zitiert nach einer IBM-Publikation aus dem Jahr 1975 : "Sie war zunächst einmal kostengünstig, was sich allerdings im Vergleich zur Kapazität relativiert, und, im Gegensatz zu einer Diskette, mechanisch mischbar, außerdem sowohl maschinell als auch visuell lesbar. Vor allem aber bot sie ein Signal-Störverhältnis mit dem überragenden Wert von mehr als 10⁶, denn die eingestanzten Löcher waren natürlich deutlich zu erkennen.

Historische Betrachtung des Lochkartenverfahrens

Der erste Erfolg in der Entwicklungsgeschichte des Lochkartenverfahrens auf dem Gebiet der Datenverarbeitung zeigte sich 1890 bei der amerikanischen Volkszählung, für die der Deutsch-Amerikaner Hermann Hollerith ein System entwickelte, das das aufwendige manuelle Eintragen in Listen und spätere manuelle Addieren ersparte. Er legte auf einem Karton Felder mit bestimmter Wertigkeitszuordnung fest und stanzte mittels einer Lochmaschine in die Felder Lochungen. Die gelochten Karten wurde von elektrischen Kontakten abgetastet, und die erhaltenen Impulse betätigten mechanische Zählwerke. Dieser Erfindung ist eigentlich eine Weiterführung dessen, was Jacquard (der wiederum griff auf die Idee des Mechanikers Falcon vom Jahre 1728 zurück) schon früher, nämlich im Jahre 1801, bei der Konstruktion eines mechanischen Webstuhles entwickelt hatte. Er ließ die mechanischen Bewegungen durch Papierstreifen und Karten steuern, in die Löcher eingestanzt waren. Die Löcher gaben dem Webstuhl die Befehle, die für das Weben des Musters notwendig waren, ohne dass menschliche Eingriffe benötigt wurden. Das von Hollerith entwickelte Grundprinzip wurde bis in die 60er Jahre weiterentwickelt, um ein höheres Leistungsniveau zu erreichen.

Lochkartenmaschinen [mechanisch]

a.) Der Locher (IBM 66)

Die ungelochten Karten werden in das Kartenmagazin eingelegt, und zwar mit der bedruckten Seite nach vorn und der 9-er Zeile nach unten. Für den nun folgenden Durchlauf der Lochkarte bedient man sich der Tastatur, die einer Schreib- oder Saldiermaschine ähnlich ist. Die Karte gelangt vom Kartenmagazin ins Kartenbett, von dort zur Lochstation, dann zur Abfühlstation und schließlich in die Kartenablage. Um die Karte vom Kartenmagazin ins Kartenbett zu befördern, muss die Zufuhrtaste bedient werden. Wenn sie ein zweites Mal betätigt wird, gelang die nächste Karte ins Kartenbett und die erste in die Lochstation.
Die weitere Kartenzuführung erfolgt automatisch, wenn der Schalter "Kartenzuführung" eingeschaltet ist. In der Lochstation wird durch leichten Druck auf eine Type des Tastenfeldes die gewünschte Stanzung durch elektrische Impuls ausgeführt. Diese erfolgt jedoch nicht blockweise - mehrere Stanzung auf einmal - sondern seriell, Spalte für Spalte. Hat die 80. Spalte die Lochstation durchritten, wandert die Karte zur Abfühlstation und gleichzeitig die zweite Karte zur Lochstation. Erst wenn die dritte Karte zur Lochstation herangeführt wird, gelangt die erste zur Kartenablage. Oft wiederholen sich die Angaben bei mehreren hintereinander liegenden oder allen Karten eines Arbeitsganges in bestimmten Spalten. Dies ist bei folgenden Angaben der Artikelkarte möglich :
- bei der Kartenart
- beim Datum
- bei der Vertreternummer
- bei der Kundennummer
- bei der Artikelgruppe
Die Kartenart ist in diesem Fall immer konstant, während die anderen Begriffe nur für ein Belegintervall gleich sind (für diese Begriffe hat man in der Fachsprache den Ausdruck "variable Konstante" geprägt). Ein Druck auf die Taste "Duplizieren" erspart ein nochmaliges Lochen. Hierbei werden die Lochungen der Karte, die gerade unter der Abfühlstation liegt, auf die nächstfolgende Karte übertragen.
Auch die Abfühlung erfolgt seriell, Spalte für Spalte. Wenn unter der Abfühlstation die Spalte 1 der Karte A liegt, so befindet sich unter der Lochstation ebenfalls die Spalte 1 der nächsten Karte B, in die beim Duplizieren der Wert der abgefühlten Karte übertragen wird.
Der Spaltenanzeiger zeigt an, welche Lochspalte sich gerade unter der Stanzung befindet. Man kann z.B. feststellen, wann das zu duplizierende Feld beendet ist und die Taste "Duplizieren" freigegeben werden muss. Sind die Lochungen auf einer Karte vor der 80.Spalte beendet, kann die Sprungtaste bedient werden. Die Karte wird dann sofort automatisch zur Abfühlstation geleitet und die nächstfolgende Karte zur Lochstation. Wird ein alphabetisches Feld, z.B. die Artikelbezeichnung, nicht voll ausgelocht, muss bis zum Ende des Feldes die Leertaste gedrückt werden.
Bei einem Zahlenlochfeld ist es umgekehrt, weil dort die Werte in der Regel rechtsbündig gelocht werden. So muss etwa bei einem sechsstelligen Betragslochfeld, in das ein Betrag von DM 25,80 eingelocht werden soll, vor Eingabe der Ziffern zweimal die Leertaste bedient werden, bzw. es werden zwei Nullen vorgelocht, eine in der Praxis übliche Methode.
Sollen größere Mengen von Karten gleicher Einteilung gelocht werden, kann man die manuelle Betätigung des Lochers durch eine so genannte Programmkarte bei folgenden Vorgängen einsetzen :
- beim automatischen Duplizieren eines Feldes
- beim automatischen Überspringen eines oder mehrerer Felder
- bei der Umschaltung von Ziffern auf Buchstaben oder umgekehrt
Die Programmkarte wird um eine Trommel gelegt. Die Programmsteuerung tritt ein, wenn der Programmhebel der sich unter der Programmtrommel befindet, nach links heruntergedrückt ist.
Selbstverständlich kann beim Lochen der ersten Karte nicht auf automatisches Duplizieren eingestellt werden, da keine Übertragung von der Abfühlstation durch die vorhergehende Karte erfolgen kann. Erst nach Lochung der ersten Karte kann der Hebel für automatisches Duplizieren umgelegt werden. Wenn ein Feld nicht voll ausgelocht wird, können durch Auslösung der Sprungfunktion bis zum Ende des Feldes übersprungen werden.

b.) Der Prüfer

Die gelochten Daten und Werte sind bei dem beschriebenen Schreiblocher weder in Zählwerken noch auf Kontroll-Listen festgehalten. Nach dem Lochen ist keine Gewähr gegeben, dass tatsächlich alle abzulochenden Daten richtig und vollständig übernommen wurden. Zur Überprüfung der gelochten Karten wurde daher ein Gerät konstruiert, das nach dem Prinzip des beschriebenen Lochers arbeitet. Es wird ein elektrischer Kontaktkreis geschlossen, wenn an der Stelle, an der eine Lochung erfolgen sollte, tatsächlich eine solche erkannt wird. Wenn dies nicht der Fall ist, leuchtet eine Prüflampe auf, und die Tastatur ist gesperrt. Die so als fehlerhaft erkannte Karte wird von Hand eliminiert und eine neue Karte gelocht. Die geprüften Karten erhalten eine Prüfkerbe.

c.) Der Sortierer

Die Sortiermaschine wird eingesetzt, um eine Anzahl von Karten nach einem zuvor eingestellten System zu sortieren. Wie beim Lochen, erfolgt auch das Ordnen von Lochkarten halbautomatisch. Die Sortiermaschine hat ein Kartenzufuhrmagazin mit einem Fassungsvermögen von ca. 800 Lochkarten. Zwischen Kartenzufuhrmagazin und den Ablagefächern liegt eine Lesestation, die in der Lage ist, jeweils eine Spalte einer Lochkarten nach den Stanzmerkmalen zu untersuchen und z.B. bei Erkennen einer 4 die Lochkarte in das Fach 4 zu steuern.

d.) Der Mischer

Der Kartenmischer hat zwei Kartenzuführung und mindestens vier Ablagefächer (einige ältere Modelle hatten drei Fächer). Die Arbeiten des Mischers werden von auswechselbaren Schalttafeln (eine Schalttafel besitzt viele Buchsen mit ganz bestimmten Zwecken, mittels Schaltschnüren werden die Befehls-Anweisungen aneiandergereiht) gesteuert. Er besitzt die Fähigkeit, einen Vergleich von zwei Werten vorzunehmen. Die grundsätzliche Aufgabe des Mischers besteht darin, zwei nach demselben Ordnungsbefriff sortierte Kartenpakete in eine sinnvolle Ordnung zusammenzuführen. Die Funktion des Mischers ist gegenüber denen einer Sortiermaschine erweitert. Die Lesegeschwindigkeit der Kartenmischer beträgt 14400 bis 39000 oder 60000 Kartendurchläufe pro Stunde auf jeder Bahn.

BULL Mischer Modell 56.00 [15000 Karten, 4 Fächer, 4 Lesestationen]
IBM Mischer Modell 77 [14400 Karten, 4 Fächer, 2+1 Lesestationen ]
IBM Mischer Modell 88 [39000 Karten, 5 Fächer, 4 Lesestationen]
ICT Mischer Modell 365 [14400 Karten, 4 Fächer, 2+1 Lesestationen ]
ICT Mischer Modell 368 [14400 Karten, 4 Fächer, 2+1 Lesestationen ]

e.) Der Kartendoppler

Der Kartendoppler (z.B. IBM Modell A514 oder Modell 519 mit je 6000 Kartendurchläufen je Stunde) kann als eine Zusatzmaschine zu den Grundmaschinen - Locher, Sortiermaschine - des Lochkartenverfahrens bezeichnet werden. Die Bezeichnung "Zusatzmaschine" sollte aber keineswegs über deren Nutzwerk hinwegtäuschen. Der Kartendoppler besteht aus der Kartenlese- und Kartenstanzeinheit und vereinigt die folgenden Funktionen (Doppeln, Stanzen, Summenstanzen, Zeichenlochen, Vergleichen).

f.) Der Rechenstanzer

Grundsätzlich sind zwei Kategorien von Rechenstanzern zu unterscheiden, nämlich der rein mechanische Rechenstanzer und der elektronische Rechenstanzer (z.B. IBM Modell 602 und 604 mit 6000 Kartenstanzung pro Stunde oder IBM Modell 609 mit 12000 Kartenstanzungen pro Stunde). Das Prinzip der mechanischen Ein- und Ausgabe mit Hilfe der Lochkarten ist bei beiden Kategorien identisch. Der wesentliche Unterschied besteht in der unterschiedlichen Durchführung der Rechenoperationen und Speicherung von Informationen. Während der rein mechanische Rechenstanzer mit mechanischen Zählwerken und Speichern arbeitet, werden die Operationen und Ergebnisse beim elektronischen Stanzer mit Hilfe von Elektronenröhren oder Kernspeichern durchgeführt bzw. gespeichert, und zwar nach dem Dualsystem, das später auch bei den Elektronischen Datenverarbeitungsanlagen mit Erfolg angewandt wurde. Das Dualsystem bietet den Vorteil einer enormen Rechengeschwindigkeit, die bei rein mechanisch arbeitenden Rechenstanzern niemals erreicht werden kann, obwohl beiden Rechenstanzer-Kategorien das Rechnen der vier Grundrechenarten und deren Kombinationen untereinander gemeinsam ist. Darüber hinaus kann mit dem elektronischen Rechenstanzer im Wege von Iterationsverfahren radiziert werden´.

g.) Die Tabelliermaschine

Die bisher dargestellten Aggregate werden zur Datenerfassung und Aufbereitung eingesetzt. Das Ziel der Erfassung und Verarbeitung von Informationen ist die Erstellung von Berichten, die den verschiedenen Bereichen einer Unternehmung oder Verwaltung als Dispositionsgrundlage dienen. Die für diesen Zweck entwickelte Tabelliermaschine (z.B. BULL Modell 60-5 oder IBM Modelle 407, 421, 424 oder 444) verarbeitet die zuvor aufbereiteten Daten, die sowohl Ziffern und Buchstaben als auch Sonderzeichen sein können. Die zu verarbeitenden Daten werden in Form von Lochkarten (Datenträger) in die Tabelliermaschine eingegeben. Die Steuerung der Daten erfolgt mit bestimmten Instruktionen, die der Tabelliermaschine über eine Schalttafel vorgegeben werden können. Mit einer Tabelliermaschine können Werte auch addiert, subtrahiert und mit einer Sondereinrichtung multipliziert und dividiert werden. Damit können in den zu erstellenden Berichten Zwischen- und Endsummen gebildet werden, die als Dispositionsgrundlage unerlässlich sind. Ein Schreibwerk ermöglicht schließlich, auf Grund der Eingabedaten und Konditionen Berichte zu erstellen, und zwar mit einer Geschwindigkeit von bis 9000 Zeilen in der Stunde.

Elektronische Datenverarbeitung [lochkartenorientiert]

Dem Lochkartenverfahren ist eine gewisse Limitation immanent, allein schon wegen der Verarbeitungsmöglichkeit nur eines Datenträgers, der Lochkarte, die ihrerseits - sieht man von Kombinantionsmöglichkeiten ab - bezüglich der Speicherkapazität auf 80 Lochspalten limitiert ist. Ein weiterer entscheidender Nachteil des Lochkartenverfahrens ist die sequentielle Verarbeitung der Daten. Ebenso wird der geringe Integrationseffekt des Lochkartenverfahrens als wesentlicher Nachteil gegenüber der Elektronischen Datenverarbeitung empfunden.

Für den Aufbau einer Elektronischen Datenverarbeitungsanlage Mitte der 60er Jahre wurden folgende Komponenten verwendet :

Eingabeeinheit:

1.) Kartenleser

Um die auf den Karten gelochten Informationen in den Kernspeicher zu übertragen (z.B. Burroughs Serie 2000/3000, Control Data Serie 3000, Honeywell Modell 1200, 2200 und 4200, IBM Serie 1400 oder Serie 360, ICT System 1900, Univac Serie 9000, Siemens 2000 und 4000 - Telefunken, Zuse und andere). Es wurden, Mitte der 60er Jahre, Kartenleser mit Geschwindigkeiten von 18000-96000 Kartenleseleistung in der Stunde angeboten).

Ausgabeeinheiten:

1.) Das Druckaggregat

Zu dieser Zeit standen zwei verschiedene Drucktechniken zu Verfügung : Typenraddrucker und Kettendrucker (5 komplette Sätze mit je 48 Zeichen). Je nach eingelegtem Druckstab veränderte sich die Druckgeschwindigkeit. Bei dem Druckstab mit 13 Zeichen [1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,+,-,.,,,] kann eine Druckgeschwindigkeit von 45000 Zeilen in der Stunde erzielt werden. Auswechselbaren Druckstäbe wurden i.d.R. mit 16,39,52,63 oder 64 Zeichen angeboten.

2.) Stanzer

Jede auf der Basis des Lochkartenverfahrens konzipierte Elektronische Datenverarbeitungsanlage hat als zweite Ausgabemöglichkeit ein Stanzaggregat. Ausgeliefert als serieller Lochspaltenstanzer, Zeilenstanzer oder Blockstanzer (mit einem Stanzvorgang mittels 760 einzelner Stanzhämmer (Simultanstanzung))

Zentraleinheit :

Die folgende Beschreibung ist wieder ein Zitat aus dem Buch von Konrad Strigel von 1966:

Sieht man von der mehrfachen Leistung der Lese-, Druck- oder Stanzaggregate ab, könnte der Eindruck entstehen, als ob eine Elektronische Datenverarbeitungsanlage (z.B. Honeywell 120) lediglich eine in der Leistung erweiterte Tabelliermaschine darstellt. Dieser Eindruck trügt jedoch. Die interne Datenspeicherung und -übertragung vollzieht sich bei einer Elektronischen Datenverarbeitungsanlage nicht mehr mechanisch. Es ist bekannt, dass die Elektronen des elektrischen Stromes sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Die Darstellungsmöglichkeit mit Hilfe des elektrischen Stromes ist jedoch sehr begrenzt. Der Strom kann entweder fließen oder nicht. Der Zustand ist entweder 0 oder 1. Es ist entweder ein Bit gesetzt oder nicht, Daraus kann abgeleitet werden, dass uns bekannte Dezimalsystem zur internen Verarbeitung und Speicherung von Daten ungeeignet ist. Bei der Elektronik können immer nur zwei Zustände dargestellt werden. Infolgedessen bietet sich das Dualsystem - auch Binärsystem genannt - für die internen Arbeitsvorgänge an.
Bei den neuesten EDV Anlagen sind 8 Bit und ein Prüfbit für die kleinste Speichereinheit - Speicherstelle - zusammengefasst. Man kann bei diesem Aufbau einen Buchstaben bzw. ein Sonderzeichen oder zwei Ziffern speichern. Man spricht von einem Byte-Aufbau (rechtes und linkes Halbbyte). Die Schnelligkeit der Datenübertragung richtet sich nach der Entfernung, die ein elektrischer Strom zurücklegen muss. In den Anfängen der Entwicklung setzte man Röhren, später Dioden und Transistoren zur Steuerung von Informationen in den Magnetkernspeichern ein. Die Schaltungen werden heute nicht mehr verlötet, sonder sind durch eingegossene Mikroschaltungen (Monolithtechnik) ersetzt. Dies ist ein Versuch, die Erklärung dafür zu begründen, warum Zugriffszeiten von 1/100 oder 1/1000 Sekunden unterschritten werden konnten. Wir sind längst in den Zugriffsbereich von Mikrosekunden und im Bereich einer Nanosekunde angelangt.