I supporti cartacei

Il nastro perforato - La lunga storia dei "buchi della memoria"

Tra i primi supporti di archiviazione di dati e programmi per gli elaboratori elettronici troviamo il nastro perforato. Ma la sua storia è molto più antica di quella dei calcolatori elettronici.

Le nascita del nastro perforato

I primi nastri perforati li troviamo nel telaio tessile di Bauchon del 1725. Il padre dell'inventore francese costruiva organi automatici "a cilindro". Questi strumenti, che hanno origine alla fine del 1400, memorizzano il brano da eseguire su un cilindro nel quale sono inseriti dei chiodi sporgenti. Il cilindro, ruotando, comanda con i pioli le canne dell'organo.
Per costruire i cilindri venivano preparate delle matrici in carta con dei fori, che avvolte sul cilindro indicavano i punti dove eseguire i buchi per inserire i pioli. Probabilmente Bauchon intuì che l'informazione necessaria era già contenuta nella matrice di carta perforata, ed utilizzò questo supporto nella realizzazione dei suoi telai automatici.
In queste macchine i fori sul nastro consentivano una parziale automatizzazione del ripetitivo lavoro di tessitura, e permettevano di creare tele con disegni anche complessi, difficilmente realizzabili a mano.

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Una ricostruzione del telaio di Bauchon - Foto Licenza Creative Commons Attribuzione - Condividi allo stesso modo 3.0 Dogcow

Il suo assistente Falcon perfezionò la macchina qualche anno più tardi sostituendo il nastro con una serie di tessere perforate che erano unite tra loro per formare un unico nastro. Era nata la scheda perforata.

Questi telai automatici si diffusero però solo all'inizio del 1800, quando Jacquard realizzò a Lione una versione della macchina completamente automatica.

I telai di Jacquard ispirarono anche il concittadino Claude Félix Seytre, che brevettò nel 1842 il primo strumento musicale automatico comandato da uno spartito di cartoncino perforato. Si susseguirono numerosi strumenti automatici (organi, pianoforti, fisarmoniche, e tanti altri) dove le semplici schede e nastri perforati sostituivano i costosi rulli chiodai tipici degli organi a cilindro e dei carillon dell'epoca. I primi strumenti di questo tipo utilizzavano i fori come "interruttori" nella gestione di un flusso d'aria che comandava, direttamente o tramite attuatori, lo strumento. Solo dopo alcuni decenni il nastro perforato venne letto tramite circuiti elettrici, come nel pianoforte che i fratelli Schmoele brevettarono in America nel 1873.

Nel 1846 l'inglese Alexander Bain aveva realizzato un sistema telegrafico che stampava il codice Morse ricevuto su un foglio di carta chimica. Resosi conto che un operatore non era in grado di trasmettere i testi alla velocità che la sua macchina era in grado di sostenere, ideò un sistema di trasmissione automatica dove il messaggio era memorizzato sotto forma di fori in un nastro di carta.

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Illustrazione di un "telegrafo chimico" di Bain del 1850
Si noti sulla parte destra della macchina il nastro perforato

Nel 1847 Bain fu anche autore di un brevetto che proponeva l'utilizzo del nastro perforato nell'automazione di strumenti musicali ad aria.

L'idea di Bain fu poi ripresa da Charles Wheatstone nel 1857 per la sua macchina telegrafica automatica. Le linee telegrafiche erano molto costose, in particolare quelle transoceaniche, ed il telegrafista non era in grado di sfruttare la loro elevata velocità. Inoltre la necessità di scrivere velocemente portava l'operatore a commettere errori. L'utilizzo del nastro permetteva a più operatori di preparare contemporaneamente i messaggi che venivano poi inviati a velocità elevata in modo automatico.
I sistemi automatici di Wheatstone ebbero un notevole successo ed il suo nastro fu utilizzato per molti decenni a venire.

Il nastro di Wheatstone

Il nastro di Wheatstone memorizza nei suoi fori la sequenza dei "punti", "linea" e "spazio" che rappresentano, in codice Morse, il messaggio da inviare. Un singolo carattere occupa quindi più linee dello stesso nastro.
Furono studiate diverse soluzioni di archiviazione sul nastro. In quella che fu probabilmente la prima versione, le tre informazioni del codice Morse che dovevano essere memorizzate erano rappresentate da tre fori posizionati su diverse tracce. Lo spazio era identificato da un foro centrale di minori dimensioni.

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Disegno del nastro di Wheatstone da "The student's text-book of elettricity" del 1867

Una versione, presumibilmente successiva, trasformava la fila centrale dei fori in una sequenza continua, rendendo possibile il suo utilizzo per il trascinamento del nastro. L'indicazione di "spazio" era contenuta nella mancanza degli altri due fori.

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Disegno Luigi Serrantoni

Una ulteriore versione, molto diffusa, assegnava alla "linea" un foro sul lato destro seguito da un foro sul lato sinistro, ed al "punto" una riga con entrambi i fori.

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Disegno Luigi Serrantoni

Questa particolare logica di codifica agevolava il trasmettitore, che doveva decodificare con tecniche meccaniche il nastro e trasmettere il codice Morse in esso contenuto. La codifica aiutava a generare un segnale per la "linea" che fosse lungo esattamente 3 volte di quello per il "punto".
Questa versione del nastro, che possiamo denominare "a due canali", aveva una larghezza di circa ½ pollice.
Per preparare il nastro esisteva una perforatrice meccanica dotata di 3 tasti (punto, linea e spazio); chi scriveva il messaggio doveva comunque codificarlo in morse.

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Il perforatore di Wheatstone

La soluzione al problema arrivò solo all'inizio del secolo seguente, quando Frederick George Creed, partendo da una vecchia macchina per scrivere comprata in un mercatino, realizzò i primi perforatori comandati da una tastiera alfanumerica.

Le telescriventi

Ai sistemi telegrafici si affiancarono presto quelle che oggi conosciamo come "telescriventi". I vantaggio offerti da un sistema di trasmissione che eseguiva direttamente la stampa del messaggio erano evidenti, e già a metà dell'800 apparvero numerose realizzazioni. Il codice Morse è però poco adatto ad essere generato ed interpretato in modo automatico per cui vennero ricercate soluzioni alternative.

Uno di questi "telegrafi stampanti" fu realizzato dal francese Émile Baudot nel 1870. Era costituito da un trasmettitore dotato di una tastiera a 5 tasti simile a quella di un pianoforte che codificava le lettere del testo in 5 segnali separati, che venivano poi trasmessi in sequenza sulla linea.

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La tastiera della macchina di Baudot

Il ricevitore decodificava i segnali e stampava direttamente il messaggio su carta. La codifica a 5 "bit" utilizzata per la trasmissione prende il nome del suo inventore: "Baudot code".

Il codice Baudot

Il codice utilizzato dalle prime telescriventi fu inventato dal francese Émile Baudot nel 1870, e da lui prende il nome. Tramite questo codice, lettere, numeri e caratteri speciali venivano espressi tramite una sequenza di 5 segnali che potevano essere trasmessi sulle linee telegrafiche. Poiché il codice era generato da un operatore che agiva su 5 tasti simili a quelli di un pianoforte, la codifica era realizzata in modo da minimizzare la fatica dell'operatore ed agevolarne l'apprendimento.

La codifica dei caratteri in 5 "bit" permette solo 32 diverse combinazioni. Le lettere dell'alfabeto occupavano 26 di queste combinazioni, lasciando solo 8 codici per le rimanenti funzioni. Per rappresentare i numeri o i segni di punteggiatura vennero allora usati i codici letter-shift e figure-shift, che, come l'omonimo tasto della macchina per scrivere, indicava che i caratteri successivi andavano interpretati secondo un diverso set di caratteri.

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Il codice Baudot in una pubblicazione dell'epoca

Il codice non permetteva il riconoscimento o la correzione di errori, per cui la ricezione di messaggi errati era frequente. Particolarmente grave il caso di perdita di un carattere "shift", che faceva sbagliare tutti i caratteri successivi fino ad un nuovo carattere "shift".
Per ovviare a questo problema era usuale ritrasmettere alla fine del messaggio tutti i caratteri della tabella "figure shift" contenuti nel testo.
Nel tempo il codice subì numerose variazioni, sia per l'inserimento di caratteri non previsti che di caratteri di controllo. Il codice Baudot venne standardizzato nel 1932 come International Telegraphy Alphabet No. 1 (ITA1).
Per onorare la memoria dell'inventore francese, nel 1926 il CCIT denominò "baud" l'unità di misura della velocità di comunicazione delle linee telegrafiche.

La telescrivente di Murray

La tastiera di Baudot era scomoda e lenta, e richiedeva personale specializzato. Nel premere i tasti l'operatore doveva rispettare il ritmo di trasmissione della macchina e questo limitava la velocità a 30 parole al minuto.
Nel 1901 Donald Murray sviluppò un sistema che permetteva di utilizzare una tastiera alfanumerica, simile a quella delle macchine per scrivere. Il testo immesso veniva stampato su un nastro perforato per poi essere inviato da una macchina separata. Il nastro è simile a quello di Wheatstone, i 5 fori che descrivevano il carattere erano perforati in sequenza su un'unica traccia.

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Un perforatore Murray. Foto dal Journal of the Institution of Electrical Engineers del 1905

Murray modificò il codice di Baudot per adattarlo alle esigenze nate nella costruzione della sua macchina.

In un suo brevetto del 1899 viene riportato anche un nastro dove il codice era memorizzato sul nastro in maniera trasversale. Non so purtroppo se Murray mise mai in pratica questa idea.

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Nastro dal brevetto di Murray 638,591

Il codice Murray

All'inizio del 900 Donald Murray perfezionò il codice Baudot, per adattarlo alla sua nuova macchina.
Il codice fu ottimizzato per minimizzare l'usura della punzonatrice ed il rischio di rottura del nastro, assegnando alle lettere più utilizzate il numero minore di fori. Il codice Murray introduceva inoltre i codici di controllo CR (Carriage Return) e LF (Line Feed).

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Il codice Murray (E) confrontato con il Baudot (D)
La colonna B mostra la rappresentazione su nastro perforato.

Il nuovo codice fu la base per successive numerose varianti che sostituirono nel tempo quello di Baudot. Nella versione della Western Union fu introdotto il carattere speciale BELL che aveva la particolare funzione di far suonare una campanella nel dispositivo ricevente, per attirare l'attenzione dell'operatore.
Questa versione, ulteriormente modificata, venne standardizzata come International Telegraphy Alphabet No. 2 (ITA2). L'abitudine portò comunque ad identificare anche questo codice come "Baudot", oscurando la fama del suo vero inventore.

L'evoluzione del nastro delle telescriventi

Il primo esempio di perforazione del codice in maniera trasversale sul nastro, ovvero su un'unica riga, lo troviamo già nel perforatore del francese Carpentier del 1887.

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Immagine del nastro di Carpentier da "Telegrapy" del 1920
(Nel nastro è stampato "CARPENTIER PARIS 1887")

Il nastro di Carpentier, che viene perforato con una macchina a tastiera, utilizza fori quadrati. Una linea di fori di uguale dimensione è utilizzata per il trascinamento. Utilizza 5 canali, i caratteri sono codificati con il codice Baudot. E' interessante notare come le piste del nastro corrispondano ai tasti della perforatrice Baudot, con i tre fori a destra di quelli di trascinamento che corrispondono ai 3 tasti utilizzati dalla mano destra. Questo posizionamento dei fori sarà rispettato anche nei nastri successivi.

Altro esempio di nastro con registrazione su singola riga è quello delle prime macchine della americana Morkrum (successivamente diventata Teletype Corporation).

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Immagine del nastro usato dalla Morkrum da una tesi del 1917

Si noti che, a causa del tipo di meccanismo usato, le righe dei fori non sono perpendicolari al bordo del nastro. Il codice utilizzato in questo nastro non è né Baudot, né Murray.

Negli anni seguenti la Morkrum introdusse sul mercato una telescrivente che utilizzava un metodo di comunicazione asincrona, eliminando la necessità di sincronizzare (con appositi segnali indipendenti dalla trasmissione dei dati) il trasmettitore ed il ricevitore. Il carattere trasmesso era preceduto da un segnale di sincronizzazione (START) e seguito da uno di segnalazione della fine del carattere (STOP). Questo metodo di comunicazione sarà quello utilizzato per decenni nelle interfacce seriali RS232. Mortukrum chiamò questa linea di prodotti "Teletype". Il prodotto ebbe un immenso successo tale che il suo nome diventò in America il termine corrente per indicare la telescrivente al posto di "teleprinter".

Altri importanti costruttori furono l'inglese Creed, la Siemens e l'Olivetti, che presentò la sua prima telescrivente, la T1, nel 1938.

Nelle Teletype fu utilizzato un codice derivato dal Murray, molto simile a quello che verrà poi standardizzato nel 1932 come International Telegraphy Alphabet No. 2 (ITA2).

Il nastro utilizzato dalle Teletype, un 5 canali con una larghezza di 11/16 di pollice (17,46 mm), fu utilizzato per decenni dalla maggior parte delle telescriventi.

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Nastro perforato a 5 tracce delle telescriventi - Foto Public Domain TedColes

I fori di trascinamento posti in posizione non centrale permettevano di evitare di inserire il nastro capovolto, sorgeva però il dubbio su quale dei due lati del nastro contenesse l'inizio del messaggio. Gli operatori erano abituati a sagomare con le forbici l'inizio del nastro una forma triangolare, in modo da sapere quale capo doveva essere inserito nel lettore.

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Esempio di nastro codificato in ITA2. Si noti il cambio di "shift"
per stampare il punto, altrimenti corrispondente alla lettera M

Disegno Luigi Serrantoni

Dalla perforazione del nastro risultavano innumerevoli piccoli "coriandoli" che dovevano essere raccolti in appositi contenitori che andavano periodicamente svuotati. Questi pezzetti di carta, che volavano come la polvere, entravano spesso nelle parti meccaniche delle macchine. Negli anni 70 Teletype sviluppò un nastro dove la perforazione era solo parziale. Al posto dei fori venivano eseguite dei piccoli tagli ad U che evitavano il distacco dei noiosi residui. Questo sistema evitava i problemi sopra descritti ed allo stesso tempo lasciva il nastro sufficientemente integro da poter stampare sullo stesso il messaggio contenuto.

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Nastro "Chadless" di Teletype - Foto Licenza Creative Commons Attribuzione - Condividi allo stesso modo 3.0 Richstraka

Il nastro poteva continuare ad essere letto dai normali lettori meccanici, dove una spina, spinta da una molla, apriva la piccola finestra di carta che sostituiva il foro. Al contrario i più performanti lettori ottici non potevano leggere il nastro. Inoltre risultava difficile avvolgere il nastro in bobine perché i lembi di carta tendevano ad incastrarsi tra di loro.

Le TeleTypeSetter

Una diffusa applicazione dei nastri perforati fu quella della distribuzione delle notizie tra le sedi dei giornali.
All'inizio degli anni 30 cominciarono ad apparire sistemi che permettevano alle redazioni periferiche di inviare con una speciale telescrivente un articolo alla sede centrale, dove veniva memorizzato in uno speciale nastro perforato, ed inserito direttamente nelle macchine Linotype che creavano i caratteri di stampa. Questo processo evitava l'oneroso processo di dover digitare nuovamente il testo.
Per questa applicazione (che si diffuse molto lentamente nei giornali ma fu utilizzata fino agli anni 70) fu realizzato uno speciale nastro a 6 tracce, denominato TTS (TeleTypeSetter), in grado di memorizzare un numero maggiore di combinazioni. Il codice utilizzato era una estensione dell'ITA2 utilizzato nelle telescriventi. Il numero maggiore di codici era necessario per poter trasmettere anche le lettere minuscole ed alcune informazioni sulla formattazione del testo, indispensabili per questo impiego.

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Una linotype ed il nastro TTS, da un depliant Fairchild del 1961

Il nastro TTS era largo 7/8 di pollice ed utilizzava delle posizioni meccaniche dei fori che non ne permettevano la lettura sui normali dispositivi per i calcolatori.

Il nastro perforato per i computer

Il nastro perforato è stato utilizzato fin dai primi sviluppi di calcolatori elettronici digitali. Nelle prime applicazioni fu utilizzato lo stesso nastro a 5 canali già usato dalle telescriventi. In molti casi la telescrivente costituiva il sistema di input / output del computer, come per l'Oliveti Ela 9003, e veniva naturale utilizzare il suo nastro perforato come unità di ingresso/uscita.

Le evidenti limitazioni del 5 tracce nelle applicazioni su elaboratori portarono innanzitutto alla realizzazione di un nastro a 6 tracce. A questo formato fu poi aggiunta una ulteriore traccia per inserire un bit di parità, utilizzato per identificare errori di lettura. Il nastro a 7 tracce aveva una larghezza di 7/8 di pollice.

IBM aveva già utilizzato il nastro perforato in alcune macchine meccanografiche, ma nei calcolatori era rimasta fedele alle schede perforate. Solo nel 1959 adotta il nastro perforato nel modello 1620, un elaboratore scientifico di bassa gamma. E' un nastro ad 8 tracce della larghezza di 1 pollice. In realtà solo 6 tracce sono utilizzate per immagazzinare il carattere. Una traccia viene usata per un bit di parità mentre l'ultima è usata solo per contenere il carattere di "fine linea"

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Codifica del nastro dell'IBM 1620 (dal manuale della macchina del 1961)

Ogni costruttore utilizzava per i propri calcolatori, e per il nastro, un codice diverso, rendendo i diversi sistemi incapaci di comunicare tra loro.
Bob Bemer della IBM propose nel 1961 all'ASA (American Standards Association) di definire un codice comune per la rappresentazione del testo "digitale".
Dopo due anni di duro lavoro, e continue discussioni con gli altri enti che stavano lavorando sul tema, l'ASA pubblica il primo documento che standardizza il codice a 7 bit ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Il codice era compatibile con quello che l'ISO stava nel frattempo sviluppando e sarà pubblicato come "raccomandazione 646" solo nel 1967.
Bemer, che oggi è conosciuto come il "padre dell'ASCII", descrisse la situazione con queste emblematiche parole: "Esistevano più di 60 modi diversi per rappresentare i caratteri nei computer. Era una vera e propria Torre di Babele".
L'implementazione del nuovo standard fu lunga e difficoltosa. IBM, che nei suoi sistemi utilizzava 9 tipi di codice diversi, rimase per molto tempo legata al codice EBCDIC, discendente di quello usato dai sistemi a schede perforate.
Sul nastro perforato l'adozione del codice ASCII fu più veloce. Teletype iniziò immediatamente ad utilizzarlo sulle proprie telescriventi, come la famosa ASR-33.
L'associazione Europea dei costruttori di computer (di cui faceva parte anche Olivetti) pubblicò nel 1965 lo standard ECMA 10 che definiva ogni aspetto del nastro perforato, dalle caratteristiche fisiche ai codici utilizzati. Vengono standardizzati sia la versione a 5 tracce delle telescriventi che quello ad 8 tracce.
L'ANSI pubblicherà anch'essa standard simili nel 1965 e nel 1967.

Per il nastro ad 8 tracce viene standardizzato l'utilizzo di un codice simile sia all'ASCII che al nascente standard ISO. L'ultima traccia del nastro, non utilizzata dai caratteri che erano a 7 bit, viene impiegata per un bit di parità.

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Nastro a 8 tracce con codifica ASCII a 7 bit con parità "pari"
Disegno Luigi Serrantoni

Le telescriventi ed il nastro perforato divennero comuni come dispositivi di input/output nei minicomputer che furono sviluppati a partire dagli anni 60, come i PDP della DEC. Il loro utilizzo si diffuse ulteriormente con l'avvento dei sistemi in "time sharing" dove fungevano da terminale periferici dell'elaboratore centrale. Da questa applicazione delle telescriventi nasce l'interfaccia a riga di comando dei computer.

La telescrivente più utilizzata per questi scopi fu la ASR-33 della Teletype. Questa versione utilizzava il codice ASCII a 7 bit ma era limitata nella stampa ai soli caratteri maiuscoli. Utilizzava il nastro standard da 1 pollice ad 8 canali, uno dei quali era riservato al bit di parità.

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Teletype ASR-33 - Foto Licenza Creative Commons Attribuzione - Condividi allo stesso modo 2.0 Twylo

Nelle applicazioni sui calcolatori i limiti del nastro perforato cominciarono ad evidenziarsi.
Per aumentare la velocità di trasferimento dei dati si svilupparono lettori ad alta velocità che utilizzavano al posto dei contatti elettrici striscianti sensori fotoelettrici. Il trascinamento del nastro non era più effettuato con un rullo dentato sugli appositi fori di trascinamento, ma attraverso un sistema a rulli. I fori di trascinamento del nastro furono utilizzati per sincronizzare la lettura. Alcuni lettori raggiunsero una capacità di lettura di 2500 caratteri al secondo, corrispondenti ad una velocità del nastro di 5 metri al secondo.

Mentre nei lettori meccanici i meccanismi tendevano ad incepparsi a causa delle particelle di carta unite all'olio che era inserito nella carta per lubrificare i meccanismi, nei lettori ottici i residui di carta tendevano invece ad oscurare le fotocellule causando errori di lettura.
Una particolare tecnica, chiamata sensore ad anemometro, fu sviluppata da una azienda della Florida per sopperire a questo inconveniente. Il sistema di lettura utilizzava un getto d'aria a bassa pressione che, in presenza del foro, fluiva in un piccolo tubo che conteneva un filamento elettricamente mantenuto ad alta temperatura. Il flusso d'aria raffreddava il filamento causando una variazione della sua resistenza elettrica, che era rilevata da un apposito circuito elettronico. Le eventuali particelle di carta venivano bruciate dal filo ed espulse dal getto d'aria. E' interessante ricordare che la lettura del nastro con un getto d'aria era stata utilizzata un secolo prima negli strumenti musicali automatici.

Un altro problema che affliggeva i lettori era legato ai nastri di colore nero, sviluppati per agevolare la lettura nei lettori ottici. Alcuni di questi nastri utilizzavano per rendere opaco il supporto delle particelle di carbone, che rendevano la polvere depositata dal nastro altamente abrasiva. Oltre all'usura provocata nei meccanismi dei lettori queste particelle erano conduttive, quindi potenzialmente causa di cortocircuiti.

Il nastro si contese con le schede perforate il ruolo di supporto di memorizzazione per molto tempo.
Rispetto alla scheda perforata era notevolmente più economico e le macchine necessarie per gestirlo erano più semplici. I dati contenuti nel nastro non potevano essere ordinati, come invece avveniva nelle schede, ma era possibile immagazzinare record molto lunghi e a lunghezza variabile.
Mentre nelle schede perforate la modifica di un record era possibile con la riscrittura di una singola scheda sul nastro era necessario perforare un intero nuovo supporto aggiornato.
Il nastro aveva anche il vantaggio di una maggior densità di memorizzazione, quindi un minor spazio necessario per l'archiviazione. Un nastro ad 8 tracce di un metro poteva contenere circa 400 byte di informazioni.
Una caratteristica della scheda che il nastro non poté mai eguagliare era la possibilità data all'operatore di leggere direttamente i dati contenuti. Nelle schede infatti il contenuto codificato nei fori veniva anche stampato sulla parte alta del cartoncino.

Una applicazione molto diffusa del nastro fu l'ingresso di dati preparati da altre apparecchiature per l'elaborazione in processi "batch". I dati erano preparati su altri dispositivi, tipicamente le macchine contabili come le Olivetti Audit, e trasferiti all'elaboratore tramite economici nastri perforati. L'uso dei nastri in questa applicazione fu soppiantato alla fine degli anni 70 dai più pratici registratori a cassetta con nastro magnetico e dai floppy disk.

Il nastro perforato era normalmente raccolto in bobine del diametro di 8 pollici che ne contenevano circa 300 metri. Questo metodo di raccolta del nastro richiedeva di riavvolgerlo una volta utilizzato, operazione che poteva portare a danneggiarlo. I meccanismi necessari per gestire le bobine erano inoltre complessi e costosi.
Furono così sviluppati dei sistemi che utilizzavano nastri "ripiegati" anziché arrotolati, che una volta letti non richiedevano operazioni di riavvolgimento.

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Un nastro perforato "ripiegato"- Foto Licenza Creative Commons Attribuzione - Condividi allo stesso modo 3.0 Poil

I dispositivi della Digital utilizzarono questo sistema di archiviazione del nastro.

Il nastro perforato Olivetti

Olivetti sviluppa per le sue macchine contabili un formato di nastro perforato particolare. Aveva le dimensioni di un nastro standard ma i fori, invece di essere tondi, erano quadrati.
Conteneva 6 tracce, ma non era dotato dei fori di trascinamento. Le macchine Olivetti utilizzavano infatti rulli per trainare il nastro.
La differenza di standard poneva seri problemi di gestione. I nastri preparati dalle macchine contabili Olivetti dovevano essere letti dai centri meccanografici che ne elaboravano i dati. Almeno inizialmente, i soli lettori in grado di farlo erano quelli costruiti da Olivetti stessa. Per "alimentare" gli elaboratori con i dati provenienti dalle contabili Olivetti era quindi necessario prima convertirli.
Per la sua incompatibilità con le altre macchine il sistema venne appellato "Square Holes In Tape" ovvero SHIT ("merda").
Agli inizi degli anni 60 i nastri a fori quadrati furono utilizzati anche sul fotolettore di banda perforata veloce (FLB) utilizzato sull'Elea 9003.
Solo nel 1965 Olivetti decise di iniziare a produrre macchine con nastri a fori tondi standard.

Le applicazioni nei CNC

A partire dagli anni 70 il nastro perforato fu diffusamente utilizzato nelle industrie per la gestione delle macchine operatrici a controllo numerico. Ogni nastro conteneva il programma che la macchina doveva eseguire, per esempio per realizzare un determinato particolare meccanico.
Molte macchine impiegavano il nastro in maniera ciclica e continua, leggendo ripetutamente le istruzioni in esso contenute man mano che venivano eseguite. Per far fronte ai problemi di usura, e da quelli generati dal duro ambiente dell'officina, furono sviluppati nastri con materiali più resistenti, come il Mylar. I nastri in Mylar sono più sottili ma allo stesso tempo più resistenti. Essendo il materiale più duro poteva essere punzonato solo con apparecchiature specifiche.
Furono realizzati anche nastri in "laminato", costituiti da strati successivi di carta e Mylar, che pur garantendo ottime caratteristiche meccaniche potevano essere perforati più facilmente.
I nastri perforati sopravvissero in queste applicazioni all'avvento dei nastri e dischi magnetici, poco adatti al difficile ambiente di utilizzo per al presenza di polveri, liquidi, e campi magnetici.

Il nastro perforato nei primi personal computer

Negli anni 70 molti dei primi personal computer utilizzarono il nastro perforato come supporto per i programmi ed i dati. I primi personal, come l'Altair della MITS, non erano dotati di video o tastiera e richiedevano l'uso di terminali esterni. In molti casi questa funzione era svolta da una telescrivente, come nei minicomputer del decennio precedente, che dotava anche la macchina di un pratico nastro perforato per la memorizzazione di dati e programmi.
La telescrivente era tipicamente la scelta praticata dagli hobbisti che non potevano permettersi i costosi terminali a tubo catodico.
Il modello "principe" per questa applicazione era ancora la famosa ASR-33 della Teletype, che utilizzava lo stesso codice ASCII a 7 bit dei personal computer. Adoperava un nastro perforato da un pollice che memorizzava il testo nel codice a 7 bit con l'aggiunta del bit di parità. Di conseguenza la memorizzazione diretta dei programmi in codice macchina dei personal computer (che era ad 8 bit) non era possibile. I programmi erano trasformati in "testo" dividendo il byte in due caratteri, aumentando la lunghezza di nastro necessaria ed i tempi di trasferimento. I tempi per "caricare" un programma dalla telescrivente erano relativamente lunghi. La ASR-33, per esempio, aveva una velocità di comunicazione di soli 110 baud, corrispondenti a 10 caratteri al secondo. Il trasferimento di un programma di 4 kB poteva richiedere 15 minuti.

La ASR-33 era comunque un oggetto relativamente costoso, nel 1974 costava tra i 755 e 1220$ a seconda delle opzioni. Molti hobbisti preferirono adottare le più economiche e diffuse telescriventi che utilizzavano il codice Baudot (in realtà Muller) e nastri perforati a 5 tracce. Negli Stati Uniti reperire queste telescriventi era facile ed economico poiché, dopo la conversione della rete di telescriventi della Western Union allo standard ASCII a 7 bit, sovrabbondavano nel mercato del surplus.
L'uso delle telescriventi "a 5 bit" come terminale era complicato dalla necessità di convertire il codice Baudot della telescrivente in ASCII, e viceversa. Queste telescriventi erano inoltre più lente della ASR-33 poiché operavano a 75 o 50 baud.

Alla fine degli anni 70 l'evoluzione nei sistemi di registrazione su nastro magnetico, e l'avvento dei primi floppy-disk economici da 5,25 pollici, decretarono la fine del nastro perforato in queste applicazioni.

Curiosità

Uno degli aneddoti più simpatici che ruota attorno al nastro perforato è quello del BASIC scritto da Gates ed Allen per l'Altair della MITS. Il programma fu scritto su un PDP-10 all'università di Harvard e memorizzato su un nastro perforato. Durante il volo che lo portava alla MITS per la dimostrazione del BASIC, Allen si rese conto che non avrebbe potuto provare il programma sull'Altair, poiché non aveva previsto un programma per trasferirlo dal nastro perforato alla macchina. Scrisse allora in aereo uno specifica routine in linguaggio macchina, il "loader", della lunghezza di 46 byte, che, dopo essere stato inserito manualmente nell'Altair con gli interruttori "a levetta", caricò correttamente il BASIC dalla telescrivente.

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Il BASIC di Gates ed Allen per l'Altair su nastro perforato - Foto Public Domain Swtpc6800

Il nastro perforato fu anche uno dei supporti utilizzati per distribuire il BASIC per l'Altair, e fu protagonista di un noto caso di pirateria del software. Un appassionato, venuto in possesso di una versione preliminare del nastro perforato, ne eseguì numerose copie per poi distribuirlo ad un incontro dell'Homebrew Computer Club. Questo avvenimento scatenò la famosa "lettera aperta agli hobbisti", pubblicata sul notiziario dello stesso club e numerose riviste del settore, dove Gates si scagliava contro i pirati informatici definendoli ladri.

Un'altra storia particolare che vale la pena ricordare è il singolare uso che si fece dei fori sul nastro. La matrice di punti "disegnata" sul nastro fu utilizzata anche per scrivere testi, tipicamente nell'inizio del nastro per identificarne il contenuto.

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Un nastro Digital con indicazione visiva "a punti" del contenuto - Foto Licenza Creative Commons Attribuzione - Condividi allo stesso modo 3.0 Poil

Conclusioni

In questa lunga quanto inevitabilmente incompleta panoramica, abbiamo ripercorso la lunga storia di quello che, ricordiamocelo, è stato il primo supporto di memorizzazione delle comunicazioni digitali.
Il nastro perforato, con una invidiabile carriera di utilizzo durata più di un secolo, è stato indubbiamente un grande protagonista dell'evoluzione delle telecomunicazioni e dell'informatica. Ruolo che oggi, a torto, viene largamente sottovalutato.
Il nastro perforato ha terminato di essere attore della nostra vita tecnologica, se non in poche residue applicazioni come la programmazione delle macchine per la maglieria. Ci lascia però in eredità una importante lezione: i nastri perforati che sono arrivati ai giorni nostri, anche quelli di più di un secolo fa, ottemperano ancora oggi alla loro funzione di memorizzare i dati che gli sono stati affidati. Possiamo dire lo stesso dei più moderni e celebrati supporti per dati?

Bibliografia

Telegraphy, T. E. Herbert, Sir Isaac Pitman & Sons, 1920
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