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Lochkarte
Eine Lochkarte (LK) ist ein aus stabilem dünnen Karton gefertigter Datenträger, der früher vor allem in der Datenverarbeitung zur Speicherung von Daten und …
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Grundprinzip und Bedeutung
Eine Lochkarte (LK) ist ein früherer Datenträger aus stabilem, dünnem Karton. Daten und Programme wurden als Lochcode gespeichert: Die Position und Kombination ausgestanzter Löcher standen für festgelegte Zeichen oder Informationen. Elektro-mechanische Geräte erzeugten und lasen diese Lochungen. Lochkarten gelten heute als veraltet; als Nachfolger werden unter anderem Diskette und Magnetband genannt.
In der frühen elektronischen Datenverarbeitung waren Lochkarten neben Lochstreifen oft die einzige Eingabemöglichkeit für Computersysteme. Sie dienten sowohl für Bestandsdaten, etwa Bank-Kontoinformationen, als auch für Programm-Quellcode und das Laden von Programmen. Eine Karte entsprach häufig einer Textzeile oder einem Datensatz. Ab den 1960er Jahren wurden sie schrittweise durch Magnetbänder, Magnetplatten, Disketten sowie bildschirmgestützte Datenerfassung mit Datenfernübertragung ersetzt. Für JCL-Steueranweisungen, die Jobs auf Großrechnern steuerten, blieben sie länger in Gebrauch.
Lochkartenähnliche Systeme wurden seit etwa der Mitte des 18. Jahrhunderts zur Automatisierung wiederkehrender Abläufe eingesetzt, etwa bei Webstühlen. Der Jacquardwebstuhl wurde 1805 mit gelochten Karten aus Karton gesteuert. Auch Drehorgeln nutzen teils noch Faltkartonnoten oder Lochbandrollen. Charles Babbage plante um 1837 eine Lochkartensteuerung für seine Analytical Engine. Das Grundprinzip ist stets: Ein Code legt positionsabhängig fest, welche Funktion ausgelöst wird; eine Leseeinheit tastet die Löcher ab und decodiert sie.
Die für Computer verbreitete Hollerith-Lochkarte geht auf Herman Holleriths Verfahren für die US-amerikanische Volkszählung 1890 zurück, das im US-Patent Nr. 395.781 vom 8. Januar 1889 beschrieben wurde. Hier war die Karte nicht mehr vor allem Steuerungsträger, sondern Träger von Sachdaten. Die Volkszählung lief vom 1. Juni bis 1. Juli 1890. Das Format wurde erst 1928 standardisiert.
Hollerithkarte und Codierung
Die verbreitete Hollerith-Lochkarte war etwa 18,7 cm × 8,3 cm groß, 0,17 mm dick und bestand aus Karton hoher, gleichmäßiger Papierqualität mit 161 g/m². Ihre flach abgeschrägte linke obere Ecke erleichterte die Orientierung von Vorder- und Rückseite sowie oben und unten. Häufig stand am oberen Rand zusätzlich der Klartext, spaltengenau zu den Lochungen, damit Menschen den Inhalt lesen konnten.
Das Standardformat hatte 80 Spalten und 12 Zeilen. Jede Spalte stand für eine Zeichenposition, jede Karte für eine Textzeile; damit fasste eine Karte 80 Byte. Anfangs war je Spalte nur ein Loch erlaubt und stellte eine Ziffer dar. Später ermöglichten Mehrfachlochungen Buchstaben und Sonderzeichen. Mit EBCDIC, einem seit 1964 verwendeten Zeichencode, waren bis zu sechs Lochungen je Spalte und 256 Zeichen möglich. Die bis heute übliche maximale Zeilenlänge von knapp 80 Zeichen in Textdateien und E-Mails sowie die 80 Zeichen breiten Terminaldarstellungen hängen mit diesem Format zusammen.
Beim IBM-80-Zeichen-Code liegen die Ziffernreihen 0 bis 9 unten. Die beiden obersten Reihen heißen 12er- und 11er-Zone; die dritte Reihe von oben kann bei Mehrfachlochungen als 10er-Zone dienen. Ziffern 0 bis 9 ohne Vorzeichen haben jeweils eine Lochung in der entsprechenden Zahlenreihe. Negative Zahlen erhalten in der letzten Ziffernspalte zusätzlich eine 11er-Überlochung; positive Zahlen erscheinen teils mit 12er-Überlochung, meist jedoch ohne Überlochung. A bis I werden mit 12er-Zone plus 1 bis 9, J bis R mit 11er-Zone plus 1 bis 9 und S bis Z mit 10er-Zone plus 2 bis 9 codiert.
Die gleiche Lochkombination konnte je nach Feldbedeutung unterschiedlich gelesen werden: Eine 11er-Überlochung mit 4 bedeutete beispielsweise entweder den Buchstaben M oder den Wert −4. Das Programm entschied anhand eines Textfelds oder eines numerischen Felds, wie die Spalte zu interpretieren war. Im EBCDIC-Zusammenhang wurde A als C1, S als E2, die vorzeichenlose 3 als F3, eine positive 3 als C3 und eine negative 3 als D3 gespeichert. Für Rechenoperationen mussten Lochkarten-Zahlenfelder in intern-numerische Formate, etwa binäre oder „gepackte“ Formate, umgewandelt werden.
Formate und Sonderformen
Hollerith experimentierte mit unterschiedlichen Formaten. 1886 wurden in Baltimore Karten mit je drei Lochreihen an beiden Längsseiten und insgesamt 192 Lochpositionen verwendet. Für den Zensus 1890 meldete er ein Format von 3 1/4 Zoll Höhe und 6 5/8 Zoll Länge mit 288 Lochpositionen an: 24 Spalten mit je 12 Positionen. Die Karte maß 8,3 × 16,8 cm, hatte runde Löcher und einen Eckabschnitt rechts unten.
Es gab außerdem Karten mit 40 Spalten sowie 45 Spalten zu je 12 Positionen. Bei späterer 6-Bit-Codierung konnten auf einer 45-Spalten-Karte je Spalte zwei Zeichen aus einem Zeichensatz von 64 Zeichen gespeichert werden, insgesamt 90 Zeichen. Bei der Volkszählung 1933 der DEHOMAG in Deutschland kamen 60-Spalten-Karten zum Einsatz.
IBM patentierte 1928 das besonders verbreitete 80-Spalten-Format mit rechteckigen Löchern. Es maß 7 3/8 × 3 1/4 Zoll beziehungsweise 187,325 mm × 82,55 mm; der Karton war 0,007 Zoll oder 180 μm dick. Etwa 143 Karten ergaben einen Zoll Höhe, 56 Karten 1 cm. IBM führte 1964 runde Ecken ein; geliefert wurden die Karten typischerweise in Schachteln zu 2000 Stück.
Powers, Remington Rand und UNIVAC verwendeten 90-Zeichen-Karten gleicher Außenmaße wie IBM-80-Spalten-Karten. Sie hatten zwei Blöcke mit je 6 Zeilen und 45 Spalten; alphabetische Zeichen und Sonderzeichen brauchten drei oder mehr Löcher. Diese 1928 von Remington Rand eingeführten Karten waren in der CSR und der ehemaligen DDR weit verbreitet. IBM stellte Mitte der 1970er Jahre für das System/3 eine 96-Spalten-Karte vor. Sie maß 3,25 Zoll beziehungsweise 82 mm in der Breite und 2,64 Zoll beziehungsweise 67 mm in der Höhe. Sie speicherte entweder 96 Zeichen im 6-Bit-BCDIC oder 64 Zeichen im 8-Bit-EBCDIC; die Daten waren dabei binär gespeichert.
Sonderformen waren auch Handlochkarten, die mit Zange, Bohrer oder Nadel bearbeitet wurden. Randlochkarten codierten Suchkriterien mit Löchern oder Schlitzen an allen vier Rändern. Mit durchgesteckten Nadeln konnten Karten mit intakten Löchern angehoben werden, während Karten mit Schlitzen herausfielen. Filmlochkarten nach DIN 19053 enthalten einen eingeklebten 35-mm-Mikrofilm und ergänzen archivierte Zeichnungen um maschinell sortierbare Metadaten.
Erstellung, Verarbeitung und Organisation
Lochkartenlocher stanzen Zeichen spaltenweise nach Eingabe über eine Schreibmaschinentastatur, meist mit numerischem Block. Neuere Geräte druckten den Klartext am oberen Rand auf. Eine Programmkarte steuerte die Erfassung: Sie konnte Felder als numerisch oder alphanumerisch festlegen, Bereiche überspringen oder anspringen und Inhalte aus der vorherigen Karte kopieren. Zur Kontrolle konnte ein Lochkartenprüfer die Daten erneut erfassen; bei Übereinstimmung galt die Karte als geprüft. Selten wurden Handlocher genutzt, um einzelne Spalten nachzulochen oder Karten neu zu erstellen.
Ein Lochkartenleser zog einen beschwerten Kartenstapel mithilfe von Gebläse und Rollen einzeln ein. Die Löcher wurden durch Stifte, Bürsten mit Kontaktwalze oder Lichtschranken und Fotozellen gelesen. Programme arbeiteten nicht interaktiv: Sie lasen Eingabedaten, verarbeiteten diese und gaben Ergebnisse als Lochkarten und/oder Druckausgabe aus. Typische getrennte Stapel enthielten das Programm, technische Steueranweisungen oder Jobkarten für JCL, sortierte Eingabedaten und gegebenenfalls Ergebnisdaten.
Weitere Geräte waren Lochkartenbeschrifter, Sortierer und Mischer. Ein Mischer vereinigte beispielsweise Bewegungsdaten und Stammdaten oder trennte Datenstapel. Für die Verarbeitung mussten Karten oft vom Lochsaal in ein Rechenzentrum transportiert werden; dafür bestanden teils Kurierdienste. Programme mit 5000 bis 8000 Karten entsprachen etwa vier Kartons zu jeweils rund 2–3 kg. Karten wurden in Kunststoffbehältern mit Klemmleisten, Herstellerkartons oder Transportwagen bewegt. Bei großen Mengen wurden Inhalte teils auf elektronische Medien übertragen oder per DFÜ gesendet.
Die Lagerung umfasste Leerkarten, kurzfristig anstehende Eingaben, Bestandsdaten, gesicherte Eingaben, Quellcode- und Maschinencode-Archive sowie Recyclingbestände. Die Karten sollten zweckmäßigerweise klimatisiert gelagert werden, damit sie dieselbe Feuchtigkeit wie die Luft im EDV-Raum hatten. Eine Million 80-Byte-Karten entsprachen ungefähr 80 MB Festplattenspeicher; als Stapel wären sie rechnerisch 170 m hoch und trocken etwa 2.500 kg schwer, zuzüglich etwa 100 kg Verpackung.
Nachwirkungen und heutige Anwendungen
Ab Mitte der 1960er Jahre setzten sich Magnetbänder in Rechenzentren durch, weil sie schneller waren und bezogen auf Volumen und Gewicht wesentlich mehr Daten fassten. Mitte der 1970er Jahre war die Lochkarte weitgehend außer Gebrauch; zur Datenerfassung traten Magnetbandkassetten und Disketten an ihre Stelle.
Die feste Spaltenaufteilung beeinflusste Programmiersprachen. Bei alten Fortran-Varianten waren die Spalten 1 bis 5 für numerische Labels vorgesehen. Ein beliebiges Zeichen in Spalte 6, meist Sternchen oder großes C, bedeutete eine Fortsetzung der vorherigen Anweisung ab Spalte 7. Die Spalten 73 bis 80 dienten Kommentaren und oft fortlaufenden Nummern, um heruntergefallene Kartenstapel wieder sortieren zu können. Die IBM 704 konnte wegen ihrer beiden 36-Bit-Register nur die Spalten 1 bis 72 lesen. Auch COBOL und RPG besitzen an Lochkartenformate angepasste Strukturen. Der englische Ausdruck batch für einen Kartenstapel führte zu Batchjob und Stapelverarbeitung; die Bezeichnung lebt etwa in DOS-Batchdateien mit der Endung .bat fort.
Einzelne Anwendungen blieben länger erhalten. In den USA wurden Lochkarten noch bei Präsidentschaftswahlen verwendet. Die Auszählung in Florida bei der Wahl 2000 führte wegen Pannen zu Kritik; die Umstellung auf elektronische Wahlsysteme sollte ab 2004 beginnen, war aber selbst 2012 noch nicht abgeschlossen. Mechanische Stempeluhren verwenden teils noch Hollerithkarten. In manchen Diskotheken wurden 2018 Karten zur Verzehrsabrechnung ausgestanzt und am Ausgang eingelesen. Ein Parkhausautomat kann anhand einer Lochung einen Kundentarif erkennen. Lochkarten wurden außerdem etwa als Programmträger für Waschmaschinen, als Schlüssel- oder Ausweiskarten und beim Profax-Lerngerät genutzt, sind aber weitgehend durch Chipkarten und ähnliche Systeme ersetzt.
