パンチカードの歴史と技術 — コンピューティングを支えた80列カードのすべて
エバープレイ編集部イントロダクション：パンチカードとは何か
パンチカード（パンチカード、パンチカード式記憶媒体）は、穴（パンチ）をあけることで情報を記録する紙製の媒体で、19世紀末から20世紀後半にかけて事務処理とコンピュータ入出力の主要な手段でした。データを機械的・電気的に読み取れる形で並べたカードを“カードデッキ”としてまとめ、タビュレーティングマシンやカードリーダーで処理しました。ここでは発祥から技術仕様、運用の実際、プログラミングへの影響、保存と復元まで、パンチカードの世界を詳しく解説します。
歴史的背景と発明者
パンチカードの商業的成功は、アメリカの発明家ハーマン・ホレリス（Herman Hollerith）によるもので、特に1890年のアメリカ国勢調査での利用が有名です。ホレリスはカードに穴を開けて電気的に読み取る方式のタビュレーティング機を考案し、データ処理の効率を劇的に高めました。彼の会社は後のタビュレーティング・マシン・カンパニー（Tabulating Machine Company）となり、さらにいくつかの合併を経て1911年にコンピューティング・タビュレーティング・レコーディング・カンパニー（CTR）が形成され、1924年に社名をInternational Business Machines（IBM）に変更しています。以後、IBMを中心にパンチカードと周辺機器の規格化・普及が進みました。
物理的な仕様とフォーマット
最も普及したのは、いわゆる『IBMカード』または80列カードです。標準的な寸法はおよそ7 3/8インチ × 3 1/4インチ（約187 mm × 82 mm）で、各列に最大1つの文字または数値を表す穴をあけることができます。カードには通常12行（上から12、11、0、1〜9の順）あり、列は左から1〜80まであります。
この12行×80列の構成により、1枚のカードは80文字分の情報を持つ“レコード”として扱われることが多く、カードイメージはそのままファイルレコードの幅（80バイト）や端末表示の慣習に影響を与えました。
符号化（ホレリスコードとゾーン・ナンバー方式）
文字の表現にはホレリス式のパンチ組み合わせ（ゾーンパンチと数字パンチの組み合わせ）が使われました。数字は基本的に1〜9および0（0は'0'行）に対応する単一パンチで表します。英字はゾーン（12、11、0のいずれか）と数字行の組み合わせで表現される方式が一般的です。代表的な例を挙げると：
- 'A' = 12 と 1 のパンチ（12-1）
- 'B' = 12-2、'C' = 12-3 … 'I' = 12-9
- 'J' = 11-1、'K' = 11-2 … 'R' = 11-9
- 'S' = 0-1、'T' = 0-2 … 'Z' = 0-8
この方式により、数字とアルファベット、記号を組み合わせて表現できます。のちにコンピュータ内部で用いられるASCIIやEBCDICとは異なる古典的な符号化方式で、読み取り機や穴を空ける装置（キーパンチ）側の信号パターンに依存していました。
周辺装置：キーパンチ、ソーター、リーダー、タビュレータ
パンチカード運用では様々なユニットレコード機器（unit record equipment）が用いられました。
- キーパンチ（Keypunch）：人手でカードに穴を開ける装置。文字列を打鍵すると対応する穴がパンチされ、序列番号（シーケンス）をカード上に印字するインプリンター機能を備えた機種もありました。
- カードリーダー（Card Reader）：カードの穴を電気的に検出してデータ化する装置。中央処理装置（メインフレーム）へ入力するための主要機器でした。
- カードソーター（Sorters）／コラレータ：指定した列の数値や文字列に基づきカードを昇降順に振り分ける機械。複数パスで複雑なキー（複合キー）による並べ替えが可能です。
- タビュレータ（Tabulator）／集計機：カードの数値に基づいて合計や集計を行い、印刷結果を生成する装置。帳票処理で広く使われました。
これらはオンラインコンピュータが普及する前のバッチ処理を支える“工場ライン”的な役割を果たしました。カードデッキは機械にセットされ、複数機器を順次通して処理されるのが典型的なワークフローでした。
プログラミングとカード文化：列の意味と制約
プログラミング言語や作業習慣にもパンチカードの物理的制約が深い影響を与えました。代表的なもの：
- FortranやCOBOLなど初期の言語はカードを前提とした固定フォーマットがありました。例えば古いFortran（固定形式）では、列1〜5にラベル（文番号）、列6に続き行の印、7〜72が実際のコード領域、73〜80がシーケンス番号（手作業で並び替える際の目印）に充てられる運用が一般的でした。
- ソースコードがカード単位で管理されるため、カードの順序が即ちプログラムの実行順序でした。デッキの一部が紛失するとプログラムが実行不能になり、“カードが飛ぶ/抜ける”は現場での大問題でした。
- 物理的制約から、行の長さ（1枚あたり80文字）や継続行の扱い、コメントやラベルの付け方などのコーディング慣習が生まれ、これが後の言語仕様や編集文化にも影響しました。
運用上の注意とベストプラクティス
パンチカードを安全に扱うにはいくつかの運用上のルールがありました。特に大規模なデータ処理では次の点が重要でした：
- デッキは必ず順序を保って保管し、説明カード（ブランクカードに処理名などを記入）を先頭に入れる。
- バックアップとして同じデータを複数枚作成（ミラー）しておく。物理損傷に備えるためです。
- カードのエッジに折りや汚れがつかないようにし、保管環境の湿度管理を行う。
- ソーターやリーダーに入れる前に目視でシーケンス番号を確認し、抜け・重複をチェックする。
衰退と遺産：磁気記録、ディスク、そして影響
磁気テープやディスクの登場により、パンチカードは徐々に置き換えられていきます。磁気媒体は容量とアクセス速度、再利用性の点で優れており、バッチ処理の効率をさらに高めました。1970年代以降、コンピュータのユーザーインターフェースやストレージは磁気・半導体へと移行しましたが、パンチカードが残した影響は大きいです。
- 80列という“物理的制約”は、80バイトレコードや端末幅（80文字）といった慣例を生み、今日のテキスト編集やログフォーマットの遺伝子として残っています。
- 列指向の固定フォーマット（フィールドの位置で意味が決まる）という考え方は、CSVや固定長レコードファイルなど後続のデータフォーマットに影響を与えました。
- 運用・事務処理のワークフローは、ジョブバッチ、ジョブカード（ジョブ制御のためのカード）、カード駆動のジョブ管理など、後のジョブ管理システム（Batch Job）につながる概念を育みました。
保存・復元・デジタル化の課題
歴史的資料としてのパンチカードは博物館やアーカイブで保管されていますが、紙という媒体ゆえに劣化が問題です。穴の位置そのものが情報であるため、破損や変形で読み取り不能になるリスクがあります。近年はカードのスキャンおよび光学的／電気的読み取りでデジタル化し、保存と分析を行う試みが進んでいます。
デジタル化では、カードイメージを80バイト単位のレコードに変換し、ホレリスコードをUnicodeなどにマッピングする処理が必要です。ゾーンと数字の組み合わせを復号し、意味のあるテキストに戻すための変換ルールは、当時の機器や運用ごとに違いがあるため、文脈情報（業務で使われたレイアウト仕様）が欠かせません。
パンチカードから学ぶこと
パンチカードは単なる古い媒体ではなく、情報表現、入出力の制約がソフトウェアや業務プロセスに与える影響を端的に示す教材です。今日でも次の教訓が活きます：
- 物理的制約を前提にした設計は、その後の技術に長期的影響を及ぼすこと。
- データの物理的表現（固定長か可変長か、フィールドの位置）を早期に定義する重要性。
- バックアップとメタデータ（レイアウト説明、ジョブカードなど）の重要性。
まとめ
パンチカードは、データ処理の自動化を実現した初期の主要技術であり、その物理仕様や運用慣習はコンピュータ文化やソフトウェア設計に大きな影響を残しました。ホレリスの発明から始まり、IBMを中心とした80列カードの普及、キーパンチやソーターを組み合わせたバッチ処理のエコシステム、そして磁気媒体への移行という流れは、情報技術史を理解するうえで不可欠です。現代の開発者やデータエンジニアにとっても、パンチカードに由来する制約や設計決定を学ぶことは、堅牢なシステムを作るうえで有益です。
参考文献
- Britannica: Punched card
- Computer History Museum: Punched Cards Timeline
- IBM: The Punched Card
- Wikipedia: Punched card (解説・参考リンクあり)
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