کارت‌های پانچ شده از دستگاه بافندگی ژاکارد تا انقلاب دیجیتال

کارت‌های پانچ (که با نام کارت‌های هالریت یا کارت‌های ذخیره‌سازی داده‌های کاغذی سوراخ‌دار نیز شناخته می‌شوند) یک رسانه ذخیره‌سازی و ورودی داده تاریخی اما حیاتی را نشان می‌دهند که نقش مهمی در توسعه اولیه محاسبات ایفا کرد. قبل از ظهور ماوس، صفحه‌کلید یا حتی صفحه‌نمایش‌های مناسب، کارت‌های پانچ به عنوان وسیله اصلی ارتباط با رایانه‌ها عمل می‌کردند.

این ورقه‌های مقوایی مستطیلی، که با الگوهای مختلفی از سوراخ‌ها سوراخ شده‌اند، کاراکترها و دستورات مختلفی را رمزگذاری می‌کردند. هر کارت معمولاً شامل 80 ستون اطلاعات متنی بود که در داخل آن سوراخ‌های پانچ شده پنهان شده بود. تا زمان ظهور سیستم‌های عامل رابط کاربری گرافیکی (GUI) در دهه 1990، کارت‌های پانچ روش غالب برای وارد کردن داده‌ها به اکثر سیستم‌های رایانه‌ای باقی ماندند.

مفهوم کارت‌های پانچ قرن‌ها قبل از رایانه‌ها وجود داشت و ریشه‌های آن به صنعت نساجی و به‌طور خاص به دستگاه بافندگی ژاکارد بازمی‌گردد.

در سال 1801، جوزف ماری ژاکارد، مخترع فرانسوی، یک دستگاه بافندگی خودکار را توسعه داد که از کارت‌های پانچ برای کنترل بلند کردن نخ‌های تار در هنگام بافت استفاده می‌کرد. این نوآوری امکان تولید خودکار الگوهای پارچه‌های پیچیده را فراهم کرد. هر کارت با یک ردیف از طرح پارچه مطابقت داشت و سوراخ‌ها تعیین می‌کردند که کدام نخ‌های تار باید بالا بروند.

در اواخر قرن نوزدهم، اداره سرشماری ایالات متحده با یک چالش بزرگ روبرو شد: پردازش مقادیر عظیمی از داده‌های سرشماری به طور کارآمد. سرشماری سال 1880 هفت سال طول کشیده بود و تکمیل به موقع سرشماری‌های بعدی را به طور فزاینده‌ای مشکل‌ساز می‌کرد.

هرمان هالریت با اختراع یک ماشین جدول‌بندی مبتنی بر کارت پانچ در سال 1890 به این چالش پاسخ داد. سیستم او از طریق سه فرآیند کلیدی کار می‌کرد:

1. ورود داده‌ها: اطلاعات سرشماری روی کارت‌های پانچ رمزگذاری می‌شد، به طوری که هر کارت نشان‌دهنده یک فرد بود و سوراخ‌ها نشان‌دهنده ویژگی‌های مختلف بودند.
2. خواندن کارت: جدول‌بند از برس‌های الکتریکی برای خواندن سوراخ‌ها استفاده می‌کرد و مدارهایی را تکمیل می‌کرد که شمارنده‌های مربوطه را فعال می‌کرد.
3. پردازش داده‌ها: دستگاه به طور خودکار آمار را بر اساس اطلاعات پانچ شده جمع‌آوری می‌کرد.

اختراع هالریت زمان پردازش سرشماری سال 1890 را به تنها سه سال کاهش داد. شرکت ماشین جدول‌بندی او که در سال 1896 تأسیس شد، در نهایت در سال 1924 به شرکت بین‌المللی ماشین‌آلات تجاری (IBM) تبدیل شد.

کارت‌های پانچ از رمزگذاری باینری در 80 ستون استفاده می‌کردند، که هر ستون شامل دو ردیف 40 کاراکتری بود. وجود یا عدم وجود سوراخ‌ها مقادیر باینری (1 یا 0) را نشان می‌داد و چهار ترکیب ممکن در هر ستون را امکان‌پذیر می‌کرد:

• 00 (بدون سوراخ/بدون سوراخ)
• 01 (بدون سوراخ/سوراخ)
• 10 (سوراخ/بدون سوراخ)
• 11 (سوراخ/سوراخ)

سیستم‌های رمزگذاری مختلفی ظهور کردند، که برجسته‌ترین آن‌ها عبارتند از:

رمزگذاری هالریت: از 12 موقعیت سوراخ در هر ستون برای نشان دادن کاراکترهای الفبایی عددی استفاده می‌کرد.

EBCDIC: کد تبادل اعشاری باینری توسعه‌یافته IBM از نمایش‌های باینری 8 بیتی استفاده می‌کرد.

کارت‌های پانچ سه عملکرد اصلی را انجام می‌دادند:

1. ذخیره‌سازی داده‌ها: ذخیره‌سازی آفلاین برای برنامه‌ها و مجموعه‌داده‌ها فراهم می‌کرد
2. ورودی برنامه: بارگیری مستقیم کد بدون ورود دستی را فعال می‌کرد
3. پردازش داده‌ها: امکان مرتب‌سازی و سازماندهی بر اساس موضوع یا حروف الفبا را فراهم می‌کرد

محدودیت‌های آن‌ها در اواخر قرن بیستم آشکار شد:

• ظرفیت ذخیره‌سازی محدود (80 کاراکتر در هر کارت)
• مستعد خطا (اشتباهات نیاز به پانچ مجدد کامل داشتند)
• سرعت پردازش کند
• هزینه‌های بالای تجهیزات

توسعه نوارهای مغناطیسی، درایوهای دیسک و فناوری‌های ذخیره‌سازی بعدی، کارت‌های پانچ را تا دهه 1980 منسوخ کرد.

در حالی که دیگر عملی نیستند، کارت‌های پانچ به عنوان موارد زیر همچنان مهم هستند:

• نمونه‌های اولیه نمایش داده‌های باینری
• پیشگام اتوماسیون پردازش اطلاعات
• نمادهای فرهنگی محاسبات اولیه
• الهام‌بخش هنرمندان و طراحان

داستان آن‌ها تکامل فناوری را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه حتی ابزارهای منسوخ می‌توانند نوآوری‌های آینده را شکل دهند. کارت‌های پانچ فصل مهمی در تاریخ محاسبات را نشان می‌دهند و گذار بشر به عصر دیجیتال را نشان می‌دهند.