Перфокарты: от ткацкого станка Жаккарда к цифровой революции

Перфокарты (также известные как карты Холлерита или карты для хранения данных с перфорацией) представляют собой исторический, но важный носитель для хранения и ввода данных, сыгравший жизненно важную роль в раннем развитии вычислительной техники. До появления мышей, клавиатур или даже надлежащих экранов дисплеев, перфокарты служили основным средством связи с компьютерами.

Эти прямоугольные картонные листы, перфорированные различными узорами отверстий, кодировали разные символы и команды. Каждая карта обычно содержала 80 столбцов текстовой информации, скрытой в этих перфорированных отверстиях. До появления операционных систем с графическим пользовательским интерфейсом (GUI) в 1990-х годах перфокарты оставались доминирующим методом ввода данных в большинство компьютерных систем.

Концепция перфокарт предшествует компьютерам на столетия, ее корни уходят в текстильную промышленность и, в частности, к ткацкому станку Жаккарда.

В 1801 году французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар разработал автоматизированный ткацкий станок, который использовал перфокарты для управления подъемом нитей основы во время ткачества. Эта инновация позволила автоматизировать производство сложных тканевых узоров. Каждая карта соответствовала одной строке рисунка ткани, а отверстия определяли, какие нити основы будут подняты.

К концу 19 века Бюро переписи населения США столкнулось с монументальной задачей: эффективной обработкой огромных объемов данных переписи. Перепись 1880 года заняла семь лет, что делало своевременное завершение последующих переписей все более проблематичным.

Герман Холлерит решил эту проблему, изобретя в 1890 году табулирующую машину на основе перфокарт. Его система работала в три основных этапа:

1. Ввод данных: Информация переписи кодировалась на перфокартах, причем каждая карта представляла собой отдельное лицо, а отверстия указывали различные атрибуты.
2. Считывание карт: Табулятор использовал электрические щетки для считывания отверстий, замыкая цепи, которые запускали соответствующие счетчики.
3. Обработка данных: Машина автоматически составляла статистику на основе перфорированной информации.

Изобретение Холлерита сократило время обработки переписи 1890 года всего до трех лет. Его компания Tabulating Machine Company, основанная в 1896 году, в конечном итоге стала International Business Machines (IBM) в 1924 году.

Перфокарты использовали двоичное кодирование в 80 столбцах, причем каждый столбец содержал две строки по 40 символов. Наличие или отсутствие отверстий представляло двоичные значения (1 или 0), что позволяло иметь четыре возможные комбинации на столбец:

• 00 (нет отверстия/нет отверстия)
• 01 (нет отверстия/отверстие)
• 10 (отверстие/нет отверстия)
• 11 (отверстие/отверстие)

Появились различные системы кодирования, наиболее известные:

Кодировка Холлерита: Использовала 12 позиций отверстий на столбец для представления буквенно-цифровых символов.

EBCDIC: Расширенный двоичный кодированный десятичный код обмена IBM использовал 8-битные двоичные представления.

Перфокарты выполняли три основные функции:

1. Хранение данных: Обеспечивали автономное хранение программ и наборов данных
2. Ввод программ: Обеспечивали прямую загрузку кода без ручного ввода
3. Обработка данных: Позволяли сортировать и организовывать по теме или в алфавитном порядке

Их ограничения стали очевидны к концу 20-го века:

• Ограниченная емкость хранения (80 символов на карту)
• Склонность к ошибкам (ошибки требовали полной переперфорации)
• Низкая скорость обработки
• Высокие затраты на оборудование

Развитие магнитных лент, дисководов и последующих технологий хранения данных сделало перфокарты устаревшими к 1980-м годам.

Хотя перфокарты больше не практичны, они остаются значимыми как:

• Ранние примеры двоичного представления данных
• Пионеры автоматизации обработки информации
• Культурные символы ранней вычислительной техники
• Вдохновение для художников и дизайнеров

Их история иллюстрирует технологическую эволюцию, демонстрируя, как даже устаревшие инструменты могут формировать будущие инновации. Перфокарты представляют собой важную главу в истории вычислительной техники, знаменуя переход человечества в цифровую эпоху.