кем и для чего были изобретены перфокарты
Кем и для чего были изобретены перфокарты
ПЕРФОКАРТЫ
Перфокарта (от лат. perforo — пробиваю и лат. charta — лист из папируса; бумага) — носитель информации, предназначенный для использования в системах автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты (ВИКИПЕДИЯ, перфокарта).
Поскольку правильность результатов, полученных компьютером, зависела от строгого соблюдения определенной последовательности введения перфокарт, вероятность ошибок была велика. Если, например, незадачливый оператор случайно ронял колоду карт и порядок их расположения нарушался, то решение задачи становилось невозможным. Со временем на оборотной стороне перфокарт начали ставить порядковые номера, чтобы облегчить восстановление колоды в исходном порядке.
Краткая история
1725 год
Базиль Бошо (Basile Bouchon) впервые предложил новый способ управления ткацким станком с помощью перфорированной бумажной лентой.
Ткацкий станок Б.Бошон на выставке в Париже в Музее искусств и ремесел
1728 год
Жан-Батист Фалькон (Jean-Baptiste Falcon) внес улучшение в ткацкий станок Бошо: управление станком с помощью рулона бумажной перфорированной лентой заменил набором отдельных карт, прикрепленных друг к другу. Это позволяло быстро вносить измения в программу.
1801 год
Жаккард усовершенствовал ткацкие станки (Бошо-Фалькон), которые работали не стабильно и для управления станком требовалось несколько человек. Станки Жаккарда считаются первым промышленным применением полуавтоматических машин для управления узорами на тканях. Перфокарты были соединены друг с другом и походили на широкую перфоленту больших размеров.
В 1801 году, Жаккард выставил свои изобретения на промышленной выставке в Париже. Использованная новая технология в ткацких станках была объявлена государственной собственностью в 1806 году.
Карты Жакаррда
1832 год
Перфорационная таблица С.Н.Корсакова
1834 год
В аналитической машине Бэббиджа для ввода инструкций (программы) использовались перфокарты.
Перфокарты Бэббиджа для аналитической машины
1884 год
Американский инженер Герман Холлерит взял патент «на машину для переписи населения». Изобретение включало перфокарту и сортировальную машину.
Перфокарта представляла собой кусок картона около 90 мм на 215 мм (размер соответствовал размеру долларовой купюры того времени) с круглыми отверстиями.
Первый комплекс оборудования не имел специального перфоратора (устройства для подготовки информации на перфокартах), а использовал пробойник кондуктора в поездах. Карточки сортировались электрическим способом, но подача, выемка и перемещение в сортировочный ящик осуществлялись вручную. Применение данной системы резко ускорило процесс обработки статистики. Первая система Холлерита позволяла только подсчитывать количество карточек с определенными комбинациями пробивок. Сами карточки для каждого применения были различных размеров, зоны пробивок могли размещаться в различных частях карты.
Применение специального перфоратора-пантографа позволило улучшить процесс пробивки карт и повысить скорость работы примерно до 500 карт в день.
Перфоратор-пантограф
Требование суммирования данных, пробитых на карточках, отразилось в новом интегрирующем (суммирующем) перфораторе Холлерита.
Перфокарта, 1885
Размер карт, расположение и размер круглых пробивок было приведено к одному стандарту, который оставался единым для большинства машин.
1906 год
Джеймс Пауэрс (James Powers) предложил механические перфораторы с электрическим мотором.
Пауэрс закончил Техническую школу в Одессе и какое-то время работал в механической мастерской Одесского Университета.
Прибыв в Америку в восемнадцатилетнем возрасте, Пауэрс осел в Бруклине и работал в таких широкоизвестных фирмах (в США конца 19 века), как Carrin Machine Company, Western Electric и Bergman’s Electrical Works.
В 1890 г. Джеймс Пауэрс поступил на работу в Бюро Переписей в качестве техника по перфорационным машинам (Холлерита).
Пауэрс проявил себя в Бюро Переписей талантливым изобретателем, внесшим много усовершенствований в машины Холлерита. В частности ручной рычаг в устройстве автоматической сортировки Холлерита был заменен на ножную педаль, освободившую руки оператора, а в 1906 г. циферблатные счетчики были заменены печатающими на бумагу.
Перфоратор Пауэрса, 1910 год
Машина, изображенная сверху, построена по принципу пишущей машинки с 240 клавишами, покрашенными в разные цвета (хотя на перфокарте 288 позиций). Присутствовала автоматическая подача перфокарт. Операция пробивки осуществлялась одновременно для всей перфокарты, а не по отдельным отверстиям, что позволяло вовремя исправлять ошибки без перебивки карт.
1928 год
Фирма IBM ввела новую карту с прямоугольными пробивками, 12 строк и 80 колонок, размер карты 7-3/8 дюймов 3-1/4inch (187,325 по 82,55 мм), толщина карты 0,007 дюйма (0,178 мм). Первоначально углы были острые.
Подготовка перфокарт на перфораторе
1964 год
Появились перфокарты со скругленные углами.
Для удобства работы с текстовыми данными появились перфораторы, печатающие на верхнем поле перфокарты текст, пробиваемый на карте. Это позволяло визуально контролировать информацию подготовленную на перфокарте.
В Советском союзе оставались перфокарты с острыми углами
1985 год
Ликбез по работе с перфокартами (или история о том, как с 1890-го по 1970-й «большие данные» обрабатывались)
В период 1890-1970 вся обработка больших данных осуществлялась через перфокарты. Перфокарты в свою очередь обрабатывались при помощи т.н. «регистрирующей аппаратурой», центральным звеном которой был электромеханический «сортировщик перфокарт». Перфокарты и сопутствующую аппаратуру применяли для решения самых разнообразных задач: перепись населения, бухгалтерский учёт, инвентаризация, расчёт заработной платы и т.д.
Как люди работали с перфокартами? Какому алгоритму следовал электромеханический сортировщик перфокарт? Как осуществлялась сортировка по числовым полям данных? А по строковым? Обо всём этом – ниже.
Как люди работали с перфокартами?
Принцип действия электромеханического сортировщика перфокарт
Алгоритм поразрядной сортировки чисел
Как же тогда сортировщику перфокарт удаётся справляться со своей работой? В нём реализован изящный алгоритм «поразрядной сортировки». Суть: сортировщик перфокарт обрабатывает по одной цифре поля данных за раз; для сортировки по трёхзначному полю, пачку перфокарт нужно пропустить через сортировщик три раза. Итак, алгоритм:
Преимущества алгоритма поразрядной сортировки
Как осуществляется кодировка строковых данных
Алгоритм сортировки символьных строк
Благодаря такой кодировке сортировщик может упорядочивать строковые поля данных по алфавиту. На это ему требуется два прогона. Алгоритм следующий:
Итак, когда компьютеров ещё не было, предприятия обрабатывали большие данные при помощи перфокарт. Несмотря на то, что перфокарты безвозвратно устарели, с их влиянием на современное состояние компьютерной техники мы сталкиваемся и по сей день, – всякий раз, когда нам приходится мириться с форматированием текста 80-символьными строками. Нечто подобное наблюдается, например, при работе с Far Manager.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Перфокарта
Содержание
История
Впервые перфокарты применил в своем ткацком станке Жаккард в 1804 г. Перфокарты были соединены друг с другом и, скорее, походили на широкую перфоленту больших размеров.
Первое изобретение Г.Холлерита состояло из устройства записи на широкую перфоленту, и в процессе эксплуатации выяснилось, что лента не очень удобна для поставленных целей вычисления статистики. Тогда и настал черед перфокарт.
Первый комплекс оборудования не имел специального перфоратора, а использовал пробойник кондуктора в поездах. Карточки сортировались электрическим способом, но подача, выемка и перемещение в сортировочный ящик осуществлялись вручную. Применение данной системы резко ускорило процесс обработки статистики и позволило получить первые результаты (в частности, количество населения) через несколько недель после проведения переписи. Первая система Холлерита позволяла только подсчитывать количество карточек с определенными комбинациями пробивок. Сами карточки для каждого применения были различных размеров, зоны пробивок могли размещаться в различных частях карты.
Применение специального перфоратора-пантографа позволило улучшить процесс пробивки карт и повысить скорость работы примерно до 500 карт в день [Рид-Грин 1989,c.74]. Был также разработан специальный пробойник для пробивки постоянной информации (сначала в четырех колонках, а потом и в десяти подряд стоящих колонках). Требования промышленности и других переписей поставили вопрос о суммировании данных, пробитых на карточках. Это отразилось в нескольких новых изобретениях Холлерита, в частности новом интегрирующем (суммирующем) перфораторе.
Карты постепенно перешли к одному размеру, расположение и размер круглых пробивок было приведено к одному стандарту, который оставался единым для большинства машин, до тех пор, пока в 1928г. IBM не ввела новую карту с прямоугольными пробивками. Эти карты дожили до нашего времени. Также выяснилось, что производство карт гораздо более прибыльный бизнес, чем производство машин.
Поддержка использования данного носителя информации вызвала появление индустрии по производству широкого класса специализированного оборудования — раскладочно-подборочных, расшифровочных и других машин.
Применение в компьютерной технике
Компьютеры первого поколения, в 20—50-е годы XX столетия, использовали перфокарты в качестве основного носителя при хранении и обработке данных. Затем, в течение 70-х — начале 80-х, они использовались только для хранения данных и постепенно были замещены гибкими магнитными дисками большого размера. В настоящее время перфокарты не используются нигде, кроме устаревших систем, однако оставили свой след в компьютерной технике: отображаемый по умолчанию текстовый видеорежим дисплеев подавляющего большинства компьютерных устройств содержит по горизонтали 80 знакомест, ровно столько, сколько их было на стандартной перфокарте.
Главным преимуществом перфокарт было удобство манипуляции данными — в любом месте колоды можно было добавить карты, удалить, заменить одни карты другими (т.е. фактически выполнять многие функции, позже реализованные в интерактивных текстовых редакторах).
Двоичный и текстовый режим
Работа с перфокартами была возможна в двоичном и текстовом режимах. В двоичном режиме информация, записанная на перфокарту представляла собой двумерный битовый массив. Например, в одной из систем IBM машинное слово содержало 36 бит. Так как последние 8 колонок не использовались, то в каждой строке могло содержаться 2 машинных слова, а на всей перфокарте, соответственно, 24. Текстовый режим работе с перфокартой подразумевал хранение одного символа в каждой колонке, т.е. на одной перфокарте можно было разместить строку из 80 символов. Интересно, что для хранения 1 Гб информации требуется, приблизительно, 22 тонны перфокарт, если не учитывать снижение веса в результате перфорации.
Пример кода
12 / X XXXXXXXXX XXXXXX 11| X XXXXXXXXX XXXXXX
Современное положение
В настоящее время перфокарты нигде не используются, хотя их след можно найти даже сегодня. Во многих электронных устройствах графический режим с минимальными параметрами подразумевает 80 символов в строке, как в стандартной перфокарте. Также, многие программисты до сих пор стараются при написании исходного кода придерживаться длины строки в 80 символов. Хотя, учитывая разрешения современных мониторов, это требование является устаревшим. Использование перфокарт явилось важной ступенью для научно-технического прогресса на пути становления и развития информатики и вычислительной техники.
Справочная: как работают перфокарты
Совершим небольшой экскурс в историю технологии пробивной силы.
Перфокарты (от латинского perforo — пробиваю) — это носители информации из тонкого картона, данные на которых кодируются с помощью отверстий, проделанных в определенных точках. Впервые они появились в 1804 году, когда французский изобретатель Жозеф Жаккар, представил ткацкий станок с высочайшей для той эпохи степенью автоматизации. С помощью перфокарт Жаккар мог формировать самые разные узоры на тканях.
Нити у станка пропускались через отверстия в жестяных пластинах. Последовательность отверстий — в современной терминологии — «программировала» место, которое нить занимала в будущем узоре.
В текстильном деле метод широко применяется по сей день: так, многие вязальные машины, например марки Brother, работают на перфокартах.
Изобретение Жаккара вдохновило английского математика-новатора Чарльза Бэббиджа. Он решил позаимствовать идею перфорированных пластин и использовать их для создания аналитической вычислительной машины. Её блок-схему он предложил в 1834 году. Правда, замысел первого «компьютера» на перфокартах существенно опередил своё время.
Из соображений исторической справедливости нельзя не упомянуть современника Бэббиджа — русского изобретателя Семёна Корсакова. В 1832 году он собрал механический гомеоскоп с неподвижными частями: он помогал найти лекарство в структурированной перфорированной таблице по определённым признакам заболевания (симптомам). Принцип работы устройства можно посмотреть на странице в Википедии.
Активно перфокарты начали использовать на рубеже веков. В 1890 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал «табулирующую машину», предназначенную для обработки результатов переписи населения Соединённых Штатов. Её создание было продиктовано тем, что ручной анализ материалов предыдущей переписи занял несколько лет.
Холлерит представил перфокарты с двенадцатью рядами по двадцать дырок в каждом. Они кодировали информацию о возрасте жителя США, семейном положении, количестве детей и так далее. Перфокарты помещались в специальный аппарат, который автоматически подсчитывал число тех или иных конфигураций пробитых отверстий. По сути, это была первая в мире система для обработки больших данных.
После успеха и тиражирования своего изобретения в 1896 году Холлерит открыл фирму Tabulating Machine Co. Спустя пятнадцать лет она объединилась с двумя другими конторами по автоматизации статистических подсчётов и превратилась в Computing Tabulating Recording. Последняя, в свою очередь, позже была преобразована в ныне известную IBM.
В IBM продолжили разработку «перфотехнологий» и в 1928 году представили новую карту (IBM Card) размерами 7⅜ х 3¾ дюйма. Она имела 80 столбцов и 12 строк, а пробиваемые в ней отверстия были прямоугольными.
Сначала она использовалась со счётными машинами и компьютерами фирмы, но впоследствии завоевала статус технологического стандарта. Перенял его в дальнейшем и Советский Союз.
Для считывания перфокарт использовались два метода — электромеханический и фотоэлектрический. В первом случае поверхность носителя информации подвергалась воздействию металлических прощупывающих щёток. Пройдя через отверстие в картоне, они замыкали контур электроцепи, сигнализируя о наличии проёма в этом месте. Во втором случае в схеме задействовались фотодиоды, у которых падало сопротивление при попадании на них света через пробой.
В 1920–1950-е годы перфокарты безраздельно доминировали в качестве носителя. С их помощью как обрабатывали данные, так и хранили их. Однако с увеличением темпов технического прогресса обнаружилось, что перфокарты становятся «бутылочным горлышком» индустрии.
Виной тому была их скромная ёмкость. На стандартной перфокарте кодировалось до 80 символов. А значит для запоминания одного мегабайта данных требовалось свыше 13 тыс. картонных носителей. Кроме того, скорость чтения и записи на перфокарты оставляла желать лучшего. Через считыватели нельзя было пропустить больше 1 тыс. перфокарт в минуту.
По этим причинам усилия многих инженерных школ были брошены на разработку новых технологий хранения данных. И в скором времени перфокарты заменили более «прогрессивной» магнитной лентой.
Окончательно свои позиции перфокарты уступили в 1980-х, вытесненные более надёжными и ёмкими магнитными лентами и гибкими дисками. Однако свой след в истории они оставили, и заметный. Достаточно сказать, что на перфокартах был реализован ввод данных в электронно-счётный комплекс для вычисления и корректировок орбиты первого искусственного спутника Земли, запущенного СССР в 1957 году.
Перфокарты стали настолько обыденной деталью в технологической индустрии, что мыслились как неотъемлемый её атрибут. Об этом даже писали фантасты. У Роберта Шекли в романе «Корпорация „Бессмертие“» (1958) люди XXII века летают на гелитакси и умеют переносить сознание из одного тела в другое, однако в работе по-прежнему задействуют перфокарты.
При всем при этом Роберт Шекли может быть не так далек от правды, как видится сегодня. Компания IBM — которая расформировала департамент, занимавшийся перфокартами — разрабатывает новую технологию сверхплотной записи информации. Она называется Millipede, и в её основе лежит метод перфорирования носителя.
Крохотные иглы продавливают на кусочке пластика нанометровые углубления, каждое из которых означает один бит. Millipede позволяет записать на кусочке пластика размером с почтовую марку порядка 25 Гбайт данных. Так что, быть может, в ходе четвёртой промышленной революции «перфокарты» ждёт ренессанс.
Перфокарта
Информация представлена наличием или отсутствием отверстия в определённой позиции карты из тонкого картона
Перфока́рта (перфорационная карта, перфорированная карта, от лат. perforo — пробиваю и лат. charta — лист из папируса; бумага) — носитель информации, предназначенный для использования в системах автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты.
Содержание
История
Перфокарты впервые начали применяться в ткацких станках Жаккарда (1808) для управления узорами на тканях. В информатике перфокарты впервые были применены в «интеллектуальных машинах» коллежского советника С.Н. Корсакова (1832), механических устройствах для информационного поиска и классификации записей. Перфокарты также планировалось использовать в «аналитической машине» Бэббиджа. В конце XIX в. началось использование перфокарт для обработки результатов переписей населения в США (см. табулятор Холлерита).
Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространённым был «формат IBM», введённый в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 7⅜ × 3¾ дюйма (187,325 × 82,55 мм), толщина карты 0,007 дюйма (0,178 мм). Первоначально углы были острые, а с 1964 г. — скруглённые (впрочем, в СССР и позже использовали карты с нескруглёнными углами). Примечательно, что по приблизительным подсчетам, гигабайт информации, представленной в виде перфокарт весил бы примерно 22 тонны (не считая веса, потерянного в результате перфорации отверстий).
Применение в компьютерной технике
Компьютеры первого поколения, в 20—50-е годы XX столетия, использовали перфокарты в качестве основного носителя при хранении и обработке данных. Затем, в течение 70-х — начале 80-х, они использовались только для хранения данных и постепенно были замещены гибкими магнитными дисками большого размера. В настоящее время перфокарты не используются нигде, кроме устаревших систем, однако оставили свой след в компьютерной технике: отображаемый по умолчанию текстовый видеорежим дисплеев подавляющего большинства компьютерных устройств содержит по горизонтали 80 знакомест, ровно столько, сколько их было на стандартной перфокарте.
Главным преимуществом перфокарт было удобство манипуляции данными — в любом месте колоды можно было добавить карты, удалить, заменить одни карты другими (т.е. фактически выполнять многие функции, позже реализованные в интерактивных текстовых редакторах).
Двоичный и текстовый режим
При работе с перфокартами в двоичном режиме перфокарта рассматривается как двумерный битовый массив; допустимы любые комбинации пробивок. Например, в системах IBM 701 машинное слово состояло из 36 бит; при записи данных на перфокарты в одной строке пробивок записывалось 2 машинных слова (последние 8 колонок не использовались), всего на одну перфокарту можно было записать 24 машинных слова.
При работе с перфокартами в текстовом режиме каждая колонка обозначает один символ; таким образом, одна перфокарта представляет строку из 80 символов. Допускаются лишь некоторые комбинации пробивок. Наиболее просто кодируются цифры — одной пробивкой в позиции, обозначенной данной цифрой. Буквы и другие символы кодируются несколькими пробивками в одной колонке. Отсутствие пробивок в колонке означает пробел (в отличие от перфоленты, где отсутствие пробивок означает пустой символ, NUL). В системе IBM/360 были определены комбинации пробивок для всех 256 значений байта (например, пустой символ NUL обозначался комбинацией 12-0-1-8-9), так что фактически в текстовом режиме можно было записывать и любые двоичные данные.
Для удобства работы с текстовыми данными вдоль верхнего края перфокарты часто печатались те же символы в обычном человекочитаемом виде.
Пример кода
Следует заметить, что везде одинаково кодировались только цифры и латинские буквы; в кодировании остальных символов существовал большой разнобой.