Перфокарты представляют собой удивительное изобретение XIX века, позволившее автоматизировать сбор и обработку данных. Эти незамысловатые на вид кусочки картона с дырочками, заполненными определенным образом, несли в себе информацию, которая считывалась специальными устройствами и использовалась для управления работой механических систем. Давайте разберемся подробнее, что представляют собой перфокарты, как на них записывались и считывались данные, и для каких целей они применялись.
История возникновения и развития перфокарт
Впервые прототип перфокарт появился в 1804 году в ткацком станке Жозефа Мари Жаккара. На длинных бумажных лентах с отверстиями задавался узор для ткани - так был реализован принцип программного управления процессом ткачества. В 1830-х годах российский изобретатель Семен Корсаков усовершенствовал эту идею, использовав перфокарты для поиска и сортировки информации - фактически создав первое устройство для автоматизированной обработки данных.
Настоящий расцвет перфокарты пережили в 1890-х годах в США благодаря Герману Холлериту, разработавшему табулятор - аппарат для подсчета результатов переписи населения по данным, пробитым на карточках. Это позволило радикально ускорить обработку огромного массива данных по сравнению с ручным подсчетом.
Успех переписи вызвал бурный рост спроса на табулирующие машины и перфокарты к ним. В 1924 году несколько компаний по их производству объединились в корпорацию International Business Machines (IBM), которая фактически монополизировала эту нишу рынка.
Устройство перфокарт и принцип записи данных
Как уже упоминалось, перфокарты это - прямоугольные картонки с отверстиями по установленной схеме для кодирования и хранения информации. Размер стандартной перфокарты составлял 187x82 мм. По вертикали карточки были разграфлены на 80 столбцов (колонок), а по горизонтали - на 12 рядов.
Существовали два основных способа записи данных:
- В двоичном представлении наличие отверстия в определенной позиции кодировало единицу, а его отсутствие - ноль. Так можно было записывать как программы, так и любые двоичные данные.
- В текстовом виде каждая колонка соответствовала одному символу (цифре, букве или знаку), а комбинация отверстий по вертикали кодировала нужный символ согласно таблице кодировки. Так на перфокарты можно было записать текст программы или данные.
Для облегчения визуального распознавания вдоль верхнего края перфокарт часто дублировали напечатанные символы. Особенности кодирования позволяли легко вносить правки в записанную информацию простым добавлением, удалением или заменой отдельных карт в колоде.
Считывание и обработка данных с перфокарт
Для считывания информации с перфорированных карточек использовались специальные устройства - перфокарты для машины. В ранних табуляторах Холлерита это был механизм с подвижными иглами, которые опускались в отверстия на картах и замыкали электрическую цепь при соприкосновении с ртутными контактами.
В дальнейшем появились более совершенные оптоэлектронные считыватели данных, использовавшие фотоэлементы и световые лучи. При прохождении перфокарты через считывающее устройство, дырки пропускали луч света на фотоэлемент, который вырабатывал электрические сигналы, соответствующие единицам и нулям в двоичном коде.
Считанная таким образом информация поступала в оперативную память компьютера для дальнейшей обработки. Если на перфокартах была записана программа, то компьютер выполнял ее команды. А если данные - то производил вычисления согласно алгоритму.
Результаты вычислений можно было вывести в виде распечатки на принтере или записать обратно на перфокарты.
Применение перфокарт в программировании и вычислениях
Одно из основных применений перфокарт - это хранение исходного кода программ для загрузки в компьютер. Например, на языках программирования перфокарты для вязальных машин Алгол или Фортран текст программы записывался в колоду перфокарт и затем считывался в память компьютера для выполнения.
Помимо хранения кода, перфокарты активно использовались для ввода исходных данных, результаты обработки которых также выводились на перфокарты. Например, в США перфокарты применялись при проведении переписей населения, а в СССР - для учета и планирования на фабриках и заводах.
Очень масштабно перфокарты использовали для научных и инженерных расчетов - например, при подготовке космических программ НАСА, включая высадку на Луну. На перфокарты заносили исходные данные и алгоритмы расчета траекторий, загружали в компьютер, и получали результаты в виде нового набора перфокарт, которые затем анализировали инженеры.
Недостатки перфокарт и причины устаревания
Несмотря на широкое распространение, у перфокарт имелся ряд существенных недостатков, которые со временем привели к вытеснению этой технологии:
- Низкая плотность записи данных - всего 80 байт на одну перфокарту.
- Громоздкость при работе с большими объемами данных.
- Ненадежность картонного носителя и его подверженность порче со временем.
- Легкость подделки и кражи в отличие от защищенных цифровых форматов.
- Невозможность автоматизированного редактирования данных в отличие от цифровых носителей.
По мере совершенствования компьютеров и появления более современных носителей информации, таких как магнитные ленты и диски, жесткие диски, компакт-диски, флеш-накопители, перфокарты становились все менее востребованными.
Перфокарты в современном мире
На данный момент перфокарты практически перестали использоваться, за исключением некоторых устаревших информационных систем. Отдельные компании до сих пор предлагают перфокарты и оборудование для работы с ними коллекционерам и музеям.
Тем не менее, идея использования перфорированных карт иногда находит применение и сейчас. Например, в некоторых странах рассматривается возможность их использования для голосования на выборах как альтернатива электронному голосованию с целью повышения прозрачности процедуры.
Влияние на культуру и развитие технологий
Несмотря на нынешнюю архаичность, перфокарты сыграли важную историческую роль на заре эры информатики, заложив ряд важных стандартов и подходов в компьютерной отрасли и программировании:
- Размер строки текста в 80 символов, унаследованный от ширины перфокарты.
- Технологии и оборудование для оптического распознавания и обработки данных.
- Подходы к хранению и структурированию данных, повлиявшие на развитие СУБД.
Кроме того, перфокарты во многом способствовали успеху и трансформации компании IBM в одного из лидеров компьютерной революции XX века.
Перфокарты как культурно-исторический феномен
Для нескольких поколений людей, живших в XX веке, перфокарты и их обработка на электромеханических табуляторах и компьютерах были неотъемлемой частью повседневной жизни и работы.
Поэтому сегодня перфокарты выступают своеобразным символом информационных технологий того времени. Их изображения можно увидеть в фильмах, книгах, на картинах того периода. А уцелевшие экземпляры перфокарт и оборудования для их обработки экспонируются в различных технических музеях как часть истории вычислительной техники и программирования.
