Холлерит планировал использовать картонные перфокарты размером 168,278 × 82,551 мм. Маловероятно, что Холлерит знал о том, как Чарльз Бэббидж использовал карты для программирования своей аналитической машины, однако он почти наверняка был знаком с использованием карточек в ткацком станке Жаккара. Отверстия в этих карточках были организованы в 24 столбца по 12 позиций, что в общей сложности давало 288 позиций. Эти позиции соответствовали определенным характеристикам человека, участвующего в переписи. Переписчик указывал эти особенности, пробивая прямоугольные отверстия размером в четверть дюйма в соответствующем месте карты.
Читая книгу, вероятно, вы настолько привыкли мыслить в терминах двоичных кодов, что могли предположить, что карта с 288 возможными отверстиями способна хранить 288 бит информации. Однако эти карты использовались не так.
Например, перфокарта, применяемая при переписи в чисто двоичной системе, имела бы одну позицию для пола. Она была бы либо пробита — в случае, если опрашиваемый — мужчина, либо не пробита — в случае, если это женщина (или наоборот). Однако карты Холлерита предусматривали две позиции для пола: одна пробивалась для мужчин, другая — для женщин. Аналогичным образом переписчик указывал возраст субъекта, пробивая два отверстия. Первое обозначало пятилетний диапазон: от 0 до 4, от 5 до 9, от 10 до 14 и т. д. Второе отверстие пробивалось в одной из пяти позиций для обозначения точного возраста в этом диапазоне. Для кодирования возраста требовались в общей сложности 28 позиций на карте. При использовании двоичной системы нужны были бы всего семь позиций для кодирования любого возраста от 0 до 127 лет.
Мы должны простить Холлерита за то, что он не внедрил двоичную систему для записи информации, собранной при переписи населения. Преобразование возраста в двоичные числа было непосильной задачей для тех, кто проводил перепись 1890 года. Кроме того, существует практическая причина, по которой использование перфокарт не может быть полностью основанным на двоичной системе. Двоичная система предполагает вероятность того, что будут пробиты все (или почти все) отверстия, что сделает карту чрезвычайно хрупкой.
Данные переписи собираются так, чтобы их можно было подсчитать, то есть обобщают в таблицы. Разумеется, вы хотите знать, сколько людей живет в том или ином районе, однако также интересно получить сведения о распределении населения по возрасту. Для этого Холлерит сконструировал табулятор — машину, в которой ручное управление сочеталось с автоматизацией. Оператор прижимал к каждой перфокарте пресс с 288 подпружиненными штырями. В тех местах карточки, где были пробиты отверстия, эти штыри погружались в резервуар с ртутью, что приводило к замыканию электрической цепи, активировавшей электромагнит, который затем увеличивал на единицу значение десятичного счетчика.
Холлерит использовал электромагниты и в машине для сортировки перфокарт. Например, вам может понадобиться собрать отдельную возрастную статистику по каждой профессии. Сначала нужно сортировать карты по профессиям, затем отдельно для каждой из них собрать данные по возрастам. Сортировочная машина использовала тот же ручной пресс, что и табулятор, однако сортировщик применял электромагниты для того, чтобы открывать задвижки одного из 26 отделений. В это отделение оператор опускал карту и вручную закрывал задвижку.
Этот эксперимент по автоматизации переписи 1890 года оказался чрезвычайно успешным. В общей сложности было обработано более 62 миллионов карточек. Они содержали в два раза больше данных по сравнению с тем, что удалось собрать в ходе переписи 1880 года, а обработаны эти сведения были примерно в три раза быстрее. Холлерит и его изобретения стали известны во всем мире. В 1895 году он даже отправился в Москву и успешно продал свое оборудование для первой российской переписи 1897 года.
Герман Холлерит положил начало длинной последовательности событий. В 1896 году он основал компанию Tabulating Machine Company, занимающуюся сдачей в аренду и продажей оборудования для работы с перфокартами. К 1911 году в результате пары слияний она превратилась в Computing-Tabulating-Recording Company, или C-T-R. В 1915 году ее президентом стал Томас Джон Уотсон (1874–1956), который в 1924 году поменял название на International Business Machines Corporation, или IBM.
К 1928 году оригинальные карты, использовавшиеся в переписи 1890 года, превратились в знаменитые перфокарты IBM с 80 столбцами и 12 строками. Они продолжали активно использоваться на протяжении более 50 лет, и даже в последующие годы их иногда называли картами Холлерита. Об эволюции этих карт расскажу подробнее в главах 20, 21 и 24.
Прежде чем перенестись в двадцатое столетие, давайте убедимся, что у нас сложилось правильное представление об этой эпохе. По очевидным причинам в данной книге я уделял пристальное внимание изобретениям, которые являются цифровыми по своей природе. К ним относятся телеграф, азбука Брайля, машины Бэббиджа и карты Холлерита. При работе с цифровыми концепциями и устройствами вы легко можете подумать, что цифровым является весь мир. Однако открытия и изобретения XIX века были явно не цифровыми. Действительно, очень малая часть природного мира, который мы воспринимаем с помощью органов чувств, цифровая. Скорее, мир — это континуум, который нелегко представить с помощью чисел.
Несмотря на то что Холлерит использовал реле в своих карточных табуляторах и сортировщиках, компьютеры, созданные на основе реле, которые впоследствии стали называться электромеханическими, появились только в середине 1930-х годов. В этих машинах обычно использовались не телеграфные реле, а реле, разработанные для маршрутизации телефонных вызовов.
Эти первые релейные компьютеры не были похожи на то, что мы собирали в предыдущей главе (их конструкция основана на микропроцессорах, созданных в 1970-х). Сегодня для нас очевидно, что компьютеры должны использовать двоичные числа, однако так было не всегда.
Другое отличие нашего релейного компьютера от первых настоящих машин в том, что никто в 1930-х годах не был настолько сумасшедшим, чтобы собрать из реле память объемом 524 288 бит! Стоимость и требования к пространству и мощности делали невозможным создание такой памяти. Скудный объем доступной памяти использовался исключительно для хранения промежуточных результатов. Сами программы находились на физическом носителе, например на бумажной ленте с перфорацией. Действительно, наш процесс ввода кода и данных в память — более современная концепция.
Хронологически первый релейный компьютер, по-видимому, сконструировал Конрад Цузе (1910–1995), который в 1935 году, будучи студентом-инженером, начал собирать машину в квартире своих родителей в Берлине. Эта машина использовала двоичные числа, но в ее ранних версиях применялась механическая память, а не реле. Для программирования своих компьютеров Цузе пробивал отверстия в старой 35-миллиметровой кинопленке.
В 1937 году Джордж Стибиц (1904–1995) из Bell Telephone Laboratories принес домой пару телефонных реле и собрал на своем кухонном столе однобитный сумматор, который его жена позднее назвала «К-машиной» («К» — значит «кухня»). Этот эксперимент лег в основу компьютера Complex Number Computer, созданного в Bell Labs в 1939 году.
