Как детали от ткацких станков стали важной составляющей компьютера: История перфокарт

Перфокарты хорошо знакомы тем, кто имел дело с первыми поколениями компьютеров. Даже космические полеты обслуживались благодаря этим картонным листочкам с отверстиями: рассчитывалась и корректировалась орбита летательных аппаратов. Но перфокарты – не продукт XX века, больше того – изобретены они были совсем не математиками и не для вычислений. Первый шаг к нынешнему миру, где все определяют разнообразные электронные устройства, был сделан когда-то ткачами, которые мечтали быстро и безошибочно делать узоры на шелковой ткани.

Ткацкие станки и перфокарты

Перфокарта кажется не более чем прямоугольным куском бумаги с дырочками, но само расположение этих отверстий, как и их количество, несет определенную информацию. Сейчас трудно кого-то удивить рассказом о двоичной системе счисления, гораздо интереснее, что и два столетия назад, когда перфокарты применялись для усовершенствования ткацкого станка, применялся тот же принцип. Есть отверстие в определенной точке карты – один вариант действия устройства, нет отверстия – другой.

Принцип работы ткацкого станка сводится к движению поперечных нитей, переплетающихся с нитями продольными, или нитями основы. В случае, если требуется создать узор из нескольких, а тем более – многих нитей, дело усложняется, требуется очень точно и внимательно перемещать разноцветные нити в правильном порядке. Раньше внутри ткацкого станка просто-напросто сидел человек, который выполнял эту работу. Это было очень утомительно и не обходилось без ошибок – оно и естественно.

Поэтому предметом мечтаний всех производителей тканей – особенно тех, что поставляли продукцию ко дворам королей и аристократов и работали с дорогими материалами вроде шелка, был такой станок, который сможет «самостоятельно» создавать полотно с определенным узором. Попытки сконструировать нечто подобное предпринимались еще во времена Возрождения и потом тоже, но настоящая революция в области изготовления жаккардовой, крупноузорчатой ткани, произошла в наполеоновские времена, в начале XIX века.

Собственно, имя изобретателя и дало название виду ткани. Жозеф Мари Жаккар, или Жаккард, был из семьи потомственных ткачей по шелку. Ему удалось создать станок, который управлял нитями раздельно, перемещая их с помощью стержней с кольцами, которые движутся или остаются на месте в зависимости от того, что «задает» им перфокарта. Станок заработал в 1804 году, а уже в следующем его увидел Наполеон, прибывший в Лион, где и размещалось тогда французское производство шелка.

Как действовали перфокарты

Император по достоинству оценил чудо-машину и назначил изобретателю пенсию вместе с отчислениями по каждому новому созданному по его проекту станку. Патент переходил в общественное пользование. Машина умела изготавливать сколь угодно сложные узоры высокой точности и четкости, все дело заключалось лишь в правильном «программировании», которое осуществлялось через перфокарты. Кстати, изобретение местные ткачи не одобрили – ведь оптимизация производства тканей со сложными узорами лишала многих заработка.

Порядок, определяющий вид перфокарты, влиял на движение нитей относительно друг друга. Чтобы составить «программу», то есть создать нужное количество перфокарт и последовательность расположения отверстий, требовалось много времени и внимания. Зато, однажды изготовив такой комплект, можно было использовать его снова и снова – причем от мастера требовалось лишь следить за исправностью самой машины.

История сохранила не только имя создателя нового ткацкого станка, но и тех его предшественников, которые благодаря попыткам соорудить нечто подобное подготовили когда-то почву для изобретения. До Жаккара автоматизировали производство тканей ткачи Базиль Бушон, Жан-Батист Фалькон, ставил такую задачу и изобретатель чудо-автоматонов Жак де Вокансон. Перфокарты в ткацких станках используются, как ни странно, и по сей день. Куда реже они встречаются в компьютерах (но и это случается) – а ведь именно благодаря перфокартам и продвинулось вперед создание математических приборов, «прадедов» современных ноутбуков.

От ткацких станков к компьютерам

Чарльз Бэббидж, английский ученый и изобретатель, в 1830-х годах придумал и создал «аналитическую машину», которая предназначалась для расчета «астрономических и математических таблиц». До конца свою работу он так и не закончил, потратив на свой труд 17 лет – прибор был доведен до ума уже в начале XX века последователями Бэббиджа, и для функционирования машины использовались как раз-таки перфокарты. Но, строго говоря, непосредственным предшественником компьютеров называют не ее, а сконструированный в 1890 году автомат для подсчета результатов американской переписи населения – Табулятор Холлерита.

Чтобы сократить время подсчета цифр, которое занимало годы, Герман Холлерит создал электромеханическую машину, в которую загружали данные для обработки, а потом получали результат. Для осуществления вычислений применялись перфокарты, которых табулятор использовал огромное количество. В этом, в сущности, и состояла главная проблема для развития: информация в 1 гигабайт, как сейчас подсчитано, требовала использование 20 тонн перфокарт.
Как бы то ни было, а в 1924 году именно компания Холлерита стала той самой IBM, которая через несколько десятилетий познакомит с компьютерами практически каждую семью в цивилизованном мире.