Spis treści:
Bezpłatny kurs języka Python ➞ Mini-kurs dla początkujących i doświadczonych programistów. 4 fajne projekty w portfolio, komunikacja na żywo z prelegentem. Kliknij i dowiedz się, czego możesz nauczyć się na kursie.
Dowiedz się więcejKomputer przetwarza informacje w systemie binarnym, gdzie obecność napięcia odpowiada jeden, a jego brak zeru. Aby zilustrować ten proces, wyobraźmy sobie proste urządzenie do wprowadzania danych, składające się z przewodu i metalowej płytki. Gdy przewód dotyka płytki, generowany jest impuls elektryczny, który sygnalizuje komputerowi, że użytkownik chce przesłać informacje. Podstawą interakcji człowiek-komputer jest zatem konwersja kontaktu fizycznego na polecenia cyfrowe, które system może interpretować i przetwarzać.
Teraz przekształcimy przewody w „szczotkę”, podzielimy płytkę na małe sektory, weźmiemy kawałek tektury i wywiercimy w niej kilka otworów. Umieszczając tekturę między szczotką a płytką, tworzymy możliwość kodowania informacji. Przewody nad otworami będą dotykać płyty, a reszta będzie izolowana tekturą. Zatem sektory płyty, do których będą przylegać przewody, będą reprezentować jedynki, a pozostałe zera. Ta metoda pozwala na efektywny transfer danych przy użyciu prostych materiałów i zasad.
Legendarne karty perforowane działały właśnie na tej zasadzie. Urządzenia te służyły do przechowywania i przesyłania informacji, umożliwiając automatyczne przetwarzanie danych. Karty perforowane to papierowe karty z otworami, które kodowały informacje. Każda kombinacja otworów odpowiadała konkretnemu symbolowi lub poleceniu. To znacznie uprościło przetwarzanie danych i stało się ważnym krokiem w rozwoju technologii komputerowej.
Homeoskop Korsakowa — mechaniczny komputer do odkrywania leków
Pierwsze karty perforowane, zaprojektowane do pełnoprawnego przechowywania i kodowania informacji, zostały po raz pierwszy zastosowane w praktyce rosyjskiego lekarza Siemiona Nikołajewicza Korsakowa. Przed pojawieniem się tych kart, karty perforowane były używane wyłącznie w krosnach żakardowych, gdzie służyły do sterowania nićmi i przechowywania danych o wzorach. Korsakow stał się innowatorem w wykorzystaniu kart perforowanych w celach medycznych i informacyjnych, co otworzyło nowe horyzonty w dziedzinie przechowywania i przetwarzania informacji.
W 1832 roku Korsakow zademonstrował Akademii Nauk swoje unikalne osiągnięcie — homeoskop. Maszyna ta została zaprojektowana do kodowania informacji na drewnianych płytkach z otworami, co umożliwiło rejestrowanie danych, takich jak objawy chorób i odpowiednie leki. Homeoskop był ważnym krokiem w historii medycyny, ponieważ ułatwił systematyzację wiedzy o chorobach i metodach leczenia, co z kolei usprawniło diagnostykę i terapię opartą na danych przedstawionych w łatwy do zrozumienia sposób.
Aby znaleźć potrzebne informacje, używano paska z przesuwanymi bolcami, z których każdy odpowiadał na pytanie: „Tak czy nie?”. Na przykład, można było za jego pomocą określić, czy pacjent cierpi na ból głowy. Korsakow wykorzystał bolce do stworzenia pełnego obrazu choroby pacjenta, a następnie sprawdził, czy bolce pasują do otworów na karcie perforowanej homeoskopu, aby określić odpowiednie lekarstwo. Metoda ta umożliwiła usystematyzowanie danych i znalezienie skutecznych rozwiązań w leczeniu, co usprawniło diagnostykę i terapię pacjentów.
W dzisiejszych czasach homeoskop można uznać za urządzenie do analizy dużych zbiorów danych. Liczba elementów w matrycy mogła sięgać kilku tysięcy, co jest znaczącym osiągnięciem jak na XIX wiek. Urządzenie to stało się ważnym narzędziem w przetwarzaniu i interpretowaniu ogromnych ilości informacji, otwierając nowe horyzonty dla badań i analizy danych.
Korsakow dążył do czegoś więcej. Nie tylko stworzył unikalną maszynę, ale także szczegółowo opisał jej zastosowanie do wyszukiwania informacji w dużych zbiorach danych przy użyciu różnych kryteriów. Opracował również metody porównywania rekordów według różnych cech. Ponadto Korsakow podjął próbę sformułowania definicji algorytmu, która podkreśla jego wkład w rozwój technologii przetwarzania danych.
Korsakow opublikował broszurę o swoim wynalazku i przedstawił ją Cesarskiej Akademii Nauk w Petersburgu. Jednak naukowcy nie zrozumieli istoty tego wynalazku i odrzucili go. W swoim odrzuceniu zauważyli, że „Pan Korsakow poświęcił mnóstwo inteligencji na nauczanie innych, jak radzić sobie bez inteligencji”. W ten sposób pierwsza rosyjska rewolucja komputerowa zakończyła się bez należytego uznania, pozostawiając po sobie konsternację i niedoceniony potencjał.
Tabulator Holleritha – maszyna do obliczania danych spisowych
Era kart perforowanych rozpoczęła się w 1890 roku wraz z wynalezieniem przez Hermana Holleritha maszyny do obliczania wyników spisu powszechnego w Stanach Zjednoczonych. Ta innowacja stała się podstawą późniejszego rozwoju informatyki i przetwarzania danych. Karty perforowane służyły do przechowywania i przetwarzania informacji, co znacznie przyspieszyło i uprościło procesy automatyzacji. W rezultacie system Holleritha wywarł znaczący wpływ na różne dziedziny, w tym rachunkowość, statystykę i badania naukowe.
Zgodnie z prawem amerykańskim spis powszechny przeprowadzany jest co dziesięć lat. Jest to niezbędne do dokładnego ustalenia stawek podatkowych i podziału środków budżetowych. W XIX wieku przetwarzanie danych spisowych było czasochłonne i często trwało aż do następnego spisu. Do 1890 roku rząd USA zdał sobie sprawę, że ręczne przetwarzanie danych jest zbyt czasochłonne, kosztowne i zawodne. Ogłoszono więc konkurs na stworzenie maszyny, która mogłaby usprawnić ten proces. Zwycięzcą został młody inżynier Herman Hollerith, który opracował metodę rejestrowania informacji respondentów na kartach perforowanych. To innowacyjne podejście stało się podstawą automatyzacji przetwarzania danych i zapoczątkowało nową erę w statystyce i informatyce. Pomysł polegał na tym, aby każda odpowiedź na pytania spisowe – dotyczące płci, wieku, religii i innych aspektów – była rejestrowana za pomocą dziurek na karcie z tabelą. Na przykład, jeśli respondent został zapytany o stan cywilny, obecność dziurki oznaczała „żonaty/zamężna”, a jej brak – „wolny/a”. Takie podejście umożliwiło szybkie i wydajne gromadzenie i przetwarzanie danych, znacznie upraszczając proces analizy danych spisowych.
Hollerith zaczerpnął pomysły z praktyki amerykańskich kolei, gdzie bilety były często odsprzedawane lub przekazywane innym osobom, co utrudniało weryfikację dokumentów ze względu na łatwość ich podrabiania. W odpowiedzi na ten problem, firmy kolejowe zaczęły umieszczać zakodowany opis pasażera bezpośrednio na bilecie. Opis ten zawierał takie cechy, jak płeć, przybliżony wiek, wzrost, kolor skóry, kolor włosów i inne cechy wyróżniające. Takie podejście znacznie zwiększyło bezpieczeństwo i uprościło identyfikację pasażerów.
Bilety były kasowane w określonych miejscach, aby konduktorzy mogli je odczytać i zinterpretować. Pasażerowie zazwyczaj nie znali znaczenia tych kodów. Ta innowacyjna metoda została nazwana „dziurkowaną fotografią”.
Hollerith zainteresował się tym systemem i zdecydował się na użycie kart składających się z 12 rzędów i 24 kolumn. Decyzja ta stała się ważnym krokiem w rozwoju technologii przetwarzania danych. Wykorzystanie kart pozwoliło na skuteczną organizację i systematyzację informacji, co znacznie ułatwiło analizę dużych ilości danych.
Hollerith opracował unikalną perforowaną maszynę, która znacznie przyspieszyła proces wypełniania arkuszy kalkulacyjnych dla zbieraczy danych. To narzędzie umożliwiło wydajne przetwarzanie informacji, co ułatwiło szybszą analizę i przetwarzanie dużych wolumenów danych. Dzięki innowacyjnemu podejściu Holleritha praca z arkuszami kalkulacyjnymi stała się bardziej wydajna i mniej pracochłonna.
Urządzenie do odczytu informacji przypominało fortepian z tarczami, na których znajdowały się podziałki. Towarzyszyła mu specjalna szufladka na karty perforowane. Po włożeniu karty perforowanej, sprężynowe przewodniki przechodziły przez otwory i zanurzały się w kolbie z rtęcią, wytwarzając impuls, który pozwalał maszynie rejestrować wynik. Urządzenie to miało 40 tarcz, każda po 100 podziałek. Pierwsza tarcza odczytywała jednostki, druga – setki, trzecia – dziesiątki tysięcy i tak dalej. Sprzęt ten odegrał ważną rolę w przetwarzaniu informacji i automatyzacji obliczeń.
Dzięki rozwiązaniom Holleritha, obliczenie wyników kolejnego spisu powszechnego w USA skróciło się do trzech miesięcy zamiast dziesięciu lat. Przyniosło to oszczędności rzędu 5 milionów dolarów, co odpowiada prawie 150 milionom dolarów w dzisiejszych cenach. Innowacje technologiczne Holleritha znacznie zwiększyły wydajność przetwarzania danych i stały się podstawą dalszych innowacji w dziedzinie statystyki i rachunkowości.
Era IBM
Hollerith udoskonalał swoją maszynę liczącą przez całe życie. Opracował urządzenie do automatycznego podawania kart, co znacznie zwiększyło szybkość przetwarzania danych. Ponadto Hollerith nauczył swoją maszynę nie tylko odczytywać jednostki, ale także wykonywać proste operacje arytmetyczne. Te innowacje położyły podwaliny pod przyszłe technologie komputerowe i znacznie uprościły przetwarzanie informacji.
Na początku XX wieku maszyny Holleritha stały się niezbędnym narzędziem dla księgowych, zyskując miano „maszyn księgowych”. Hollerith ostatecznie założył firmę, która kilkakrotnie zmieniała nazwę, ostatecznie w 1924 roku przekształcając się w IBM. Ten kultowy niebieski gigant powstał w oparciu o technologię kart perforowanych, która odegrała kluczową rolę w rozwoju informatyki. Od tego czasu IBM nieustannie wprowadza innowacje i pozostawił znaczący ślad w historii technologii informacyjnej.
W początkach ery kart perforowanych opracowano wiele formatów, różniących się liczbą wierszy i kolumn. Jednak pod koniec lat dwudziestych XX wieku stało się jasne, że do efektywnego wykorzystania kart perforowanych potrzebny jest ujednolicony standard. IBM wprowadził taki standard, obejmujący 80 kolumn i 10 wierszy z prostokątnymi otworami, co pozwalało na umieszczenie większej ilości informacji na każdej karcie. Standard ten stał się podstawą dalszego rozwoju technologii przetwarzania danych.
Format karty perforowanej pozostał praktycznie niezmieniony przez cały okres jej istnienia. W latach 60. XX wieku w Stanach Zjednoczonych rozpoczęto produkcję kart perforowanych o zaokrąglonych rogach, podczas gdy Związek Radziecki do samego końca produkował je w tradycyjnym, prostokątnym formacie. Ta stabilna konstrukcja ułatwiła ich powszechne zastosowanie w informatyce i zapewniła kompatybilność między różnymi urządzeniami. W latach powojennych karty perforowane stały się integralną częścią świata zachodniego. Drukowano na nich paragony, pokwitowania bankowe i dokumenty księgowe. W tym czasie pojawiły się udoskonalone maszyny księgowe – tabulatory współpracujące z kartami perforowanymi. Urządzenia te miały możliwość sortowania kart, jednoczesnego odczytu wielu kart, porównywania ich według różnych kryteriów, wykonywania działań arytmetycznych i drukowania wyników na nowych kartach perforowanych. To podejście znacznie uprościło przetwarzanie danych i zwiększyło wydajność księgowych.
Chociaż maszyn tych nie można uznać za komputery ze względu na brak możliwości programowania, znacznie uprościły one zarządzanie dokumentami w przedsiębiorstwach. Ich popularność była tak duża, że niektóre organizacje nadal z nich korzystały nawet na początku XXI wieku, w erze technologii komputerowej, chociaż produkcja tych urządzeń zakończyła się w latach 70. XX wieku. Maszyny te stały się integralną częścią przepływu pracy, umożliwiając usprawnienie zarządzania dokumentami i zwiększenie wydajności.
Do dziurkowania kart używano specjalistycznych urządzeń zwanych dziurkaczami. Pierwsze modele dziurkaczy były ręczne i przypominały standardowe dziurkacze. Z czasem urządzenia te ewoluowały, zyskując bardziej złożone mechanizmy i funkcje, upodabniając je do maszyn do pisania. Karty perforowane odegrały kluczową rolę w automatyzacji przetwarzania danych, umożliwiając szybkie i wydajne tworzenie kart perforowanych do użytku w komputerach. Operator klawiatury wprowadzał znaki, które maszyna kodowała i dziurkowała na kartach perforowanych. IBM opracował kieszonkowe karty perforowane przeznaczone do księgowości terenowej. Urządzenia te były podobne pod względem rozmiaru i kształtu do współczesnych tabletów.
W latach 60. i 70. XX wieku karty perforowane były produkowane na całym świecie w ogromnych ilościach, osiągając miliony egzemplarzy dziennie. IBM stał się liderem w tej dziedzinie, zajmując dominującą pozycję na rynku. Jednak ze względu na wymogi antymonopolowe rządu USA, IBM został zmuszony do podziału swojej działalności, tak aby jego udział w produkcji nie przekroczył 50%. Decyzja ta otworzyła drogę innym producentom, zmieniając tym samym rynek kart perforowanych i całą technologię informatyczną.
Karty perforowane i komputery
W pierwszych dekadach swojego istnienia komputery wykorzystywały karty perforowane do przechowywania informacji i wprowadzania programów. Każda karta perforowana reprezentowała linię kodu zawierającą do 80 znaków. Każda kolumna zawierała jeden znak, cyfry kodowano jednym dziurkaczem, a litery i znaki specjalne wieloma dziurkami. Ta metoda była podstawową metodą interakcji z komputerami przed pojawieniem się nowocześniejszych technologii przechowywania danych.
Górna część karty perforowanej zazwyczaj zawierała tekst czytelny dla człowieka, co pozwalało uniknąć nieporozumień i ułatwiało interpretację. Uprościło to pracę z kartami perforowanymi, czyniąc je bardziej przyjaznymi dla użytkownika. Tekst czytelny dla człowieka stanowił ważny punkt odniesienia, umożliwiając szybkie zrozumienie zawartości karty bez konieczności analizowania samych perforacji.
Tekst na kartach perforowanych można było wprowadzać na dwa sposoby: za pomocą kodu binarnego, gdzie zera i jedynki reprezentowały dane, oraz za pomocą liter, gdzie każda kolumna odpowiadała jednemu znakowi. W praktyce druga metoda była najczęściej stosowana, ponieważ zapewniała wygodniejszą i bardziej intuicyjną prezentację informacji.
Karty perforowane w stosie umożliwiały sortowanie, zmianę kolejności, usuwanie i dodawanie nowych kart. Zapewniało to wygodę zarządzania sekwencją poleceń w programie. W swojej istocie karty perforowane działały podobnie do współczesnych edytorów tekstu, umożliwiając użytkownikom sprawne organizowanie i edycję informacji.
Format karty perforowanej znacząco wpłynął na ewolucję technologii komputerowej. Jeśli otworzysz BIOS lub natkniesz się na niebieski ekran śmierci (BSoD) w systemie Windows, zwróć uwagę na liczbę znaków w wierszu – dokładnie 80. Dzieje się tak, ponieważ pojedyncza karta perforowana mogła pomieścić dokładnie tyle znaków. Wpływ kart perforowanych na nowoczesną architekturę i oprogramowanie komputerów jest niezaprzeczalny, ponieważ położyły one podwaliny pod przetwarzanie danych i interfejsy, z których korzystamy dzisiaj.
Śmierć kart perforowanych i dysków twardych – stonoga
Karty perforowane miały swoje zalety, ale ich pojemność pozostawiała wiele do życzenia. Ograniczenie do 80 znaków było żałośnie niewystarczające. Przechowywanie gigabajta informacji na kartach perforowanych wymagałoby 22 ton. Pojawienie się taśm magnetycznych i dysków optycznych oznaczało początek końca kart perforowanych, które stopniowo wyszły z użycia. Jednak przez długi czas pozostawały one istotne; jeszcze w 2011 roku Cardamation, firma produkująca karty perforowane, nadal działała w Stanach Zjednoczonych.
IBM kontynuował swoje wysiłki w dziedzinie kart perforowanych nawet w XXI wieku. Inżynierowie firmy dążyli do opracowania urządzenia pamięci masowej o pojemności dysku twardego, ale jednocześnie działającego z szybkością pamięci RAM. Ten ambitny cel został osiągnięty dzięki projektowi Millipede, który stanowił znaczący krok w rozwoju technologii przechowywania danych.
Pamięć o swobodnym dostępie (RAM) współczesnych komputerów, znana jako DRAM, działa na kondensatorach, które mogą znajdować się w dwóch stanach: naładowanym i nienaładowanym. Każdy kondensator reprezentuje jednostkę informacji, czyli jeden bit. Komputer może jednocześnie odczytywać i zapisywać dane z wielu z tych komórek, zapewniając wysokie prędkości przetwarzania i wydajne wykonywanie programów. Dzięki tej architekturze pamięć RAM odgrywa kluczową rolę w wydajności współczesnych systemów komputerowych.
Dysk twardy przechowuje dane na talerzach magnetycznych, które różnią się od pamięci RAM sposobem działania. Głowica dysku twardego odczytuje informacje po jednej komórce na raz, co prowadzi do opóźnień w dostępie do danych, ponieważ musi czekać na umieszczenie pod nią żądanej komórki. W rezultacie dyski twarde są znacznie wolniejsze niż pamięć RAM, setki tysięcy razy wolniejsze. Jednak fizyczny rozmiar komórki dysku twardego jest znacznie mniejszy, co pozwala na przechowywanie znacznie większej ilości informacji na centymetr kwadratowy. Dzięki temu dyski twarde są wydajne w przechowywaniu dużych ilości danych, pomimo niskiej prędkości dostępu.
Na początku XXI wieku IBM próbował opracować innowacyjny nośnik danych, który łączyłby zalety różnych typów dysków. Rezultatem był projekt karty nanopunch. Technologia ta polegała na wykorzystaniu specjalnego termopolimeru, w którym mikroskopijne otwory były wykonywane za pomocą maleńkiej igły. Imponująca gęstość zapisu danych pozwalała na przechowywanie do 128 megabajtów informacji na milimetr kwadratowy polimeru. Wyjątkowość urządzenia polegała nie tylko na jego zdolności do tworzenia otworów w materiale, ale także na ich „zamykaniu”. Do odczytu informacji wykorzystano wiele czujników, które w pierwszych prototypach przypominały nogi stonogi, stąd nazwa. Karta nanopunch stanowiła zatem obiecujące rozwiązanie do przechowywania danych, łączące kompaktowość i funkcjonalność.
W 2005 roku technologia Millipede wydawała się całkiem obiecująca. Zużywała znacznie mniej energii niż tradycyjne dyski twarde, oferowała większą pojemność i szybszą wydajność. Jednak szybki postęp technologiczny doprowadził do powstania dysków flash, które pod każdym względem przewyższyły Millipede i zapewniły jeszcze szybsze i wydajniejsze działanie. W rezultacie Millipede stał się przestarzały, zanim jeszcze trafił na rynek, nie zdobywając swojej pozycji w branży pamięci masowych.
Projekt został ukończony, a era kart perforowanych wydaje się być końcem.
Przeczytaj także:
- OneHalf: Historia komputerowego „koronawirusa”
- Nietoksyczny czat dla juniorów: Rozwijaj swoje umiejętności, znajdź mentora i swoją pierwszą pracę
- Jak dostosować stronę internetową do różnych rozdzielczości
