Перфокарта

Перфокарта — это носитель информации в виде прямоугольной карточки из тонкого картона или пластика, на который данные наносятся путём пробивания отверстий в определённых позициях. Каждое отверстие или его отсутствие соответствует определённому значению, обычно двоичному (1 или 0). Перфокарты использовались для ввода, хранения и обработки данных в вычислительной технике, начиная с XIX века и до конца XX века, и стали одним из первых массовых средств автоматизации обработки информации.

История

Предшественники и первые разработки

Идея использования отверстий для кодирования информации восходит к XVIII веку. В 1725 году французский ткач Базиль Бушон создал станок, управляемый бумажной лентой с отверстиями. Однако наиболее известным предшественником перфокарты стало изобретение Жозефа Мари Жаккара (1804 год), который использовал систему перфокарт для управления ткацким станком. Карты Жаккара содержали узор, определяющий порядок переплетения нитей, что позволяло автоматически воспроизводить сложные рисунки на ткани.

Перфокарты в статистике и вычислениях

Первый практический шаг к использованию перфокарт для обработки данных сделал американский инженер Герман Холлерит. В 1880-х годах он разработал систему для ускорения обработки данных переписи населения США. Холлерит создал перфокарту стандартного размера (187,325 × 82,55 мм) и электрическую табулирующую машину, которая считывала отверстия с помощью металлических щупов. Система Холлерита была успешно применена при переписи 1890 года, сократив время обработки данных с нескольких лет до нескольких месяцев. В 1896 году Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company, которая впоследствии стала частью IBM.

Эра IBM и массовое производство

В 1928 году компания IBM (International Business Machines Corporation) ввела стандарт на перфокарту с 80 колонками и 12 строками (прямоугольные отверстия). Этот формат стал доминирующим в мире на десятилетия. Карты IBM использовались для ввода данных в вычислительные машины, для хранения информации (например, в библиотечных каталогах, бухгалтерских системах) и для управления станками. В 1950-1960-х годах перфокарты стали основным носителем для программирования на первых электронных компьютерах, таких как IBM 704, IBM 1401 и их советских аналогах (например, «Минск-22»).

Упадок и вытеснение

С развитием магнитных носителей (ленты, диски) и полупроводниковой памяти в 1970-1980-х годах использование перфокарт стало сокращаться. К 1990-м годам они были практически полностью вытеснены более компактными, быстрыми и надёжными носителями, такими как дискеты и жёсткие диски. Тем не менее, перфокарты продолжали применяться в некоторых специализированных областях (например, в системах управления станками с ЧПУ) до начала XXI века.

Устройство и принцип работы

Формат и кодирование

Стандартная перфокарта IBM (формат 80×12) имела 80 вертикальных колонок и 12 горизонтальных строк. В каждой колонке могло быть пробито от 0 до 3 отверстий. Данные кодировались следующим образом:

• Цифры (0-9) — одно отверстие в соответствующей строке (строка 0 — это отдельная строка, строки 1-9 — основные).
• Буквы (A-Z) — два отверстия: одно в строке 12 (верхняя зона), другое в строке 1-9.
• Специальные символы — комбинации из трёх отверстий (например, строка 11, строка 8 и строка 4).

Считывание производилось электрическим или механическим способом. В табуляторах и ранних компьютерах перфокарта проходила через считыватель, где металлические щупы касались карты. Если под щупом было отверстие, цепь замыкалась, и сигнал передавался на обрабатывающее устройство.

Материалы и производство

Перфокарты изготавливались из высококачественного картона (часто с добавлением хлопка или льна для прочности), который не должен был электризоваться, ломаться или деформироваться. Тираж одной партии мог достигать миллионов штук. Для нанесения отверстий использовались специальные перфораторы — механические или электрические машины, которые пробивали отверстия по заданной программе или вручную оператором.

Классификация

По типу данных

• Программные перфокарты — содержат инструкции (коды) для компьютера. Например, колоды перфокарт с программами на языках FORTRAN, COBOL или машинных кодах.
• Данные — содержат числовые или текстовые записи (базы данных, бухгалтерские отчёты, результаты переписи).
• Управляющие перфокарты — используются для настройки станков, табуляторов или других устройств (например, карты Жаккара).

По формату

• 80-колоночные (стандарт IBM) — наиболее распространённые.
• 90-колоночные (стандарт Remington Rand) — использовались в системах UNIVAC.
• 40-колоночные — применялись в некоторых ранних советских машинах (например, «Урал-1»).
• Карты с круглыми отверстиями — ранние варианты (до 1928 года), менее надёжные.

Применение

В вычислительной технике

Перфокарты были основным носителем для ввода и вывода данных в компьютерах первого и второго поколений (1940-1970-е годы). Программисты готовили программы на перфокартах, затем колода карт подавалась в считыватель. Ошибки исправлялись заменой или перепробивкой отдельных карт. Этот процесс был медленным и трудоёмким, но позволял автоматизировать вычисления.

В промышленности и управлении

Перфокарты использовались для управления станками с числовым программным управлением (ЧПУ), для сортировки и учёта товаров на складах, в библиотечных каталогах, в системах голосования и в бухгалтерии. В СССР перфокарты применялись в системе государственной статистики, в плановых расчётах и в научных исследованиях.

В культуре и искусстве

Перфокарты стали символом ранней компьютерной эры. Они фигурируют в фильмах, книгах и музейных экспозициях. Некоторые художники использовали перфокарты как материал для коллажей или как носитель для цифрового искусства.

Интересные факты

• Самая большая коллекция перфокарт в мире хранится в Музее компьютерной истории в Маунтин-Вью (Калифорния, США) и насчитывает более 100 000 экземпляров.
• В 1960-х годах в СССР была разработана система «Электроника-100», которая использовала перфокарты для управления учебными процессами в вузах.
• Существовали специальные «карты-закладки» с отверстиями, которые вставлялись в книги для автоматической фиксации времени возврата в библиотеке.
• Ошибка в одной перфокарте могла привести к сбою всей программы. Отсюда пошло выражение «баг» (bug), хотя оно связано скорее с реальными насекомыми, застревавшими в реле ранних компьютеров.

Критика и ограничения

Перфокарты имели ряд существенных недостатков:

• Низкая скорость ввода/вывода — считыватели обрабатывали не более 100-200 карт в минуту.
• Хрупкость — карты легко мялись, рвались или застревали в механизмах.
• Большой объём — одна программа могла занимать сотни или тысячи карт.
• Трудоёмкость — подготовка и исправление данных требовали ручного труда операторов.
• Ограниченная ёмкость — одна карта вмещала не более 80 символов.

Источники

• История вычислительной техники: от абака до персонального компьютера / под ред. А. П. Ершова. — М.: Наука, 1989.
• IBM Archives: Hollerith Punched Card System. — IBM Corporation, 2005.
• ГОСТ 2.701-84. Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. — М.: Издательство стандартов, 1984 (раздел о перфокартах).
• Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и системы. — М.: Энергия, 1978.
• Материалы Музея компьютерной истории (Computer History Museum, Mountain View, CA).